Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Podobné dokumenty
Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Energetika v ČR XVIII. Solární energie

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Vozítko na solární pohon. Hung Pham Huy, Le Dinh Tuan, Jan Novák 7.A Gymnázium Cheb Nerudova 7

1/64 Fotovoltaika - základy

Otázky pro samotestování. Téma1 Sluneční záření

Historie. Fotovoltaické elektrárny

Elektřina ze slunce. Jiří TOUŠEK

Fotovoltaika - základy

Fotovoltaické systémy

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Alternativní zdroje energie

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

ÚVOD... 4 OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE... 5 ENERGIE ZE SLUNCE...

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie

2.3 Elektrický proud v polovodičích

Otázky pro samotestování. Téma1 Sluneční záření

ENERGIE SLUNCE - VÝROBA ELEKTŘINY

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Fotovoltaický článek. Struktura na které se při ozáření generuje napětí. K popisu funkce se používá náhradní schéma

Budovy a energie Obnovitelné zdroje energie

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

Základy elektrotechniky

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_16_ZT_E

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

ENERGETICKÉ ZDROJE PRO 21. STOLETÍ

Energie,výkon, příkon účinnost, práce. V trojfázové soustavě

EUROPEAN TRADESMAN PROJECT NOTES ON ELECTRICAL TESTS OF ELECTRICAL INSTALLATIONS. Obnovitelné zdroje energií v domácnostech

EU PENÍZE ŠKOLÁM NÁZEV PROJEKTU : MÁME RÁDI TECHNIKU REGISTRAČNÍ ČÍSLO PROJEKTU :CZ.1.07/1.4.00/

Zvyšování kvality výuky technických oborů

7. Elektrický proud v polovodičích

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Moravské gymnázium Brno s.r.o. RNDr. Miroslav Štefan

7. Elektrický proud v polovodičích

Solární panely a jak na ně

Elektrický proud v polovodičích

SILNOPROUDÁ ELEKTROTECHNIKA A ELEKTROENERGETIKA.

λ hc Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda

Základní typy článků:

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_15_Bipolární tranzistor Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing. Miroslav Krýdl

Lekce 1 FisherTechnik (3,5 vyuč. hodiny)

V nejnižším energetickém stavu valenční elektrony úplně obsazují všechny hladiny ve valenčním pásu, nemohou zprostředkovat vedení proudu.

Návrh FV systémů. Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů

Střešní fotovoltaický systém

NÁZEV ŠKOLY: Základní škola Javorník, okres Jeseník REDIZO: NÁZEV: VY_32_INOVACE_191_Elektřina a její počátky AUTOR: Ing.

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Pedagogická fakulta v Ústí nad Labem Fyzikální praktikum k elektronice 2 Číslo úlohy : 1

Technologie solárních panelů. M. Simandl (i4wifi a.s.)

r W. Shockley, J. Bardeen a W. Brattain, zahájil epochu polovodičové elektroniky, která se rozvíjí dodnes.

Obnovitelné zdroje elektrické energie fotovoltaické elektrárny

FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 3 FEKT VUT v Brně ESO / P5 / J.Boušek 4

POPIS VYNÁLEZU K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ. (40) Zveřejněno N

Projekt osvětlení Téryho chaty elektřinou ze slunce

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

ČVUT v Praze. Fakulta stavební Thákurova 7, Praha 6 kamil.stanek@fsv.cvut.cz BUDOVY PŘEHLED TECHNOLOGIE

Studijní opora pro předmět Technologie elektrotechnické výroby

Obrázek 1: Schematická značka polovodičové diody. Obrázek 2: Vlevo dioda zapojená v propustném směru, vpravo dioda zapojená v závěrném směru

5. Vedení elektrického proudu v polovodičích

PV01 Fotovoltaické panely na střeše (PV 01)

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

Lehký topný olej. 0 t CO 2 /MWh výhřevnosti paliva. 1,17 t CO 2 /MWh elektřiny

FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY úvod do problematiky

Charakteristiky optoelektronických součástek

ZDROJE A PŘEMĚNY. JAN PREHRADNÝ, EVŽEN LOSA Katedra jaderných reaktorů FJFI ČVUT v Praze

VY_32_INOVACE_ENI_3.ME_18_Technologie polovodičových součástek. Střední odborná škola a Střední odborné učiliště, Dubno Ing.

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Kategorie Ž1. Test. U všech výpočtů uvádějte použité vztahy včetně dosazení!

Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie

Studium fotoelektrického jevu

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE

Laboratorní práce č. 3: Určení voltampérové charakteristiky polovodičové diody

Úvod do moderní fyziky. lekce 9 fyzika pevných látek (vedení elektřiny v pevných látkách)

Kód VM: VY_32_INOVACE_5 PAV04 Projekt: Zlepšení výuky na ZŠ Schulzovy sady registrační číslo: CZ.1.07./1.4.00/

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

Ing. Stanislav Jakoubek

ENERSOL 2017 VZDĚLÁVACÍ PROJEKT NA TÉMATA OBNOVITELNÝCH ZDROJŮ ENERGIE, ÚSPORY ENERGIÍ A SNIŽOVÁNÍ EMISÍ V DOPRAVĚ STŘEDOČESKÝ KRAJ

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Výroba elektrické energie (BVEE)

VY_52_INOVACE_2NOV58. Autor: Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 9.

Laboratorní úloha č. 2 - Vnitřní odpor zdroje

ALTERNATIVNÍ ZDROJE ENERGIE

Elektronika pro informační technologie (IEL)

Projekt Pospolu. Polovodičové součástky diody. Pro obor M/01 Informační technologie

PROBLÉMY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ENERGIE

Systémy pro využití sluneční energie

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Slunce # Energie budoucnosti

Osnova: 1. Zdroje stejnosměrného napětí 2. Zatěžovací charakteristika

ETL-Ekotherm a.s. TECHNOLOGICKÁ ZAŘÍZENÍ PRO KOTELNY A PŘEDÁVACÍ STANICE TEPELNÁ ČERPADLA VÝSTAVBA SOLÁRNÍCH FOTOVOLTAICKÝCH ELEKTRÁREN

<<< záložka Fyzika

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Alternativní zdroje energie. v regionu

Aktuální trendy v akumulaci a fotovoltaice, bariéry rozvoje v ČR. Ing. Pavel Hrzina, Ph.D.

MĚŘENÍ PARAMETRŮ FOTOVOLTAICKÉHO ČLÁNKU PŘI ZMĚNĚ SÉRIOVÉHO A PARALELNÍHO ODPORU

Sada 1 - Elektrotechnika

Transkript:

Merkur perfekt Challenge Studijní materiály T: 541 146 120 IČ: 00216305, DIČ: CZ00216305 / www.feec.vutbr.cz/merkur / steffan@feec.vutbr.cz 1 / 9

Název úlohy: Závod se sluncem Anotace: Úkolem týmu je nastudovat problematiku fotovoltaiky a sestavit ze stavebnice Merkur funkční kolejové vozítko, které bude primárně poháněno solární energií. Garantující ústav: Ústav elektrotechnologie Laboratoř: Technická 10, N 3.68 (třetí patro) Foto předlohy: T: 541 146 120 IČ: 00216305, DIČ: CZ00216305 / www.feec.vutbr.cz/merkur / steffan@feec.vutbr.cz 2 / 9

Zadání: Z připravených komponent realizujte funkční kolejové vozítko, které bude primárně poháněno solární energií. Soutěžící mají k dispozici stavebnice Merkur (včetně motorku), 2 ks solárních článků, 3 ks tužkových baterií v pouzdře, pájku s příslušenstvím, nářadí a ruční multimetr. Součástí vozítka budou solární články a záložní baterie. Pomocí solárních článků si soutěžící musí nejdříve baterie dobít tak, aby mohly sloužit jako záložní zdroj energie při závodu. Soutěžící si také musí pomocí součástek z Merkuru vytvořit přepínač pro rozjezd a zastavení vozítka. Pamatujte, že primární pohon musí být realizován pomocí solárních článků. Vytvořené vozítko může mít libovolnou podobu. V průběhu konstrukce si soutěžící mohou svá vozítka vyzkoušet na předem připravené dráze. Po uplynutí vyhrazeného času na konstrukci budou postupně všechny soutěžní týmy závodit se svými vozítky. Hodnotit se bude splnění úkolu: primární pohon na solární články, realizace a funkčnost přepínače, rychlost vozítka za danou dobu, ale také jeho konstrukční řešení, provedení pájených spojů a design. Při plnění zadání je zakázáno jakkoliv znehodnocovat a ničit použité materiály (ohýbat, stříhat, deformovat aj.) stavebnice, solární články, pájku, multimetr, baterie, pouzdro, motorek a veškeré kontakty. V opačném případě bude celý tým diskvalifikován! T: 541 146 120 IČ: 00216305, DIČ: CZ00216305 / www.feec.vutbr.cz/merkur / steffan@feec.vutbr.cz 3 / 9

