Fotovoltaické systémy

Transkript

1 Fotovoltaické systémy Prof. Ing. Vitězslav Benda, CSc ČVUT Praha, Fakulta elektrotechnická katedra elektrotechnologie

2 1000 W/m 2 Na zemský povrch dopadá část záření pod úhlem ϕ 1 6 MWh/m 2 W ( ϕ) = W0 (0,7) m = 1 sin ϕ m Koeficient atmosférické masy AM Na Zem dopadá

3 Fotovoltaika přímá přeměna energie slunečního záření na elektrickou energii Potenciál fotovoltaiky Při intenzitě dopadajícího záření až 1000 W/m 2 může FV systém vyrobit za rok kwh/m 2

4 1. Absorbce světla a generace nosičů náboje Absorpce je způsobena interakcí světla s částicemi hmoty (elektrony a jádry) Je-li energie částice před interakcí W 1, po absorpci fotonu je energie W 1 + hν interakce s mřížkou nízkoenergetické fotony, následkem je zvýšení teploty interakce s volnými elektrony zvýšení teploty interakce s vázanými elektrony - může dojít k uvolnění elektronu z vazby, vznik volných nosičů náboje

5 photon Si Si Si Si Si Si bonded electron free electron hole vodivostní pás zakázaný pás Si Si Si valenční pás Po interakci s fotony s energií hν > W g n, p koncentrace generovaných nosičů (není termodynamická rovnováha) ( n= p,)

6 Aby bylo možno vytvořit rozdíl potenciálů, je nutná struktura svnitřním elektrickým polem. PN přechod heteropřechody Antireflexní vrstva

7 Charakteristiky fotovoltaických článků I I neosvětlená Intenzita záření V OC V V I PV osvětlená I SC

8 Základní typy článků: Krystalický Si Tenkovrstvé články CuInSe 2 amorfní křemík amorfní SiGe CdTe/CdS Základní problém: cena

9 Výchozí materiál Si typu P (solar grade- 6N) -monokrystalický Si -průměr až 450 mm -hmotnost až 300 kg ultikrystalický Si bloky o hmotnosti až 250 kg jsou rozřezány na ingoty (hranoly)

10 Rozřezání ingotu na destičky o tloušťce cca 300 µm a hraně 100 až 200 mm Při řezání se ztrácí 40% (i více) materiálu (Si) Snižování spotřeby křemíku snižování tloušťky Si destiček a prořezu 300 µm 250 µm 180 µm 160 µm V období klesla energetická náročnost přípravy monokrystalického CZ křemíku ze 100 kwh/kg na 40 kwh/kg.

11 Výroba fotovoltaických článků (c-si) textura povrchu leptáním difúze fosforu SiN(H) antireflexní vrstva a pasivace kontakty realizovány pomocí sítotisku (Ag a Al/Ag pasty) η 15% η 17%

12 FV článek ~0.5 V, ~30 ma/cm 2 Pro praktické použití je třeba články spojovat do série do modulů FV moduly musí být odolné proti vlhkosti, větru, v dešti, krupobití (kroupy o průměru ru 25 mm), teplotním m změnám m (od -40 do +85 C) písku p a mechanickému mu namáhání. Odolnost vůčv ůči i napětí > 600 V Požadovaná životnost: let

13 Technologie modulů z c-si pájení těsnění tvrzené sklo EVA krycí folie (tedlar) Al rám krycí folie (tedlar) FV články tvrzené sklo EVA

14 Tenkovrstvé moduly na skleněném substrátu TCO sklo Rozměr pracovní komory depozičního zařízení musí odpovídat rozměrům modulu (maximální dosažená plocha 5 m 2 )

15 Autonomní systémy P Sledování bodu maximálního výkonu (MPPT) dp/dv > 0 dp/dv = 0 MPP dp/dv

16 Systémy připojené k elektrické síti Elektrická siť nahrazuje akumulaci energie STŘÍDAČ

17 Nosné konstrukce FV pole Pevná konstrukce (orientace, sklon) Systém se sledovačem Otáčení kolem jedné osy Dvouosé natáčení FV pole

18 oba energetické návratnosti Závisí na množství sluneční energie v dané lokalitě a na způsobu aplikace 2008

19 ena FV modulů

20 900 h 1800 h fotovoltaické systémy síť - prodej síť - výroba

21

22 Současný rozvoj fotovoltaiky v Evropě plán: GW p realita: 2006 V roce 2010 > 6 GW p Při současném vývoji je možno očekávat,že v horizontu 15 let bude fotovoltaika plně konkurenceschopná s tradičními zdroji elektrické energie

23

24 Česká republika klimatické podmínky Realita: Instalovaný výkon fotovoltaických elektráren v ČR ,4 MW p ,7 MW p MW p MW p MW p???????

25 Navrhování fotovoltaických elektráren Projektová dokumentace Studie Projekt pro stavební povolení (PSP) Obsah dle stavebního zákona č.183/2006 a zejména vyhlášky 499/2006 příloha 1 Realizační dokumentace (PP) Detailně rozpracovaná dokumentace obsah dle vyhlášky 499/2006 příloha 2 Dokumentace skutečného provedení (DPSP) Úprava PP podle skutečného provedení obsah dle vyhlášky 499/2006 příloha 3

26 Postup instalace Distributor E.ON, ČEZ, PRE Stavební úřad, dotčené orgány Zahájení stavebního řízení Instalace Připojení k DS Licence Uzavření smlouvy o výkupu Registrace u OTE