Characterization of a Li-ion battery based stand-alone a-Si photovoltaic system

Abstract

Fotovoltaik (PV ) sistemlerin kurulumu hızlıca artmaktadır. Çok amaçlı ve genellikleuygun maliyetli bu güç seçenegini daha fazla insanın ögrenmesi, bu sistemlere yönelimiivmelendirecektir. Bu çalısma, batarya temelli tekil fotovoltaik sistemler (BSPV ) içintavsiye edilen bir tasarımı sunmaktadır. BSPV sistemi faklı alanlarda uygulanabilmekabiliyetine sahiptir. Bu uygulamalar, uyarı sinyallerinin elde edilmesi, aydınlatma,sogutma, iletisim, evsel su temini, uzaktan algılama ve katodik korumadır. Bu çalısmadasunulan hesaplama, sistem boyutlandırma teknigi için uygun bir yöntemi içerir.Uygulama yüküne baglı BSPV sisteminin tasarımı, fakı senaryolar için mümkündür.Bu çalısmada batarya temelli tekil sistem tasarlanmıstır. Elektrik üretimi bölümü için,farklı eklemli, mikrokristal yapıda, intrinsik ince film, yüksek verimlilikte, silikon günespilleri arastırılmıstır. Elektrik üretimi ile ilgili bölümde 3 adet Si panel paralel olarakbaglanmıstır ve depolama bölümünde, LFP (LityumDemirFosfat) batarya kullanılmıstır.Yüksek güç çıktısına sahip, LFP batarya paketi her biri 8S5P (8 hücre seri, 5 hücreparalel bag lanarak) olan 40 hücreden olusmustur. Her bir paket 0.5 kg agırlıga sahiptirve 25.6 voltur. Si panellerin verimini, sıcaklık ve günes ısınlarının yayılımına göredegerlendirmek için Türkiye'de Istanbul, Ankara ve Adana sehirleri seçilmistir. Sıcaklıkve günes ısınlarının yayılımı güvenilir bir kaynaktan alınmıs ve çevrim esitliklerikullanılarak panellerin akım ve gerilim çıktıları hesaplanmıstır. Bu hesaplamalarınsonuçlarına göre akım ve enerji çıktıları, bir günlük ortalama etkin günes ısınlarınınyayılım degerinin dikkate alınmasıyla elde edilmistir. Hesaplanan güç degerleri bataryaçevrim sistemine yerlestirilmis ve 7.2 saatlik arda arda çevrimlerle yüksek güce sahipLFP bataryaların davranısı degerlendirilmistir. Sarj ve desarj çevrimleri elde edilmis vebunların davranıslarıt artısılmıstır. Sonuçlara göre; Istanbul enerji degerlerine göre en azsayıda pik aylara sahipken, Ankara onu izlemis ve nihayetinde Adana'nın en yüksek pikaylarına ve enerji depolama sayılarına sahip oldugu tespit edilmistir. Testler boyunca,gerekli yük miktarına ve uygulamaya baglı olarak tam bir desarj çevriminde 4 A'lik akımbatarya paketinden desarj edilmistir. Bu miktar uygulamaya ve gerekli yüke baglı olarakfarklılık gösterebilir.

The number of photovoltaic (PV) system installations is increasing rapidly. As morepeople learn about this versatile and often cost-effective power option, this trend willaccelerate. This document presents a recommended design for a battery based standalonephotovoltaic system (BSPV). BSPV system has the ability to have application indifferent areas. These include warning signals, lighting, refrigeration, communication,residential water pumping, remote sensing, and cathodic protection. The presented calculationmethod gives a proper idea for a system sizing technique. Based on applicationload, different scenarios are possible for designing a BSPV system. In this study a batterybased stand-alone system was designed. For the electricity generation part, A highefficiency silicon solar cells with a hetro-junction microcrystalline intrinsic thin layerwas investigated. However, lack of availabilty of this type of panel made us to chooseamorphous silicon panels. The electricity generation part is three a-Si panels, which areconnected in parallel, and for the storage part LFP (Lithium Iron Phosphate) batterywas used. The high power LFP battery packs are 40 cells each 8S5P (configured 8 series5 parallel). Each individual pack weighs 0.5 kg and is 25.6V. In order to evaluate theefficiency of a-Si panels with respect to the temperature and the solar irradiation, citiesof Istanbul, Ankara and Adana in Turkey were selected. Temperature and solar irradiationwere gathered from reliable sources and by using translation equations currentand voltage output of panels were calculated. As a result of these calculations, currentand energy outputs were camputed by considering an average efficient solar irradiationtime value per day in Turkey. The calculated power values were inserted to a batterycycler system, and the behavior of high power LFP batteries in a time sequence of 7.2hwas evaluated. The charging and discharging cycles were obtained and their behaviorwas discussed. According to the results, Istanbul has the lowest number of peak month'senergy, it followed by Ankara, and ultimately Adana has the highest number of peakmonths and energy storage. It was observed during the tests that, values up to 4 A wasdischarged by battery packages in a full discharge cycle depending on application andrequired load. This amount can be different depending on application and required load.