Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie

Transkript

1 ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Pracovní materiály pro výuku předmětu. 1 (FV) Přímé využití solární energie Rozšířené využití v zařízeních s malým odběrem elektrické energie (kalkulačky) nebo na odlehlých místech (osvětlení, doprava) Větší uplatnění cena fotovoltaických panelů Dotace instalace pilotních, demonstračních zařízení pokles ceny a ukončení dotací instalace s ohledem na návratnost 1

2 Fotoelektrický jev Fotoelektrický jev v roce 1887 poprvé popsal Heinrich Hertz. Vzájemným působením slunečního záření a hmoty dochází k pohlcování fotonů a uvolňování elektronů, v polovodiči pak vznikají volné elektrické náboje, elektron-díra, které jsou už jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru nebo ke spotřebiči. Fotovoltaický článek - pevný, ale křehký Fotovoltaický panel - složen ze článků, nosné a ochranné konstrukce 2

3 Monokrystalické články dlouhá životnost vysoké výrobní náklady hl. monokrystalické články z křemíku Si (arzenid galia GaAs - kosmický program) účinnost laboratorní až 24 %, reálná % využití především přímého solárního záření, difuzní záření jen omezeně (problémy se stíněním) použití koncentrátorů (až 30%) Polykrystalické články použití Si nižší výrobní náklady, nižší účinnost laboratorně 18 %, v praxi %. pokles parametrů během životnosti větší schopnost zachytit difuzní záření opticky rozlišitelné dle struktury (ledové květy) 3

4 Vícevrstvé články účinnosti až 40 % (laboratorní) perspektivní trend vysoká degradace možnost integrace do střešního pláště, folie, šindele CdTd, CIGS, a-si,.. Konstrukce panelů Solární články jsou zataveny ve speciální průhledné fólii EVA, zakryté pod vysoce průhledným a tvrzeným sklem Panel je vytvořen montážním rámem z hliníku Životnost kvalitně vyrobeného panelu dosahuje 25 let a více. EVA=ethylen vinyl acetát - folie pro průmyslové vrstvené sklo s dobrou průhledností a vynikající odolností 4

5 Umístění panelů FV panely Jih+15, sklon 30-40% Schopny využívat i difúzní záření Fasádní systémy-využití svislých ploch, jinak energeticky neaktivních Nutné chlazení vzduchem proti přehřívání (nad 80 C klesá účinnost) Vlastnosti panelů typ konstrukce panelu, provedení teplotní koeficienty napěťové parametry bypass diody, konektory certifikace pro EU, IEC záruka výrobce, pokles výkonu v čase reference výrobce, světové zkušenosti časová dostupnost panelů cena forma plnění záručních podmínek Fotovoltaika Volt-Ampérová charakteristika článku Isc-proud nakrátko Uoc- napětí naprázdno V-A charakteristika panelu Základní parametr špičkový výkon ve wattech, uváděný s označením Wp, ( watt-peak) 5

6 Zvyšování účinnosti článků Koncentrátory, čočky, zrcadla (korýtková, plošná)-nutná větší teplotní odolnost článku, nutné polohovací zařízení Oboustranné moduly-využití průsvitnosti článků Natáčecí systémy 6

7 Systémy CPVT (Concentrated photovoltaics and thermal) CHAPS (combined heat and power solar) Technologie kogenerace využívající koncentrační fotovoltaiku pro výrobu tepla a elektřiny Příklad Využití talířových koncentrátorů pro výrobu tepla a elektřiny 16 jednotek Z20 (Izrael) Výkon tepelný 140 kwp, elektrický 70 kwp na ploše 352m2 Konstrukce 11m2 zrcadel na 2 osém natáčecím zařízení Použití vícepřechodových článků Předpokládaná životnost 20 let 70-90m2 na jednu jednotku 4,5kWp elektřina /při 1000W/m2 11kWp teplo (max. 100 C, 12m/min 1,5 tuny Autonomní ostrovní systém ( grid-off ) 12/24V nebo 230V Spotřebiče s nízkou spotřebou 7

8 Zapojení do sítě ( grid-on ) vyžadují měnič (střídač) pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý Nestálost výkonu FV panelů-příklad : : : : : : : : :00 El. výkon [kw] : : : : h [-] 0.00 čas [hod] 8

9 Cenové rozhodnutí ERU 4/ Fotovoltaika integrovaná do budov Building Integrated Photovoltaics (BIPV) architektonická variabilita vztah k životnímu prostředí ekonomický přínos

10 PV-GIS Návrh FV systémů 10