Wprowadzenie do energii słonecznej i fotowoltaiki cz. 1

Transkrypt

1 Czyste energie Wykład 1 Wprowadzenie do energii słonecznej i fotowoltaiki cz. 1 dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), romus@agh.edu.pl Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Inżynierii Biomedycznej AGH Kraków 2012

2 BIOMASA Energia słoneczna praźródłem innych źródeł energii HYDROENERGIA ROPA I GAZ WĘGIEL BIOGAZ WIATR

3 Geometria słoneczna Stała słoneczna 1,37kW/m 2

4 Azymut i elewacja Słońca

5 Widmo promieniowania słonecznego i zjawiska jego absorpcji w różnych składnikach ziemskiej atmosfery

6 Zjawiska w ziemskiej atmosferze Promieniowanie odbite z powrotem poza atmosferę słoneczne Odbijanie zaabsorbowane Rozpraszanie bezpośrednie rozproszone odbite od Ziemi Powierzchnia Ziemi

7 Struktura promieniowania słonecznego - Bezpośrednie - Rozproszone - Odbite - Zaabsorbowane (emisja wtórna)

8 AMm Droga promieni słonecznych przez atmosferę współczynnik masy powietrza m 1 cos dla Ψ <70 o lub m cos 0, 15, 1 p p , gdzie: p hpa p rzeczywiste ciśnienie atmosferyczne [hpa] dla Ψ <89 o

9 Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania słonecznego (promieniowanie w atmosferze ziemskiej) w zakresie 0,3 3 µm, padającego na poziomą płaszczyznę. Główną częścią pyranometru jest czujnik w postaci termoelementu lub zespołu termoelementów (termostos), a pomiar polega na pomiarze powstającej w termoelemencie siły elektromotorycznej, proporcjonalnej do natężenia padającego promieniowania. Czujnik jest osłonięty ekranem (zwykle szklana czasza) zatrzymującym promieniowanie o długości fali większej od 3 µm i chroniącym go od wpływu warunków zewnętrznych (wiatru, opadów).

10 Ogniwo wzorcowe ESTI Sensor ESTI-Sensor (European Solar Test Installation) składa się z przepołowionej celi krzemowej. Zaciski jednej połowy są rozwarte, natomiast druga połowa zwarta jest przez obciążenie (20mOhm). Sensor mierzy natężenie promieniowania słonecznego pod napięciem 30mV, około sześciokrotnie wyższym niż na pyranometrze. Promieniowanie jest proporcjonalne do prądu zwarciowego w pierwszej połówce sensora, natomiast temperatura jest proporcjonalna do napięcia układu otwartego drugiej połowy. Zastosowanie: Monitorowanie instalacji fotowoltaicznych wykonanych z takiego samego materiału co sensor. Mierzenie temperatury wewnętrznej modułu, co pozwala na określenie charakterystyk względem warunków nominalnych (STC Standard Test Condition)

11 Pomiar promieniowania Układy przesłonowe rozproszonego Pierścień K&Z Tracker K&Z

12 Tracker promieniowania słonecznego

13 Rejestracja danych pomiarowych Do celów symulacji komputerowych i kontroli działania systemów PV rejestruje się dane meteo obejmujące: globalne oświetlenie słoneczne w płaszczyźnie horyzontalnej rozproszone/bezpośrednie promieniowanie słoneczne w pł. hor. temperaturę powietrza prędkość wiatru Uśrednianie/ rejestrację danych pomiarowych przeprowadza się z krokiem czasowym nie większym niż 1 godzina.

14 Irradiancja słoneczna [W m -2 nm -1 ] Widmo promieniowania słonecznego ASTM G Referencyjne spektrum słoneczne ISO AM0 ASTM E490 AM1.5 Global Hor. AM1.5 Direct ~1367W/m2 ~1000W/m2 ~900W/m Długość fali [nm]

15 Energia słoneczna??? Właściwie o jakich ilościach dostępnej energii słonecznej mówimy?

16 Dostępna energia słoneczna [ kwh/m 2 /rok ] Dakar 2176 Kair 2091

17 Dostępna energia słoneczna [ kwh/m 2 /rok ] Delhi 1976 Tokyo 1275

18 Dostępna energia słoneczna [ kwh/m 2 /rok ] Los Angeles 1924 Sevilla 1757

19 Dostępna energia słoneczna [ kwh/m 2 /rok ] Berlin 1004 Freiburg 1113

20 Dostępna energia słoneczna [ kwh/m 2 /rok ] Kraków 1094 Freiburg 1113

21 Struktura promieniowania słonecznego - pomiary

22 03:00 03:25 03:50 04:15 04:40 05:05 05:30 05:55 06:20 06:45 07:10 07:35 08:00 08:25 08:50 09:15 09:40 10:05 10:30 10:55 11:20 11:45 12:10 12:35 13:00 13:25 13:50 14:15 14:40 15:05 15:30 15:55 16:20 16:45 17:10 17:35 18:00 18:25 18:50 19:15 19:40 W/m2 Promieniowanie słoneczne w ciągu dnia 1000 Chwilowe natężenie promieniowania słonecznego w dniu Uśrednienie co 5 minut

