Fotoogniw - Cities on Power

Komentarze

Transkrypt

Fotoogniw - Cities on Power
16B
Fotowoltaika
dr inż. Piotr Kolasa
1
1. Promieniowanie słoneczne
Słońce jest czystym i niewyczerpalnym źródłem energii, które jest w stanie bez problemu
zaspokoić energetyczne potrzeby wszystkich mieszkańców Ziemi (wystarczyłoby
zabudować 3% powierzchni Sahary). Energia słoneczna jest bezpłatna, a jej wykorzystanie
coraz bardziej efektywne.
Wielkością określającą promieniowanie jest natężenie, mówiące o ilości energii padającej na
jednostkę powierzchni ustawioną prostopadle do kierunku padania promieni słonecznych.
Natężenie promieniowania słonecznego docierającego do granicy atmosfery nosi nazwę
stałej słonecznej i jest równe 1 367 W/m2. W Polsce natężenie promieniowania waha się w
granicach od 950 do 1 250 kWh/m2rok, rys.1. Dla porównania, wartość ta dla północnej
Kanady wynosi 800 kWh/m2rok, a dla obszarów pustynnych w okolicach równika
2 500 kWh/m2rok, rys.2.
Rys.1. Natężenie promieniowania na obszarze Polski.
2
Rys.2. Natężenie promieniowania na świecie
Promieniowanie słoneczne przechodzące przez atmosferę ulega częściowemu
pochłanianiu, odbiciu i rozpraszaniu. Reszta dociera do powierzchni Ziemi, jako
promieniowanie bezpośrednie.
Całkowite promieniowanie składa się z promieniowania bezpośredniego i promieniowania
rozproszonego w atmosferze, Rys.3. Promieniowanie, które pada na powierzchnię Ziemi
jest przez nią w dużej części pochłaniane. Pozostała część jest obijana. Ilość
promieniowania odbitego zależy od powierzchni, na jaką ono pada, przy czym Ziemia
pochłania średnio 40-45% promieniowania słonecznego. W górnych warstwach atmosfery,
głównie cząsteczki ozonu, pochłaniają promieniowanie nadfioletowe, a w dolnych cząsteczki pary wodnej, kropelki wody ( w chmurach), cząsteczki pyłów i dwutlenku węgla
pochłaniają promieniowanie widzialne i podczerwone. Promieniowanie odbija się głównie od
chmur, a rozprasza na cząsteczkach gazu i aerozolu.
Rys.3. Bilans energetyczny.
Na promieniowanie słoneczne składa się promieniowanie świetlne i cieplne. Natężenie
promieniowania zależy od stopnia zachmurzenia, położenia Słońca nad horyzontem, a co za
tym idzie od pory roku i pory dnia.
3
Gdyby nie zjawisko pochłaniania, do Ziemi docierałoby od Słońca światło białe. Światło
słoneczne jest mieszaniną barw widma od czerwonej do fioletowej i długości fal świetlnych
od 800 do 400 nm (nanometrów). Promieniowanie słoneczne, oprócz światła widzialnego,
emituje także niewidzialne światło podczerwone (promieniowanie długofalowe) oraz
promieniowanie ultrafioletowe i promieniowanie Rentgena (promieniowanie krótkofalowe).
Promieniowanie ultrafioletowe (UV), czyli te szkodliwe dla procesów życia zachodzących na
Ziemi, jest w większości pochłaniane w atmosferze przez warstwę ozonu, Rys.4. Największą
koncentrację ozonu w atmosferze notuje się w stratosferze na wysokości od 20 do 30
kilometrów.
Im krótsza jest fala świetlna, tym silniejszemu ulega rozpraszaniu. Granatowe i fioletowe
promienie światła są rozpraszane dwa razy intensywniej niż czerwone. Właśnie, dlatego
patrząc w niebo widzimy światło rozproszone, w którym dominują promienie o barwie od
niebieskiej do fioletowej. W momencie zachodu Słońca przeważają barwy ciepłe, gdyż
wydłuża się droga promieni świetlnych w atmosferze, większy jest, zatem udział promieni
czerwonych i żółtych w świetle docierającym do obserwatora.
Rys.4. Rozkład widmowy promieniowania słonecznego.
Promieniowanie słoneczne dostarcza całkowitą ilość energii niezbędnej do przebiegu
zjawisk pogodowych w atmosferze ziemskiej. Promieniowanie widzialne (visible), nazywane
potocznie światłem, odgrywa zasadniczą rolę w procesie fotosyntezy, w widzeniu u ludzi i
zwierząt, ma wpływ na liczne zjawiska cykliczne w świecie roślin i zwierząt. Kąt padania
promieni słonecznych na powierzchnię Ziemi warunkuje istnienie na Ziemi stref
klimatycznych oraz zmianę pór roku. Jeżeli promienie słoneczne padają pionowo lub prawie
pionowo na powierzchnię naszego globu, wówczas mamy do czynienia z promieniowaniem
najsilniejszym. Tak jest między dwoma zwrotnikami, gdzie Słońce dwa razy do roku znajduje
się w zenicie. Pod mniejszym kątem promienie słoneczne padają w szerokościach
umiarkowanych, w których znajduje się również Polska. Natomiast na terenach
podbiegunowych mamy do czynienia z dniem polarnym (słońce przez całe lato nie zachodzi)
i z nocą polarną (słońce przez całą zimę nie wschodzi).
2. Zasada działanie paneli fotowoltaicznych
Podstawą działania ogniw fotowoltaicznych jest zjawisko przetwarzania energii
promieniowania optycznego w energię elektryczną. Zgodnie z teorią Einsteina, o falowo
korpuskularnej naturze promieniowania, możemy je traktować jako fale rozchodzące się z
pewną częstotliwością, lub strumień fotonów (kwantów), z których każdy niesie energię.
Fotony zderzając się z elektronami przekazują im całą niesioną przez siebie energię. Jeżeli
4
jest ona wystarczająco duża, dochodzi do fotoemisji, czyli wybicia elektronu z ciała, w
którym się znajdował.
Fotoogniwo jest elementem półprzewodnikowym, w którym następuje konwersja energii
promieniowania słonecznego w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego,
czyli poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem
energii przenoszonej przez fotony, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury do
obszaru p. Takie przemieszczanie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy
potencjałów, czyli napięcia elektrycznego. Podstawowym materiałem, z którego wykonuje
się oba typy półprzewodników jest krzem (Si), dlatego na jego przykładzie przedstawimy
dalej interesujące nas zjawisko fotoelektryczne.
