ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební Katedra technických zařízení budov
Budovy a energie Obnovitelné zdroje energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.
Verze 2.17
Fotovoltaické systémy Princip:
Křemíkový krystalický článek
Dopadem světelného záření se vlivem předávání energie z fotonů na atomy krystalické mřížky uvolňují elektrony, které díky přechodu PN nemohou přecházet do vrstvy typu P a hromadí se ve vrstvě typu N. Stejně tak se v oblasti typu P hromadí díry. Tato nerovnoměrnost rozdělení nosičů náboje vytváří elektrický potenciál (cca 0.6 V). Připojí-li se na elektrody článku elektrický obvod se spotřebičem, začnou elektrony procházet vodičem z N vrstvy, kde je jich přebytek, do vrstvy P. PN přechod umožňuje snadnější přechod volných elektronů z vrstvy P do vrstvy N.
1
Fotovoltaické systémy • Fotovoltaický článek - pevný, ale křehký • Fotovoltaický panel - složen s článků, nosné a ochranné konstrukce
Fotovoltaické systémy • Monokrystalické články – dlouhá životnost – vysoké výrobní náklady – hl. monokrystalické články z křemíku Si (arzenid galia GaAs kosmický program)
– účinnost laboratorní až 24 %, reálná 14-16 % – využití především přímého solárního záření, difuzní záření jen omezeně (problémy se stíněním) – použití koncentrátorů (až 30%)
2
Fotovoltaické systémy • Polykrystalické články – – – – – –
použití Si nižší výrobní náklady, nižší účinnost laboratorně 18 %, v praxi 11-15 %. pokles parametrů během životnosti větší schopnost zachytit difuzní záření opticky rozlišitelné dle struktury (ledové květy)
• Amorfní články – oblasti malých výkonů – napařování slabé vrstvy Si (kapesní kalkulátory atd.) – Účinnost 2 - 7 %
Fotovoltaické systémy • Vícevrstvé články – – – – –
účinnosti až 30 % (laboratorní) perspektivní trend vysoká degradace možnost integrace do střešního pláště, folie, šindele materiály: měd, indium, galium a selenium (CIGS)
3
Fotovoltaické systémy • Organické články – – – – – – –
tekuté články (Graetzelovi, barvocitlivé, polymerové) schopnost pracovat i s menším množstvím světla levné materiály, možnost nátěru,tisku výhodnější ekologie výroby předpokládána nižší cena barevnost, průhlednost účinnost do 10%
Fotovoltaika integrovaná do budov Building Integrated Photovoltaics (BIPV) • architektonická variabilita • vztah k životnímu prostředí • ekonomický přínos
4
Fotovoltaické systémy • Zvyšování účinnosti článků – Koncentrátory, čočky, zrcadla (korýtková, plošná)-nutná větší teplotní odolnost článku, nutné polohovací zařízení – Oboustranné moduly-využití průsvitnosti článků – Natáčecí systémy
Fotovoltaické systémy
• Autonomní ostrovní systém („grid-off“) • 12/24V nebo 230V • Spotřebiče s nízkou spotřebou
5
Fotovoltaické systémy
Zapojení do sítě ( „grid-on“) vyžadují měnič (střídač) pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý
Fotovoltaika • Volt-Ampérová charakteristika článku Isc-proud nakrátko
Uoc- napětí naprázdno
•
V-A charakteristika panelu
• Základní parametr – špičkový výkon ve wattech, uváděný s označením Wp, ( watt-peak)
6
Fotovoltaické systémy • Nestálost výkonu FV panelů-příklad
Fotovoltaické systémy • Trendy vývoje – – – –
Fasádní a střešní integrace Fotovoltaické elektrárny-samočistící, bezúdržbové panely Kombinace termických a fotoelektrických panelů Životnost panelů 25 a více let dle typu
7
Elektrická energie a fotovoltaika v ČR
Elektrická energie a fotovoltaika v ČR
8
Postup výstavby FV systému • Posouzení vhodnost instalace FV panelů dle dispoziční plochy (sklon, orientace,..) • Stanovení systému využívání vyrobené energie • Žádost provozovateli distribuční soustavy o připojení (ČEZ, EON, PRE - schválení s uvedením podmínek • Stavební úřad-umístění FV panelů na střeše-územní souhlas • Realizace-malé FV systémy(do 10kWp) cca 2-7dnů • Licence výrobce elektrické energie-ERÚ. Fyzická osoba provozující systém do 20kWp nemusí mít odborné vzdělání. • Smlouva o připojení s provozovatelem distribuční sítě
Návrh FV systémů • PV-GIS – http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/
9
Návrh FV systémů • PV Sol
SolárníFV systémy Porovnání a FT soustav Účinnost systému (odhad) Maximální měrný výkon
Fotovoltaický systém
Fototermická soustava
15%
60%
125 W/m2
800 W/m2
Zatažená obloha (5% výkon)
Optimální orientace / Celoroční sklon
Jih Sklon 30-35°
Další vlastnosti
Zakrytí panelů Pokles účinnosti Nízké náklady na údržbu Dlouhá životnost
Jih Sklon 45° Sklon v závislosti na době využití tepelné energie. Zimní sklon 60-90°
Menší plocha Vyšší náklady na údržbu a provoz Malý pokles účinnosti
10
