FOTONAPONSKA KONVERZIJA SOLARNE ENERGIJE

Παρουσίαση με θέμα: "FOTONAPONSKA KONVERZIJA SOLARNE ENERGIJE"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 FOTONAPONSKA KONVERZIJA SOLARNE ENERGIJE

2 Uvod Slika 1: Fotolektrični efekat na primeru materijala od kalijuma
fotoelektrični efekat: emisija elektrona iz metala pod dejstvom svetlosti Slika 1: Fotolektrični efekat na primeru materijala od kalijuma fotonaponski efekat: stvaranje napona (struje) u materijalima pod dejstvom svetlosti Slika 2: Fotonaponski efekat u poluprovodničkom materijalu

3 1839. Edmund Becqerel otkrio fotonaponski efekat
1876. Adam i Day su napravili ćelije od selena koje se i danas koriste u fotografskoj industriji 1904. Albert Einstein je uvodeći kvantnu teoriju dao teorijsko objašnjenje fotoelektričnog efekta (Nobelova nagrada 1923) Czochralsky je razvio metod za dobijanje monokristalnog silicijuma, ovaj postupak je danas dominantan u industriji PV materijala 1950. neuspeli pokušaji praktične primene PV materijala zbog visoke cene 1958. prva praktična primena solarnih ćelija na satelitu Vanguard I energetska kriza 70-tih godina XX veka uticala na poboljšanje efikasnosti PV ćelija i razmatranje njihove primene na Zemlji 80-tih godina počine primena solarnih ćelija za manje izolovane potrošače (za džepne kalkulatore, za označavanje i signalizaciju na putevima i moru, navodnjavanje i za male kućne sisteme) krajem 90-tih godina izgrađuju se prvi značajniji kapaciteti fotonaponskih sistema priključenih na mrežu

4 trend i trenutno stanje instalisanih kapaciteta fotonaponskih sistema u svetu
Slika 2: Instalisani kapaciteti fotonaponskih panela (plavo – prema izveštajima zemalja, narandžasto – ostatak sveta)

5 Slika2: Ukupni instalisani kapaciteti svih fotonaponskih sistema u svetu po regionima

6 Osnovi fizike poluprovodnika
fotoelement, fotonaponski materijal ili fotovoltaik poluprovodnički elementi: Si, Ge, B, P, Ga, As, Cd, Te Tabela2: Deo tabele periodnog sistema elemenata

7 - drugi element po zastupljenost na Zemlji (27 %)
Silicijum - drugi element po zastupljenost na Zemlji (27 %) - struktura atoma silicijuma - na apsolutnoj nuli izolator - sa porastom temperature raste provodnost - prelazak e- iz valentne u provodnu zonu Slika 4: Atom silicijuma i kristalna rešetka Slika 5: Energetske zone provodnika i poluprovodnika

8 foton koji ima energiju veću od 1.12 eV može osloboditi elektron
slobodan elektron se može rekombinovati sa šupljinom (LEDs) kretanje elektrona i šupljina u poluprovodniku Slika 6: Formiranje para elektron šupljina i rekombinacija Slika 7: Prividno kretanje šupljine u poluprovodniku

9 efikasnost fotonaponskog materijala Fotonaponski materijal Si GaAs
Tabela 6: Energetske barijere poluprovodnika i kritične talasne dužine fotona Fotonaponski materijal Si GaAs CdTe InP Energetska barijera (eV) 1.12 1.42 1.5 1.35 Talasna dužina (μm) 1.11 0.87 0.83 0.92 Slika 8: Gubici energije fotona i spektar sunčevog zračenja na zemlji za m=1.5

10 pitanje optimalne energetska barijera za konverziju solarne energije u električnu
Slika 9: Maksimalna efikasnost fotonaponskog elemenata u funkciji energetske barijere maksimalna efikasnost fotonaponskog materijala 26 % zbog: - na priključcima se koristi 1/2 do 2/3 ukupnog napona - dolazi do rekombinacije elektrona i šupljina - postoje fotoni koji se ne apsorbuju - postoji unutrašnji otpor ćelije na kome dolazi do gubitka snage