Atomy, Rys.5, składają się z jądra zbudowanego z protonów (posiadających ładunek
dodani) i neutronów oraz elektronów (posiadających ładunek ujemny), które krążą wokół
jądra po różnych orbitach. Te położone blisko jądra są elektronami o tzw. niskim poziomie
energii, a te krążące dalej posiadają wyższy poziom energetyczny. Elektrony, które znajdują
się na najdalej usytuowanej od jądra powłoce mają najwyższy poziom energii i są nazywane
elektronami walencyjnymi. Dostarczenie do atomu energii z zewnątrz, np. ze słońca, może
spowodować zmianę poziomu energetycznego elektronów. Gdy doprowadzimy energię do
półprzewodnika, nastąpi wybicie elektronów walencyjnych.
Rys.5. Atomy krzemu
Atom półprzewodnika, pozbawiony elektronu, zyskuje ładunek dodatni (+e), a miejsce, w
którym brakuje elektronu nazywamy dziurą. Atom krzemu posiada 14 elektronów, wśród
których 4 to elektrony walencyjne. Wiąże się to z możliwością oddania lub przyjęcia 4
elektronów. W ciele stałym, w sieci krystalicznej atomy znajdują się jeden obok drugiego, a
na elektrony znajdujące się na orbitach zewnętrznych zaczynają działać siły nie tylko jądra
macierzystego, ale również siły jąder atomów sąsiednich. Uniemożliwia to elektronom
wykonywanie niezakłóconego ruchu wokół jądra. W sieci krystalicznej elektrony walencyjne
sąsiednich atomów tworzą wiązania.
Pierwiastki czwartej grupy jak krzem, są półprzewodnikami samoistnymi, a przewodność,
jaką osiągają jest niewystarczająca do praktycznego ich wykorzystania. W celu poprawienia
ich właściwości, wprowadza się do struktury krystalicznej domieszki odpowiednich atomów.
W zależności od wprowadzonego pierwiastka uzyskuje się półprzewodniki zawierające
nadmiar, lub niedobór elektronów w strukturze krystalicznej.
• Półprzewodnik typu n (negative) uzyskuje się przez dodanie w procesie wzrostu
kryształu domieszek pięciowartościowych, czyli takich, które posiadają o 1 elektron
walencyjny więcej od krzemu (np. fosfor, arsen, antymon). Ten piąty elektron z
powodu braku pary nie będzie brał udziału w tworzeniu wiązania kowalencyjnego.
Będzie słabo związany z jądrem, a więc niewielka ilość energii będzie potrzebna,
aby zerwać to wiązanie.
5
•
Półprzewodnik typu p (positive) uzyskuje się analogicznie poprzez dodanie do
kryształu pierwiastków trójwartościowych (np. bor, ind, glin), co spowoduje
zdekompletowanie jednego z wiązań kowalencyjnych w sieci krystalicznej i
powstanie dziur elektronowych.
Po zetknięciu ze sobą obu półprzewodników, Rys.6, w pobliżu płaszczyzny złącza istnieją
gradienty koncentracji dziur i elektronów, co powoduje ich dyfuzję. Elektrony z obszaru n
przemieszczają się do obszaru p, przez co nowe dziury powstają w obszarze n. Wymusza to
ciągły przepływ elektronów, a co za tym idzie przepływ prądu.
Rys.6. Budowa ogniwa fotowoltaicznego
3. Własności paneli fotowoltaicznych
Pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne składa się z płytki krzemowej. Na górnej powierzchni
płytki umieszczona jest elektroda zbierająca elektrony w postaci siatki, a na dolnej
nanoszona jest elektroda dolna w postaci warstwy metalicznej, Rys.7.
Rys.7. Pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne
3.1. Łączenie ogniw – budowa paneli fotowoltaicznych.
Wymiary takich ogniw wahają się od 10x10 cm2 do 15x15 cm2. Moc takiego ogniwa przy
napięciu 0,5 – 0,6 V i prądzie 2,5 A kształtuje się w granicach 1 – 2 W. Ponieważ moc
pojedynczego ogniwa jest znikoma, łączy się je w większe struktury zwane panelami
fotowoltaicznymi. Moduły (panele) fotowoltaiczne wykonywane są na standardowe napięcia
12, 24 i 48 Volt. Przy czym moc elektryczna zależy od sposobu i ilości podłączonych ogniw.
Przy połączeniu równoległym, przy zastosowaniu N ogniw, całkowity prąd wygenerowany
przez moduł będzie iloczynem natężenia pojedynczego ogniwa i ilości ogniw. Połączenie
szeregowe daje nam możliwość zwiększenia napięcia w układzie, analogicznie jak w
poprzednim przypadku. Napięcie końcowe będzie iloczynem napięcia pojedynczego ogniwa i
ilości ogniw.
6
Przykład: Chcemy zbudować panel fotowoltaiczny o napięciu 12 V i mocy 300 W.
Załóżmy, że mamy do dyspozycji pojedyncze ogniwa o wymiarach 10x10cm, U=0,6V i
I=2,5A wówczas, aby zbudować moduł o napiciu 12Vpotrzebujemy:
czyli:
Czyli potrzebujemy 20 ogniw połączonych szeregowo.
czyli:
Wynika z tego, że nasze ogniwo będzie zbudowane z 10 (równolegle) x 20 paneli
(szeregowo).
3.2. Wpływ temperatury i promieniowania słonecznego na charakterystyki modułów
Zależności te są ważnym elementem pracy ogniw fotowoltaicznych i każdy producent
powinien dostarczyć użytkownikowi takie dane, Rys.8-9. Należy jednak zwrócić uwagę, że
poniższe parametry są wyznaczane laboratoryjnie w określonych warunkach. Jest to istotne,
jeżeli chcemy porównać panele różnych producentów, ponieważ mamy jakiś punkt
odniesienia. Jednak warunki rzeczywistych mogą się znacznie różnić od warunków
laboratoryjnych, które definiuje się jak poniżej:

natężenie promieniowania słonecznego jest równe 1 000 W/m2,

masa optyczna atmosfery (stosunek długości drogi przebytej przez promienie
słoneczne przy promieniowaniu padającym pod pewnym kątem do długości przebytej drogi
pod kątem prostym; jeżeli masa optyczna jest równa 1, wówczas promienie słoneczne
docierają do ziemi pod kątem prostym) AM równa 1,5,

temperatura otoczenia jest równa 25°C.
