Η ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΣΗΜΕΡΑ Παπανδρέου Γεωργία

Τι είναι το ηλιακό κύτταρο (solar cell) Συσκευή που μετατρέπει το ηλιακό φως σε ηλεκτρική ενέργεια Δεν υπάρχουν ενδιάμεσα στάδια (απευθείας μετατροπή του φωτός σε ηλεκτρισμό)

Σύσταση solar cells Αποτελούν διόδους ημιαγωγικών ενώσεων τύπου p-n με τη μορφή επίπεδης πλάκας Για την κατασκευή τους χρησιμοποιείται πυρίτιο

ΧΡΗΣΗ ΠΥΡΙΤΙΟΥ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ CELLS Υλικό που έχουμε μελετήσει και χρησιμοποιείται στους ημιαγωγούς Ικανοποιητική καθαρότητα Αφθονία

Τεχνολογίες

Άμορφο Δεν έχει κρυσταλλική μορφή Πολύ οικονομικότερο Δυσκολότερη μελέτη λόγω της έλλειψης κρυσταλλικής δομής (τα άτομα είναι τοποθετημένα σε διαφορετικές αποστάσεις, διάφορες τιμές γωνίας Si-Si)

ΔΙΟΔΟΣ p-n Όταν ενωθούν οι δύο περιοχές διαταράσσεται η ουδετερότητα Τα ελεύθερα e δεν γεμίζουν όλες τις κενές οπές Στο σημείο επαφής ενώνονται και σχηματίζουν ένα φράγμα που δυσκολεύει τη διέλευση των e από την n στην p περιοχή Επιτυγχάνεται ισορροπία και έχουμε ηλεκτρικό πεδίο που λειτουργεί ως δίοδος (επιτρέπει μόνο τη μεταφορά των e από την p στην n περιοχή και όχι αντίστροφα)

ΤΟ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ Ορισμός : εμφάνιση διαφοράς δυναμικού στα άκρα μιας διόδου η οποία ακτινοβολείται με ηλιακή ενέργεια

Τι συμβαίνει μέσα στο solar cell Απορρόφηση φωτονίων με ενέργεια μεγαλύτερη ή ίση από το ενεργειακό διάκενο του ημιαγωγού Απορρόφηση μόνο του μέρους εκείνου της ενέργειάς τους που είναι ίση με Eg Φωτόνιο => 1 e + 1 οπή Όσο διαρκεί η ακτινοβόληση δημιουργείται περίσσεια φορέων Οι φορείς δέχονται την επίδραση του ενσωματωμένου ηλεκτροστατικού πεδίου Τα e εκτρέπονται στην περιοχή n Οι οπές εκτρέπονται στην περιοχή p

Συσσωρεύονται φορτία στις δύο περιοχές => διαφορά δυναμικού ανάμεσα στους ακροδέκτες των δύο τμημάτων

Εμφάνιση φωτοβολταϊκού φαινομένου

Φωτοβολταϊκό φαινόμενο

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΦΩΤΟΡΕΥΜΑΤΟΣ Η τιμή του Ιφ είναι ανάλογη προς τα φωτόνια που απορροφά και κατά συνέπεια προς την ηλιακή ακτινοβολία q : στοιχειώδες ηλ. φορτίο R(λ) : δείκτης ανάκλασης για ακτινοβολία μήκους κύματος λ Φ(λ) : πλήθος φωτονίων που αντιστοιχεί σε μήκος κύματος από λ έως dλ

S(λ) : φασματική απόκριση , δηλ λg : το μέγιστο μήκος κύματος ακτινοβολίας σε έναν ημιαγωγό με ενεργειακό χάσμα Eg (λg = h c / Eg)

ΒΑΘΜΟΣ ΑΠΟΔΟΣΗΣ η = Ρηλ / Ε Ρηλ : ηλεκτρική ισχύς στην έξοδο του Φ/Β Ε : προσπίπτουσα ηλιακή ενέργεια

1.Κατασκευή των δισκίων πυριτίου (wafers) ΠΑΡΑΓΩΓΗ 1.Κατασκευή των δισκίων πυριτίου (wafers)

