SAVREMENA DOSTIGNUĆA U SOLARNOJ ENERGETICI UNIVERZITЕТ U NIŠU PRIRODNO – MATEMATIČKI FАКULTEТ SAVREMENA DOSTIGNUĆA U SOLARNOJ ENERGETICI Prof. dr Tomislav M. Pavlović

STRUKTURA SUNCA

Spektralna distribucija intenziteta: a) zračenja crnog tela na 5727C, b) ektraterestričnog zračenja, c) zračenja crnog tela na 5357C i d) terestričnog zračenja na Zemlji

TOPLOTNA KONVERZIJA SUNČEVOG ZRAČENJA FOTONAPONSKA KONVERZIJA SUNČEVOG ZRAČENJA SOLARNA АRHITEKTURA LABORATORIJA ZA SOLARNU ENERGETIKU NA PMF-u U NIŠU

TOPLOTNA KONVERZIJA SUNČEVOG ZRAČENJA NISKOTEMPERATURNA KONVERZIJA T<100°C SREDNJETEMPERATURNA KONVERZIJA 100°C < T < 400°C VISOKOTEMPERATURNA KONVERZIJA 400°C < T < 4000°C

NISKOTEMPERATURNA KONVERZIJA KOLEKTORI SA VODOM KOLEKTORI SA VAZDUHOM

SOLARNI KOLEKTORI SA VODOM

Solarni kolektor

Solarni kolektor sa apsorberom u vidu rešetki

Šematski prikaz solarnih bojlera b) sa dva izmenjivača toplote sa jednim izmenjivačem toplote b) sa dva izmenjivača toplote

Termosifonski solarni sistem

Šematski prikaz solarnog sistema za zagrevanje vode sa prinudnom cirkulacijom

Dijagram za određivanje površine kolektora i zapremine bojlera

Vazdušni kolektori na privatnoj kući u Zrenjaninu

Solarni kolektori u hotelskom kompleksu Slovenska plaža u Budvi

Solarni kolektori u hotelu Avala u Ulcinju Solarni kolektori u hotelu Borik u Ulcinju

Solarni kolektori u hotelu Cavtat Solarni kolektori u hotelu Sozina u Ulcinju

Solarni kolektori u hotelu Tivat Solarni kolektori u hotelu Ulcinj

SREDNJETEMPERATURNA KONVERZIJA SFERNI I PARABOLIČNI KONCENTRATORI VAKUMSKI KOLEKTORI

VISOKOTEMPERATURNA KONVERZIJA SOLARNE TERMOELEKTRANE SOLARNE PEĆI KONCENTRATORI SA HELIOSTATSKIM POLJIMA SOLARNE TERMOELEKTRANE

Solarna peć

Solarna termoelektrana

FOTONAPONSKA KONVERZIJA SUNČEVOG ZRAČENJA SOLARNE ĆELIJE OD MONOKRISTALNOG SILICIJUMA SOLARNE ĆELIJE OD POLIKRISTALNOG SILICIJUMA SOLARNE ĆELIJE OD AMORFNOG SILICIJUMA SOLARNE ĆELIJE OD DRUGIH MATERIJALA

Poprečni presek monokristalne solarne ćelije

Ingot silicijuma

Sečenje ingota monokristalnog silicijuma na pločice

Uredjaj za dopiranje monokristalnog silicijuma fosforom difuzionim postupkom iz gasne faze: 1. gas, 2. tečni POCl3, 3. kvarcna cev, 4. Si pločice

Raspodela fosfora: a) odmah posle difuzije, b) posle uklanjanja n sloja sa bočnih strana i sa zadnje strane Si pločice

Vakumsko naparavanje gornjeg metalnog kontakta: 1) izvor za isparavanje, 2) materijal koji isparava, 3) ispareni materijal, 4) maska, 5) Si pločica

Šematski prikaz poprečnog preseka monokristalne Si solarne ćelije: 1) zadnja elektroda, 2) prednja elektroda, 3) antirefleksioni sloj

Spektralna osetljivost monokristalne Si solarne ćelije

Zavisnost strujno-naponske karakteristike monokristalne Si solarne ćelije površine 141cm2 od intenziteta sunčevog zračenja i temperature

Solarni moduli sa solarnim ćelijama od monokristalnog silicijuma

Solarni modul sa solarnim ćelijama od polikristalnog silicijuma

Poprečni presek solarne ćelije od amorfnog silicijuma

Šematski prikaz formiranja a-Si solarnih ćelija na staklu

Spektralna osetljivost a-Si solarne ćelije na staklu

Šematski prikaz uredjaja za proizvodnju a-Si solarnih ćelija na plastičnoj foliji