Warto zwrócić uwagę, że takie warunki są możliwe do osiągnięcia tylko w słoneczne dni
wiosny.
Na pracę ogniwa mają wpływ zmiany temperatury pracy ogniwa. Jak wynika z poniższych
rysunków wraz ze wzrostem temperatury ogniwa:

maleje napięcie układu (ok. 0,4 %/K),

wzrasta jego prąd zwarcia (ok. 0,06 %/K),

maleje moc (nawet o 10% przy wzroście temperatury o 20 K, a co za tym idzie
również jego sprawności).
I [A]
P [W]
MPP
MPP
T2
T1
T2
T3
T1
T3
U [V]
U [V]
T1 < T2 < T 3
Rys.8. Charakterystyki układów dla zmiennych temperatur
7
Dobrym rozwiązaniem poprawiającym sprawność ogniw jest zastosowanie systemu
hybrydowego, łączącego system fotowoltaiczny z jednoczesnym wykorzystaniem energii
odpadowej z chłodzenia paneli dla celów ogrzewania ciepłej wody użytkowej, lub wsparcia
dla centralnego ogrzewania pomieszczeń.
Ogniwa fotowoltaiczne pracują przez cały dzień, od wschodu aż do zachodu słońca, przy
czym natężenie promieniowania w ciągu dnia jest nieustannie zmienne, co wpływa w
istotny sposób na charakterystykę modułów.
W poniższej charakterystyce wyróżniono trzy punkty:
 punkt optymalnego działania, który odpowiada mocy maksymalnej (MPP – Maximal
Power Point) - punkt ten określa wartości napięcia i prądu,
 punkt, w którym napięcie jest równe zeru i wartość prądu jest maksymalna,
 punkt, który odpowiada zerowej wartość prądu i maksymalnej wartości napięcia.
I
[A]
P [W]
1 000 W/m2
2
800 W/m
MPP
MPP
2
600 W/m
400 W/m2
U [V]
U [V]
Rys.9. Charakterystyki układów dla zmiennych natężeń promieniowania
Z ostatnich charakterystyk wynikają następujące wnioski:
 Prąd zwarciowy ogniwa zmienia się proporcjonalnie do natężenia oświetlenia.
 Napięcie jest w niewielkim stopniu zależne od natężenia promieniowania
słonecznego. Dopiero przy znacznym spadku natężenia promieniowania, napięcie
to gwałtownie malej i o zmroku dąży do zera.
 Napięcie dla punktów mocy maksymalnej maleje nieznacznie ze spadkiem
natężenia promieniowania.
 Maksymalna moc generowana przez ogniwa malej proporcjonalnie do spadku
natężenia promieniowania słonecznego.
3.3. Sprawność ogniw fotowoltaicznych.
Poprawienie sprawności ogniwa jest możliwe poprzez:
 wprowadzenie bardziej zaawansowanej technologii,
 zmniejszenie odbić, przez zastosowanie powłok antyrefleksyjnych,
 zmianę materiału, z którego wykonane jest ogniwo, np. w przypadku krzemu
amorficznego sprawność ogniwa polikrystalicznego wzrasta 1,4 raza,
monokrystalicznego 1,8 raza, ogniwa z arsenku galu (GaAs) 2,2 raza, ogniwa
GaAs/GaAsAl 2,3 raza, a ogniwa AlGaAs/Si sprawność wzrasta 2,85 raza,
 zmniejszenie temperatury powierzchni absorpcyjnej,
 maksymalne wykorzystanie wolnego miejsca pomiędzy pojedynczymi ogniwami,
 zastosowanie koncentratorów promieniowania słonecznego.
Sprawność paneli krystalicznych na dzień dzisiejszy dochodzi do 20%, natomiast
maksymalna sprawność uzyskana w panelach fotowoltaicznych to 41%. Rekordowy panel to
Multijunction Solar Cell, składający się z kilku połączeń typu p-n, połączonych szeregowo w
celu lepszego pokrycia spektrum solarnego, Rys.10. Dlatego każde połączenie p-n musi być
8
wykonane z odpowiedniego materiału, jak na poniższym rysunku. Teoretyczna sprawność
takiego panelu dla nieskończonej ilości połączeń p-n wynosi 86,8%.
Rys.10. Budowa Multijunction Solar Cell.
Można przyjąć zasadę, że sprawność paneli fotowoltaicznych zależy głównie od materiału, z
jakiego są wykonane i temperatury. Z czego zależność temperaturowa jest również
zdeterminowana przez materiał.
Zależności te przedstawia poniższy rysunek, Rys.11.
Si
30
GaS
GaP
Sprawność,
%
20
CdS
InP
GaAs
10
Si
0
100
200
300
Temperatura, °C
400
Rys.11. Sprawność paneli w różnych temperaturach
3.4.
Pozostałe parametry
power (Pmax)
Moc maksymalna
Wartość podaje maksymalną moc osiągalną
przez
fotoogniwo.
Moc
jest
opisana
doświadczalnie jako STC (1000W/m2; AM 1,5;
temp. 25oC).
Tolerance
Tolerancja
wydajności
O taką wartość moc rzeczywista może różnić się
od mocy maksymalnej. Innymi słowy, o tyle
może być mniejsza.
9
Maximum Power
Voltage (Vmp)
Napięcie
mocy
maksymalnej
Napięcie
osiągane
podczas
maksymalną mocą Pmax.
Maximum Power
Current (Imp)
Natężenie prądu
mocy
maksymalnej
Natężenie prądu osiągane podczas pracy z
maksymalną mocą Pmax.
Open Circuit
Voltage (Voc)
Napięcie jałowe
Napięcie osiągane
obciążenia.
Short Circuit
Current (Isc)
Prąd zwarciowy
Natężenie prądu osiągane podczas pracy z
pełnym obciążeniem.
Module Efficiency
Sprawność
panelu
Ilość energii wygenerowanej w stosunku do
energii słonecznej padające na panel.
Solar Cell
Efficiency
Sprawność
pojedynczego
ogniwa
Sprawność pojedynczego ogniwa.
Maximum system
voltage
Maksymalne
napięcie systemu
Maksymalne napięcie, w jakim mogą pracować
połączone szeregowo ogniwa.
podczas
pracy
pracy
z
bez
4. Typy paneli fotowoltaicznych i sposoby ich wytwarzania
Rys.12. Panele fotowoltaiczne i ich sprawności
Istnieje wiele typów paneli fotowoltaicznych i technologii ich wytwarzania, Rys.12. W
ostatnim dziesięcioleciu można było zaobserwować bardzo prężny rozwój tej nowej
gałęzi przemysłu.
