Maturitní práce praktické maturitní zkoušky z odborných předmětů

Transkript

1 Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická Plzeň, Koterovská 85 Školní rok: Obor: Třída : 211/ M/1 Elektrotechnika 4. E Maturitní práce praktické maturitní zkoušky z odborných předmětů Téma: Přípravek fotovoltaického panelu pro praktickou výuku Zpracoval: Dne: Hodnocení: Prachař Tomáš 13. dubna 212 1

2 Zadání práce 2

3 Anotace Cílem práce bylo vytvořit přípravek s fotovoltaickým panelem, který umožňuje simulovat různé stavy při provozu fotovoltaických instalací. Přípravek jsem vytvořil a měřením zjistil, co se děje s fotovoltaickým panelem při změnách prostředí i polohy panelu. Veškeré měření, kromě měření vlivu teploty, bylo provedeno v absolutně zatemněné místnosti z důvodu objektivity. Hlavním přínosem této práce je bezesporu využití přípravku při praktické výuce a demonstrace fungování malé fotovoltaické výrobny. Práce je určena pro studenty třetího ročníku oboru Elektrotechnika. Prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto práci vypracoval samostatně a použil(a) literárních pramenů a informací, které cituji a uvádím v seznamu použité literatury a zdrojů informací. Souhlasím s využitím mé práce učiteli SPŠE Plzeň k výuce odborných předmětů. V Plzni dne:... Podpis:... 3

4 Poděkování Rád bych poděkoval panu Ing. Jaroslavu Tisotovi a panu Ing. Karlu Hajžmanovi za obětavou pomoc a podnětné připomínky, které mi během práce poskytovali. Dále bych rád poděkoval i Jakubovi Tulisovi za poskytnutí technického zázemí. 4

5 OBSAH Strana Úvod 7 1. Teoretický úvod Základní princip fotovoltaického článku Konstrukce fotovoltaického panelu Typy fotovoltaických článků Co je to Watt peak 1.5 Orientační výnos fotovoltaické elektrárny za rok 1.6 Zelený bonus 2. Přípravek pro měření Fotovoltaický panel Zdroj světla Konstrukce Přípravek pro měření nakrátko Měření napětí naprázdno Měření proudu nakrátko Měření vlivu úhlu natočení FVP Měření napětí naprázdno Měření napětí a proudu při zátěži Závěr měření vlivu úhlu natočení FVP Měření vlivu zastínění části FVP Měření napětí naprázdno Měření napětí a proudu při zátěži Závěr měření vlivu zastínění části FVP Měření vlivu intenzity osvětlení na FVP Regulace intenzity osvětlení Měření napětí naprázdno Měření napětí a proudu při zátěži Závěr měření vlivu intenzity osvětlení na FVP Měření vlivu okolní teploty na FVP 26 5

6 8.1 Měření napětí naprázdno Měření napětí a proudu při zátěži Závěr měření vlivu okolní teploty na FVP Měření zatěžovací charakteristiky FVP 28. Závěr Seznam použité literatury Seznam zkratek Přílohy 3 1. Zadání pro praktickou výuku I 6

7 Úvod Fotovoltaické instalace (elektrárny) jsou fenoménem posledních let. V roce 2 jsem měl možnost pracovat na brigádě u firmy, která se zabývala projektováním a výstavbou malých střešních fotovoltaických instalací na objektech. Při vlastní instalaci fotovoltaických panelů a následném oživování jsem se od spolupracovníků dozvídal spoustu nových informací. Jednalo se například o to, že v případě letních měsíců dodávají fotovoltaické panely při plném osvitu měnší maximální výkon, než v jarních měsících nebo v září, kdy je při jasné obloze chladnější počasí. Zároveň na výkon fotovoltaických panelů (dle typu) má vliv sklon střechy nebo konstrukce, na které jsou umístěné. Na základě těchto informací se mi v hlavě zrodil nápad a po domluvě učitelem jsem sestrojil tento přípravek, na kterém je možné sledovat vliv různých aspektů na chování fotovoltaického panelu. Abych se o tato fakta mohl podělit i s někým jiným, vypracoval jsem zadání měření pro studenty třetích ročníků naší školy. 1.Teoretický úvod 1.1 Základní princip FVČ Fotovoltaický článek je v podstatě polovodičová dioda. Jeho základem je tenká křemíková destička s vodivostí typu P. Na ní se při výrobě vytvoří tenká vrstva polovodiče typu N, obě vrstvy jsou odděleny tzv. přechodem P-N. Vodivost typu P vznikne zabudováním prvku se třemi valenčními elektrony (např. indium) do krystalové mřížky křemíku. Protože má křemík valenční elektrony 4, vznikne na místě zabudování jiného prvku tzv. díra. Tuto díru může později zaplnit jiný elektron. Náčrt upravené mřížky P můžeme vidět na obrázku P Vodivost typu N vznikne zabudováním prvku s pěti velančními elektrony (např. Fosfor) do krystalové mřížky křemíku. Jak už víme, křemík má puze 4 P

