Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie - EUROPEJSKIE … · 2013-05-11 · BISNEP - WSPAR IE DLA IZNESU I INNOWAJI W PÓŁNONO – WSCHODNIEJ POLSCE źródło postać energii

EUROPEJSKIE SŁONECZNE DNI

ENERGIA SŁOŃCA

FOTOWOLTAIKA – TECHNOLOGIE,

OPŁACALNOSĆ, REALIZACJE Olsztyn 9 MAJA 2013 R.

Fotowoltaika - stan obecny oraz kierunki

rozwoju w Polsce oraz UE

Adam Cenian

IMP PAN

BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE

Słońce (reaktor termojądrowy) - główne źródło energii na Ziemi

układy PV

kolektory słoneczne

PVT (hybrydowe)

skoncentrowane źródła termiczne (concentrated solar)

ale również

biomasa (w tym źródła kopalne: węgiel, ropa, gaz, …)

wiatr

woda

Energia słoneczna docierająca do powierzchni Ziemi przekracza o wiele rzędów

nasze zapotrzebowanie !!!

Poza tym zakresem:

energetyka jądrowa, w tym z rozpadu i syntezy jądrowej oraz naturalna (geotermia)

energia pływów (elektrownie morskie)

…


źródło postać energii udział (%) moc (PW)

słońce promieniowanie

elektromagnetyczne

99,978 174

energia jądrowa

wnętrza Ziemi

ciepło 0,02 0,03

energia pływów

morskich

energia

mechaniczna

0,002 0,003

Źródła energii na Ziemi, PW

1 PW = 1015 W


Annual Global

PV Installations,

2007-2016


Energetyka w EU - Udział różnych źródeł

energii elektrycznej OZE – 19 % (2010) – 33% (2020)


Energetyka w EU - Udział różnych źródeł energii el.

3.3% 0.6 - 3% 2010 - 2020

Spadek cen - 2017

Poza znanym pakietem 3 x 20 dla rozwoju PV ważna jest DIRECTIVE 2010/31/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT

AND OF THE COUNCIL of 19 May 2010

on the energy performance of buildings


Buildings account for 40 % of total energy consumption in

the Union

Article 9

Nearly zero-energy buildings

1. Member States shall ensure that:

(a) by 31 December 2020, all new buildings are nearly

zero- energy buildings; and

(b) after 31 December 2018, new buildings occupied and

owned by public authorities are nearly zero-energy

buildings.


PV wg NREAP in EU (27)

100 GW world


the price at which electricity must be

generated from a specific source to break

even over the lifetime of the project

2017


Efficiency/Performance-Adjusted Module Supply Stack, Q4 2013E


Technologie PV


• I generacja (krzem)

Polikrystaliczne

Monokrystaliczne

Amorficzne

• II generacja (TF, in)

– GaAs

– CdTe

– CIS, CIGS

• III generacja

– Barwnikowe

– Organiczne

– Polimerowe

– Termoelektryczne

www.arrakis-group.com www.tf.uni-kiel.de


Udziały na rynku technologii w % 2010


Złącze p – n ( prekursor PV)

Styk obszarów o rożnym typie przewodnictwa ('p' oraz 'n') wytworzony w

obrębie tego samego materiału półprzewodnikowego.

• domieszkowanie zmienia w sposób istotny własności półprzewodnika

• domieszki powodują powstawanie dodatkowych poziomów

energetycznych w strukturze pasmowej

• p – przewodnictwo dziurowe

• n – przewodnictwo elektronowe


• Dziury z p do n • Elektrony z n do p • Id – prąd dyfuzji (ruch nośników

większościowych) przeciwny do • Iu – prądu dryfu (ruch nośników

mniejszościowych)


Powstaje warstwa zaporowa – warstwa zubożona (lub zneutralizowana) w ładunki –

pojawia się napięcie

domieszka np. boru (3) domieszka np. P (5)



Metoda

Czochralskiego

2013 rokiem

Jana Czochralskiego


p - type

Proces produkcji ogniw PV


Formowanie złącza







Ogniwo c – Si budowa

emiter – grubość: kilka μm

baza – grubość: ok. 300 μm


Energetyka solarna – perspektywy PV

Perspektywy i wyzwania energetyki solarnej

+ wysoki koszt energii

- zwiększenie sprawności układów solarnych: PV > 15%

Perspektywa zrównania ceny energii do roku 2017

+ skojarzona produkcja prądu i ciepła – PVT

+ inteligentne sieci (smart grid)

+ zmienna produkcja energii – magazynowanie (dzienne i sezonowe)

+ (solar thermal) integracja z budynkami, układy chłodzenia, integracja i eksploatacja

dużych instalacji, materiały polimerowe przewodzące ciepło, technologie odsalania,

funkcjonalne materiały i powierzchnie (np. anty-refleksyjne, samoczyszczące,

pokrycia antykorozyjne, tanie szkła o wysokiej transmitancji – przepuszczalności

i zmiennych własnościach optycznych, PCM, … )


