OBSAH. 1. Energie Slunce, solární článek 2. Historie FV a trendy 3. Rozdělení FVS 4. Sluneční podmínky v ČR, PVGIS

Transkript

1 1

2 OBSAH 1. Energie Slunce, solární článek 2. Historie FV a trendy 3. Rozdělení FVS 4. Sluneční podmínky v ČR, PVGIS 2

3 Cíle na poli OZE v EU a ČR EU 2010 až 21 % elektřiny z OZE ČR 2010 až 8 % elektřiny z OZE (podíl elektřiny z OZE na hrubé spotřebě elektřiny v ČR) ČR 2030 až 16-17% elektřiny z OZE 2007 podíl OZE na hrubé spotřebě elektřiny 4,7 % (2006 4,9 %, ,48 %, ,04 %) podíl fotovoltaiky.???...zatím 0,00 %!!! 3

4 Energie Slunce H 2 He + energie 3, W 500 mil. tun/s tok sluneční energie 1/3 záření se odráží od atmosféry 8 minut 20 s TW dopadá na Zemi (1.350 W/m 2 ) 2/3 záření dopadá na POVRCH Země a přímo či nepřímo se přeměňuje na teplo tento podíl je využitelný jako obnovitelný zdroj pouze malá část se akumuluje (biologické zbytky fosilní paliva) 4

5 Energie Slunce světlo a teplo (elektromagnetické záření fotony) Spektrum sl. záření: - ultrafialové záření - viditelné světlo -infračervené záření 5

6 Fotovoltaika =přímá přeměna energie slunečního záření na elektřinu Foton Solární článek Elektron Elektrický proud TW (1,2 x W) energie Slunce dopadající na Zemi 6

7 c-si - článek Rozměr článku 100 x 100 až 156 x 156 mm Tloušťka Si desky cca 0.2 mm Celoplošný PN přechod P typ křemík (křemík s příměsí boru) a N typ (povrchová) difůze ( řízené znečisťování křemíku atomy fosforu) Ochranná vrstva nitridu křemíku (antireflexní vrstva) Kontakty pro propojení článků v panelu 7

8 Historie fotovoltaiky Fotovoltaika - přímá přeměna energie slunečního záření na elektřinu fotovoltaika řecky světlo (phos) a jméno italského fyzika A. Volty objev fotovoltaického jevu připsán A.E.Becquerelovi (1839) fyzikálně popsán A. Einsteinem (Nobelova cena 1921) 1883 první selenový fotočlánek s tenkou vrstvou zlata (Ch.Fritts, účinnost pod 1%) první počiny s křemíkovými články, první patent Russell Ohl

9 skutečný Si-článek 1954 (Bell Telephone Laboratories, G.L. Pearson, Daryl Chapin, Calvin Fuller, účinnost 6 %) cena sol. článku o účinnosti 2% o výkonu 14 mwp byla v roce USD/Wp dnes cena okolo 2 USD/Wp, účinnost vyráběných článků až 23% Další milníky: 60- léta, rozvoj díky kosmickému výzkumu, energie pro družice (první Sputnik 3, 1957) celosvětová ropná krize v 70. letech současnost náhrada klasických energetických zdrojů (feed-in tariff) 9

10 10

11 FV 1.generace základem křemíkové desky nejrozšířenější na trhu (90 %) komerční prodej v 70.letech účinnost v sériové výrobě 16 19%, resp. 24 % 11

12 Řetězec křemíkové technologie Poly Silicon Mono-Ingoty Multi-Ingoty řezání Si desek Výroba solárních článků Výroba panelů 12

13 FV 2. generace tenké vrstvy úspora materiálu rostoucí podíl na trhu komerční prodej v pol. 80.let účinnost v sériové výrobě 6 13% Zdroj: Unisolar Střecha Katzenbach,Juwi, CdTe Amorfní křemík Mikrokrystalický křemík Amorfní Ge, SiGe GaAs, InP CdTe/CdS CuInSe - CIS 13