8 valenční elektrony a tak jeden elektron přebývá. Náčrt upravené mřížky můžeme vidět na obrázku P Osvětlením článku vznikne v polovodiči vnitřní fotoelektrický jev. Při tomto jevu dopadá foton (například světelné fotony) na vodivost typu N a uvolňuje zde jeden volný elektron. Ten pak na přechodu P-N vytvoří elektrické napětí, které má u křemíkových článků velikost zhruba,7v. Energie dopadajícího světla se v článku tedy změní na elektrickou energii. Připojíme-li k článku pomocí vodičů spotřebič, začnou se díry a volné elektrony vyrovnávat a obvodem začne procházet elektrický proud. V případě potřeby lze více článků spojit buď paralelně nebo sériově pro dosažení P Struktura FV článku většího napětí, či proudu. 1.2 Konstrukce fotovoltaického panelu Sériovým nebo i paralelním elektrickým propojením solárních článků a jejich následným zapouzdřením vzniká fotovoltaický panel. Panel musí zajistit hermetické uzavření solárních článků a musí zajišťovat dostatečnou mechanickou a klimatickou odolnost (např. vůči silnému větru, krupobití, mrazu apod.). Obvykle jsou po obvodu FV panely opatřeny duralovými rámy pro zpevnění celé konstrukce fotovoltaického panelu a zároveň k usnadnění realizace uchycení panelů ke konstrukci FV systému. Přední krycí P Struktura FV panelu materiál je speciální kalené sklo, které odolává i silnému krupobití. 8

9 1.3 Typy FV článků Monokrystalický Monokrystalický článek se vyřezává z kulatého jednolitého ingotu křemenného krystalu. Protože ingot vznikl jako jeden velký krystal křemíku, má velice čistou strukturu. Účinnost se zde pohybuje okolo 12-16%. Výhody monokrystalu: -Větší účinnost při stejné ploše -Pomalejší vytrácení výkonu -Homogenní probarvení buněk (panel není flekatý) Celkově je monokrystalický článek nejvýkonější. Polykrystalický Polykrystalický článek se vyrábí tak, že se nechá slisovat více menších křemíkových krystalů. Bohužel touto cestou nelze docílit takové čistoty materiálu, a tím i účinnosti, jako u monokrystalu. Účinnost se zde pohybuje okolo 13%. Výhody polykrystalu: -Dokáže využít i difuzní záření -Jednodušší výroba Relativně krátkou dobu se pro FV panely využívá i Amorfní křemík. Moduly z amorfního křemíku jsou vyráběny tak, že je ve vakuové komoře při teplotách kolem 2 C nanášena vrstva amorfního křemíku na skleněnou tabuli. Podkladovým materiálem nemusí být nutně pouze sklo, ale i plasty nebo kovové fólie. Celková šířka článku nepřesahuje,1 mm. Účinnost amorfního panelu je však výrazně nižší, pohybuje se okolo 8%. Výhody amorfního panelu: -Nejméně náročná výroba -Díky své tloušťce je ohebný a dá se zakomponovat například do střešní krytiny -Oproti krystalickým článkům netrpí na letní přehřívání -Při špatné orientaci střechy rodinného domu (např. na západ) jsou výhodnější než monokrystaly 9

