Fotovoltaické systémy Prof. Ing. Vitězslav Benda, CSc ČVUT Praha, Fakulta elektrotechnická katedra elektrotechnologie
1000 W/m 2 Na zemský povrch dopadá část záření pod úhlem ϕ 1 6 MWh/m 2 W ( ϕ) = W0 (0,7) m = 1 sin ϕ m Koeficient atmosférické masy AM Na Zem dopadá
Fotovoltaika přímá přeměna energie slunečního záření na elektrickou energii Potenciál fotovoltaiky Při intenzitě dopadajícího záření až 1000 W/m 2 může FV systém vyrobit za rok 60 260 kwh/m 2
1. Absorbce světla a generace nosičů náboje Absorpce je způsobena interakcí světla s částicemi hmoty (elektrony a jádry) Je-li energie částice před interakcí W 1, po absorpci fotonu je energie W 1 + hν interakce s mřížkou nízkoenergetické fotony, následkem je zvýšení teploty interakce s volnými elektrony zvýšení teploty interakce s vázanými elektrony - může dojít k uvolnění elektronu z vazby, vznik volných nosičů náboje
photon Si Si Si Si Si Si bonded electron free electron hole vodivostní pás zakázaný pás Si Si Si valenční pás Po interakci s fotony s energií hν > W g n, p koncentrace generovaných nosičů (není termodynamická rovnováha) ( n= p,)
Aby bylo možno vytvořit rozdíl potenciálů, je nutná struktura svnitřním elektrickým polem. PN přechod heteropřechody Antireflexní vrstva
Charakteristiky fotovoltaických článků I I neosvětlená Intenzita záření V OC V V I PV osvětlená I SC
Základní typy článků: Krystalický Si Tenkovrstvé články CuInSe 2 amorfní křemík amorfní SiGe CdTe/CdS Základní problém: cena
Výchozí materiál Si typu P (solar grade- 6N) -monokrystalický Si -průměr až 450 mm -hmotnost až 300 kg ultikrystalický Si bloky o hmotnosti až 250 kg jsou rozřezány na ingoty (hranoly)
Rozřezání ingotu na destičky o tloušťce cca 300 µm a hraně 100 až 200 mm Při řezání se ztrácí 40% (i více) materiálu (Si) Snižování spotřeby křemíku snižování tloušťky Si destiček a prořezu 300 µm 250 µm 180 µm 160 µm V období 1995-2005 klesla energetická náročnost přípravy monokrystalického CZ křemíku ze 100 kwh/kg na 40 kwh/kg.
Výroba fotovoltaických článků (c-si) textura povrchu leptáním difúze fosforu SiN(H) antireflexní vrstva a pasivace kontakty realizovány pomocí sítotisku (Ag a Al/Ag pasty) η 15% η 17%
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, v dešti, krupobití (kroupy o průměru ru 25 mm), teplotním m změnám m (od -40 do +85 C) písku p a mechanickému mu namáhání. Odolnost vůčv ůči i napětí > 600 V Požadovaná životnost: 20 30 let
Technologie modulů z c-si pájení těsnění tvrzené sklo EVA krycí folie (tedlar) Al rám krycí folie (tedlar) FV články tvrzené sklo EVA
Tenkovrstvé moduly na skleněném substrátu TCO sklo Rozměr pracovní komory depozičního zařízení musí odpovídat rozměrům modulu (maximální dosažená plocha 5 m 2 )
Autonomní systémy P Sledování bodu maximálního výkonu (MPPT) dp/dv > 0 dp/dv = 0 MPP dp/dv
Systémy připojené k elektrické síti Elektrická siť nahrazuje akumulaci energie STŘÍDAČ
Nosné konstrukce FV pole Pevná konstrukce (orientace, sklon) Systém se sledovačem Otáčení kolem jedné osy Dvouosé natáčení FV pole
oba energetické návratnosti Závisí na množství sluneční energie v dané lokalitě a na způsobu aplikace 2008
ena FV modulů
900 h 1800 h fotovoltaické systémy síť - prodej síť - výroba
Současný rozvoj fotovoltaiky v Evropě plán: 2010 3 GW p realita: 2006 V roce 2010 > 6 GW p Při současném vývoji je možno očekávat,že v horizontu 15 let bude fotovoltaika plně konkurenceschopná s tradičními zdroji elektrické energie
Česká republika klimatické podmínky Realita: Instalovaný výkon fotovoltaických elektráren v ČR 2006 0,4 MW p 2007 4,7 MW p 2008 58 MW p 2009 485 MW p 2010 1000 MW p???????
Navrhování fotovoltaických elektráren Projektová dokumentace Studie Projekt pro stavební povolení (PSP) Obsah dle stavebního zákona č.183/2006 a zejména vyhlášky 499/2006 příloha 1 Realizační dokumentace (PP) Detailně rozpracovaná dokumentace obsah dle vyhlášky 499/2006 příloha 2 Dokumentace skutečného provedení (DPSP) Úprava PP podle skutečného provedení obsah dle vyhlášky 499/2006 příloha 3
Postup instalace Distributor E.ON, ČEZ, PRE Stavební úřad, dotčené orgány Zahájení stavebního řízení Instalace Připojení k DS Licence Uzavření smlouvy o výkupu Registrace u OTE