23 Nasłonecznienie w Europie

24 Nasłonecznienie w Niemczech i w Polsce

25 Potencjał produkcji energii z PV w Niemczech i w Polsce

26 Trajektorie słoneczne widziane z Krakowa

27 Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej

28 Sposoby przetwarzania energii słonecznej Bateria słoneczna (panel fotowoltaiczny) Kolektor słoneczny

29 Sprawność przetwarzania energii słonecznej Bateria słoneczna (panel fotowoltaiczny) Kolektor słoneczny ~15 % do 80 %

30 Wrażliwość na wzrost temperatury Bateria słoneczna (panel fotowoltaiczny) Kolektor słoneczny

31 Wrażliwość na zacienienie (nawet częściowe) Bateria słoneczna (panel fotowoltaiczny)

32 Solarna elektrownia termiczna Solucar Sevilla, Hiszpania 11MW 624 zwierciadła po 120m 2 każde Źródło:

33 Solarna elektrownia termiczna (schemat)

34 Solarna elektrownia termiczna

35 Fotowoltaika co to jest???? Zjawisko fotowoltaiczne (wewnętrzny efekt fotowoltaiczny) to wytwarzanie w ciele stałym siły elektromotorycznej (napięcia) pod wpływem promieniowania świetlnego Antoni C. Becquerel (1839) źródło: wikipedia

36 Ogniwo fotowoltaiczne Oświetlone złącze półprzewodnikowe generujące energię w oparciu o wewnętrzne zjawisko fotowoltaiczne (generacja pary elektron-dziura gdy energia fotonu jest większa od szerokości pasma zabronionego) λ max =hc/w g

37 Ogniwo fotowoltaiczne materiały Krzem Monokrystaliczny Multikrystaliczny Cienkowarstwowy (amorficzny) Inne: Arsenek galu GaAs Tellurek kadmu CdTe Si krystaliczny (c-si i mc-si) 90% Si amorficzny 9% GaAs i inne III-V CuInSe2 i pochodne 1% CdTe Materiał Eg [ev] [%] C-Si 1,15 24,4 A-Si:H 1,4-2,0 13,2 GaAs 1,4 27 Cu(In,Ga)Se 2 1,11 19,2 CdTe 1,50 15,8

38 EPIA PV MARKET RAPORT 2011

39 Potencjał fotowoltaiki zintegrowanej z budynkami (raport EPIA)

40 Zastosowania fotowoltaiki Systemy wydzielone Syst. podłączone do sieci Zastosowania indywidualne Zastosowania przemysłowe Odległe miejsca zamieszkania Rozproszone Scentralizowane wewnętrzne zewnętrzne kalkulatory wagi elektroniczne zegarki narzędzia elektr. ładowarki fontanny latarki światła ogrodowe telekomunikacja sygnal. drogowa telematyka tablice ogłosz. światła nawigacyjne oświetlenie elektr. systemy domów słonecznych wiejskie źródła zasilania ładowanie akumulat. prywatne dachy pokazowe/ szkolne zintegrowane z fasadami elektrownie wspólnoty właścicieli bariery dźwiękochłonne telefony kom. numery domów wentylacja samochodowa ochrona katodowa zdalny nadzór górskie hotele i restauracje uzdatnianie wody nawadnianie lampy uliczne łodzie i jachty chłodnie medyczne szkoły

41 Systemy mikromocowe źródło: różne informacje handlowe (DIY TRADE, DSnumbers, alibaba.com, )

42 Komercyjne systemy autonomiczne (hybrydowe) Źródło : Źródło: BBC News

43 Sygnalizacja drogowa, kolejowa i morska źródło: różne informacje handlowe (SEALITEUSA, ELTEC, OkSolar, Affordable Solar)

44 Realizacja zasilania w miejscach bez dostępu do sieci Refuge de Tete Rousse 3100 n.p.m The Rappenecker Hof

45 Systemy oświetleniowe Fotowoltaiczne systemy oświetleniowe LED

46 Systemy oświetleniowe Ross Lovegrove Solar Trees in Vienna Solar Powered Bus Shelter Unveiled in San Francisco The sustainable city light concept

47 Fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) źródło: Fraunhofer ISE Elementy fasady budynku wykonane z baterii słonecznych

48 Fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) źródło: Fraunhofer ISE Pokrycia dachowe wykonane z baterii słonecznych

49 Fotowoltaika zintegrowana z budynkami (BIPV) Eden Project, Cornwall, UK

50 Fotowoltaika doinstalowywana do budynków (BAPV) Fotowoltaiczny system zacienieniowy (markiza) AGH Budynek C-3 źródło: SMA ttp://

51 Komercyjne elektrownie fotowoltaiczne Yuma County, Arizona USA Agua Caliente Solar Project 247MWp (397MWp) Hokuto-City, Japan 1,2MWp

52 Wierzchosławice Pierwsza w Polsce farma fotowoltaiczna o mocy 1,0 MWp w Wierzchosławicach została uruchomiona w dniu r. Fot. Archiwum GEORYT Krzysztof Witkowski

53 Przykład BAPV w Jaworznie Sanktuarium Matki Bożej Nieustającej Pomocy źródło: Agnieszka Lorek kwiecień 2011

54 Przykład BAPV w Łodzi Wojewódzki Specjalistyczny Szpital im. dr Wł. Biegańskiego

55 Główna wada fotowoltaiki CENA Ceny netto na rynku polskim za wybudowanie pod klucz fotowoltaicznego systemu sieciowego Małe systemy Duże systemy (>1MWp) ok /kwp ok /kwp

56 Ceny modułów PV (pvxchange) - 73 %

57 Pobudka to już koniec!!! Dziękuję za uwagę (niektórym) Do zobaczenia na kolejnym wykładzie.?