10 1.4 Co je to Watt peak Výkon u FVP je udáván v tzv. Wattpeak [Wp]. 1 Wp je vlastně výkon FVP při standardizovaném výkonnostním testu, to znamená při 25 C, energetické hustotě záření W/m2 a světelném spektru, které odpovídá prostupu slunečního světla bezoblačnou atmosférou. Watt peak je jednotkou maximálního výkonu za ideálních podmínek, jde tedy přibližně o maximální výkon dodávaný panelem během běžného slunečného počasí. 1.5 Orientační výnos FV elektrárny za rok Důležité je si uvědomit, kolik nezastíněného místa máme k dispozici. Se skolněnou střechou a komínem na severní straně máme vyhráno. Jestliže máme plochou střechu, nastává komplikace. Pro optimální sklon panelů, který bývá okolo 3, je nutné počítat ještě s výdaji na nosonou konstrukci. Jsou zde však zvýšeny nároky na prostor, kvůli vzájemnému stínění panelů. Návratnost prostředků vložených do FVE, vypočtená za použití výkupních cen elektřiny ze solárních systémů a platných daňových předpisů, činí při financování z vlastních zdrojů a variantě Zelený bonus pro 5 kwp systém cca 8 let a pro 3 kwp systém jen cca 7 let. 1.6 Zelený bonus Zelený bonus je jedna z forem podpory pro obnovitelné zdroje stanovená Ministerstvem obchodu a průmyslu. Tato forma podpory (zelený bonus) se liší dle typu obnovitelného zdroje (výrobny fotovoltacké, větrné, bioplynové atd.) a je upravována každým rokem v cenovém rozhodnutí Energetického regulačního úřadu. Je určen pouze pro ty, kteří vyrobenou elektřinu ihned spotřebují a přebytek prodají distributorovi, jako například malé FVE na rodinném domku. Obecně byly jednotlivé formy podpory zavedeny kvůli tomu, že Česká republika by měla v roce 212 podle směrnice Evropské unie vyrábět elektřinu z 12% právě obnovitelnými zdroji. Výše zeleného bonusu pro FVE do výkonu 3kW uvedené do provozu v tomto roce stanovená na 5,8Kč/kWh.

11 2. Přípravek pro měření 2.1 Fotovoltaický panel Nejdříve bylo nutné zakoupit fotovoltaický panel. Zvolil jsem panel RS-M5 5Wp od firmy Rich Solar hlavně díky jeho velice kompaktním rozměrům (36x165x25mm) umožňujícím poměrně snadnou manipulaci a kvůli výšce celého přípravku, která znatělně závisí na možné šířce osvitu zdroje světla. Panel je vyroben z monokrystalického křemíku a je opatřen duralovým rámem pro snažší a bezpečnější manipulaci. Cena není nějak zvlášť vysoká, pohybuje se v řádu stovek. Základní parametry jsem shrnul do následující tabulky: Napětí naprázdno (Voc) V Proud nakrátko (Isc).315 A Napětí při zátěži 5W V P Fotovoltaický panel RS-M5 (Vmp) Proud při zátěži 5W (Imp).285 A Počet článků 36 Rozsah teplot (-45;85) C 2.2 Zdroj světla Jako zdroj světla jsem zvolil halogenovou žárovku s reflektorem, která má přibližně stejné světelné spektrum jako slunce. Poněvadž byla žárovka bez přívodního kabelu, koupil jsem i CYKY 3x1,5, zástrčku do zásuvky a vše zapojil dohromady. Aby nedocházelo ke zbytečnému ohřevu FVP od zdroje světla, vyrobil jsem kontstrukci celého přípravku teleskopickou pro možnost oddálení od panelu. Při měření je světlo vysunuto na vzdálenost 7cm od FVP. Zdroj světla má výkon 12W. 2.3 Konstrukce Kontstrukce je svařená z kovových jeklů o dvou různých rozměrech kvůli nutnému zasunutí nosiče světla do nosiče panelu. Na nosiči světla je dále nalepeno 11

12 orientační měřítko vzdálenosti světla od panelu. Nosič světla se zajišťuje kličkou. Panel je možno naklápět vůči zdroji světla a to v úhlu od do 9. Proto je pod panelem připevněn úhloměr pro určení sklonu panelu vůči zdroji světla. Panel se aretuje v určitém úhlu pomocí křídlové matky. Nohy nosiče panelu pak tvoří čtyři šrouby s možností regulace výšky. Díky tomu je možné nosič umístit na jakoukoli podložku, která nemusí být rovná, a přitom se vyhneme nepříjemnému kývání. Součástí celého výrobku je i krycí plech, kterým můžeme zastínit část panelu. V případě, že ho nepotřebujeme, stačí ho otočit a nasadit zpět. Jednotlivé části můžete vidět na obrázku P : 1 Úhloměr pro určení úhlu sklonu panelu 2 Nosič světla z tenčího jeklu 3 Zajišťovací klička nosiče světla 4 Zdroj světla 5 Fotovoltaický panel 6 Kryt pro zastínění části panelu 7 Nosič panelu 8 Přípravek pro měření nakrátko (dále bude zmíněn) 12 P Přípravek pro měření na FVP