14 FV 3. generace snaha o maximalizaci počtu absorbovaných fotonů a max. využití jejich energie víceméně laboratorní záležitost komerčně využitelné tandemové struktury (z tenkých vrstev) vícevrstvé solárních články využití horkých nosičů nanomateriály organické články atd. 14

15 Technologie na trhu 2006 Podíl (%) amorfní Si; 4,7% ribbon (pásky Si); 2,6% poly Si; 46,5% CIS ; 0,2% CdTe; 2,7% mono Si; 43,4% Zdroj: Photon International 15

16 Účinnosti FV technologií Technologie Krystalické Amorfní Si CdTe CIS am/mikro Si Monokrystal Multikrystal Účinnost za STC* 6-7 % 8-10 % 10-11% 8% 16-17% 14-15% Účinnost panelů 13-15% 12-14% Potřebná plocha na kwp Účinnost panelů a článků Tenkovrstvé 15 m² 11 m² 10 m² 12 m² cca 7 m² cca 8 m² *STC - Standard Testing Conditions (25 C, záření 1000 W/m², spektrum záření AM 1,5) Zdroj: Solar generation IV 2007, EPIA 16

17 Fotovoltaické systémy 17

18 Solární články koncentrátorové články standardní barevné SČ loga 18

19 Solární panely Mono - Si Poly - Si Tenkovrstvý A - Si 19

20 Struktura panelu Kalené sklo Hliníkový rám Eva Články Eva Tedlar Polymer Tedlar Připojovací box Odolnost: vlhkost, vítr, déšť, krupobití (Ø 25mm), teplotní změny, písek a mechanické namáhání. 20

21 Fotovoltaické systémy Sériovým (paralelním) propojením článků vzniká solární panel Propojením solárních panelů vzniká fotovoltaické pole. Spolu s ostatními komponenty (regulátor dobíjení, akumulátor, střídač, kabeláž, elektroměr aj.) tvoří FVS. Dělíme dle různých kritérií: - grid off (do sítě nepřipojené systémy) - grid on (připojené do sítě) - BIPV (integrované do budovy) - drobné aplikace - rovinné, koncentrátorové, natáčecí systémy 21

22 Ostrovní systém s přímým napájením Grid - off Solární panely Spotřebič Ostrovní systém s akumulací elektrické energie (hybridní systémy) Solární panely Regulátor nabíjení/ vybíjení 12 V ss (24;48V ss ) 12 V ss (24;48V ss ) Svítidlo TV Chladnička Vítr... Voda... Plyn... Benzin... G st Pro hybridní systém ss Akumulátoro vá baterie Střídač xxv ss /230V st 230V st / 50Hz Běžné síťové spotřebiče 22

23 Grid -off -dopravní značení - výstražné systémy - plynové stanice - vodohospodářství -zemědělství -letectví - meteorologie -jachty - karavany - rozvojové země Zdroj: Solartec, s.r.o. David Křížek 50 Wp 23

24 První skutečně ostrovní fotovoltaický systém v deltě Mekongu 1,1 kwp 24

25 Grid - on Solární panely Síťový střídač pro solární systémy Vnitřní elektrické rozvody elektroměr elektroměr Veřejná rozvodná síť Tarif 13,46 Kč/kWh (2008) Fotovoltaické elektrárny 0.1 kw??? MW Rodinné domy, veřejné budovy, el. na volné zemi Fasádní aplikace integrace do budov 25

26 Rodinné domy Zdroj: Solartec, s.r.o. 26

27 Solární elektrárny na zemi Hrádek 1,1 MWp, tenkovrstvé panely Kaneka Zdroj: Energy 21, s.r.o. Vysoké Veselí 327 kwp monokrystalické panely Solartec Zdroj: Solartec, s.r.o. 27

