Fotovoltaické články

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Fotovoltaické články"

Romana Mašková
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 Fotovoltaické články (historie, současný stav a trendy) Prof. Ing. Vitězslav Benda, CSc ČVUT Praha, Fakulta elektrotechnická katedra elektrotechnologie

2 Fotovoltaika přímá přeměna energie slunečního záření na elektrickou energii objev fotovoltaického jevu (A. E. Becquerel ) 1877 první selénový FV článek (W. G. Adams a R. E. Day) 1954 křemíkový FV článek (D. M. Chapin, C. S. Fuller a G. L. Pearson) 1970 první FV článek na bázi GaAs heterostruktury (Alferov, Andreev a kol.) 1976 první FV článek na bázi amorfního Si ( D.Carlson and C. Wronski) 2008 instalovaný výkon FV elektráren překročil 14 GW p 2009 instalovaný výkon FV elektráren překročil 21 GW p

3 Generace volných nosičů náboje v materiálech s kovalentní vazbou d x d x G x G tot ) ( exp ) ( ) ( ) ; ( ) ( Ve vzdálenosti x pod povrchem je generováno za jednotku času G tot párů elektron-díra Je-li koncentrace nerovnovážných nosičů Dn, za jednotku čau rekombinuje R párů elektron-díra n dt n d R rec D D V ustáleném stavu je dynamická rovnováha

4 Část sluneční energie se využila na generaci volných nosičů nanokrystalický Si V homogenním materiálu je Dn = Dp (elektroneutralita)

5 Polovodičové fotovoltaické články Pro vytvoření potřebného rozdílu potenciálu je možno využít struktury s vestavěným elektrickým polem Vhodné struktury jsou: přechod PN heteropřechod (kontakt dvou různých materiálů). Generovaná proudová hustota J PV ( ) H Dn qg( ) dx q dx H 0 0 n J sr (0) J sr ( H )

6 V-A charakteristika fotovoltaických článků V-A charakteristika přechodu PN J 01 n 2 i D e L n n 1 p p0 D L p p 1 n n0 J 02 eu j eu j J J 01 exp 1 J kt 02 exp 2kT enid sc Paralelní odpor R p 1 R s I Sériový odpor R S A ill ozářená plocha A - celková plocha I PV D R p U R L Napětí na článku U = U j - R s I I U R I kt s s AillJ PV I01 exp e 1 I02 exp e 1 U R I 2kT U RsI R p

7 V-A charakteristika fotovoltaického článku a její důležité body Parametry závisejí na intenzitě dopadajícího záření Parametry U OC, I SC, U mp, I mp, P m = U mp I mp ( STC: 25 C, 1 kw/m 2, AM= 1,5) Činitel plnění U mp P I in mp FF U U mp OC I I mp SC účinnost článku

8 I (A) Vliv teploty na V-A charakteristiku a na účinnost 3,5 3 2,5 2 T U OC 0 1,5 1 0, ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 U (V) 25 C 35 C 45 C 55 C 65 C 75 C 85 C 95 C U FV článků z c-si 1 U OC U T OC 0,4%/ K 1 T 0.5%/ K S rostoucí teplotou roste R s a klesá R p

9 Základní typy článků Krystalický Si Tenkovrstvé články CuInSe 2 amorfní křemík amorfní SiGe CdTe/CdS

10 Materiály a technologie pro fotovoltaické články Nové materiály Gratzel, DSSC polymery nanotechnologie 88% 12% R&D

11 Články z krystalického křemíku vývoj technologie

12 FV články a moduly z krystalického Si (c-si) FV články jsou realizovány z destiček krystalického Si o tloušťce 0,15 0,3 mm a hraně 100 až 200 mm c-si mono (43,4%) Ztráty materiálu při řezání cca 40% c-si multi (46,5%) c-si ribbon (2,6%) Polykrystalické pásky o šířce 100 až 150 mm a délce až 7 m jsou rozřezány laserem - minimální ztráty

13 Výroba FV článků z c-si

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

modulů FV moduly musí být odolné proti vlhkosti, větru, dešti, krupobití

15 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, dešti, krupobití (kroupy o průměru 25 mm), teplotním změnám (od -40 do +85 C) písku a mechanickému namáhání. Odolnost vůči napětí > 600 V Požadovaná životnost: let

16 Sériově zapojené FV články: všemi články teče stejný proud R s R s R s R s R p R p R p R p Optimální situace: I n článků n + 1 článků Všechny články mají stejný I mp Pokud články mají různý I mp, pracují mimo bod maximálního výkonu a účinost klesá U

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

18 Provozní teplota FV článků a modulů Provozní teplota FV článků v modulu závisí na teplotě okolí. Intenzitě dopadajícího záření na konstrukci modulu NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) je definována jako teplota článků T c při teplotě okolí T a = 20 C. intenzitě slunečního záření G = 0.8 kwm 2 a rychlosti větru 1 ms 1. r thcab db b T c 1 h b T a r r thcaf thca G d f f ab 1 h f r thca r r thcaf thcaf r r thcab thcab Na zadní straně modulu je možno měřit teplotu modulu T mod T c T mod DT G G SCT

21 Stav výroby FV článků a modulů

22 Terrawattová éra: Vývojové trendy

23 Síťová parita. 2,5 EUR/W p

24 Podstatné snížení ceny Si: 2008 > 500 USD/kg USD/kg Snížení ceny modulů z krystalického křemíku

25 Další cíl EU: V roce 2020 dosáhnout výroby 10% celkové elektrické energie pomocí fotovoltaiky při ceně nižší než 0,1 /kwh

Podobné dokumenty

A VÝVOJOVÉ TRENDY. Prof. Ing. Vitězslav Benda, CSc. ČVUT Praha, Fakulta elektrotechnická katedra elektrotechnologie

A VÝVOJOVÉ TRENDY. Prof. Ing. Vitězslav Benda, CSc. ČVUT Praha, Fakulta elektrotechnická katedra elektrotechnologie FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY DNES A VÝVOJOVÉ TRENDY Prof. Ing. Vitězslav Benda, CSc ČVUT Praha, Fakulta elektrotechnická katedra elektrotechnologie Fotovoltaika přímá přeměna energie slunečního záření na elektrickou