13 2.4 Přípravek pro měření nakrátko Pro měření proudu nakrátko je nutné zachovat na výstupních svorkách generátoru nulové napětí. Většina ampérmetrů má však vnitřní odpor cca mω, který by mohl způsobit chybu v měření. Lze ji napravit, a to hned dvěma způsoby. První z nich je pomocí početní korekce chyby. Je to však poměrně složitý způsob a s ohledem na P Přípravek pro měření nakrátko studenty třetího ročníku jsem zvolil způsob druhý, korekci chyby pomocí speciálního přípravku. Na obrázku P můžeme vidět vnitřní zapojení přípravku spolu s FVP. Přípravek se skládá z: operační zesilovač TL 71 tranzistor Tesla KF 57 P Schéma vnitřního zapojení přípravku pro měření nakrátko 3. Měření napětí naprázdno Měření naprázdno je velice jednoduchá záležitost. Měříme zde pouze napětí na výstupu z FV panelu. Je však nutné použít voltmetr s co největším vstupním odporem. Schéma pro měření naprázdno je následující: Postup měření napětí naprázdno Voltmetr jsem zapojil do svorek FVP a odečetl hodnotu napětí. 13 P Schéma pro měření napětí naprázdno

14 Naměřené hodnoty napětí naprázdno Uo = 16,5V 4. Měření proudu nakrátko P Měření proudu nakrátko Pro měření proudu nakrátko jsem vyrobil výše zmiňovaný přípravek. Přípravek využívá tranzistoru jako zdroje konstatního proudu za kolenem jeho voltamperové charakteristiky. Tranzistor je otevírán operačním zesilovačem. Pro jednodušší práci s přípravkem přikládám schéma zapojení přípravku a jiných součástek do obvodu pro měření proudu nakrátko. Postup měření proudu nakrátko Vše zapojíme podle schématu P-4.1.2, přičemž hodnoty prvků ve schématu zvolíme tyto: Hodnota odporu na rezistoru: 5 Ω Hodnota napětí na stejnosměrných zdrojích Un+ a Un- : 18 V 14

15 Jakmile jsem vše zapojil a nastavil zdroje, započal jsem samotné měření. Na neinvertující vstup operačního zesilovače jsem přivedl napětí zdrojem Uin. Uin jsem reguloval od nuly a sledoval přitom napětí Ube. Po dobu jeho vzestupu jsem pokračval ve zvyšování napětí a jakmile hodnota dosáhla napětí,7v, znamenalo to, že tranzistor je plně otevřen a mohl jsem přestat Uin zvyšovat. Odečetl jsem tedy hodnoty potřebné k výpočtu proudu nakrátko a to napětí Ube (Napětí přechodu báze-emitor na tranzistoru) a napětí na zdroji Uin (Napětí na neinvertujícím vstupu operačního zesilovače). Proud nakrátko jsem vypočetl ze vztahu : P Schéma pro měření proudu nakrátko Naměřené hodnoty a výpočet Uin: 3,92V Ube:,721 V 15

16 Re: 5 Ω Isc = (3,92-,721) / 5 Isc =,346A = > 3,46mA 5. Měření vlivu úhlu natočení FVP P Měření vlivu úhlu natočení FVP 5.1 Měření napětí naprázdno Postup měření Voltmetr jsem zapojil na svorky FVP a odečetl hodnotu pro. Poté jsem uvolnil křídlovou matku nastavil úhel natočení podle úhloměru pod panelem na požadovanou hodnotu a zaaretoval křídlovou matkou. Postupně jsem odečetl všechny hodnoty. Pozn.: Z konstrukčních důvodů není možné pro hodnotu vidět rysku pod úhloměrem. Proto je nutné tuto hodnotu nastavit orientačně. Od hodnoty 3 je nutné odstranit plech sloužící k zastínění panelu, mohlo by totiž docházet k nežádoucímu zastínění. 16

