Original title:
Návrh fotovoltaické elektrárny s bateriovým úložištěm pro domácnost
Translated title:
Design of a photovoltaic power system with battery storage for household purposes
Authors:
Polášek, Radek ; Vanýsek, Petr (referee) ; Vaněk, Jiří (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2022
Language:
eng Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Abstract:
[eng][cze]
Cílem této práce je představit základy a funkční principy fotovoltaiky a fotovoltaických systémů, tak aby mohly být následně použity k návrhu fotovoltaického energetického systému na rodinném domě. První část práce se zaobírá právě teoretickým úvodem do tématu fotovoltaiky a představením jednotlivých komponentů, kterých je při návrhu fotovoltaického systému potřeba.Druhá část práce se poté zaobírá designem a simulacemi fotovoltaických systémů v několika variantách a také režimech připojení. Nejprve se jedná o systém ostrovní, jehož primárním cílem je v tomto návrhu kompletní pokrytí spotřeby domácnosti. Ačkoliv úroveň spotřeby není pro vybranou domácnost nijak vysoká, dosáhnutí kompletního pokrytí vyžaduje velmi značnou investici do vybavení systému, nad rámec běžného návrhu, zejména kvůli problematickým obdobím s nízkou úrovní slunečního záření. Ve výsledku se tedy návrh ostrovního systému ukazuje jako nedostatečný a to i po uvážení a rozboru jeho modifikovaných verzí. Alternativou ostrovního systému je v našem případě systém hybridní, který narozdíl od první varianty řešení, umožňuje také připojení k síti a v době nízké generace energie, může být suplementován dodávkou právě z ní. Po představení principů hybridního systému a rozboru případných finančních dotací a prodeje přebytků, následují jednotlivé návrhy hybridních systémů, kde každý z nich má vlastní zaměření. Jako první byl nasimulován návrh s co možná nejmenší pořizovací cenou, využívající zároveň tarifu virtuální baterie, která umožňuje díky přetokům levnější čerpání elektřiny ze sítě, když je tomu třeba. Po finanční analýze se systém sice ukázal jako levný, avšak potenciální výtěžek z něj a zhodnocení investice již nebylo tak slibné Druhá varianta hybridního systému byla zamýšlena jako pomyslný střed mezi minimálním a maximálním provedením. Jedná se o kompletní pokrytí jedné střešní plochy s adekvátní baterií. Takovýto systém navíc využívá prodeje přebytečné elektřiny na trhu. Díky vysoké úrovně dotace a také prodeji přebytků, slibuje finanční analýza tohoto systému relativně rychlou návratnost investice, která dál postupně roste v porovnání s variantou bez jakéhokoliv fotovoltaického systému. Třetí systém byl zaměřen na maximální využití vhodných střešních ploch velikostního rozsahu pro mikrozdroje do 10 kWp instalovaného výkonu. Negativem takovéto varianty je vyšší pořizovací cena, avšak odhadovaná návratnost dosahuje značně vyšších úrovní než u předchozích systémů. V poslední části byla provedena multikriteriální analýza s cílem určit nejvhodnější řešení systému, dle přesnějších požadavků majitelů daného rodinného domu. Vyhodnocení této analýzy ukázalo jako nejvhodnější třetí variantu, a to s podílem 47.6%.
The aim of this thesis is to present the basics and functional principles of photovoltaics and photovoltaic systems, so that they can be later used design a photovoltaic energy system on a family house. The first part of this thesis deals with the theoretical introduction of photovoltaics and the individual components needed to design a photovoltaic system. The second part of the thesis then deals with the design and simulation of several variants of a system with different setups. The first type of analyzed and designed system is the off-grid system, whose primary objective in this design variant is to completely cover the consumption of the household. Although the total annual consumption of the selected household is not that high, achieving a complete self-sufficiency requires a very significant investment in system equipment., beyond the conventional design. The main cause of this are the problematic periods of low solar radiation through the year, especially during winter. As a result, the design of an off-grid system proves inadequate to the vision of the owners, even after the consideration of possible alternative versions of it. Alternative to an off-grid system is in our case a hybrid system which, unlike the first solution, also allows for connection to the grid to be supplemented by it during periods of low generation. After the introduction of hybrid system principles and analysis of possible financial subsidies, the individual hybrid system designs follow, each designed around a different focus point. The first simulated design is one aimed at as low initial investment as possible. This variant is also utilizing a virtual battery tariff, which allows, thanks to generated surplus energy, for to draw electricity from the grid at a reasonable discount. After the financial analysis, the system proves to be a relatively cheap variant, however, the potential investment return is not that promising. The second variant is intended as an imaginary middle ground between minimal and maximized approaches. it is composed of one fully covered roof area, with an adequate battery to support the modules. In addition, this system takes advantage of the sale of surplus generation on the market. Due to relatively high subsidy amount, combined with the surplus sale, the financial analysis of this system promises a return on investment during the first seven years of operation, with continually increasing positive numbers, when compared to the variant without a photovoltaic system. The third system is aimed at maximizing the potential gain, while staying under 10 kWp of installed power. Downside of this approach is a higher acquisition cost, but the estimated return on investment is significantly higher than that of the previous systems. In the last part, a multi-criteria analysis was performed to determine the most suitable system variant, in accordance to the requirements of the selected property owners. The results of this analysis showed the third system variant to be the most suitable, with a share of 47.6%.
Keywords:
Fotovoltaický systém; hybridní systém; ostrovní systém; solární panely; čistá energie; clean energy; hybrid system; off-grid system; Photovoltaic system; solar panels
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/204880
guest ::
