:: hlavní menu

 

.: home

.: o škole

.: seznamy

.: ekologická výchova

.: školní projekty

.: zájmová činnost

.: pronájmy zařízení

 

 

:: kontakt

 

ZŠ Školní Vrchlabí

Školní 1336

543 01 Vrchlabí

 

tel: 499 421 563

 

e-mail:  palatka@zsskolnivr.cz

 

:: info o stránkách

stránky jsou optimalizovány pro rozlišení 800x600 a IE 5.0 a vyšší

 

[CNW:Counter]

Fotovoltaické systémy a jejich využití v praxi

 

Fotovoltaické systémy a jejich využití v praxi - výňatek z odborné práce (SOČ) Lukáše Daniše z Mendlova gymnázia v Opavě

 

 

 

Solární fotovoltaické systémy můžeme rozdělit na tři aplikační skupiny:

-autonomní

-hybridní

-přímo spojené se sítí

Autonomní systém obecně potřebuje akumulátory a je používán především v místech, kde není dostupná veřejná elektrická síť. Jedná se především o aplikace při čerpání vody zabezpečovací a telekomunikační systémy.

Hybridní systém obsahuje fotovoltaické pole a jeden nebo několik pomocných generátorů, jako jsou např. dieselagregáty a větrné elektrárny, a jednu nebo více baterií. Vyžaduje složitější regulátory, na rozdíl od zbylých systémů, a řídící členy využívající vlastnosti všech zdrojů.

Systém přímo spojený se sítí běžně nepotřebuje akumulátor. Měnič musí být navržen tak, aby pracoval v celém rozsahu napětí, které poskytuje celé fotovoltaické pole. Jednoduchý systém tohoto typu má fotovoltaické pole a měnič na nízkém napětí. Pro vysokonapěťové systémy / nad 400V / je charakteristické použití transformátorů, výkonových spínačů, harmonické filtrace a ochranných prvků.

 

Konstrukce krystalických solárních článků

Většina solárních článků se skládá z krystalického křemíku. Rozlišují se monokrystalické solární články, které se skládají z jediného krystalu s pravidelnou krystalickou mřížkou a polykrystalické články, skládající se z mnoha různě orientovaných krystalů. Pro praktické použití jsou oba typy článků stejně vhodné.

V tenkých destičkách vysoce čistého křemíku se cíleným znečištěním určitými cizími atomy vyrobí dvě nad sebou ležící vrstvy s různou koncentrací nosičů náboje. Na přechodu mezi záporně a kladně dotovanou vrstvou se v solárním článku vytvoří elektrické pole. Dopadne-li na solární článek světelný paprsek, uvolní světlo některé elektrony z křemíkové mřížky v přechodu PN. Tyto volné elektrony a také vzniklé díry se polem přechodu PN oddělí, takže v horní vrstvě křemíku vznikne přebytek elektronů a ve spodní vrstvě nedostatek elektronů. Propojí-li se horní a spodní strana článku přes nějaký spotřebič, může se přebytek a nedostatek elektronů vyrovnávat: Dochází k pohybu nosičů náboje, tj. teče elektrický proud. Zatímco u atomárního pohledu tečou elektrony od záporného pólu ke kladnému, je technický směr proudu definován právě obráceně, tj. z technického hlediska teče proud od kladného pólu k zápornému.

Aby bylo možné elektrony vyrobené v ploše článku efektivně shromáždit a beze ztrát odvádět, je na přední straně článku umístěna kontaktní mřížka a na zadní straně kontaktní plocha (obr. 1).

Zcela novým prvkem v konstrukci křemíkových solárních článků, vedoucím k podstatnému zvýšení účinnosti přeměny je zabudování lokální defektní vrstvy nad přechodem PN v místě vodiče. Na zvýšení účinnosti se podílí dva vlivy :

a) vlastní přítomnost lokální defektní vrstvy

b) umístění díry v této vrstvě pod vrchní kontakt

   Protože neporušený křemíkový materiál v díře má menší odpor než materiál v oblasti mimo defektní díru, nosiče náboje preferují pohyb přes přechod PN právě touto dírou. Tím se snižují ztráty způsobené rekombinací, což zvyšuje účinnost, která může dosáhnout až 35%

 

Obr 1.

 

 

Pro výrobu solárních článků se také využívá arsenidu galia, který je druhý nejpoužívanější materiál ve výrobě solárních článků.

Solární články ovšem při výrobě potřebují energii, která se vrací po určité době používání, záleží na typu a velikosti panelu, tato energetická návratnost se pohybuje v rozmezí 1 až 5 let.

 

Výkon solárního článku a výkonnostní vlivy

Na výkon solárního článku má vliv ozáření sluncem respektive intenzita záření, sklon panelu, povrch panelu, krycí médium a antireflexní vrstva.

 

 

Z grafu tedy vyplývá, že s rostoucí teplotou se téměř lineárně snižuje výkon panelu a to při zvýšení teploty o 60°C z původních 25°C, se sníží výkon o 39% což je výsledném efektu panelu značná ztráta, neboť největších výkonů panelu lze dosáhnout v létě při ideálním osvětlení a ztráta 40% je ve výsledném efektu citelně znát, podle výrobce je tato ztráta 0,4% / °C.