Ciągle trwa poszukiwanie nowych materiałów oraz metod
wytwarzania, zmierzających przede wszystkim do podniesienia sprawności, oraz
obniżenia ceny ogniw. Najczęściej spotykanym i najpopularniejszym materiałem
służącym do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest krzem, Rys.13. Jego atutami są:
niska cena, łatwość dostępu, oraz wysoka trwałość struktur krystalicznych.
10
Rys.13. Krzem
4.1. Ogniwa monokrystaliczne
Cały panel składa się z pojedynczych ogniw, które tworzone są z jednorodnego kryształu
krzemu, Rys.14. Ogniwa monokrystaliczne osiągają najwyższą sprawność (dochodzącą do
20%) spośród ogniw stosowanych
„masowo”.
‘
Rys.14. Ogniwo i panel monokrystaliczny
Krzem krystaliczny w naturze nie występuje. Najczęściej wytwarza się go metodą opisaną
przez prof. Jana Czochralskiego, która jest cytowana w większości międzynarodowej
literatury. Polega ona na powolnym wyciąganiu zarodków kryształu z roztopionego krzemu z
dodatkiem boru, Rys.15. Taki monokryształ formowany jest najczęściej w postaci walca.
Dzięki zastosowaniu boru otrzymujemy kryształ typu p.
Rys.15. Schemat metody Czochralskiego
Taki monokryształ jest najczęściej cięty na standardowe płytki o wymiarach 10x10cm,i o
grubości 0,3mm przy pomocy specjalnego drutu ze stali nierdzewnej nawiniętego na
rolki. Taka metoda pozwala za jednym razem wyciąć setki płytek, Rys.16. Drut na rolkach
11
jest przesuwany w jednym kierunku, lub oscyluje tam i z powrotem z optymalną
prędkością i napięciem. Ogniwa na potrzeby fotowoltaiki są najczęściej cięte poprzez
przeciąganie drutu w jednym kierunku, co pozwala na zastosowanie większych
prędkości, 5-20 m/s. Jednakże tą metodą uzyskuje się mniej gładką powierzchnię. W
zależności od szybkości drut ma długość od 150 do 500 km, aby pociąć całą kolumnę za
jednym razem.
Rys.16. Cięcie monokryształu na pytki (lewo) i przekrój poprzeczny przez miejsce cięcia
(prawo).
W cienkiej warstwie powierzchniowej wytwarza się poprzez dyfuzję fosforu obszar typu n.
Położenie obszaru złącza p-n jest istotne, ponieważ wytwarzanie par elektron-dziura, oraz
separacja nośników zachodzi właśnie w tym miejscu.
Ponieważ współczynnik odbicia światła na powierzchni krzemu jest duży, istniej potrzeba
zastosowania powłok anty-odblaskowych. Powoduje to zwiększenie napięcia obwodu
otwartego. Innym sposobem zmniejszającym odbicie światła jest teksturowanie ogniwa, co
pozwala na pochłonięcie dodatkowej ilości światła, lub zastosowanie powłok selektywnych
odbijających niepożądaną część promieniowania słonecznego.
4.2.
Ogniwa polikrystaliczne
Istnieją dwie główne metody otrzymywanie ogniw polikrystalicznych: proces Bridgman’a,
Rys.18 i odlewania bloku, Rys.17. W obu przypadkach mamy do czynienia z krystalizacją
wysokiej jakości polikrystalicznego bloku o masie 250 – 300 kg i wymiarach 70x70x30cm.
Główną różnicą pomiędzy tymi metodami jest ilość użytych w procesie tygli. Tygle, w których
następuje krystalizacja pokryte są azotkiem krzemu (Si 3N4), tworzącym warstwę
nieprzywieralną. Szybkość krystalizacji w takich warunkach jest równa ok. 1 cm/h, co w
odniesieniu do masy bloku wynosi ok. 10 kg/h.
12
Rys.17. Metoda odlewy bloku polikrystalicznego
Rys.18. Metoda Bridgman’a
Blok jest następnie dzielony na mniejsze bloki przy pomocy dużych pił tarczowych, a
następnie cięty za pomocą drutu o średnicy 0,16-0,18 mm na cienkie płytki dla dalszej
obróbki.
Ogniwa polikrystaliczne, Rys.19, posiadają mniejsza sprawność w stosunku do ogniw
mono-krystalicznych, ale i koszt ich produkcji jest niższy, co jest jednoznacznie
związane z cena gotowego
produktu.
Rys.19. Ogniwo i panel polikrystaliczny
13
4.3.
Technologie cienkowarstwowe
Do produkcji przemysłowej ogniw cienkowarstwowych stosuje się:
 krzem amorficzny wodorowy (a-Si:H),
 dwuselenek miedziowo-indowy (CuInSe2 lub CIS),
 siarczek kadmu/telurek kadmu (CdS/CdTe).
Technologia nakładania cienkich warstw krzemu amorficznego i innych związków rozwinęła
się bardzo w czasie ostatnich dwóch dekad, a ogniwa cienkowarstwowe zaczęły konkurować
z używanymi do tej pory ogniwami mono- i polikrystalicznymi.
Ogniwa z krzemu amorficznego wodorowego (a-Si:H) są najczęściej używanym typem ogniw
cienkowarstwowych, chociaż ich sprawność jest dużo niższa od ogniw krystalicznych i
wynosi 8-15%. Wartości te rekompensują zalety ogniw, takie jak elastyczność, niższa cena
oraz większa trwałość, Rys.20.
Ich produkcja polega na nakładaniu cienkich warstw na szkle, stali nierdzewnej, lub
tworzywach sztucznych. Proces wytwarzania jest prosty i łatwy do zautomatyzowania, dzięki
czemu przebiega przy znacznych oszczędnościach na materiale i energii. Aby poprawić
sprawność ogniw, wprowadza się ogniwa wielozłączowe, zawierające warstwowo ułożone
materiały odpowiadające różnym fragmentom spektrum solarnego. Takie podejście
zapewniło uzyskanie wysokiego współczynnika konwersji energii słonecznej na energię
eklektyczną. Przewiduje się podniesienie sprawności ogniw do 17% przy dwóch złączach i
25% dla fotoogniw zawierających 3 złącza.