17 Naměřené hodnoty a grafická závislost α[ ] Uo[V] ,5 16,48 16,38 16,18 15,92 15,71 15,38 14,93 13,71 11,92 9 8,49 Závislost napětí naprázdno na úhlu natočení FVP Uo[V] α 6 [ ] 5.2 Měření napětí a proudu při zátěži Schéma zapojení P Schéma pro měření proudu a napětí se zátěží

18 Postup měření Jako zátěž jsem zvolil odpor o hodnotě 28Ω. Zapojil jsem vše dle schématu na obrázku P Pak už jsem postupoval stejně jako při měření vlivu úhlu natočení na napětí naprázdno a odečítal jsem hodnoty z voltmetru i ampérmetru. Naměřené hodnoty a grafická závislost α[ ] U[V] I [ma] 14 13,64 4,97 4, ,8 4, ,36 12,53 11,93 11,33 4,83 4,53 4,33 4,11 6 9,38 3,4 7 6,84 2,5 8 3,53 1,3 9 1,1,42 Závislost U a I při zátěži na úhlu natočení FVP I [ma] 8 U [V] 6 Uo[V] I [ma] α[ ] 5.3 Závěr měření vlivu úhlu natočení FVP Z grafických závislostí jasně vidíme, že při měření napětí naprázdno má významnější vliv úhel nad 5. Ovšem při zatížení začíná klesat napětí již při 2 a proud až při 4. Z toho jsem vyvodil, že čím větší zatížení, tím náchylnější je panel na změnu úhlu, pod kterým na něj zdroj světla svítí. 18

19 6. Měření vlivu zastínění části FVP P Měření vlivu zastínění části FVP 6.1 Měření napětí naprázdno Postup měření Voltmer jsem zapojil na svorky FVP a změřil napětí naprázdno. Poté jsem vysunul plech pro zastínění části panelu a nasunul jsem jej tak, aby stínil pouze 2 FV články. Změřil jsem hodnotu pro 34 osvícených článků a pokračoval až do poloviny, tj. k 18 osvíceným článkům. Naměřené hodnoty a grafická závislost. Osvíceno Uo[V] 36 16, , ,36 13,45 12,56 11,87 11, ,2 18 9,28

20 Závislost napětí naprázdno na zastínění část panelu Uo [V] Počet osvícených článků 6.2 Měření napětí a proudu při zátěži Postup měření Zapojil jsem rezistor o hodnotě 28Ω, ampérmetr a voltmetr podle schématu na obrázku P A postupoval jsem stejně jako při měření napětí naprázdno. Naměřené hodnoty a grafická závislost Osvíceno U[V] I[mA] ,98 34,6 3, ,23 2, ,9 28 2,17, ,4, ,4 22,71,29 2,52,22 18,39,18

21 Závislost napětí a proudu při zátěži na zastínění části panelu I [ma] 8 U[V] 6 I[mA] U [V] Počet osv ícených článků 6.3 Závěr Z grafických hodnot je jasné, že zastínění části panelu má mnohem větší význam z hlediska ztrát, než například úhel natočení. Proto je nutné při návrhu FV elektrárny brát v úvahu i různá nežádoucí tělesa na střeše jakými jsou např. komín, satelit aj.. Rozmístění panelů v blízkosti těchto těles je krajně nevýhodné. Dále je z výše vyobrazených grafů rozpoznatelné, že stejně jako u měření úhlu natočení i tady klesá napětí tím rychleji, čím větší je zátěž. 21

22 7. Měření vlivu intenzity osvětlení na FVP P Měření vlivu intenzity osvětlení FVP 7.1 Regulace intenzity osvětlení Triakový regulátor napětí Pro regulaci intenzity osvětlení světelným zdrojem jsem použil přenosný triakový regulátor napětí. Tento regulátor se zasune do zásuvky a do něj se zasune zástrčka světelného zdroje. Napětí je regulovatelné od do 23 V. Tato bezeztrátová technologie funguje na principu dvou antiparalelně zapojených tranzistorů, jejichž řídící elektrody jsou spojeny v jednu. Otočným regulátorem si nasavíme řídící úhel triaku a ten nám ukrajuje části půlvlny elektrického napětí. Výsledné napětí na výstupu se pak rovná ploše pod zbývající ( ukrojenou ) půlvlnou. P napětí 22 Triakový regulátor