11 Fotonaponska ćelija i princip fotonaponske konverzije
trovalentni elementi (akseptori) i petovalentni elementi (donori) p-n spoj Slika 10: p-n spoj u trenutku spajanja poluprovodnika p i n tipa i nakon formiranja oblasti prostornog tovara

12 poluprovodnička dioda - direktno polarisana: Vd=ΔU=0.6 V
- ako je Vd<ΔU=0.6 V dioda ne provodi - inverzno polarisana: oblast prostornog tovara je prekid kola - Šoklijeva (Shockley) jednačina poluprovodničke diode q=1.602·10-19 C, k=1.381·10-23 J/K Slika 11: Poluprovodnička dioda, simbol realne diode i karakteristika poluprovodničke diode

13 Slika 12: Fotonaponski efekat u p-n spoju
fotonaponska dioda Slika 12: Fotonaponski efekat u p-n spoju Slika 13: Fotonaponsa ćelija

14 ekvivalentna šema i I-U karakteristika fotonaponske ćelije
Slika 14: Ekvivalentna šema fotonaponske ćelije Slika 15: Strujno-naponska karakteristika fotonaponske ćelije

15 Slika 16: Fotonaponska ćelija u kratkom spoju i otvorenom kolu
Slika 17: Uticaj temperature i iradijacije na karakteristiku fotonaponske ćelije

16 realna fotonaponska ćelija
Slika 18: Slučaj zasenčenja jedne fotonaponske ćelije Slika 19: Realna fotonaponska ćelija sa otpornostima koje postoje

17 Slika 20: Ekvivalentna šema fotonaponske ćelije sa paralelnim otporom
Slika 21: Uticaj paralelnog otpora na I-U karakteristiku fotonaponske ćelije

18 Slika 22: Ekvivalentna šema fotonaponske ćelije sa rednim otporom
Slika 23: Uticaj redne otpornosti na I-U karakteristiku fotonaponske ćelije

19 Slika 24: Ekvivalentna šema fotonaponske ćelije sa paralelnim i rednim otporom
Slika 25: Uticaj paralalne i redne otpornosti na I-U karakteristiku fotonaponske ćelije

20 Fotonaponski moduli i paneli
Slika 26: Fotonaponska ćelija, modul i panel

21 Slika 27: I-U karakteristika fotonaponskog modula
fotonaponski modul Slika 27: I-U karakteristika fotonaponskog modula

22 Slika 29: Optimalna radna tačka fotonaponskog modula
Slika 28: Snaga fotonaponskog modula pri karakterističnim režimima rada Slika 29: Optimalna radna tačka fotonaponskog modula

23 Slika 30: I-U karakteristika i kriva snage fotonaponskog modula
faktor popunjenosti koeficijent efikasnosti (pri STC: IC=1000 W/m2, Tcell=250C, m=1.5)

24

25 Slika 31: Redna veza modula i I-U karakteristika panela
fotonaponski paneli Slika 31: Redna veza modula i I-U karakteristika panela Slika 32: Paralelna veza modula i I-U karakteristika panela

26 Slika 33: Načini povezivanja modula u panel i I-U karakteristika panela

27 Uticaj temperature na efikasnost fotonaponskih modula
standarndni test uslovi (STC): - solarna iradijacija od 1000 W/m2 - temperatura ćelije od 250C - koeficijent vazdušne mase od 1.5 Slika 34: Uticaj temperature i iradijacije na I-U karakteristiku modula

28 koeficijent efikasnosti i ostali tehnički parametri u realnim eksploatacionim uslovima se razlikuju od STC temperatura ćelije u fotonaponskom modulu: NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) je temperatura ćelije u fotonaponskom modulu pri: - temperaturi ambijenta od 200 - solarnoj iradijaciji od 0.8 kW/m2 - brzini vetra od 1m/s Tamb – temperatura ambijenta IC – solarna iradijacija γ=250C-350C

29 Uticaj temperature na napon praznog hoda Voc, struju kratkog spoja Isc i snagu fotonaponskog modula PDC