 

Vliv krycího materiálu:

 

Z grafu je patrno, že nejlepší krycí vlastnosti vzhledem k poklesu výkonu má čiré plexisklo. Naopak nejhorší má sklo, nejen 5mm široké. Při změně vzdálenosti od plochy panelu se neprojevovaly výrazné změny ztráty výkonu, pouze u skla byly rozdíly znatelné, ale vlivem tloušťky skla.

 

Výsledky jsou částečně nepřesné tím, že krycí materiál neměl stejnou tloušťku a že jsem neměl možnost vytvořit podmínky takové, aby fotočlánek bez krytí měl stále stejnou teplotu.

 

Roční vliv na výkon:

Na obr. 7 je graf podle firmy SOLARTEC, výrobce solárních panelů, měření byla prováděna v letech 1994 – 1999.

 

 

Z grafů je patrno, že v roce 2003, byla řada anomálií, která ovlivňovala výkon článků, stále je však nejvýkonnějším obdobím léto.

  

Výkon během dne

Výkon panelu se během dne mění, tento graf je z 1. března 2004, počasí polojasno.

  

Obr. 12

 

Z grafu vyplývá že v tomto období je výkon panelu největší v době kolem 12. – 13. hodiny. Tato doba se ale mění podle času, který se právě používá, letní či zimní . V letních měsících je to 13.-14. hodina.

 

Závěr

Pro dosažení maximální účinnosti fotovoltaického zařízení v dané lokalitě je třeba dodržovat jižní orientaci panelu, nejlépe sklon 45° k úrovni země nebo proměnný sklon, pomocí navádění, pouze v případě velkých slunečních elektráren, pro malé systémy je ekonomicky nevýhodný. Dále pak výběr ochranného materiálu s minimální obrazovosti (například čiré plexisklo) a případném vyřešení snížení teploty článků, která představuje největší možnost zvýšení výkonu panelu.

 

Použitá literatura

 

1.      Elektrický proud ze slunce, Andrea Henze, Werner Hillebrand, nakladatelství HEL, rok 2000.

2.      Internetové stránky www.solartec.cz

3.      Internetové stránky www.obz.cz

4.      Internetové stránky http://mujweb.cz/www/solarnivyvoj/

 

Organické fotovoltaické články

Výroba monokrystalického křemíku je energeticky náročná a také s ekologií to někdy pokulhává. Využití křemíkových článků je nejlepší za přímého slunce. Proto se hodí hlavně do oblastí, kde je slunce dostatek - Španělsko Portugalsko, ... Při zamračené obloze účinnost křemíkových fotovoltaických článků prudce klesá. Taky stínění jim nedělá dobře a může způsobit zkrat celého panelu. Proto se hledají náhradní řešení a jedním z nich jsou tzv. tekuté články, někdy nazývané i Graetzelovi články.



Průhledné elektrody slunečního článku jsou tvořeny sklem pokrytým tenkou vrstvou SnO2 či ZnO (připraveném za podmínek, kdy vlastní defekty tvoří dárce elektronů v těchto průhledných polovodivých kysličnících a způsobují jejich dobrou elektrickou vodivost). Titanová běloba (nanokrystalický TiO2) je nanesená na jednu elektrodu, po sintraci na vzduchu při 450° C vznikne porézní vrstva, rozptylující světlo. Ta je zbarvena organickým barvivem, které můžeme například extrahovat z přírodních látek. Absorpce světla nastává v tomto barvivu. Elektrolyt je roztok jodidu draselného v etylenglykolu, druhou elektrodu tvoří grafit, nanesený opět na "vodivém skle". Celá struktura je utěsněna proti ztrátě elektrolytu. Článek dává napětí asi 0,3-0,4 V a proud při slunečním osvětlení asi 1 mA/cm2. Za použití složitějších postupů je účinnost článků 10 až 15% a stále se zvyšuje.

Vzhledem k rostoucí poptávce po zdrojích čisté energie se pozornost odborného světa začíná věnovat právě organickým PV článkům s využitím TiO2 a metalo-organického senzitizéra. Tyto články mají nesporné výhody vůči klasickým PV článkům na bázi křemíku, germania apod. Vzhledem k dostupnosti TiO2, dosahujeme nižší náklady spojené s přepracováním a přípravou substrátů.

Nespornou výhodou PV tekutého článku je i schopnost pracovat s intenzitami světelného záření pod 1.5D v oblasti, kde klasické PV články mají minimální zisky navíc právě konstrukce tekutých článků zabezpečuje se snižující se intenzitou světla zvyšování efektivity článků....tekuté články jsou schopné využívat ve velké míře i difúzní záření které Si články zpracovávají minimálně.....přitom podle měření, se intenzita průměrného solárního toku na území CZ pohybuje na úrovni 980W/m², přitom jde o celkový světelný tok....ideální případ je čistá obloha, kdy je klasický PV článek ve výhodě, ale zprůměrováním zisků v průběhu dne je v převaze tekutý článek, protože jeho solární spektrum je schopné proměnit i infračervené záření, které právě zatěžuje klasické Si články protože se přehřívají a následně se snižuje celková efektivita přeměny.

 

Zdroj: Heliostar