Solarne ćelije od amorfnog silicijuma na staklu i plastičnoj osnovi

Poprečni presek solarnog prozora

Solarna pumpa

Dvorišna solarna lampa

Solarni krov

Komunikacioni satelit sa solarnim ćelijama

Solarne ćelije na istraživačkoj platformi na moru

Radio predajnik sa solarnim ćelijama

Solarne ćelije na jahti

Solarni automobil

Mini solarna elektrana

Solarna elektrana u Toledu (Španija)

Solarne ćelije na vikend kući

SOLARNA ARHITEKTURA

Solarna kuća ODISEJA

Solarna kuća AFRODITA

Solarna kuća PENELOPA

Solarna kuća VEGA

Solarni kolektori na privatnoj kući u Zrenjaninu

Solarni kolektori na privatnoj kući u Herceg Novom

Solarne ćelije na stambenoj zgradi

SOLARNU ENERGETIKU NA PRIRODNO-MATEMATIČKOM LABORATORIJA ZA SOLARNU ENERGETIKU NA PRIRODNO-MATEMATIČKOM FAKULTETU U NIŠU

Laboratorija za solarnu energetiku na PMF-u u Nišu

Deo laboratorije za solarnu energetiku na krovu PMF-a u Nišu

Hibridni kolektor sa koncentratorom sunčevog zračenja

Rotacioni solarni modul

Deo unutrašnjosti laboratorije za solarnu energetiku

Laboratorija za solarnu energetiku

Merač protoka tečnosti i kalorimetar

Deo solarnog sistema za prinudnu cirkulaciju vode sa cirkulacionom pumpom, ekspanzionim sudom, manometrom i termometrima

Ventili za ispuštanje vode iz solarnog sistema

Diferencijalni termostat

Fotonaponsko osvetljenje

Invertor jednosmerne u naizmeničnu struju

KLA uređaj

MINI KLA uređaj za merenje intenziteta sunčevog zračenja i strujno-naponskih karakteristika solarnih ćelija

I-U kriva dobijena pomoću MINI-KLA

NIGOS VT-08 uređaj

NIGOS-ov uređaj za merenje ulazne i izlazne temperature vode, struje i napona na hibridnom kolektoru

Automatska DAVIS meteorološka stanica

Centralna jedinica automatske meteorološke stanice DAVIS

Rezultati merenja sa automatske meteorološke stanice DAVIS

Intenzitet sunčevog zračenja

Energija sunčevog zračenja

Spoljašnja temperatura

Brzina vetra

Piranometar

Mеrаč tеmpеrаturе vоdе u sоlаrnоm sistеmu

Eksperimentalni podaci za enеrgetsku efikasnost termalnog TERMALNI KOLEKTOR Eksperimentalni podaci za enеrgetsku efikasnost termalnog kolektora NAIS 80

Hibridni kolektor sa solarnim ćelijama od amorfnog silicijuma (levo) i termalni kolektor sa spektralno selektivnim apsorberom (desno).

Poprečni presek solarnog kolektora Nissala iz Niša

Poprečni presek Al/Al2O3-metal spektralno selektivnog apsorbera: 1) barijerni sloj, 2) apsorpcioni sloj, 3) površinski nesiliran sloj

Tabela Debljine i indeksi prelamanja delova Al/Al2O3-Ni spektralno selektivne prvelake Slojevi d (μm) n barijerni ~0,15 ~1,70 apsorpcioni ~0,60 ~1,50 zaštitni ~0,05 ~1,30

Šematski prikaz solarnog sistema za zagrevanje vode pomoću ravnog kolektora: 1) solarni bojler, 2) termalni kolektor, 3) cirkulaciona pumpa, 4) merač protoka, 5) kalorimetar, 6) interfejs, 7) kompjuter

Temperatura vode na ulazu i izlazu iz kolektora

Toplotna energija koja je u toku dana ušla u bojler

BROJNE VREDNOSTI S=1.57 m2 Es=5725.46 Wh/m2 tbojlera(jutro)=19 oC Eb=3601.31 Wh tbojlera(uveče)=39 oC Ek=2293.83Wh/m2 t’=35 oC η=Ek/Es q=115 /h η=40% E=3250,31Wh

LEGENDA P - snaga pumpe Ep - energija koju je utrošila pumpa Eb - toplotna energija koja je ušla u bojler E - dobijena toplotna energija Es - energija sunčevog zračenja koja je dospela na 1m2 površine kolektora Ek - apsorbovana količina energije sunčevog zračenja po 1m2 površine kolektora S - površina kolektora t bojlera(jutro) - temperatura vode ujutru pre početka merenja t bojlera(uveče) - temperatura vode u bojleru uveče pri kraju merenja t’- temperatura vode u bojleru narednog jutra η - koeficijent korisnog dejstva

