61
Czyste energie Wykład 2 Wprowadzenie do energetyki słonecznej i fotowoltaiki dr inż. Janusz Teneta C-3 pok. 8 (parter), e-mail: [email protected] Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Robotyki AGH Kraków 2019

Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

  • Upload
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Czyste energie

Wykład 2

Wprowadzenie do energetyki

słonecznej i fotowoltaiki

dr inż. Janusz Teneta

C-3 pok. 8 (parter), e-mail: [email protected]

Wydział EAIiIB Katedra Automatyki i Robotyki AGH Kraków 2019

Page 2: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Energia słoneczna praźródłem innych źródeł energii

BIOMASA

BIOGAZ

ROLNICZY

HYDROENERGIA

WIATR

ROPA I GAZ WĘGIEL

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 3: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Słońce

Centralna gwiazda Układu Słonecznego, najjaśniejszy obiekt na niebie i główne źródło energii docierającej do Ziemi

Kula zjonizowanego gazu o masie około 1,9891 × 1030 kg (333 950 mas Ziemi)

Średnica 1,392×106 km (109 średnic Ziemi)

Szacowana temperatura jądra ok. 1,36×107 K

Efektywna temperatura na powierzchni 5780 K

Wiek Słońca szacowany na 4 600 000 000 lat

Przemiany jądrowe: fuzja 4 atomów wodoru w

jedno jądro helu + emisja energii 26,732 MeV

(98% zabierają fotony, 2% neutrina)

Moc promieniowania 3,827×1026 W

źródło: www.wikipedia.pl

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 4: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Geometria słoneczna

Ruch obrotowy Ziemi dzień - noc

Ruch obiegowy Ziemi zmiana pór roku

Pory roku na półkulach północnej i południowej są przesunięte względem siebie o 6 miesięcy

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 5: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Stała słoneczna

Całkowita energia, jaką promieniowanie słoneczne przenosi w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię ustawioną prostopadle do promieniowania w średniej odległości Ziemi od Słońca (1 j.a.) przed wejściem promieniowania do atmosfery (na wysokości ok. 100km nad powierzchnią Ziemi)

Średnia wartość stałej słonecznej wynosi około 1366,1 W/m²

Wartość stałej słonecznej podlega zmianom zgodnie z cyklem

aktywności Słońca (cykl 11 lat, zmiana ok. 0,1%) oraz z powodu ruchu obrotowego Słońca (cykl 27 dni, zmiana ok. 0,2%)

Rzeczywista wartość energii strumienia promieniowania słonecznego

ponad ziemską atmosferą zmienia się w granicach 1,32-1,41 kW/m2 w cyklu rocznym (ruch obiegowy Ziemi wokół Słońca).

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 6: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Azymut i elewacja Słońca

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 7: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

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

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 8: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Zjawiska w ziemskiej atmosferze

Rozpraszanie

rozproszone

zaabsorbowane

odbite od Ziemi

odbite z powrotem poza atmosferę

Odbijanie

Promieniowanie

słoneczne

Powierzchnia Ziemi

bezpośrednie

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

O3 , H2O

Zie

mska a

tmosfe

ra -

do o

k 1

00 k

m n

ad

pow

ierz

chnię

Zie

mi

Page 9: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Struktura promieniowania słonecznego

Bezpośrednie

Rozproszone

Odbite (współczynnik Albedo)

Zaabsorbowane (emisja wtórna)

Źródło: weather.uwaterloo.ca

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 10: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Droga promieni słonecznych przez atmosferę –

współczynnik masy powietrza AMm

0

1

253188593

150

p

pm

,,

,cos

cos

1m dla Ψ <70o

lub

gdzie: p0 – 1013 hPa p – rzeczywiste ciśnienie atmosferyczne [hPa]

dla Ψ <89o

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 11: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

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).