23 Jestliže chceme zjistit velikost výstupního napětí, stačí vypočítat zbývající plochu půlvlny integrací funkce sinus. Autotransformátor Pro regulaci napětí na světelném zdroji je možné použít i autotransformátor. Je to speciální transformátor, který má jen jedno vinutí s odbočkami a jezdcem, pomocí něhož se dá plynule regulovat napětí. Napětí zdroje přivádíme na svorky celého vinutí a z jedné svorky a výstupu jezdce odebíráme požadované napětí. Je nutné si dát pozor abychom nepřekročili hranici 23V! Jakmile jí překročíme, na světelném zdroji vzniká přepětí, dochází k nestálostem svícení a může dojít až k úplnému zničení halogenové žárovky. Odporový dělič napětí. Regulovat napětí můžeme i posuvným odporem také nazývaným potenciometr. Funguje tak, že napětí zdroje přivedeme na oba konce posuvného odporu a požadované napětí odebíráme mezi jedním koncem a výstupem jezdce. Toto užití děliče napětí je ztrátové. 7.2 Měření napětí naprázdno Postup měření Zapojil jsem voltmetr na svorky FVP a položil sondu luxmetru na FVP. Nastavil jsem regulátor napětí tak, aby luxmetr ukázal 12 luxů. Poté jsem sundal sondu luxmetru z FVP, aby nedocházelo k nežádoucímu zastínění. Následně jsem odečetl hodnotu napětí naprázdno a pokračoval stejným postupem až do 25 luxů. Vždy jsem měřil po luxech. Naměřené hodnoty a grafická závislost E[lux] Uo[V] ,4 16,25 16,1 15,9 15,76 15,4 15,2 14,9 14,54 14,6 13,3 12,6 11,8,19 8,8 23

24 7.3 Měření napětí a proudu při zátěži Závislost napětí naprázdno na intenzitě osvětlení Uo [V] E [lux] Postup měření Jako zátěž jsem opět zvolil rezistor o hodnotě R=28Ω. Zapojil jsem obvod podle schématu zapojení na obrázku P Dále jsem položil čidlo luxmetr na panel a pomocí regulátoru napětí jsem nastavil intenzitu osvětlení na 12 luxů. Odstranil jsem čidlo, aby zbytečně nestínilo FVP a odečetl jsem hodnoty z ampérmetru a voltmetru. Poté jsem nastavil intenzitu osvětlení na 1 luxů a takto pokračoval dále až do hodnoty 25 luxů. Naměřené hodnoty a grafická závislost E [lux] U [V] I [ma] ,55 13,15 12, ,9 4,74 4,52 4, ,3,62 9,7 4,9 3,75 3, ,92 3,23 3 7,42 2,7 2 5,84 2, ,9 2,31 1,67 1,84 1,42,85,65

25 Závislost napětí a proudu při zátěži na intenzitě osvětlení U [V] I [ma] 12 U [V] I [ma] E [lux] 7.4 Závěr Z grafických závislostí je vidět, že napětí naprázdno výrazněji klesá až u hodnot okolo 4 luxů, kdy už je i pouhým okem jasně zaznamenatelné každé snížení intenzity osvětlení. Jako u přechozích vlivů, i zde je vidět, že po připojení zátěže začíná klesat napětí mnohem dříve. 25

26 8. Měření vlivu okolní teploty na FVP P Měření vlivu okolní teploty na FVP 8.1 Měření napětí naprázdno Postup měření Toto měření jsem prováděl na dvou místech. Ve venkovních prostorech školy a v učebně. Nejprve jsem vzal veškeré potřebné vybavení (tj. přípravek na měření, voltmetry, ampérmetr a laserový bezkontaktní teploměr) s sebou ven z budovy. Venku panovala teplota -11 C, kterou jsem využil pro ochlazení FVP na C. Zapojil jsem na svorky FVP voltmetr, teploměrem zkontroloval teplotu a odečetl hodnotu z voltmetru. Dále jsem nechal samovolně ochladit až na -5 C a odečetl hodnotu. Poté jsem vzal veškeré vybavení zpět do učebny a počkal jsem, než se samovolně ohřeje FVP na 5 C, kdy jsem opět odečetl hodnotu napětí. Poté jsem už jen zahříval fénem FVP a odečítal hodnoty po 5 C až do 5 C. Naměřené hodnoty a grafická závislost T [ C] Uo [V] -5 18,72 18, ,84 17,53 17,1 16,51 15,85 15,64 15,17 14,75 14,16 26

