Systémy pro využití sluneční energie

Systémy pro využití sluneční energie

Slunce vyzáří na Zemi celosvětovou roční potřebu energie přibližně během tří hodin Se slunečním zářením jsou spojeny biomasa pohyb vzduchu koloběh vody

Energie slunečního záření dopadajícího na povrch Země r 0 = 1.496 10 8 km excentrita

Pohyb slunce po obloze 21 června δ solární deklinace 21 prosince

solární deklinace δ.

úhel mezi Sluncem a zenitem, θ ZS sluneční azimut, ψ S, úhel mezi Sluncem a horizontem, γ S zeměpisná šířka F ω skutečný sluneční čas východ slunce, ω S,

úhel γ S jako funkce slunečního azimutu ψ S. ω skutečný sluneční čas

Mesíční střední hodnota energie dopadajíci na povrch atmosféry za jeden den H 0dm (0) závisí na zeměpisné šířce

Při nejkratší dráze (záření kolmo k horizontální rovině) dopadá na povrch výkon 1000 W/m 2

21.6. 22.12. 21.3. 23.9. 40 63,5 Z Pokud záření vstupuje do atmosféry pod úhlem ( je úhel od horizontální roviny) 16,5 J S V Dráha paprsku v atmosféře se prodlužuje v závislosti na úhlu V případě jasné, oblohy je možno vyjádřit intenzitu přímého dopadajícího záření Koeficient atmosférické masy GB ( ) GB0(0,7) 1 AM sin AM

Koeficient atmosférické masy ovlivňuje spektrální rozložení intenzity dopadajícího záření l Závislost na nadmořské výšce h p AM ( h) AM (0) p at at p at je atmosférický tlak ( h) (0)

Intenzita záření dopadajícího na FV modul Pro praktické aplikace je důležitá poloha Slunce vzhledem k rovině modulu HT,den,teor [kwh/m 2.den] 12 10 8 6 4 2 0 30 45 75 90 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 měsíc

Intenzita záření hustota výkonu dopadajícího na povrch (W/m 2) Solární konstanta G B0 = 1367 W/m 2 přímé záření, paprsky světla, které nejsou ani odražené, ani rozptýlené - G B difúzní záření, přichází z celé oblohy mimo sluneční kotouč- G D odražené záření (albedo) je záření odražené od okolních předmětů - G R celkové (globální) záření (přímé + difúzní + odražené). G = G B + G D + G R

Intenzita záření je ovlivňována klimatickými podmínkami : oblačnost, prašnost, mlha apod. Mesíční střední hodnota energie dopadajíci na povrch atmosféry za jeden den H 0dm (0); energie dopadající na zemský povrch H Gdm (0) Index průzračnosti K Tm, (počítaný pro každý měsíc) K Tm H H Gdm 0dm (0) (0) 22

Při poklesu indexu průzračnosti roste podíl difúzního záření H Ddm(0) Podíl difúzního záření FDm H (0) Gdm Index průzračnosti K Tm H H Gdm 0dm (0) (0)

Záření (W/m 2 ) Difúzní podíl (%) Modré nebe 800 1000 10 Zamlžené nebe 600 900 až 50 Mlhavý podzimní den 100 300 100 Zamračený zimní den 50 100 Celoroční průměr 600 50 až 60 Sluneční záření Jasno Oblačno Léto 7 8 kwh/m 2 2 kwh/m 2 Jaro / podzim 5 kwh/m 2 1,2 kwh/m 2 Zima 3 kwh/m 2 0,3 kwh/m 2

Nejčastěji se získává celková intenzita záření jako součet intenzit přímého, difúzního a odraženého záření dopadající na plochu odkloněnou o úhel α od jihu a o úhel β od horizontální roviny G(β, α) =G B (β, α) + G D (β, α) + G R (β, α) přímé záření G B (β, α) = G B (0) cos θ S difúzní záření odražené záření ρ je odrazivost povrchu

Odrazivost okolí může zvýšit celkovou energii slunečního záření, dopadající na plochu skloněnou vůči horizontální rovině

Energie dopadající na zemský povrch za jeden rok (kwh/m 2 )

Na území ČR Údaje jsou mnohaleté průměry stanovené na základě pozorování řady meteorologických stanic

HT,den,teor [kwh/m 2.den] 12 10 Za předpokladu jasné oblohy 8 6 4 2 0 30 45 75 90 Globální ozáření v průběhu roku v lokalitě v blízkosti Prahy pro různé sklony plochy kolektoru vůči horizontální rovině Realita: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 měsíc Výrazně se projevuje vliv vysokého podílu difúzního záření, který zvýhodňuje menší úhly sklonu

sklon ( ) 90 80 70 30 35 40 45 50 55 60 70 75 65 80 75 65 70 60 55 50 45 40 30 35 80 60 50 40 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100% 85 90 75 70 65 60 50 55 40 45 30 20 10 70 75 65 85 80 85 90 85% 90 95 0 0 - S 45 - SV 90 - V 135 - JV 180 - J 225 - JZ 270 - Z 315 - SZ 360 S azimut ( ) 95 90 85 80 85 75 65 70 80 Informace o ozáření v jednotlivých lokalitách je možno nalézt na http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php

Absorpce 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 + h interakce s mřížkou nízkoenergetické fotony, následkem je zvýšení teploty interakce s volnými elektrony zvýšení teploty Solar Thermal generace tepla interakce s vázanými elektrony - může dojít k uvolnění elektronu z vazby, vznik volných nosičů náboje Může dojít k vytvoření rozdílu potenciálu Fotovoltaický jev