ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov
Obnovitelné zdroje energie Budovy a energie doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Pracovní materiály pro výuku předmětu.
1
Fotovoltaické systémy (FV) • Přímé využití solární energie • Rozšířené využití v zařízeních s malým odběrem elektrické energie (kalkulačky) nebo na odlehlých místech (osvětlení, doprava) • Větší uplatněnícena fotovoltaických panelů • Dotace instalace pilotních, demonstračních zařízení pokles ceny a ukončení dotací instalace s ohledem na návratnost
1
• Fotoelektrický jev – Fotoelektrický jev v roce 1887 poprvé popsal Heinrich Hertz. – Vzájemným působením slunečního záření a hmoty dochází k pohlcování fotonů a uvolňování elektronů, v polovodiči pak vznikají volné elektrické náboje, elektron-díra, které jsou už jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru nebo ke spotřebiči.
www.solartec.cz
Fotovoltaické systémy • Fotovoltaický článek - pevný, ale křehký • Fotovoltaický panel - složen ze článků, nosné a ochranné konstrukce
www.solarhaus.cz
2
Fotovoltaické systémy • Monokrystalické články – dlouhá životnost – vysoké výrobní náklady www.solarchoice.net.au – 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%)
www.solarchoice.net.au
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)
www.solarfeeds.com
www.thegreenhome.co.uk
3
Fotovoltaické systémy • Vícevrstvé články – – – – –
účinnosti až 40 % (laboratorní) perspektivní trend vysoká degradace možnost integrace do střešního pláště, folie, šindele CdTd, CIGS, a-Si,..
www.nrel.gov
Konstrukce panelů • • • •
Solární články jsou zataveny ve speciální průhledné fólii EVA, zakryté pod vysoce průhledným a tvrzeným sklem Panel je vytvořen montážním rámem z hliníku Životnost kvalitně vyrobeného panelu dosahuje 25 let a více. EVA=ethylen vinyl acetát - folie pro průmyslové vrstvené sklo s dobrou průhledností a vynikající odolností
www.hqline.com
4
• Umístění panelů
FV panely
– Jih+15°, sklon 30-40% – Schopny využívat i difúzní záření – Fasádní systémy-využití svislých ploch, jinak energeticky neaktivních – Nutné chlazení vzduchem proti přehřívání (nad 80°C klesá účinnost)
• Vlastnosti panelů – – – –
typ konstrukce panelu, provedení teplotní koeficienty napěťové parametry bypass diody, konektory
– – – – – –
certifikace pro EU, IEC 61646 záruka výrobce, pokles výkonu v čase reference výrobce, světové zkušenosti časová dostupnost panelů cena forma plnění záručních podmínek
1 kWp = cca 1 000 kWh/rok = cca 8–10 m2 plochy
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)
5
http://www.nrel.gov/
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
www.solarfeeds.com
www.greenrhinoenergy.com
6
Systémy • CPVT (Concentrated photovoltaics and thermal) • CHAPS (combined heat and power solar) – Technologie kogenerace využívající koncentrační fotovoltaiku pro výrobu tepla a elektřiny
• Příklad – – – –
Využití talířových koncentrátorů pro výrobu tepla a elektřiny 16 jednotek Z20 (Izrael) Výkon tepelný 140 kWp, elektrický 70 kWp na ploše 352m2 Konstrukce • • • • • • •
11m2 zrcadel na 2 osém natáčecím zařízení Použití vícepřechodových článků Předpokládaná životnost 20 let 70-90m2 na jednu jednotku 4,5kWp elektřina /při 1000W/m2 11kWp teplo (max. 100°C, 12m/min 1,5 tuny
http://www.zenithsolar.com/
Fotovoltaické systémy
• Autonomní ostrovní systém („grid-off“) • 12/24V nebo 230V • Spotřebiče s nízkou spotřebou
7
Fotovoltaické systémy
Zapojení do sítě ( „grid-on“) vyžadují měnič (střídač) pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý
Fotovoltaické systémy
0.06
4
0.04
2
0.02
0
0.00
h [-]
6
12.3. 18:00
0.08
12.3. 17:00
8
12.3. 16:00
0.10
12.3. 15:00
10
12.3. 14:00
0.12
12.3. 13:00
0.14
12
12.3. 12:00
14
12.3. 11:00
0.16
12.3. 10:00
16
12.3. 9:00
0.18
12.3. 8:00
0.20
18
12.3. 7:00
20
12.3. 6:00
El. výkon [kW]
• Nestálost výkonu FV panelů-příklad
čas [hod]
8
Cenové rozhodnutí ERU 4/2013
http://www.tzb-info.cz/vyse-vykupnich-cen-a-zelenych-bonusu
Fotovoltaika integrovaná do budov Building Integrated Photovoltaics (BIPV) • architektonická variabilita • vztah k životnímu prostředí • ekonomický přínos www.dynamicsolartech.com
http://www.greentechmedia.com/
http://www.solar-fabrik.de/
9
Návrh FV systémů • PV-GIS – http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/
10
