Fotovoltaické solární systémy

Transkript

1 Fotovoltaické solární systémy 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 fotovoltaickýchpanelů Dotace instalacepilotních, demonstračních zařízení pokles ceny a ukončení dotací instalace s ohledem na návratnost 1

2 Princip: Křemíkový krystalický článek Dopadem světelného záření se vlivem předávání energie z fotonů na atomy krystalické mřížky uvolňují elektrony, které díky přechodu PN nemohou přecházet do vrstvy typu P a hromadí se ve vrstvě typu N. Stejně tak se v oblasti typu P hromadí díry. Tato nerovnoměrnost rozdělení nosičů náboje vytváří elektrický potenciál (cca 0.6 V). Připojí-li se na elektrody článku elektrický obvod se spotřebičem, začnou elektrony procházet vodičem zn vrstvy, kde je jich přebytek, do vrstvy P. PN přechod umožňuje snadnější přechod volných elektronů z vrstvy Pdo vrstvy N. 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 zkřemíku Si (arzenid galia GaAs - kosmický program) účinnost laboratorní až 24%, reálná 14-16% 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 %, vpraxi %. 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,.. Organické články tekuté články (Graetzelovi, barvocitlivé, polymerové) schopnost pracovat i s menším množstvím světla levné materiály, možnost nátěru,tisku výhodnější ekologie výroby předpokládána nižší cena barevnost, průhlednost účinnost do 10% New Mexico State University, University of California -Los Angeles 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 soznačením Wp, ( watt-peak) 5

6 Výroba fotovoltaiky 6

7 Vícepřechodové články Dosahují nejvyšší účinnosti (laboratorně 43,5%) Nejpokrokovější technologie solárních článků Potenciál odhadován na 50% Výrobní cena 100x nižší než křemíkových Vhodné pro koncentrační systémy (celková účinnost laboratorně 36% - křemíkové 18%) Systémy koncentrátorů CPV Concentratedphotovoltaic Využívá se optických prvků -zrcadel nebo čoček Koncentrace funguje pouze pro přímé sluneční záření musí tomu odpovídat lokalita Přímá výroba elektřiny ze solárního záření Vyžadováno je aktivní natáčení vzhledem k poloze slunce Koncentrátory mohou zvýšit produkci energie o přibližně 30 % Malá (2-100 x) -není nutné aktivní chlazení, ekonomické řešení, použití běžných nebo upravených silikonových článků, většinou nutné natáčení Střední ( x) -nutné dvouosé natáčení, chlazení Velká koncentrace (>1000 x) talířové reflektory, Fresnelovy čočky, nutné výkonné pasivní chlazení Problém mohou představovat nízké úhly dopadajícího záření CST Concentratedsolarpower Tepelné systémy konkurence fotovoltaiky 7

8 Systémy CPVT (Concentratedphotovoltaicsand 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 kwpna 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 8

9 Zapojenídosítě ( grid-on ) vyžadují měnič (střídač) pro přeměnu stejnosměrného proudunastřídavý Skutečný denní výkon FVE Ing. Jakub Ulč 9

10 FV elektrárny Údržba pozemku Údržba FV systému Řešení likvidace po končení životnosti Nutné zabezpečení proti krádeži Označení panelů Obvod pozemku střežen buď infračervenými čidly, nebo detekčním kabelem nataženým v plotu Fotovoltaika integrovaná do budov BuildingIntegratedPhotovoltaics(BIPV) architektonická variabilita vztah k životnímu prostředí ekonomický přínos

11 PV-GIS Návrh FV systémů FV příprava TV Sestava pro elektrický dohřevtv v zásobníku Výkon 1470Wp (6ks á 245Wp) Zásobník větší než 100l Příkon spirály 2-3kW (230V) Cena 2014: 76tis. Kč vč. DPH 11

12 Porovnání Solární FV systémy a FT soustav Účinnost systému (odhad) Maximální měrný výkon Optimální orientace / Celoroční sklon Další vlastnosti Fotovoltaický systém Fototermická soustava 15% 60% 125 W/m 2 Zatažená obloha (5% výkon) Jih Sklon Zakrytípanelů Pokles účinnosti Nízké náklady na údržbu Dlouhá životnost 800 W/m 2 Jih Sklon 45 Sklon vzávislosti na době využití tepelné energie. Zimní sklon Menší plocha Vyššínáklady na údržbu a provoz Malý pokles účinnosti Hašení požárů FV panelů prvotním úkolem jednotek požární ochrany je chránit životy a zdraví (v extrémním případě dojít i na situaci, kdy velitel rozhodne o ukončení hasebních prací zdůvodu ohrožení zasahujících hasičů) hasiči při požáru vždy zajišťují vypnutí proudu (u FVE jsou různá zapojení) při samotném požáru nehoří přímo panel, ale především kabeláž a rozvody výrobu elektřiny vpanelu nelze zastavit jinak, než jeho přikrytím fotovoltaický panel může vytvářet stejnosměrné napětí mezi V (bezpečné napětí) panely jsou zapojeny do série, jejíž výsledné napětí se může pohybovat vrozsahu Va proud mezi 6 8A (životu nebezpečné) nestejnoměrné zatížení střešní konstrukce může v případě požáru zapříčinit její pád 12