1
OBSAH 1. 2. 3. 4.
Energie Slunce, solární článek Historie FV a trendy Rozdělení FVS Sluneční podmínky v ČR, PVGIS
2
Cíle na poli OZE v EU a ČR • EU – 2010 až 21 % elektřiny z OZE • ČR – 2010 až 8 % elektřiny z OZE (podíl elektřiny z OZE na hrubé spotřebě elektřiny v ČR) • ČR – 2030 až 16-17% elektřiny z OZE • 2007 podíl OZE na hrubé spotřebě elektřiny 4,7 % (2006 – 4,9 %, 2005 – 4,48 %, 2004 - 4,04 %) • podíl fotovoltaiky….???....zatím 0,00 %!!! 3
Energie Slunce H2 → He + energie 3,8⋅1026 W 500 mil. tun/s
1/3 záření se odráží od atmosféry
tok
slu n
8 m ečn inu í en e t2 0 s rgie
180.000 TW dopadá na Zemi (1.350 W/m2) •2/3 záření dopadá na POVRCH Země a přímo či nepřímo se přeměňuje na teplo – tento podíl je využitelný jako obnovitelný zdroj •pouze malá část se akumuluje (biologické zbytky Æ fosilní paliva)
4
Energie Slunce • „světlo“ a „teplo“ (elektromagnetické záření – fotony)
Spektrum sl. záření: - ultrafialové záření - viditelné světlo - infračervené záření
5
Fotovoltaika = přímá přeměna energie slunečního záření na elektřinu
Foton Solární článek
Elektron Elektrický proud
120 000 TW (1,2 x 1017 W) energie Slunce dopadající na Zemi
6
c-Si - článek • Rozměr článku 100 x 100 až 156 x 156 mm • Tloušťka Si desky cca 0.2 mm • Celoplošný PN přechod – P typ křemík (křemík s příměsí boru) a N typ (povrchová) difůze („řízené“ znečisťování křemíku atomy fosforu) • Ochranná vrstva nitridu křemíku (antireflexní vrstva) • Kontakty pro propojení článků v panelu 7
Historie fotovoltaiky Fotovoltaika - přímá přeměna energie slunečního záření na elektřinu • fotovoltaika – řecky světlo (phos) a jméno italského fyzika A. Volty • objev fotovoltaického jevu připsán A.E.Becquerelovi (1839) • fyzikálně popsán A. Einsteinem (Nobelova cena 1921) • 1883 první selenový fotočlánek s tenkou vrstvou zlata (Ch.Fritts, účinnost pod 1%) • první počiny s křemíkovými články, první patent Russell Ohl 1946 8
• skutečný Si-článek 1954 (Bell Telephone Laboratories, G.L. Pearson, Daryl Chapin, Calvin Fuller, účinnost 6 %) • cena sol. článku o účinnosti 2% o výkonu 14 mWp byla v roce 1955 - 1 785 USD/Wp • dnes cena okolo 2 USD/Wp, účinnost vyráběných článků až 23% Další milníky: • 60- léta, rozvoj díky kosmickému výzkumu, energie pro družice (první Sputnik 3, 1957) • celosvětová ropná krize v 70. letech • současnost – náhrada klasických energetických zdrojů (feed-in tariff)
9
10
FV 1.generace • • • •
základem křemíkové desky nejrozšířenější na trhu (90 %) komerční prodej v 70.letech účinnost v sériové výrobě 16 – 19%, resp. 24 %
11
Řetězec křemíkové technologie
Mono-Ingoty Poly Silicon Multi-Ingoty
řezání Si desek
Výroba solárních článků
Výroba panelů
12
FV 2. generace • • • •
„tenké vrstvy“ – úspora materiálu rostoucí podíl na trhu komerční prodej v pol. 80.let účinnost v sériové výrobě 6 – 13% Střecha Katzenbach,Juwi, CdTe
•Amorfní křemík •Mikrokrystalický křemík •Amorfní Ge, SiGe •GaAs, InP •CdTe/CdS •CuInSe - CIS Zdroj: Unisolar
13
FV 3. generace • snaha o maximalizaci počtu absorbovaných fotonů a max. využití jejich energie • víceméně laboratorní záležitost • komerčně využitelné tandemové struktury (z tenkých vrstev) • vícevrstvé solárních články • využití „horkých nosičů“ • nanomateriály • organické články atd. 14
Technologie na trhu 2006 Podíl (%)
amorfní Si; 4,7% ribbon (pásky Si); 2,6% poly Si; 46,5%
CIS ; 0,2% CdTe; 2,7%
mono Si; 43,4%
Zdroj: Photon International
15
Účinnosti FV technologií Účinnost panelů a článků Technologie Účinnost za STC* Účinnost panelů Potřebná plocha na kWp
Tenkovrstvé Krystalické Amorfní Si CdTe CIS am/mikro Si Monokrystal Multikrystal 6-7 %
15 m²
8-10 % 10-11%
11 m²
10 m²
8%
12 m²
16-17%
14-15%
13-15%
12-14%
cca 7 m²
cca 8 m²
*STC - Standard Testing Conditions (25°C, záření 1000 W/m², spektrum záření AM 1,5)
Zdroj: Solar generation – IV 2007, EPIA 16
Fotovoltaické systémy
17
Solární články
koncentrátorové články standardní
barevné SČ
loga
18
Solární panely
Mono - Si
Poly - Si
Tenkovrstvý A19- Si
Struktura panelu Kalené sklo Hliníkový rám
Eva Články Eva Tedlar Polymer Tedlar
Připojovací box
Odolnost: vlhkost, vítr, déšť, krupobití (Ø 25mm), teplotní změny, písek a mechanické namáhání.