Teoretický rozbor úlohy: Úvod Energie je veličina, bez které by dnešní moderní společnost nemohla fungovat. Nerostné bohatství jako fosilní palivo, nebo nafta je ale omezeno, proto je poslední dobou vynakládáno veliké úsilí k nalezení stabilního zdroje obnovitelné energie. Díky tomuto úsilí se dostává do popředí oblast obnovitelných zdrojů energie. Jejich přínos není jen v šetření přírodních zdrojů, ale také napomáhají snižovat emise skleníkových plynů a úroveň znečištění, které způsobují např. tepelné elektrárny. Obnovitelných zdrojů energie je spousta a každý z těchto zdrojů využívá jiný přírodní element. Jedním z těchto elementů je Slunce. Sluneční energie je základním a nezastupitelným činitelem podmiňujícím existenci na naší planetě. Sluneční energie vzniká jadernými přeměnami v nitru Slunce, na Zemi je dopravena zářením (radiací). Tento zdroj energie je zařazen mezi obnovitelné, protože vyčerpání zásob vodíku je předpokládáno v řádu miliard pozemských let. Příkon záření dopadajícího na povrch zemské atmosféry činí 1 373 W/m2. Ve skutečnosti není konstantní, neboť oběžná dráha Systémy, které využívají dopadající záření na zemský povrch, se nazývají solární systémy. Jedná se o zařízení, která přeměňují dopadající fotony na jiný typ energie. Můžeme je rozdělit na: Termoelektrické systémy Fotoelektrické systémy Termické solární systémy Solární tepelné elektrárny Jmenované systémy se liší fyzikálními principy a jejich typické vlastnosti je klasifikují do různých aplikačních využití. Tato úloha se zabývá přeměnou slunečního záření na T: 541 146 120 IČ: 00216305, DIČ: CZ00216305 / www.feec.vutbr.cz/merkur / steffan@feec.vutbr.cz 4 / 9

elektrickou energii pomocí křemíkových (Si) fotovoltaických článků, proto bude dále věnována systémům fotoelektrickým. Fotoelektrický systém Elektrická energie získaná přímou přeměnou slunečního záření je známá již z 19. století. Rozvoj fotovoltaických aplikací byl, a stále ještě je, závislý na technické úrovni a znalostech především z oblasti fyziky polovodičů. Základním principem těchto systémů je fotoelektrický jev, při němž dochází k uvolnění elektronů z látky v důsledku absorpce fotonu. Pro správnou funkci je důležité, aby foton uvolnil v látce elektron a vznikl pár elektron-díra. V kovech tento jev není možný, protože dochází k okamžité rekombinaci (zánik elektrického náboje). Pro tento účel se využívá polovodičů, ve kterých jsou elektrony a díry separovány vnitřním elektrickým polem PN přechodu. Nejjednodušší fotovoltaický článek můžeme tedy popsat jako velkoplošnou diodu s jedním PN přechodem. V ozářené oblasti PN přechodu jsou generovány nosiče, které následně difundují směrem k PN přechodu. Hustota proudu je tvořena nosiči, které byly zachyceny oblastí prostorového náboje [2]. Výše popsanou skutečnost ilustruje obr. 2. Obrázek 1: Struktura FV článku s detailem PN přechodu. T: 541 146 120 IČ: 00216305, DIČ: CZ00216305 / www.feec.vutbr.cz/merkur / steffan@feec.vutbr.cz 5 / 9

Oblast prostorového náboje vzniká na rozhraní oblastí typu P (oblast dopovaná trojmocným prvkem, např. Bór) a oblastí typu N (oblast dopovaná pětimocným prvkem, např. Fosfor). Dopování materiálu je důležitý proces z důvodu chtěných změn elektrických parametrů polovodičového materiálu a děje se tak pomocí difúze. V dřívějších dobách byly fotoelektrické systémy využívány pouze pro vojenské a vesmírné účely. V dnešní době jsou více využívány na výrobu elektrické energie, např. pro dobíjecí stanice elektromobilů, ostrovní systémy pro výrobu elektrické energie v separovaných oblastech od sítě, nebo jako fotovoltaické elektrárny dodávající elektrickou energii do rozvodné sítě (viz. Obr. 3). Obrázek 2: a) FV elektrárna, b) ostrovní systém, c) dobíjecí stanice elektromobilů. Fotovoltaické články Fotovoltaické články jsou vyrobeny z polovodičových materiálů. Existuje mnoho polovodičových materiálů, které splňují požadavky pro generaci elektrického proudu. Jsou to zejména Si, GaAs, CdTe, InP, AlSb a další. Dnes nejpoužívanějším materiálem z hlediska dostupnosti a ceny je křemík. Křemík se v přírodě vyskytuje většinou ve formě křemene neboli oxidu křemičitého (SiO2), z něhož se postupnými kroky chemického čištění získává dostatečně čistý křemík určený pro výrobu FV článků. Samotná výroba je dnes velice propracovaný chemicko-technologický proces, na jehož konci jsou FV články požadovaných vlastností. Fotovoltaické články na bázi křemíku se vyrábí buď jako monokrystalické nebo multikrystalické. Liší se svou účinností a cenou odvozenou od náročnosti výroby. Průmyslově vyráběné dražší monokrystalické FV články dnes dosahují T: 541 146 120 IČ: 00216305, DIČ: CZ00216305 / www.feec.vutbr.cz/merkur / steffan@feec.vutbr.cz 6 / 9