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 12: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Ogniwo wzorcowe ESTI (type) 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)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 13: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Pomiar promieniowania rozproszonego

Układy przesłonowe

Pierścień K&Z Tracker K&Z J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 14: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Tracker promieniowania słonecznego

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 15: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Monitoring pogodowy

Minimum

Całkowite promieniowanie słoneczne w płaszczyźnie horyzontalnej

Temperatura otoczenia

Optimum

Całkowite promieniowanie słoneczne w płaszczyźnie horyzontalnej

Rozproszone promieniowanie słoneczne w płaszczyźnie horyzontalnej

Całkowite promieniowanie słoneczne w płaszczyźnie modułów PV

Temperatura otoczenia (powietrza)

Temperatura modułów PV

Ciśnienie atmosferyczne

Wilgotność powietrza

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Pomiary zwykle co 1 sek. a uśrednianie/rejestrację danych pomiarowych przeprowadza się z krokiem czasowym nie większym niż 1 godzina (można

spotkać pliki źródłowe z danymi co 5, 15 lub 30 minut).

Page 16: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Widmo promieniowania słonecznego

0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500

Irrad

ian

cja

sło

neczn

a [

W m

-2 n

m -

1]

Długość fali [nm]

ASTM G173-03 Referencyjne spektrum słoneczne ISO 9845-1 1992

AM0 ASTM E490 ~1367W/m2

AM1.5 Global Hor. ~1000W/m2

AM1.5 Direct ~900W/m2

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 17: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Energia słoneczna

Właściwie o jakich ilościach dostępnej energii

słonecznej mówimy?

???

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 18: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Potencjał OZE na Ziemi

208%

47%

1,7%

0,018%

Źródło: Wikipedia, Energy flow charts . Global Climate & Energy Project.

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 19: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Dostępna energia słoneczna [ kWh/m2/rok ]

Dakar 2176 Kair 2091

Źródło: PVSyst (Meteonorm)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 20: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Dostępna energia słoneczna [ kWh/m2/rok ]

Delhi 1976 Tokyo 1275

Źródło: PVSyst (Meteonorm)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 21: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Dostępna energia słoneczna [ kWh/m2/rok ]

Los Angeles 1924 Sevilla 1757

Źródło: PVSyst (Meteonorm)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 22: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Dostępna energia słoneczna [ kWh/m2/rok ]

Berlin 1004 Freiburg 1113

Źródło: PVSyst (Meteonorm)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 23: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Dostępna energia słoneczna [ kWh/m2/rok ]

Kraków 1094 Freiburg 1113

Źródło: PVSyst (Meteonorm)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 24: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Struktura promieniowania słonecznego - pomiary

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 25: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Promieniowanie słoneczne 2017

Kraków AGH, dach pawilonu C-3

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 26: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Źródła danych o promieniowaniu słonecznym

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Pomiary naziemne i analizy satelitarne

Page 27: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Potencjał PV w Europie

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 28: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Potencjał PV w Europie

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 29: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Potencjał energii słonecznej na optymalnie pochylonej powierzchni w

warunkach miejskich

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 30: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Nasłonecznienie w Niemczech i w Polsce

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 31: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Potencjał produkcji energii z PV w Niemczech i w Polsce

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 32: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Trajektorie słoneczne widziane z Krakowa

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 33: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Wpływ montażu paneli PV na dostępność energii słonecznej

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 34: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Sposoby przetwarzania energii słonecznej

Bateria słoneczna (panel fotowoltaiczny)

Kolektor słoneczny

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 35: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Sprawność przetwarzania energii słonecznej

Bateria słoneczna (panel fotowoltaiczny)

Kolektor słoneczny

~18 %

do 80 % J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 36: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Wrażliwość na wzrost temperatury

Bateria słoneczna (panel fotowoltaiczny)

Kolektor słoneczny

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 37: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Wrażliwość na zacienienie (nawet częściowe)

Bateria słoneczna (panel fotowoltaiczny)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 38: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Moduł TWIN (PV +Termo)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Źródło: www.skorut-solar.pl

Page 39: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Moduł TWIN (PV +Termo)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Źródło: www.skorut-solar.pl

Page 40: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Moduł TWIN (PV +Termo)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Źródło: www.skorut-solar.pl

Page 41: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Moduł TWIN (PV +Termo)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Źródło: www.skorut-solar.pl

Page 42: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Solarna elektrownia termiczna

PS10 (11 MWe)

