Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΑΠΕ 2016 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΑΜΘ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧ/ΚΩΝ ΤΕ Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΑΠΕ 2016

Συστήματα μετατροπής Ηλιακής ενέργειας σε Ηλεκτρική

Φωτοβολταϊκά Συστήματα Γενικά Το 1938 παρατηρήθηκε ότι η ηλεκτρική ενέργεια αλλάζει τις ιδιότητες ορισμένων υλικών (ημιαγωγών) Όταν φωτίζονται μπορεί να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του φωτοβολταϊκού φαινομένου Πρώτες εφαρμογές φωτοβολταϊκών συστημάτων στη δεκαετία του 50 (διαστημική) Στη δεκαετία του 70 αναπτύσσεται βιομηχανία παραγωγής φωτοβολταϊκών συστημάτων

Σύνθεση Φωτοβολταϊκών Συστημάτων

ΗΛΙΑΚΕΣ ΚΥΨΕΛΕΣ (Στοιχεία) ΗΛΙΑΚΕΣ ΚΥΨΕΛΕΣ (Στοιχεία) Οι ηλιακές κυψέλες είναι συσκευές που μετατρέπουν τη ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική, μέσω του φωτοβολταϊκού φαινομένου, Βασίζονται στο φωτοβολταϊκό (Φ/Β) φαινόμενο, κατά το οποίο το φως προσπίπτοντας σε μια ημιαγωγική διάταξη δύο στρωμάτων παράγει διαφορά δυναμικού μεταξύ των στρωμάτων Ηλιακές κυψέλες κυρίως πυριτίου σήμερα, μετατρέπουν σε ηλεκτρισμό το ~18% του προσπίπτοντος σε αυτές ηλιακού φωτός Ανάπτυξη μεθόδων για την εφαρμοσμένη παραγωγή ηλιακών κυψελών πυριτίου (άμορφου, μοvοκρυσταλλικού, πολυκρυσταλλικού)

Φωτοβολταϊκό φαινόμενο Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο Πρόσπτωση ηλιακής ακτινοβολίας (φωτόνια) σε ημιαγωγική διάταξη δύο στρωμάτων, ηλιακό στοιχείο (πυρίτιο) Από την απορρόφηση ενός φωτονίου ένα ηλεκτρόνιο (αρνητικό φορτίο) απωθείται από ένα άτομο πυριτίου Η πρόσθετη ενέργεια δίνει τη δυνατότητα να μεταπηδούν στη περιοχή αγωγιμότητας αφήνοντας πίσω μια θετικά φορτισμένη οπή, δημιουργώντας μια διαφορά δυναμικού Αποτέλεσμα ροή ηλεκτρονίων μόνο προς τη μία κατεύθυνση Όταν οι ηλεκτρικές επαφές συνδέονται μέσω ενός κυκλώματος, τα ελευθερωμένα ηλεκτρόνια κατευθύνονται στο θετικά φορτισμένο πυρίτιο, παράγοντας κατά συνέπεια το ρεύμα.

Μοντέλο Φωτοβολταϊκού στοιχείου

Μοντέλο Φωτοβολταϊκού στοιχείου (Βραχυκύκλωμα, ανοικτό κυκλ.)

Τύποι κυψελών Μονοκρυσταλλικές (m-Si) Πολυκρυσταλλικές (p-Si) Πυρίτιο καθαρότητας τέλειας δομή κρυστάλλου Απόδοση ~18%-23% Πολυκρυσταλλικές (p-Si) Παράγονται με διαδικασία χύτευσης, λειωμένο βιομηχανικό πυρίτιο χύνεται σε φόρμα όπου μορφοποιείται Μικρότερο κόστος αλλά και απόδοση 13% - 15%,