I – technologie na bazie Si

II – cienkowarstwowe,

inne półprzewodniki

nieorganiczne

III – barwniki, polimery,

organika 32%


87%

66%

niedostateczna absorpcja

+ modyfikacja i koncentracja

promieniowania

+ modyfikacja materiałów i

konstrukcji


układy modyfikujące i koncentrujące padające promieniowanie

z fotonu o wysokiej energii generujemy dwa o energii

mniejszej lub

z dwóch fotonów o zbyt małej energii jeden o energii

większej od przerwy energetycznej

koncentratory

1000 słońc


Warstwa antyodbiciowa - antyrefleksyjna

Teksturowanie powierzchni krzemu


Czarny krzem (Natcore Technology/ NREL - 1998)

sprawność teoretyczna: 30-40% 12.10.2012 – 18,6 % (Natcore)

33

Laser Trawienie chemiczne (nanocząstki Au, Ag, Cu)

Nowe materiały…


wielozłączowe ogniwa PV (Multi – junction solar cells)

Obecny rekord wydajności tego rozwiązania to 37% przy koncentracji 173 słońc


Ogniwa z poziomami przejściowymi Ogniwa z wykorzystaniem studni kwantowych

dodatkowe poziomy energetyczne, aby fotony o różnych energiach

mogły by absorbowane


PV na kropkach kwantowych

kropki kwantowe umożliwiają wydajną

wielokrotną generację par elektron-

dziura z pojedynczego fotonu o

odpowiedniej energii


Nowe cienkowarstwowe CIGS 13.4%


38

Nowe technologie…

produkcja ogniw

elastycznych

Roll 2 Roll


Ogniwa fotowoltaiczne trzeciej generacji

Barwnikowe Organiczne Polimerowe Termoelektryczne


Ogniwa słoneczne uczulone barwnikiem

Dye – Sensitized Solar Cells DSSC

Ogniwa Barwnikowe

Ogniwa Grätzela


Zastosowania



The Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, www.ise.fraunhofer.de/en

Nowe zastosowania…

Barwnikowe ogniwa fotowoltaiczne


15 min. ładowania - 1 min. świecenia wydajność: 4%


barwnik – kolor ogniwa

Sony


MNACTEC Terrassa in Spain

Building-integrated

photovoltaics (BIPV) Instalacje samodzielne



ZALETY - półprzezroczyste

- działanie niezależnie od kąta padania promieni

- lekkie

- blokuje światło IR i UV

- łatwa instalacja

- dowolna długość

- nietoksyczne, brak metali ciężkich

46


Szklarnia, Brookdale

Fruit Farm of Hollis,

New Hampshire, USA

standard 83

z ogniwami 80

standard 154

z ogniwami 152

standard 22

z ogniwami 23

standard 20

z ogniwami 24

wydajność / lbs (czerw - wrzes, 2011)

fotowoltaika czy elektrownie wiatrowe,

pompy ciepła bądź biogazownie ?


EWEA (European Wind Energy Association ) podała,

+ największy udział w miksie nowych mocy zainstalowanych w ubiegłym roku

miały źródła fotowoltaiczne (PV) -16,75 GW. Takich elektrowni w ubiegłym

roku nie wyłączano z eksploatacji.

+ farm wiatrowych przybyło o mocy 11,566 GW, a z eksploatacji wyłączono

takie elektrownie o mocy 207 MW.

+ rosła moc zainstalowana elektrowni gazowych - 10,535 GW, ale też sporo

ich wycofano z użytku, bo o mocy 5,495 GW.

Jednak potrzebny mix, ze względu na stabilność dostaw


Elektrownia OZE

dopasowana

do potrzeb

Kombikraftwerk

Kassel


Smart grid – regulacja popytu i podaży


Zwiększone użycie energii

słonecznej będzie prowadziło

do redukcji emisji CO2 o około

730 mln ton metrycznych.

Ponadto do 2020 roku

energetyka słoneczna stworzy

2.25 mln. nowych miejsc pracy.

Korzyści dodatkowe

najlepsze praktyki - PVT


Ze wzrostem temperatury spada

sprawność generacji prądu

+ odbiór ciepła i …

magazynowali je z wykorzystaniem pc

najlepsze praktyki


Magazyny

ciepła w Danii

Podsumowanie


Energetyka solarna jest ważnym energetycznego miksu OZE

Energia solarna przekracza wielokrotnie zapotrzebowanie

ludzkości na energię

Wraz ze spadkiem cen i/lub wzrostem sprawności układów rola

PV w miksie będzie rosła

Technologie PV są na początku drogi czeka nas

prawdopodobnie wiele przełomów.

Możliwa jest znaczący wzrost udziału OZE w miksie pod

warunkiem rozwiązania problemu magazynowania energii

Dziękuję za uwagę

Documents

Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie - EUROPEJSKIE … · 2013-05-11 · BISNEP - WSPAR IE DLA IZNESU I INNOWAJI W PÓŁNONO – WSCHODNIEJ POLSCE źródło postać energii