Najlepszym obecnie pod względem sprawności materiałem używanym przy produkcji
fotoogniw jest arsenek galu (GaAs), osiągający sprawność na poziomie 35%. Jednakże z
powodu bardzo drogich technologii nie ma praktycznego zastosowania.
Rys.20. Panel amorficzny
Z powodów ekonomicznych ogniwa z krzemu amorficznego są wiodącym produktem
wśród ogniw cienkowarstwowych i prognozuje się że tak zostanie przez najbliższy czas.
4.4. Technologie organiczne
Prowadzone są też badania dotyczące zastosowania związków organicznych w produkcji
fotoogniw – ogniw organicznych. Pierwsze ogniwa organiczne złożone z jednej warstwy
materiału osiągnęły sprawność rzędu 0,1%. Zasada działania organicznych ogniw
fotowoltaicznych opata jest na procesach powodowanych przez ekscytony, które wytwarza
światło w materiałach molekularnych. Wytworzone rzez światło ekscytony dyfundują
wewnątrz materiału molekularnego i mogą dysocjować na dwa rodzaje nośników ładunku na
elektrodach lub na złączach materiałów. Po wytworzeniu dwóch rodzajów nośników
ładunków kolejne procesy powinny doprowadzić do ich rozkładu tak, aby powstał prąd w
obwodzie zewnętrznym. Na dzień dzisiejszy sprawność ogniw organicznych
dwuwarstwowych jest najniższa spośród znanych i wynosi ok. 5%.
14
Ogromy postęp w produkcji ogniw organicznych pozwala sądzić, że staną się one
konkurencją dla pozostałych, kiedy poziom sprawności osiągnie 10%. Aczkolwiek istnieją już
firmy mające w swojej ofercie ogniwa organiczne, Rys.21. Przewiduje się, że będą one
najtańsze spośród dostępnych na rynku. Koszt produkcji takiego ogniwa będzie o 10-20 razy
tańszy od dotychczas stosowanych ogniw krystalicznych.
Rys.21. Organiczne ogniwo fotowoltaiczne
5. Budowa systemu fotowoltaicznego
Fotowoltaika ma prawie niegraniczone możliwości zastosowania, w związku z czym,
szczegółowe omówienie wszystkich przypadków i możliwości jest niemożliwe. Generalnie
można stwierdzić, że w każdym systemie fotowoltaicznym, Rys.22, znajdziemy:
Rys.22. System fotowoltaiczny
 Generator fotowoltaiczny (panele fotowoltaiczne)
 Odbiornik generowanej energii
 Urządzenia pomocnicze (regulator ładowania, inwerter, przetwornik, aparatura
pomiarowa sterowani, software).
5.1.
Elementy systemów fotowoltaicznych
5.1.1. Generator fotowoltaiczny
Panele fotowoltaiczne będące generatorem prądu zostały przedstawione w poprzednim
rozdziale. Dobór właściwego typu i modelu panelu musi być wynikiem pewnej optymalizacji
uwzględniającej:
 miejsce usytuowania instalacji
 ilość dostępnego miejsca
 typ systemu fotowoltaicznego
 warunki meteorologiczne
15
 zależności sprawność/cena
 warunki handlowe, gwarancja, preferencje użytkownika.
5.1.2. Falownik
W większości przypadków panele fotowoltaiczne dostarczają nam prąd stały o niskim
napięciu, który rzadko możemy wykorzystać bezpośrednio w wersji surowej. Mamy 2
możliwości:
 Zastosowanie paneli fotowoltaicznych z już wbudowanym mikro-inwerterem.
Ich zaletą są bardzo małe straty związane z przesyłaniem prądu stałego, natomiast
wadą jest zawodność systemu i krótka żywotność mikro-inwerterów.
 Zastosowanie falowników.
Dobór falownika nie jest sprawą skomplikowaną, ponieważ decydując się na konkretną
firmę (np. SMA) możemy w prosty sposób dobrać falownik wykorzystując darmowe
oprogramowanie producenta. Wystarczy pobrać takie oprogramowanie ze strony
internetowej, zainstalować i w prosty, przejrzysty sposób dobrać najodpowiedniejszy
falownik.
Jednak, aby dobrać falownik musimy wykonać analizę miejsca usytuowania instalacji
fotowoltaicznej, a co za tym idzie dokonać optymalizacji mając na uwadze, że:
Tańsze jest zastosowanie jednego falownika o mocy 10 kW, niż 10 falowników
o mocy 1 kW każdy.
Jeżeli czas pracy części paneli będzie krótszy od pozostałych, powinno się
wydzielić osobny system, ponieważ sprawność falowników spada wraz ze
spadkiem obciążenia.
Powinno się dążyć do minimalizacji drogi przepływu prądu stałego od panelu do
inwertera, oraz maksymalizować grubość kabla, aby zminimalizować straty.
Łącząc panele fotowoltaiczne z inwerterem, możemy się spodziewać na samych
przewodach strat rzędu 5%. Do tego dochodzą dodatkowo straty na falowniku, oraz straty
związane ze zużyciem paneli oraz zanieczyszczeniami, liśćmi, itd. Sprawność falowników
dochodzi do 95% przy dobrze dobranej mocy i spada przy niższym obciążeniu.
Przy doborze falownika należy zwrócić uwagę, co oferują poszczególne z nich:
 Automatyka załączania i wyłączania,
 Monitorowanie sieci,
 Pomiary w sieci i wizualizacja danych,
 Komunikacja z PC,
 Rejestrowanie i zapisywanie pomiarów,
 Synchronizacja sieci (regulacja),
 Regulacja napięcia zmierzająca do uzyskania mocy maksymalnej (Maximal Power Point
Tracking),
 Ograniczanie prądu wejściowego i wyjściowego,
 Współpraca z innymi systemami energetycznymi oraz systemami zarządzania
Warta uwagi jest możliwość monitorowania i wizualizacji takich danych jak: napięcia i
natężenia prądu instalacji fotowoltaicznej oraz sieci, generowanej mocy, skumulowanej
produkcji energii (dobowa, miesięczna, roczna, …), liczba godzin pracy, oraz ewentualnie
dane informujące nas o stanie systemu zmierzające do wykrycia usterek: temperatura
radiatora, prąd uszkodzeni owy (moduł FU). Przy uszkodzeniu, lub np. przy dotknięciu
obwodu przez człowieka moduł FU wykrywa sytuację i odpowiednio na nią reaguje.