20
Fotovoltaické systémy • Sériovým (paralelním) propojením článků vzniká solární panel • Propojením solárních panelů vzniká fotovoltaické pole. Spolu s ostatními komponenty (regulátor dobíjení, akumulátor, střídač, kabeláž, elektroměr aj.) tvoří FVS. • Dělíme dle různých kritérií: - grid – off (do sítě nepřipojené systémy) - grid –on (připojené do sítě) - BIPV (integrované do budovy) - drobné aplikace - rovinné, koncentrátorové, natáčecí systémy 21
Ostrovní systém s přímým napájením
Grid - off Spotřebič
Solární panely
Ostrovní systém s akumulací elektrické energie (hybridní systémy) 12 Vss (24;48Vss)
Svítidlo Regulátor nabíjení/ vybíjení
Solární panely
TV 12 Vss (24;48Vss)
Vítr........ Voda...... Plyn....... Benzin...
Chladnička
st
G
Střídač xxVss/230Vst
ss
Pro hybridní systém
Akumulátoro vá baterie
230Vst/ 50Hz
Běžné síťové spotřebiče
22
Grid -off -dopravní značení - výstražné systémy - plynové stanice - vodohospodářství - zemědělství - letectví - meteorologie - jachty - karavany - rozvojové země
Zdroj: Solartec, s.r.o.
David Křížek 50 Wp
23
První „skutečně ostrovní“ fotovoltaický systém v deltě Mekongu – 1,1 kWp 24
Grid - on Solární panely
Síťový střídač pro solární systémy
elektroměr Veřejná rozvodná síť
Vnitřní elektrické rozvody
elektroměr
Tarif 13,46 Kč/kWh (2008)
• Fotovoltaické elektrárny 0.1 kW – ??? MW • Rodinné domy, veřejné budovy, el. na volné zemi • Fasádní aplikace – integrace do budov… 25
Rodinné domy
Zdroj: Solartec, s.r.o.
26
Solární elektrárny na zemi
Hrádek 1,1 MWp, tenkovrstvé panely Kaneka Zdroj: Energy 21, s.r.o.
Vysoké Veselí 327 kWp monokrystalické panely Solartec Zdroj: Solartec, s.r.o.
27
Střešní aplikace –budoucnost FV
MŽP ČR, 25 kWp Brněnec - 120 kWp, největší střešní systém v ČR Zdroj: Solartec, s.r.o.
28
Střechy – FV fólie
Zdroj: FDT, s.r.o.
29
Trackery – natáčecí FVS
Největší natáčecí systém v ČR – 120 kWp Rožmitál pod Třemšínem Zdroj: Solartec, s.r.o.