27 U [V] Závislost napětí naprázdno na teplotě FVP T [ C] 8.2 Měření napětí a proudu při zatížení Postup měření Postupoval jsem stejně jako při měření naprázdno v bodě 8.1 s tím, že bylo obvod byl zapojen podle schématu P Naměřené a vypočítané hodnoty T [ C] U [V] I [ma] ,72 14,2 14,2 14,3 13,84 13,62 13,15 12,93 12,87 12,59 12,35 11,98 7,5 6,98 6,91 6,82 6,76 6,61 6,39 6,23 6,25 6,13 6,5 5,87 27

28 Závislost napětí a proudu při zátěži na teplotě FVP U [V] I [ma] 12 U [V] 8 I [ma] T [ C] 8.3 Závěr měření vlivu okolní teploty na FVP Z grafických závislostí vidíme, že hodnoty napětí i proudu se mění přibližně lineárně. Obecně tedy platí, že čím vyšší teplota, tím menší výkon FVP. Proto například nejsou tolik rozšířené FVE na pouštích. Přestože je tam velká intenzita slunečního záření, panují tam vysoké teploty, panely se nedokáží ochladit a ztrácí na výkonu. V poušti se proto využívají elektrárny sluneční, které pomocí vypouklých zrdcadel ohřívají olej cirkulující trubicí umístěnou v ohnisku zrcadel. Ten pak ohřívá páru v parogenerátoru, a zbytek elektrárny funguje podobně jako u elektrárny tepelné. 9. Měření zatěžovací charakteristiky FVP Postup měření Zapojil jsem voltmetr, ampérmetr a proměnný rezistor podle schématu na obrázku P Hodnotu rezistoru jsem zvolil R=234Ω. Nastavil jsem odpor tak, aby odpovídal hodnotě napětí U=16V. Postupně jsem posuvným jezdcem snižoval odpor a zaznamenával hodnoty napětí a 28 P Schéma pro měření zatěžovací charakteristiky

29 proudu. Hodnoty jsem zaznamenal vždy po ΔU=,1V. Při napětí U=15,7V jsem vyměnil posuvný rezistor za rezistor o hodnotě R=Ω kvůli jemnější regulaci odporu. To samé jsem udělal při hodnotě U=13V, kdy jsem změnil rezistor na R=28Ω. Skončil jsem u hodnoty U=11,1V. Naměřené hodnoty a grafická závislost U [V] I [ma] 16 15,9 15,8 15,7 1,15 1,4 1,74 2,7 15,6 2,27 15,5 2,52 15,4 2,77 15,3 3 15,2 3,23 15,1 3, ,51 14,9 14,8 14,7 3,68 3,8 4,4 14,6 14,5 14,4 14,3 14,2 14, ,9 13,8 13,7 13,6 13,5 13,4 13,3 4,25 4,42 4,52 4,66 4,78 4,85 4,95 5,1 5,22 5,36 5,48 5,52 5,64 5,68 13,2 13, ,9 12,8 12,7 12,6 12,5 12,4 12,3 12,2 12, ,9 5,75 5,83 5,85 5,92 5,98 5,98 6,3 6,9 6,1 6,16 6,22 6,23 6,28 6,32 11,8 11,7 11,6 11,5 11,4 11,3 11,2 11,1 6,37 6,43 6,44 6,46 6,51 6,59 6,64 6,73 Zatěžovací charakteristika FVP I [ma] U [V]

30 . Závěr Pro odborníky, jakými učitelé bezesporu jsou, přinese práce jen minimum informací. Tato práce je však určena pro nás, pro žáky, pro které je někdy velice těžké pochopit danou látku z čísel a tabulek. Myslím si, že tento výrobek by mohl značně obohatit výuku a jednoduchým způsobem poukázat na některé nezodpovězené otázky týkající se fotovoltaických instalací (výroben). Veškeré nezbytnosti pro praktickou výuku jsou obsaženy v této práci. Mě samotného tato práce obohatila v mnoha směrech s ohledem na to, že jsem si mohl na vlastní kůži ověřit dříve zjištěné informace (mám na mysli sdělení a poznatky od zaměstnanců firmy, kde jsem pracoval na letní brigádě), proto si myslím, že se mi záměr o praktické posouzení a zjištení u této práce povedl. 11. Seznam použité literatury Seznam zkratek FVČ fotovoltaický článek FVE fotovoltaická elektrárna FVP fotovoltaický panel 13. Přílohy Seznam příloh: 1. Zadání pro praktickou výuku 2. CD s digitálním záznamem písemné práce (přilepeno k obalu práce) 3