Solucar – Sevilla, Hiszpania

624 heliostaty po 120m2 każdy

wieża 115 m

Źródło: http://www.abengoasolar.es

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

PS20 (20 MWe)

Solucar – Sevilla, Hiszpania

1255 heliostatów po 120m2 każdy

wieża 165 m

Page 43: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Solarna elektrownia termiczna (schemat)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Źródło: http://www.abengoasolar.es

Zdolność magazynowania pary wodnej na

30 minut pracy elektrowni

Page 44: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Solarna elektrownia termiczna

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Źródło: http://www.abengoasolar.es

Page 45: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Solarna elektrownia termiczna + PV

Pustynia Atacama

Comuna de María Elena,

Antofagasta Region, Chile

Atacama 1 – w trakcie budowy

110 MWe – wieża + heliostaty

100 MW - fotowoltaika

Magazyn energii na 17,5 godziny

Źródło: http://www.abengoasolar.es

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 46: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

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

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 47: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

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)

• λmax=hc/Wg

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 48: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Ogniwo fotowoltaiczne materiały

• Krzem

– Monokrystaliczny

– Multikrystaliczny

– Cienkowarstwowy (amorficzny)

• Inne:

– Arsenek galu GaAs

– Tellurek kadmu CdTe

Si polikrystaliczny 62% Si monokrystaliczny 33% CdTe 2,4% CuInSe2 i pochodne 2% Si amorficzny 0,3% GaAs i inne III-V 0,3%

Materiał Eg [eV] [%]

C-Si 1,15 25/23

A-Si:H 1,4-2,0 13,2

GaAs 1,4 27

Cu(In,Ga)Se2 1,11 21,7/16

CdTe 1,50 22,1/16

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 49: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Podział rynku PV na różne technologie

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

źródło: Photovoltaics Report - Fraunhofer ISE, 2018

Page 50: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Udział w rynku PV różnych technologii cienkowarstwowych

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

źródło: Photovoltaics Report - Fraunhofer ISE, 2018

Page 51: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

PV – sprawność laboratoryjna i produkcyjna (ogniwo-moduł)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

źródło: Photovoltaics Report - Fraunhofer ISE, 2018

Page 52: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Historyczny rozwój sprawności w poszczególnych technologiach

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

źródło: Photovoltaics Report - Fraunhofer ISE, 2018

Page 53: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Okres zwrotu energii (EPBT)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

źródło: Photovoltaics Report - Fraunhofer ISE, 2018

Page 54: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Okres zwrotu energii (EPBT)

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

źródło: Photovoltaics Report - Fraunhofer ISE, 2018

Page 55: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

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

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 56: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Fazy procesu produkcyjnego fotoogniwa słonecznego

źródło : Marek Butkowski „Rynek technologii Słonecznych w Polsce”, prezentacja

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 57: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Testowanie krzemowego polikrystalicznego ogniwa fotowoltaicznego na symulatorze

Słońca

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 58: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Model fizyczny ogniwa

fotowoltaiczengo

Rs

Rsh

D

Iph V

+

-

Gdzie: D – symbolizuje złącze półprzewodnikowe

Iph – oznacza fotoprąd generowany w złączu Rsh – oznacza rezystancję upływności między elektrodami złącza ( powinna mieć jak największą wartość)

Rs – oznacza rezystancję szeregową – czyli

właściwie rezystancję kontaktów

(powinna mieć jak najmniejszą wartość)

Rsh

Rs

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 59: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Schemat linii produkcyjnej

Źródło: http://xinology.com

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 60: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Przekrój modułu fotowoltaicznego

• Odpowiednie połączenie pojedynczych komórek fotowoltaicznych w szeregi

• Masa wypełniająca

• Szyba przednia

• Tworzywo tylne

• Rama wzmacniająca

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019

Page 61: Czyste energie - home.agh.edu.plhome.agh.edu.pl/~romus/OZE/Wyklady/Czyste%20...Pomiary promieniowania słonecznego Pyranometr (solarymetr), przyrząd do pomiaru całkowitego promieniowania

Dziękuję za uwagę !!!

To już jest koniec Bo nie ma już nic Jesteście wolni Możecie iść…

J. TENETA Wykłady "Czyste energie i ochrona środowiska" AGH 2019