Άμορφου πυριτίου (a-Si) Το άμορφο πυρίτιο, τεχνολογία λεπτής μεμβράνης (thin film technology), γίνεται με την εναπόθεση πυριτίου σε υπόστρωμα γυαλιού από ένα αντιδραστικό αέριο όπως το σιλάνιο (SiH4) Δεν έχει κρυσταλλική δομή, και το πάχος του (2-3 µm) είναι ιδιαίτερα μικρότερο από το κρυσταλλικής μορφής πυρίτιο (200-500 µm) Απλή η παραγωγική διαδικασία καλές αποδόσεις συγκριτικά με το κόστος

Επιδόσεις ηλιακών κυψελών Η Ποσοτικοποίηση των επιδόσεων των ηλιακών κυψελών γίνεται βάσει πρότυπων συνθηκών και δοκιμών στις ακόλουθες συνθήκες: • Θερμοκρασία = 25°C • Ένταση ηλιακής ακτινοβολίας = 1000 W/m2 • Αέρια μάζα = ΑΜ 1,5 (Η αέρια μάζα αναφέρεται στο πλάτος της ατμόσφαιρας το οποίο διαπερνά το ηλιακό φως και αποτελεί ένα σημαντικό δείκτη των χαρακτηριστικών του διαθέσιμου φωτός)

Αποδόσεις ηλιακών κυψελών Το παραγόμενο ρεύμα εξαρτάται από την τάση, (καμπύλη I-V) καθορίζει την απόδοση της κυψέλης και για σύγκριση μεταξύ κυψελών υπό ορισμένες συνθήκες

Φωτοβολταϊκα πλαίσια Συσκευές αξιοποίησης ηλιακών κυψελών (στοιχείων) για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Επειδή ένα φ/β στοιχείο παράγει μόνο ~ 0.5 V, το φ/β στοιχείο από μόνο του δεν έχει πρακτικές εφαρμογές Αντίθετα, η βασική δομική μονάδα για φ/β εφαρμογές είναι το φ/β πλαίσιο που αποτελείται από φ/β στοιχεία σε σειρά Τυπικό φ/β πλαίσιο έχει 36 φ/β στοιχεία στη σειρά και συχνά ονομάζεται φ/β πλαίσιο 12 V αν και μπορεί να παράγει πολύ μεγαλύτερες τάσεις (από 12 V).

Σύνδεση Φ/Β πλαισίων Τα φ/β πλαίσια συνδέονται στη σειρά για αύξηση της τάσης, και παράλληλα για αύξηση της έντασης Οι φ/β συλλέκτες (Πάνελς) αποτελούνται από συνδυασμό φ/β πλαισίων συνδεδεμένων σε σειρά και παράλληλα για αύξηση της ισχύος

Χαρακτηριστικές καμπύλες I-V , Ισχύος φ/β πλαισίου Σημείο μέγιστης ισχύος πλαισίου είναι στο γόνατο της καμπύλης ισχύος Σημείο μέγιστης ισχύος PR αντιστοιχεί σε ονομαστικό ρεύμα IR και σε ονομαστική τάση VR κάτω από ειδικές συνθήκες που αντιστοιχούν στις ιδανικές συνθήκες δοκιμών του φ/β πλαισίου

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ ΣΤΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ I-V Πως επηρεάζει η θερμοκρασία του περιβάλλοντος το φ/β στοιχείο? Αύξηση της θερμοκρασίας του φ/β στοιχείου, προκαλεί μείωση της τάσης σημαντική, Ενώ το ρεύμα βραχυκύκλωσης αυξάνεται ελάχιστα Τα Φ/Β, Αποδίδουν καλύτερα τις κρύες, ξάστερες μέρες, παρά τις ζεστές

ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣ ΣΤΗ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ I-V Πως επηρεάζει η μεταβολή της ηλιακής έντασης την απόδοση του φ/β στοιχείου? Η Μείωση της ηλιακής έντασης έχει σαν αποτέλεσμα τη μείωση του ρεύματος του φ/β στοιχείου Μείωση της ηλιακής έντασης επίσης μειώνει την τάση του

Ισχύς Φ/Β συστημάτων στην ΕΕ

Παγκόσμια παραγωγή Φ/Β κυψελών

Ερωτήσεις