16
5.1.3. Magazyny energii
Zmienność strumienia energii w ciągu dnia, a także warunki pogodowe powodują, że
najlepszym systemem jest system połączony z siecią energetyczną, do której odsprzedaje
się wyprodukowaną energię, a kupuje się od niej taką ilość, jaka jest nam potrzebna. W wielu
krajach taki system się przyjmuje i jest opłacalny, ponieważ wsparcie rządu dla „zielonych”
inwestycji powoduje, że cena energii odsprzedawanej jest czasem wyższa od energii
kupowanej. Jednak nie wszędzie takie rozwiązania są możliwe ze względów ekonomicznych,
lub braku dostępu do sieci zewnętrznej. Wówczas istnieje potrzeba instalacji magazynu
energii, co oczywiście jest związane z dodatkowymi kosztami.
Najpopularniejsze jest magazynowanie energii w postaci energii elektrycznej w
akumulatorach, i jeżeli nie dojdzie do jakiegoś innowacyjnego odkrycia w tej dziedzinie, ta
tendencja na pewno utrzyma się przez dobrych kilka lat. Nie jest to rozwiązanie najlepsze,
ale nie wymaga dodatkowej konwersji energii, co jest związane z oszczędnościami. W
szczególnych przypadkach warto zastanowić się czy nie magazynować energii w innej
formie jak np. woda, sprężone powietrze, czy wodór.
W systemach fotowoltaicznych stosuje się akumulatory:
 Kwasowo-ołowiowe. Akumulator taki składa się z 6 ogniw ołowiowo-kwasowych
połączonych szeregowo. Jedno ogniwo ma napięcie około 2,1V, co w wyniku
połączenia daje nam napięcie równe 12,6V. Elektrolitem jest tutaj wodny roztwór
kwasu siarkowego. Ich zaleta jest niewątpliwie niska cena i powszechna dostępność.
 Żelowe. Wadą jest ich wysoka cena. Mają jednak niewątpliwe zalety, takie jak:
o stabilność,
o możliwa praca w różnych położeniach,
o żywotność dochodząca często do 10 lat,
o szeroki zakres pracy temperatur,
o szybki czas ładowania i długi czas samo rozładowania,
które powodują, że właśnie ten typ jest częściej wybierany.
Podczas eksploatacji akumulatorów należy pamiętać, aby:
 nie przekraczać poziomu rozładowania równego 50%, ani temperatury wyższej od 50
°C, gdyż może to spowodować trwałe uszkodzenie baterii,
 dobierać system w taki sposób, aby zminimalizować ilość ładowań i rozładowań
systemu, co skraca żywotność akumulatorów,
 stosować kontrolery ładowania zapewniające utrzymanie odpowiednich warunków
pracy akumulatora i jego współpracy z siecią,
Parametry akumulatorów na jakie należy zwrócić uwagę to:
 Pojemność znamionowa – pojemność nowych akumulatorów wyrażona w Ah.
 Napięcie znamionowe – średnie napięcie, jakie może wystąpić na zaciskach
akumulatora.
 Nominalna pojemność energetyczna – iloczyn znamionowego napięcia i
znamionowej pojemności wyrażony w Wh.
 Stan naładowania (SOC – State of charge) – stosunek ładunku, jaki można pobrać do
pojemności akumulatora wyrażony w %.
 Stan rozładowania (DOD – Depth of Discharge) – stosunek pojemności pobranej do
pojemności znamionowej wyrażony w %. (DOD = 100% - SOC)
 Sprawność amperogodzinna – stosunek ładunku pobranego do ładunku
dostarczanego do akumulatora.
 Sprawność energetyczna – stosunek energii pobranej do energii dostarczonej do
akumulatora.
 Cykl – następujący po sobie proces rozładowania i naładowania akumulatora.
 Cykl makro - następujący po sobie proces rozładowania od 100% do 0% i
naładowania od 0% do 100% akumulatora.
17
 Napięcie końca ładowania – górna granica napięcia, jaką akumulator osiągnie
podczas ładowania.
 Samorozładowanie – samoczynna utrata ładunku SOC, gdy akumulator nie jest
obciążony.
 Stan zużycia (SOH – State of Health) – pojemność, jaką można pobrać z
akumulatora wykazującego stan pełnego naładowania. Wraz z czasem pojemność ta
będzie malała.
Dobór akumulatora
Akumulatory należy dobierać nie tylko w oparciu o moc systemu fotowoltaicznego, ale
również i zwłaszcza o ilość zużywanego prądu i moc odbiorników.
I tak np. dla zasilenia komputera o mocy 200W używanego przez 6h/dzień mamy:
Mając do dyspozycji akumulator o napięciu 12V otrzymamy:
, czyli
14 Ah/dzień. Zakładając, że system powinien zgromadzić nam energie na 3 dni, to
bateria powinna zgromadzić 3 razy tyle. Przyjmując dodatkowo współczynnik
maksymalnego rozładowania baterii wynoszącym 50% mnożymy wszystko dodatkowo
przez 2, a więc:
Następnie dobieramy typ akumulatora i ilość z katalogu. Np. potrzebujemy 10
akumulatorów o parametrach 12V 60A.
5.1.4. Kontroler ładowania akumulatora
To czy akumulator popracuje nam 5 czy 20 lat, nie zależy tylko od rodzaju i typu
akumulatora. Bardzo duże znaczenie ma zastosowanie dobrego kontrolera ładownia
akumulatorów, Rys.23, który wstawia się pomiędzy panele, a akumulatory. Na tym rodzaju
elektroniki nie należy oszczędzać i dobrać najodpowiedniejszy sprzęt, który na pewno się
zwróci.
Rys.23. Kontroler ładowania akumulatorów
Zadaniem regulatora jest:
 ograniczenie głębokości i sztywność rozładowania akumulatora, a więc nie dopuszczanie
do zejścia napięcia znamionowego poniżej granicy głębokiego naładowania,
 mierzenie napięcia na zaciskach akumulatora i odłączenie akumulatora po osiągnięciu
stanu pełnego naładowania, aby nadmiar energii nie powodował wzrostu napięcia na
zaciskach akumulatora,
 sterowanie ładowaniem metodą impulsową (on/off), lub poprzez modulację prądu
ładowania (PWM – Pulse Width Modulation),
 stabilizacja i optymalizacja pracy
 dostosowanie pracy do zmian np. poprzez wymianę akumulatorów na inny typ, lub na
skutek starzenia się akumulatorów.
18
5.1.5.
Adapter impedancji
Adapter impedancji stosuje się w systemach bezpośrednio połączonych ze źródłem energii.