31 1. Zadání pro praktickou výuku Zadání: 1. Změřte napětí naprázdno a proud nakrátko. 2. Změřte vliv úhlu natočení FVP na napětí naprázdno a při zátěži a proud při zátěži. 3. Změřte vliv zastínění části panelu na napětí naprázdno a při zátěži a proud při zátěži. 4. Změřte vliv intenzity osvětlení FVP na napětí naprázdno a při zátěži a proud při zátěži. 5. Změřte vliv okolní teploty na napětí naprázdno a při zátěži a proud při zátěži. 6. Změřte zatěžovací charakteristiku. Teoretický úvod: Uveďte: 1. Popis fotovoltaického článku a jeho druhy 2. Popis fotoelektrického jevu 3. Z čeho je složen Fotovoltaický panel 4. Co to znamená Zelený bonus Schéma zapojení: Schéma pro měření zatěžovací charakteristiky 31

32 Schéma pro měření nakrátko Schéma pro měření proudu a napětí se zátěží Schéma pro měření napětí naprázdno 32

33 Postup měření: 1. Napětí naprázdno a proud nakrátko Pro změření naprázdno zapojte do svorek FVP voltmetr a změřte napětí naprázdno. Dávejte přitom pozor abyste nestáli před přípravkem! Od vašeho těla se odráží část světla produkovaného světelným zdrojem a měření pak není objektivní. Ideální je mít přípravek položený na stole a při měření sedět na židli. Pro měření nakrátko zapojte dle schématu. Na schématu jsou vyznačena písmenka Č,Ž,M,Z (červená, žlutá, modrá, zelená). Každé z nich odpovídá reálné barvě zdířky. Je to kvůli tomu, že toto zadání je tištěno černobíle. Hodnota odporu na rezistoru by měla být R=5Ω a hodnota napětí na zdrojích bude Un+=18V, Un-=18V. Po nastavení zdrojů začněte zvyšovat napětí Uin od nuly až do hodnoty, než se na voltmetru Ube objeví hodnota,7v. Nyní je tranzistor plně otevřen. Ze vztahu: Isc=(Uin-Ube)/Re vypočtěte hodnotu nakrátko. 2. Vlivy uvedených omezení na napětí naprázdno a při zátěži a proud při zátěži Zapojte voltmetr do svorek FVP pro měření napětí naprázdno. Pro měření na zátěži zapojte rezistor o hodnotě R=28Ω, voltmetr a ampérmetr podle schématu pro měření na zátěži. Poté měřte napětí a proudy při různých polohách, zastínění a teplotách panelu a při různé intenzitě osvětlení FVP. Opět si dávejte pozor na odraz světla od vašeho těla! 3. Zatěžovací charakteristika Pro měření zatěžovací charakteristiky zapojte posuvný rezistor o hodnotě R=234Ω, ampérmetr a voltmetr podle schématu pro zatěžovací charakteristiku. Postupně snižujte odpor a při hodnotě U=15,7V vyměňte za rezistor o hodnotě R=Ω. Při hodnotě U=13V vyměňte za rezistor o hodnotě R=28Ω. Výměnu provádíme kvůli citlivější regulaci. I zde by měl být kladen důraz na světlo odražené od vašeho těla. Naměřené a vypočítané hodnoty: 1. Vliv úhlu natočení α [ ] Uo [V] 33

34 α [ ] U [V] I [ma] 2. Vliv zastínění části panelu Odkryto Uo [V] Odkryto U [V] I [ma] 3. Vliv intenzity osvětlení E [lux] Uo [V] E [lux] U [V] I [ma] 4. Vliv okolní teploty T [ C] Uo [V] T [ C] U [V] I [ma] 5. Zatěžovací charakteristika U [V] I [ma] Příklady výpočtů: Isc=(Uin-Ube)/Re 34

35 Závěr: Uveďte, co jste zjistili měřením vlivu zastínění části FVP. Porovnejte umístění panelů na rodinný domek se sedlovou střechou nebo na panelový dům s rovnou střechou. Vysvětlete, proč v jarních měsících podává panel vyšší výkony, než při parném létě, bereme-li v úvahu stejnou intenzitu osvitu. 35