Καλούπι (crucible) Coating : ψεκάζεται με μείγμα από νιτρίδιο του πυριτίου και θερμαίνεται ώστε το μείγμα να σταθεροποιηθεί στην εσωτερική του επιφάνεια Τοποθέτηση του πυριτίου στο crucible Doping με βόριο (δημιουργία ημιαγωγού τύπoυ p –πυρίτιο 4e στην εξωτερική στοιβάδα, βόριο 3e στην εξωτερική) Τοποθέτηση σε φούρνους => πλίνθωμα πολυκρυσταλλικού πυριτίου (ingot)

Αφαίρεση crucible και καθαρισμός Δημιουργία bricks Ποιοτικός έλεγχος bricks - έλεγχος διάρκειας ζωής - ατέλειες

Bricks κόβονται σε πολύ λεπτά δισκία πυριτίου (wafers)

2. Κατασκευή solar cells Doping των wafers με φώσφορο (σε αυτό το σημείο δημιουργείται p-n junction – φώσφορος έχει 5 e στην εξωτερική στοιβάδα) Ποιοτικός έλεγχος Τοποθέτηση μη-ανακλαστικής επίστρωσης Metallization : επίστρωση αλουμινίου δημιουργία επαφής για ηλ. κύκλωμα Solar cell έλεγχος απόδοσης

Φωτοβολταϊκά Συστήματα Φωτοβολταϊκά πάνελ ( φωτοβολταϊκά στοιχεία συνδεδεμένα μεταξύ τους, επικαλυμμένα με ειδικές μεμβράνες και εγκιβωτισμένα σε γυαλί με πλαίσιο από αλουμίνιο ) σε διάφορες τιμές ονομαστικής ισχύος, ανάλογα με την τεχνολογία και τον αριθμό των φωτοβολταϊκών κυψελών που τα αποτελούν Ένα πάνελ 36 κυψελών μπορεί να έχει ονομαστική ισχύ 70-85 W, ενώ μεγαλύτερα πάνελ μπορεί να φτάσουν και τα 260 W ή και παραπάνω (με 68-72 κυψέλες) Ένα φωτοβολταϊκό σύστημα αποτελείται από ένα ή περισσότερα πάνελ φωτοβολταϊκών στοιχείων μαζί με τις απαραίτητες συσκευές και διατάξεις για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στην επιθυμητή μορφή.

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ Μηδενική ρύπανση Αθόρυβη λειτουργία Αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής (περίπου 30 χρόνια) Απεξάρτηση από την τροφοδοσία καυσίμων για τις απομακρυσμένες περιοχές Απουσία κινητών μερών Δυνατότητα επέκτασης Ελάχιστη συντήρηση

Ποσότητα των ρύπων η έκλυση των οποίων αποφεύγεται για κάθε ηλιακή κιλοβατώρα που παράγεται από ένα φωτοβολταϊκό σύστημα

Ένα τυπικό φωτοβολταϊκό ισχύος 1 κιλοβάτ (kW) (ανάλογα με την ηλιοφάνεια της περιοχής) αποτρέπει κατά μέσο όρο κάθε χρόνο την έκλυση 1.450 κιλών διοξειδίου του άνθρακα, όσο δηλαδή θα απορροφούσαν δύο στρέμματα δάσους.

ΟΙΚΙΑΚΗ ΧΡΗΣΗ Αυτόνομο Σύστημα Απαραίτητη μονάδα αποθήκευσης και διαχείρισης ενέργειας

Διασυνδεδεμένο Σύστημα (σε συνδυασμό με το δίκτυο της ΔΕΗ) Καταναλώνει κανείς ρεύμα από το δίκτυο όταν το φωτοβολταϊκό σύστημα δεν επαρκεί (π.χ. όταν έχει συννεφιά ή κατά τη διάρκεια της νύχτας) και δίνει ενέργεια στο δίκτυο όταν η παραγωγή υπερκαλύπτει τις ανάγκες του. Χρήση και ως εφεδρικό σύστημα

ΧΡΗΣΗ ΩΣ ΔΟΜΙΚΑ ΥΛΙΚΑ Σκεπές Προσόψεις Υαλοστάσια (διαφανή με θερμομονωτικές ιδιότητες)