kolem 18-20 % účinnosti přeměny sluneční energie, zatímco u levnějších multikrystalických článků se účinnost pohybuje kolem 13-15 %. Rozdíl mezi monokrystalickými a multikrystalickými články je patrný na první pohled, (viz obr. 4). a) b) a) Obrázek 3: a) Monokrystalický FV článek, b) multikrystalický FV článek. Monokrystalický FV článek je tvořen pouze jedním krystalem a je vyráběn pomocí Czochralskiho metody, naproti tomu multikrystalický FV článek je složen z několika krystalických zrn a výroba multikrystalu probíhá pomocí zónového tavení v blocích.vyrobené FV články se skládají do sériově-paralelního zapojení podle požadovaného výstupního napětí a proudu. Následně jsou vloženy do sendvičové struktury a hermeticky uzavřeny v rámu. Takto uzavřená sendvičová struktura je nazývána FV modul. Dále se FV moduly propojují do řetězců (stringů) a tvoří velké FV elektrárny, jak znázorňuje následující obr 5. Obrázek 4: FV elektrárna s detailem FV modulu. T: 541 146 120 IČ: 00216305, DIČ: CZ00216305 / www.feec.vutbr.cz/merkur / steffan@feec.vutbr.cz 7 / 9

Zapojení fotovoltaických článků V rámci zpracovávaného úkolu obdrží každý tým dva kusy fotovoltaických mini-modulů o parametrech: Maximální výkon modulu: Pmax = 0,5 W Proud při maximálním výkonu modulu: Imax = 0,250 A Napětí při maximálním výkonu modulu: Umax = 2 V Tyto moduly lze zapojit buď sériově, nebo paralelně. Sériové zapojením zvyšuje výsledné napětí FV modulu. Proud panelu však bude stejný, jako proud jednoho článku, viz obr. 6.. Obrázek 6: Sériová kombinace fotovoltaických modulů Paralelním zapojením solárních článků zvyšuji výsledný proud panelu. Napětí panelu však bude stejné jako, napětí jednoho článku, viz obr. 7. Obrázek 7: Paralelní kombinace fotovoltaických modulů T: 541 146 120 IČ: 00216305, DIČ: CZ00216305 / www.feec.vutbr.cz/merkur / steffan@feec.vutbr.cz 8 / 9

Fotovoltaické články a moduly se používají k pohonu či napájení mnoha zařízení, jakými jsou například: družice, elektromotory experimentálních automobilů, lodí, letadel apod. Energii dodávají buď přímo do systému, nebo častěji slouží k dobíjení přiložených akumulátorů. V rámci úlohy jsou proto k dispozici 3 tužkové NiMH AA baterie (1,2 V), které slouží jako záložní zdroj energie. Reference [1] BALÁK, Rudolf. Nové zdroje energie. Praha: SNTL, 1989, 208 s. ISBN 04-312-89. [2] Mastný, Petr a kol. Obnovitelné zdroje elektrické energie. Praha: SNTL, 2011, 246 s. ISBN 978-80-01-04937-2. [3] VANĚK, J., KŘIVÍK, P., NOVÁK, V. Alternativní zdroje energie. Skriptum VUT Brno. 2006. [4] KŘIVÍK, P., VANĚK, J. Obnovitelné zdroje energie. Skriptum VUT Brno. 2009. [5] LIBRA, Martin. POULEK, Vladislav. Fotovoltaika, teorie i praxe využití solární energie. Praha: ISLA, 2009. 160s. ISBN 978-80-904311-0-2. [6] Ústav elektroenergetiky FEKT VUT v Brně [online]. Brno: Vysoké učení technické. Poslední aktualizace 17. 7. 2007; [cit. 2011-05-11]. Dostupné na WWW: <http://www.ueen.feec.vutbr.cz/laboratory-of-unconventionalenergyconversion/index.php>. Partneři soutěže T: 541 146 120 IČ: 00216305, DIČ: CZ00216305 / www.feec.vutbr.cz/merkur / steffan@feec.vutbr.cz 9 / 9