HIBRIDNI KOLEKTOR I Eksperimentalni podaci za toplotnu i električnu efikasnost hibridnog kolektora sa solarnim ćelijama od monokristalnog silicijuma

Solarni modul sa solarnim ćelijama od monokristalnog silicijuma (levo) i hibridni kolektor sa solarnim ćelijama od monokristalnog silicijuma (desno)

Poprečni presek hibridnog kolektora sa solarnim ćelijama od monokristalnog slicijuma: 1) kutija, 2) zadnja zaštita, 3) termoizolacija, 4) aluminijumske lamele sa bakarnim cevima, 5) solarni modul, 6) staklo.

Dobijena toplotna energija

BROJNE VREDNOSTI S=0.986 m2 Es=6469,00 Wh/m2 tbojlera(jutro)=17 oC Eb=2360.98 Wh tbojlera(uveče)=31 oC Ek=2394,50Wh/m2 η=Ek/Es q=115 l/h η=37% E=2,01kWh

Dobijena električna energija na osnovu trenutnih vrednosti struje i napona

HIBRIDNI KOLEKTOR II Eksperimentalni podaci za toplotnu i elеktričnu efikasnost hibridnog kolektora sa solarnim ćelijamа od amorfnog silicijuma na staklu

Hibridni solarni kolektor

Poprečni prеsek hibridnog kоlektora

Apsorber hibridnog kolektora: 1) ulaz hladne vode, 2) Al lamele sa umetnutim bakarnim cevima, 3) a-Si solarne ćelije na staklu

Apsorber hibridnog kolektora: 1) sabirna cev, 2) metalni pričvršćivač solarnih ćelija, 3) a-Si solarni modul, 4) metalni pričvršćivač solarnih ćelija

Promena toplotne energije u bojleru

BROJNE VREDNOSTI S=1.94 m2 Es=4270,27 Wh/m2 tbojlera(jutro)=17 oC Eb=3056,11 Wh tbojlera(uveče)=33 oC Ek=1575,31Wh/m2 η=Ek/Es q=115 l/h η=37% E=2,783 kWh

Dobijena električna energija

UTICAJ STAKLA NA FOTONAPONSKU KONVERZIJU SUNČEVOG ZRAČENJA NA SOLARNIM ĆELIJAMA OD MONOKRISTALNOG SILICIJUMA

Solarni modul sa solarnim ćelijama od monokristalnog silicijuma (levo) i hibridni kolektor sa solarnim ćelijama od monokristalnog silicijuma (desno)

Šematski prikaz mernog sistema za odredjivanje električnih karakteristika solarnih modula pomoću NIGOS uredjaja: 1) solarni modul, 2) NIGOS uredjaj za merenje vrednosti električne struje i napona, 3) interfejs, 4) računar, 5) regulator punjenja akumulatora, 6) ampermetar i voltmetar, 7) akumulator

Промена укупне енергије у току дана за: 1) соларни модул са стаклом, 2) соларни модул без стакла

Dnevne vrednosti energije sunčevog zračenja (Esk) dospele na solarni modul i dobijene električne energije (Ee) pomoću solarnog modula za april 2006. godine

Dnevne vrednosti energije sunčevog zračenja (Esk) dospele na solarni modul i dobijene električne energije (Ee) pomoću solarnog modula za jun 2006. godine

Srednje vrednosti energije sunčevog zračenja (Esk) koje su dospele na solarni modul po mesecima od aprila do oktobra 2006. godine i srednje vrednosti dobijene električne energije (Ee) pomoću solarnog modula

Srednje vrednosti dnevnog koeficijenta konverzije sunčevog zračenja po mesecima od aprila do oktobra 2006. godine

DIZAJNIRANJE FOTONAPONSKOG SOLARNOG SISTEMA Fotonaponski sistem za snabdevanje potrošača jednosmernom strujom

Fotonaponski sistem za snabdevanje potrošača naizmeničnom strujom

Fotonaponski sistem za snabdevanje potrošača jednosmernom i naizmeničnom strujom

Regulator punjenja akumulatora RPA–712 Reguliše punjenje i pražnjenje akumulatora do određene granice Proizvodi se u verzijama 7A – 12V i 14A – 12V

Pretvarač jednosmernog u naizmenični napon Koristi se za pretvaranje jednosmernog napona od 24V u naizmenični napon 220V, 50Hz Snaga pretvarača 300VA

ОДРЕЂИВАЊЕ КАРАКТЕРИСТИКА ФОТОНАПОНСКОГ СИСТЕМА Одређивање електричне енергије коју даје један соларни модул Ем= Рм G [Wh] При овоме треба имати у виду да на износе електричне енергије која се добија помоћу соларних ћелија утичу: - Локалне временске прилике - које могу брзо да се мењају и на веома уском географском подручју. - Постављање соларних ћелија - оријентација и положај могу у многоме да утичу на количину добијене електричне енергије. Ћелије на које пада сенка нису правилно оријентисане ка Сунцу, дају много мање енергије. - Годишња доба - израчунавања се врше на основу годишњих средњих вредности интензитета сунчевог зрачења. У току зиме добиће се мање, а у току лета више од средњег годишњег износа енергије.