28 Střešní aplikace budoucnost FV MŽP ČR, 25 kwp Brněnec kwp, největší střešní systém v ČR Zdroj: Solartec, s.r.o. 28

29 Střechy FV fólie Zdroj: FDT, s.r.o. 29

30 Trackery natáčecí FVS Největší natáčecí systém v ČR 120 kwp Rožmitál pod Třemšínem Zdroj: Solartec, s.r.o. 30

31 Fasádní aplikace 31

32 Koncentrátorové systémy 32

33 Slunolamy, transparentní systémy 33

34 Drobné aplikace 34

35 Fotovoltaika - tržní trendy každoroční růst trhu od roku 1998 o více než 35 % (41% v roce 2007) Ø cena FVS na klíč 5 /Wp předpoklad poklesu na 2,5 /Wp v roce 2015, 1 /Wp v 2030 cena elektřiny v EU z FV ct/kwh 93 % trhu křemíkové technologie (na trhu dostupné také amorfní Si, CIS, CIGS, Cd-Te) dočasný nedostatek křemíku předpoklad investic do nových výroben 4 mld Euro v ČR silná koruna vs vzestup poptávky, fluktuace cen 35

36 SRA budoucnost FV Charakteristiky 1980 Dnes 2015/ Dlouhodobě Cena FVS na klíč 2007 ( /Wp, bez DPH) >30 5 (4 8) 2,5/ ,5 Cena elektřiny Jižní Evropa (2007 /kwh) >2 0, /0,12 Konkur. maloobchdní ceně el. 0,06 Konkur. velkoobchdn íceně el. 0,03 Typická účinnost komerčních solárních panelů do 8 % do 15 % do 20 % Do 25 % do 40 % Energetická návratnost (Jižní Evropa, roky) > ,5 0,25 Strategic Research Agenda, EU PV Technology Platform 36

37 Instalovaný výkon FV - svět MWp Instalovaný FV výkon EU Celkově svět Zdroj: EPIA 37

38 FV v EU 2007 Nárůst výkonu FV v EU proti roku 2006 o 57 %! Země off -grid on - grid Instal. výkon "FV na hlavu" Nainstal. výkon v (MWp) (MWp) celkem(mwp) (W/hlava) roce 2007 (MWp) Německo 35, , ,0 46, ,0 Španělsko 26,4 489,4 515,8 11,7 340,8 Itálie 13,3 86,9 100,2 1,7 50,2 Rakousko 3,3 25,3 28,6 3,5 3,0 GB 1,7 16,0 17,7 0,3 3,4 ČR 0,2 5,1 5,3 0,5 4,5 * EU 128, , ,5 8, ,2 * odhad CZREA Zdroj: Eurobarometer 38

39 Feed-in tariff ve vybraných zemích EU 2008 Země Feed-in tariff Výkupní cena Doba Záření Cíle ct/kwh Kč/kWh výkupu kwh/m²/rok Německo 35,49-51,75 8,69-12, % OZE Španělsko ,63-10, MWp Itálie ,82-12, MWp 1408 Řecko 40,3-50 (dotace 20-40%) 9,87-12, MWp Francie ,35-13, Švýcarsko 7,36-13,51 25 omezeno 1154 ČR 0,54 13, % OZE Použit kurz srpen 2008 cca 1EUR = 24,50 Kč, srpen 2007 (1EUR = 27,75 Kč) Zdroj: Eurobarometer 2008, JRC Ispra 39

40 Odhad kumul. inst. výkonu v ČR Vývoj instalovaného výkonu fotovotaiky v ČR 12 *odhad: červen MWp * off - grid systémy (mimo síť) on-grid systémy (v síti) Celkem Zdroj: ERÚ, Czech RE Agency, o.p.s. 40

41 Přírodní podmínky v ČR Na 1m² vodorovné plochy dopadne v ČR Ø kwh energie Roční množství slunečních hodin v ČR Ø (ČHMÚ) vs Ø V praxi lze v podmínkách ČR získat z 1 kwp (cca 10 m²) instalovaného výkonu v Ø kwh elektrické energie 41

42 Sluneční záření v ČR kwh/m² (c) 2005 Czech Hydrometeorological Institute 42

43 Sluneční záření v ČR kwh/m² Horizontální plocha PVGIS - Photovoltaic Geographical Information System European Communities,

44 PVGIS 44

45 45

46 46

47 Czech RE Agency, o.p.s. Sídlo: Televizní Rožnov pod Radhoštěm Pobočka: Americká 17, Praha 2, Tel: , Fax:

48 48