30
Fasádní aplikace
31
Koncentrátorové systémy
32
Slunolamy, transparentní systémy
33
Drobné aplikace
34
Fotovoltaika - tržní trendy • každoroční růst trhu od roku 1998 o více než 35 % (41% v roce 2007) • Ø cena FVS na klíč 5 €/Wp – předpoklad poklesu na 2,5 €/Wp v roce 2015, 1 €/Wp v 2030 • cena elektřiny v EU z FV – 20-40 €ct/kWh • 93 % trhu – křemíkové technologie (na trhu dostupné také amorfní Si, CIS, CIGS, Cd-Te) • dočasný nedostatek křemíku – předpoklad investic do nových výroben 4 mld Euro v 2007 – 2010 • ČR – silná koruna vs vzestup poptávky, fluktuace cen 35
SRA – budoucnost FV Charakteristiky Cena FVS na klíč 2007 (€/Wp, bez DPH) Cena elektřiny Jižní Evropa (2007 €/kWh) Typická účinnost komerčních solárních panelů Energetická návratnost (Jižní Evropa, roky)
1980
Dnes
2015/2020
2030
Dlouhodobě
>30
5 (4 – 8)
2,5/2.0
1
0,5
>2
0,30
do 8 % do 15 % >10
2
0.15/0,12 0,06 Konkur. Konkur. maloobchdní velkoobchdn ceně el. í ceně el.
0,03
do 20 %
Do 25 %
do 40 %
1
0,5
0,25
Strategic Research Agenda, EU PV Technology Platform
36
Instalovaný výkon FV - svět Instalovaný FV výkon
MWp 10000 8000 6000 4000 2000 0 EU Celkově svět
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
188
266
373
543
1089
1981
2971
4500
1428
1762
2201
2795
3847
5253
6851
9100
Zdroj: EPIA
37
FV v EU 2007 Nárůst výkonu FV v EU proti roku 2006 o 57 % ! Země Německo Španělsko Itálie Rakousko GB ČR EU
off -grid on - grid Instal. výkon "FV na hlavu" Nainstal. výkon v (MWp) (MWp) celkem(MWp) (W/hlava) roce 2007 (MWp) 35,0 26,4 13,3 3,3 1,7 0,2 128,8
* odhad CZREA
3 811,0 489,4 86,9 25,3 16,0 5,1 4 560,7
3 846,0 515,8 100,2 28,6 17,7 5,3 4 689,5
46,5 11,7 1,7 3,5 0,3 0,5 8,5
1 103,0 340,8 50,2 3,0 3,4 4,5 * 1 541,2 Zdroj: Eurobarometer 38
Feed-in tariff ve vybraných zemích EU 2008 Země Německo Španělsko Itálie Řecko
Feed-in tariff €ct/kWh
Výkupní cena Kč/kWh
Doba výkupu
35,49 - 51,75 23 - 44 36 - 49 40,3 - 50 (dotace 20 - 40%) 30 - 55
8,69 - 12,68 5,63 - 10,79 8,82 - 12,00
20 25 20
20 % OZE 2010 400 MWp 2010 3000 MWp
1007 1582 1408
9,87 - 12,25
20
700 MWp 2020
1522
Cíle
Záření kWh/m²/rok
7,35 - 13,48 20 1208 Francie 7,36 - 13,51 25 omezeno 1154 Švýcarsko ČR 0,54 13,46 20 8 % OZE 2010 1033 Použit kurz srpen 2008 cca 1EUR = 24,50 Kč, srpen 2007 (1EUR = 27,75 Kč) Zdroj: Eurobarometer 2008, JRC Ispra
39
Odhad kumul. inst. výkonu v ČR Vývoj instalovaného výkonu fotovotaiky v ČR 12
*odhad: červen 2008
10 8 MWp
6 4 2 0 2000
2001
2002
2003
off - grid systémy (mimo síť)
2004
2005
2006
on-grid systémy (v síti)
2007
2008*
Celkem
Zdroj: ERÚ, Czech RE Agency, o.p.s.
40
Přírodní podmínky v ČR Na 1m² vodorovné plochy dopadne v ČR Ø 950 – 1100 kWh energie Roční množství slunečních hodin v ČR Ø 1331 – 1844 (ČHMÚ) vs Ø 1560 – 2150 V praxi lze v podmínkách ČR získat z 1 kWp (cca 10 m²) instalovaného výkonu v Ø 800 – 1100 kWh elektrické energie 41
Sluneční záření v ČR – kWh/m²
(c) 2005 Czech Hydrometeorological Institute 42
Sluneční záření v ČR – kWh/m²
Horizontální plocha PVGIS - Photovoltaic Geographical Information System http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/index.htm © European Communities, 2001-2007
43
PVGIS
http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php?lang=sk&map=europe
44
45
46
Czech RE Agency, o.p.s. Sídlo: Televizní 2618 756 61 Rožnov pod Radhoštěm Pobočka: Americká 17, 120 00 Praha 2, Tel: 222 512 764, Fax: 222 512 774 E-mail:
[email protected]
47
48