Czasami trudno jest sprostać wymaganiom niektórych odbiorników, a niespełnienie
wymagań prowadzi do znacznego obniżenia sprawności elektrycznej układu. Aby poprawić
sprawność stosuje się element pośredniczący (adapter impedancji) zamieniający prąd stały
na wejściu w prąd stały zapewniający obciążeniu maksymalną energię, ale przy innych
wartościach napięcia i natężenia prądu niż zapewnia źródło prądu.
5.1.6.
Zarządzanie systemem i współpraca z systemem tradycyjnym
Zarządzanie systemem odbywa się za pośrednictwem automatyki i specjalistycznego
oprogramowania. Oprogramowanie ma na celu przekazanie użytkownikowi pełnej kontroli
nad procesami przebiegającymi w obiekcie oraz minimalizację całościowych kosztów
związanych z pracą instalacji i poboru energii z zewnątrz.
W ramach zarządzania energią, system może uwzględniać m.in.:
 Koszty dostawy energii z różnych źródeł,
 Maksymalne wykorzystanie energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych i energii
odpadowych,
 Różne profile użytkowania pomieszczeń i urządzeń, aby jak najlepiej wykorzystać
dostawy energii ze słońca,
 Zarządzanie oświetleniem (optymalne zintegrowane przygaszanie i rozświetlanie
pomieszczeń w miarę potrzeb),
 Szybką reakcje na zmianę warunków klimatycznych, oraz możliwość ich
wykorzystania w optymalizowaniu zużycia energii,
 Możliwość podłączenia do systemu innych odnawialnych i nieodnawialnych źródeł
energii i systemów inteligentnych,
 Prognozowanie dostaw energii słonecznej,
 W razie potrzeby możliwość rozbudowy systemu o dodatkowe elementy.
5.2.
Typy systemów
5.2.1. Systemy sprzężone bezpośrednio
Najprostszy system to taki, gdzie źródło jest połączone bezpośrednio z odbiornikiem.
Zaletą jest prostota i niezawodność. Niestety, aby wykorzystać w całości energię
dostarczaną przez źródło przy każdej wartości natężenia promieniowania,
charakterystyka prądowo-napięciowa obciążenia powinna znajdować się blisko
punktu mocy maksymalnej i odpowiadać stałej wartości napięcia. Dodatkowo
działanie systemu jest bardzo ograniczone, ze względu na zmienność natężenia
promieniowania. Ale z względów na swoja prostotę i niskie koszty nadają się do
wielu systemów
Systemy można wykorzystać w niektórych silnikach i generatorach wodoru.
5.2.2. Systemy z magazynem energii
Proste systemy z magazynowaniem energii różnią się od systemów sprzężonych
bezpośrednio, możliwością pracy również podczas przerw w nasłonecznieniu. Do
systemu trzeba wprowadzić magazyn energii. Może to być akumulator, ale może być
również zbiornik na wodór z generatora, lub zbiornik z przepompowaną na wyższy
poziom wodą.
5.2.3. Systemy z magazynem energii i regulatorem ładowania
System z magazynem energii, który wykorzystuje dodatkowo zalety wynikające z
regulacji ładowania akumulatorów, jak np. przedłużenie żywotności magazynów
energii, czy zabezpieczanie przed awariami.
19
Systemy z magazynem energii, regulatorem ładowania oraz przetwornikiem
prądu.
Pełne systemy fotowoltaiczne dające możliwość wykorzystania przy zasileniu
odbiorników stałoprądowych z zastosowaniem przetwornicy napięcia DC/DC (prąd
stały/prąd stały o innej wartości), lub zmiennoprądowych przy zastosowaniu inwertera
DC/AC (prąd stały/prąd zmienny 230V (50 Hz).
5.2.5. Systemy hybrydowe z dodatkowym źródłem energii
Nierównomierny rozkład promieniowania, a w niektórych krajach dostęp do zbyt
małego natężenia promieniowania słonecznego powoduje, że systemy fotowoltaiczne
muszą mieć bardzo duże rozmiary, lub tez trzeba zastosować dodatkowe źródło
energii elektrycznej. Takimi źródłem mogą być:
 Energia z sieci energetycznej
 Spalinowe generatory prądu
 Turbiny wiatrowe,
 Małe elektrownie wodne
 Generatory geotermalne
 Inne
To, jaki generator wybierzemy, zależy od wielu czynników. Nasza decyzję musi
podjąć w oparciu o uprzednią analizę finansową, analizę możliwości dostępu do
odpowiednich zasobów, a coraz częściej także analizę wpływu oddziaływania na
środowisko. Jeżeli mamy domek w górach, gdzie nie ma sieci energetycznej,
dociągnięcie przewodów może się okazać najdroższą alternatywą, która może się
nigdy nie zwrócić, a na turbinę wiatrową możemy nigdy nie dostać zgody ze
względów ochrony środowiska.
W przypadku stosowania generatorów prądu stałego i zmiennego mamy trzy
możliwości, a decyzja o zastosowaniu konkretnego przypadku powinna być
poprzedzona wnikliwą analizą.
 Wszystkie elementy podłączamy do linii stałoprądowej, stosując przetworniki
AC/DC dla generatorów prądu zmiennego. Następnie w zależności od
potrzeby wykorzystujemy bezpośrednio prąd stały, lub za pośrednictwem
falownika (DC/AC) prąd zmienny.
 Wszystkie elementy podłączamy do linii zmiennoprądowej.
 Tworzymy dwie osobne linie. Wydzielamy system zasilany tylko z paneli
fotowoltaicznych np. pompy solarne, oświetlenie, pompy obiegowe, czy
automatyka. Całą resztę odbiorników podłączamy do osobnego systemu
zasilanego z dodatkowego źródła energii. Takie rozwiązanie przy dobrym
ustawieniu i wyborze odbiorników jest najefektywniejsze.
5.2.4.
5.2.6. Systemy hybrydowe z zewnętrznym modułem zarządzającym energią
System zarządzania energią (został już omówiony w poprzednim rozdziale) jest
szczególnie ważny w systemach hybrydowych, gdzie często istnieje potrzeba
rozbudowy systemu, lub sprawnego zarządzaniem wszystkimi elementami. W
systemach takich istnieje potrzeba przełączania źródeł energii lub prognozowania
zapotrzebowania na energię dla poszczególnych odbiorników, za co będzie
odpowiedzialna automatyka.
