Wprowadzenie do energii słonecznej i fotowoltaiki

Transkrypt

1 Czyste Energie Wykład 1 Wprowadzenie do energii słonecznej i fotowoltaiki dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), romus@agh.edu.pl Wydział EAIiE Katedra Automatyki AGH Kraków 2010

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

3 Azymut i elewacja Słońca

4 Widmo promieniowania słonecznego i zjawiska jego absorbcji w różnych składnikach ziemskiej atmosfery

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

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

7 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

8 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).

9 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)

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

11 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]

12 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.

13 Struktura promieniowania słonecznego - pomiary

14 Słońce dostępna energia Zimą ok. 200 W/m 2 Latem ok W/m 2 W ciągu roku: 1 MWh/m 2 (KRAKÓW) 2.2 MWh/m 2 (DAKAR) DANE DLA PŁASKIEJ POWIERZCHNI UMIESZCZONEJ HORYZONTALNIE

15 Dostępna energia słoneczna Kraków Dakar

16 Energia [Wh/dzień] Promieniowanie słoneczne w ciągu roku Energia słoneczna dostępna na 1m2 powierzchni horyzontalnej Suma roczna ok. 966 kwh/m2 (ok. 91% danych) Data

17 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

18 Trajektorie słoneczne widziane z Krakowa

19 Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej

20 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

21 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

22 Model fizyczny ogniwa fotowoltaiczengo Rs + Iph D Rsh V - I D =I 01 *{exp[q (V+R S * I ) / mkt] 1} I(V) = I ph (V + R s * I) / R sh - I D Gdzie: I D - natężenie ciemnego dyfuzyjnego prądu diody I 01 natężenie ciemnego dyfuzyjnego prądu nasycenia m współczynnik jakości diody

23 Produkcja monokrystalicznego fotoogniwa słonecznego Krzem metalurgiczny (polikryształ) Wyciąganie monokryształów Wycinanie z walca prostopadłościanu Cięcie na płytki 0.2 do 0.5mm Teksturyzacja powierzchni Dyfuzja fosforu Nanoszenie kontaktów i warstwy antyodblaskowej

24 Fazy procesu produkcyjnego fotoogniwa słonecznego źródło : Marek Butkowski Rynek technologii Słonecznych w Polsce, prezentacja

25 Sposoby łączenia ogniw fotowoltaicznych Szeregowe Równoległe źródło : Jerzy Chojnacki Podstawy wykorzystania energii słonecznej, prezentacja

26 Od ogniwa do panela PV źródło : Jerzy Chojnacki Podstawy wykorzystania energii słonecznej, prezentacja

27 Przekrój modułu fotowoltaicznego Odpowiednie połączenie pojedynczych komórek fotowoltaicznych w szeregi Masa wypełniająca Szyba przednia Tworzywo tylne Rama wzmacniająca

28 Standard Test Conditions (STC) Natężenie promieniowania słonecznego: Widmo promieniowania słonecznego: Temperatura pracy modułu: 1000[W/m2] AM= C Dla warunków STC podaje się następujące parametry modułu: moc znamionową, napięcie układu otwartego (bez obciążenia), prąd zwarciowy modułu, optymalny punkt pracy (napięcie i prąd, przy których uzyskuje się z modułu moc znamionową)

29 Charakterystyka I/V modułu fotowoltaicznego

30 Normal Operating Temperature Conditions NOTC

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