Solarna mapa za odredjivanje geografskog faktora GF

Одређивање дневне потрошње једносмерне струје Ej=1,3  Pj·tj (Wh) Дневна потрошња једносмерне струје Ej [Wh] израчунава се тако што се појединачна снага потрошача једносмерне струје Pj [W] помножи са средњим временом коришћења потрошача tj[h] и добијеној вредности дода 30% ради компензације на уређајима соларног система Одређивање дневне потрошње наизменичне струје En=1,4  Pn·tn (Wh) Дневна потрошња наизменичне струје En [Wh] израчунава се тако што се снага потрошача наизменичне струје Pn [W] помножи са средњим временом коришћења потрошача tn [h] и добијеној вредности дода 40% ради компензације губитака на соларном систему

N=Ep/Em Одређивање укупне дневне потрошње електричне енергије Ep=Ej + En Укупна дневна потрошња електричне енергије Ep [Wh] једнака је збиру дневне потрошње једносмерне Ej [Wh] и наизменичне струје En [Wh] Одређивање броја соларних модула N=Ep/Em Број соларних модула N одређује се деобом укупне дневне потрошње електричне енергије Ep [Wh] са електричном енергијом која се добија помоћу једног соларног модула Em [Wh]

Одређивање капацитета акумулатора KA=l,3Ер·n [ Wh] За чување електричне енергије користе се акумулатори (батерије) различитих врста и капацитета. Капацитет акумулатора зависи од дневних потреба потрошача за електричном енергијом (дневни капацитет) и од потреба за електричном енергијом за аутономни рад одређених потрошача (резервни капацитет). Аутономни рад потрошача одређује се у данима. За аутономни рад телекомуникационих система потребан је капацитет од 10 дана, за домаћинства око 5 дана, а за викенд куће дан или два. Капацитет акумулатора KA [Wh] се одређује тако што се дневна потрошња електричне енергије Ер [Wh] помножи са фактором резерве (који представља број узастопних облачних дана) и томе дода 30% укупне дневне потрошње електричне енергије: Капацитет акумулатора у Аh добија се помоћу следећег израза: CA=KA/UA [Ah] Где је KA - капацитет акумулатора у [Wh] а UA - напон акумулатора у [V].

Primer za izračunavanje karakteristika fotonaponskog sistema Dnevna potrošnja jednosmerne struje Potrošač Snaga [W] Srednje vreme korišćenja Dnevna potrošnja [Wh] Svetlo 40 3 120 TV 35 105 Ventilator 20 4 80 Ukupno: 305

Srednje vreme korišćenja Dnevna potrošnja naizmenične struje Potrošač Snaga [W] Srednje vreme korišćenja [h] Dnevna potrošnja [Wh] Razni uredjaji 240 0,25 60 Kompjuter 40 3,5 140 Radio 35 2,0 70 Ukupno: 270

Kapacitet akumulatora Kapacitet akumulatora Dnevna potreba 775 Wh X Rezervni faktor 5 = 3875 + 30% sigurnosni faktor 1163 Kapacitet akumulatora 5038 : Napon akumulatora 12 V 420 Аh

Tipične vrednosti snage najčeše korišćenih potrošača električne energije Потрошачи једносмерне струје [W] Потрошачи наизменичне струје Вентилатор 25 Флуоресцентна сијалица 8-40 Фрижидер 60 Сијалица са влакном 40-100 ТВ 175 Стерео уређаји 8 - 10 Микроталасна пећ 450-750 350 35 Електрични шпорет 1100

Solarne ćelije na terasi vikend kuće DEMONSTRIRANJE MOGUĆNOSTI PRIMENE SOLARNIH ĆELIJA ZA OSVETLJAVANJE INDIVIDUALNOG STAMBENOG OBJEKTA Solarne ćelije na terasi vikend kuće

Solarno osvetljenje na vikend kući noću

Solarno osvetljenje na terasi vikend kuće

Соларно наводњавање баште

Vozilo za specijalne namene sa solarnim ćelijama kao izvorima električne struje

HVALA NA PAŽNJI