System może na przykład stwierdzić, że o tej porze energia elektryczna z sieci
jest dużo tańsza, ponieważ jest w drugiej taryfie. System stwierdza, że dużo taniej
będzie pobrać ją teraz z sieci, a produkowana w tej chwili energie z ogniw
fotowoltaicznych można zmagazynować i wykorzystać w godzinach, w których
energia z sieci jest droższa. Po sprawdzeniu ilości miejsca w akumulatorach
system decyduje się najpierw je zapełnić.
W przypadku, gdy mamy do czynienia z częstymi brakami dostaw energii, system
może rozpoznać taką sytuację i trzymać maksymalnie doładowane akumulatory
na wypadek kolejnej przerwy w dostawie energii elektrycznej.
20
5.2.7. Systemy sprzężone z siecią energetyczną
Systemy sprzężone z siecią energetyczna nie wymagają systemu
magazynowania energii, gdyż cała produkowana przez nie energia jest
przyjmowana do sieci. Rozwiązanie takie jest ciekawe ze względu na duże
oszczędności wynikające z braku całej instalacji magazynowania energii, jak
również z pełnego wykorzystania wyprodukowanej energii, t.j. wysokiej
sprawności systemu. Nie mamy tutaj problemu z ewentualnymi nadwyżkami
energii w pewnych okresach.
Istnieją tutaj 2 możliwości:
 System posiada jedną instalację. Wykorzystuje energię na własne
potrzeby, a nadwyżki są kierowane do sieci, ewentualnie w przypadku
niedoboru, brakująca część jest pobierana z sieci elektroenergetycznej.
 System posiada dwie instalacje. Jedną oddaje całą energie do sieci, a
drugą pobiera z sieci taką ilość energii, jaka jest mu potrzebna.
5.2.8. Systemy hybrydowe aktywne i pasywne
Zastosowanie
paneli
fotowoltaicznych
Aktywne
komponenty
Pasywne
komponenty
Wyjaśnienie
Rysunek
Wytwarzane
przez
panel
ciepło
odpadowe może być transportowane
przez dowolne medium (powietrze lub
wodę), aby je wykorzystać na cele
centralnego
ogrzewania,
lub
przygotowania ciepłej wody użytkowej
przy jednoczesnej oszczędności energii i
podniesieniu
sprawności
ogniwa
fotowoltaicznego.
Hybryda
panel
fotowoltaiczny
–
system termi
Półprzeźroczyste moduły fotowoltaiczne
mogą być wykorzystywane nie tylko do
produkcji energii elektrycznej, ale również
przepuszczać naturalne światło do
budynku redukując automatycznie ilość
sztucznego oświetlenia, Rys.24, a
czasem również i koszty ogrzewania.
Ciepło wprowadzone tym sposobem do
budynku powinno być kontrolowane w
zależności
od
warunków
atmosferycznych.
Panele fotowoltaiczne mogą produkować
energie elektryczną przy jednoczesnym
zabezpieczeniu
budynku
przed
nadmiarem promieni słonecznych. Przy
takim rozwiązaniu możemy liczyć się ze
zmniejszeniem
zapotrzebowania
na
chłodzenie budynku.
Dobrze
zaplanowana
wentylacja
naturalna może powodować obniżenie
zapotrzebowania energii na chłodzenie
budynku. Można zastosować naturalną
wentylacje
dla
chłodzenia
paneli
fotowoltaicznych
podnosząc
ich
sprawność. Zimą można to ciepło
zastosować do wstępnego podgrzania
powietrza wentylacyjnego.
Wykorzystanie
naturalnego światła
Zacienienie
Naturalna
wentylacja
21
Rys.24. Transparentna fasada fotowoltaiczna
5.3.
Instalacje nadążne za słońcem
Każde nieruchome ustawienie paneli fotowoltaicznych wymaga obliczenia oszacowania, lub
zasymulowania optymalnych warunków pracy systemu, czyli takich, w których uzysk roczny
będzie maksymalny. Niestety w każdym nieruchomym systemie będziemy mieli część
promieniowania, którego nie uda nam się wykorzystać. W praktyce zakres pracy systemu
nadążnego może wyrysować nam tzw. „okno słoneczne”, Rys.25, charakterystyczne dla
danego miejsca i okresu eksploatacji instalacji słonecznej. Okno determinuje obszar
wędrówki Słońca, poza którym do paneli nie docierają bezpośrednio promienie słoneczne.
Rys.25. Okno słoneczne
Oczywiście musimy wziąć jeszcze pod uwagę promieniowanie, którego okno słoneczne nie
dotyczy. Jest to:
 Promieniowanie dyfuzyjne, przy którym maksymalne zyski odnotujemy umieszczając
panele poziomo, kąt jest równy 0°.
 Promieniowanie zaabsorbowane przez powierzchnię i odbite od powierzchni, przy
którym optymalny kąt ustawienia paneli jest równy 90°, inaczej mówiąc, gdy panele
ustawione są pionowo do powierzchni ziemi. Zależy w dużej mierze od refleksyjności
(współczynnika) podłoża,
- Powierzchnia wody 0,9
- Gleba sucha
0,5
- Gleba „zielona”
0,3
- Asfalt
0,1
Optymalny kąt pochylenia paneli jest równy szerokości geograficznej lokalizacji instalacji, lub
nieco mniejszy wynikający z istnienia promieniowania rozproszonego. W Polskich warunkach
to pomniejszenie kąta będzie równe 5-10°.
22
Chcąc maksymalnie wykorzystać energię słoneczną buduje się systemy nadążne, śledzące
pozorny ruch słońca na nieboskłonie. Systemy takie można podzielić na:
 Systemy nadążne, w jednej osi równoległej do powierzchni ziemi względem kąta
nachylenia padania promieni słonecznych, Rys.26,
 systemy nadążne, w jednej osi prostopadłej do powierzchni ziemi względem stron
świata
 systemy nadążne dwuosiowe, Rys.27.
Rys.26. System nadążny w jednej osi względem kąta nachylenia
Decyzja, czy instalować system nadążny, czy nieruchomy powinna być podjęta po zrobieniu
audytu energetycznego systemu fotowoltaicznego dotyczącego:
 oceny zwiększenia wydajności dla poszczególnych systemów nadążnych w
porównaniu z systemem nieruchomym,
 oceny zwiększenia kosztów inwestycyjnych związanych z instalacją systemu
nadążnego,
 oceny rocznych koszów pracy systemu (energia elektryczne) i jego konserwacji.
Rys.27. System fotowoltaiczny nadążny za słońcem dwuosiowy.
23

Podobne dokumenty