docFotowoltaika szansą ekologicznego rozwoju energetyki
download 
Reklamacja Transkrypt
Fotowoltaika szansą ekologicznego rozwoju energetyki
POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny FOTOWOLTAIKA SZANSĄ EKOLOGICZNEGO ROZWOJU ENERGETYKI dr inŜ. Aleksandra Drygała ZANIECZYSZCZENIE ŚRODOWISKA śródło:http://i mages.google.pl/i mages ?hl=pl&lr=&um=1&q=zani ecz yszczenie+rzek&s a=N&start=147&nds p=21 2 KONWENCJONALNE ŹRÓDŁA ENERGII Woda zanieczyszczona prze z ropę naftową i oleje napędowe śródło:http://i mages.google.pl/i mages ?hl=pl&lr=&um=1&s a=1&q=ROPA+NAFTOWA&btnG=Szukaj+obraz%C 3%B3w&aq=f&oq= 3 • • • • • • dwutlenek węgla ozon freon metan podtlenek azotu para wodna GAZY CIEPLARNIANE Źródło: http://images.google.pl/ images?hl=pl&lr=&um=1&sa=1&q=gazy+cieplarniane&aq=f&oq 4 EFEKT CIEPLARNIANY Źródło: http://images.google.pl/images?hl=pl&q=efekt+cieplarniany&lr=&um=1&ie=UTF-8&ei=Y8TtSY6xFMewAaCp9y0Dw&sa=X&oi=image_result_group&resnum=4&ct=title 5 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Najwięksi producenci energii elektrycznej w UE Kraj TWh 1. Niemcy 635,8 2. Francja 571,1 3. Wielka Brytania 398,7 4. Hiszpania 302,7 5. Włochy 315 6. Polska 161,9 7. Szwecja 144,3 8. Norwegia 121,7 9. Holandia 98,6 10. Belgia i Luksemburg 92,8 11. Czechy 84,3 12. Grecja 65,6 13. Austria 63,4 14. Rumunia 62,2 15. Portugalia 53,0 16. Dania 45,6 Najwięksi producenci energii elektrycznej w Europie poza UE Kraj TWh 1. Rosja 992,5 2. Ukraina 192,1 3. Turcja 176,0 Najwięksi producenci energii elektrycznej na świecie Kraj TWh 1. USA 4254 2. Chiny 2834,4 3. Japonia 1150,3 4. Rosja 992,5 5. Indie 726,7 Źródło: " Energia Gigawat" - lipiec 2007 6 FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Aleksandra Drygała Światowe zasoby paliw pierwotnych [lata] węgiel brunatny węgiel kamienny gaz ziemny ropa narftowa 0 Źródło: "Energetyka Cieplna i Zawodowa" - nr 3/2008) 50 100 150 200 250 300 350 7 Od źródeł energii zaleŜy Ŝycie na Ziemi i poziom rozwoju cywilizacji. Źródło: http://images .google.pl/images?hl=pl&lr=&um=1&sa=1&q=odnawi alne+%C5%BAr%C3% B3d%C5% 82a+energii&aq=0&oq=odnawialne 8 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Produkcja energii elektrycznej Olej 10% 9 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Produkcja energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii w Polsce 3% 2% 1% 34% 60% węgiel kamienny węgiel brunatny gaz Odnawialne Źródła Energii elektrownie szczytowo-pompowe 10 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki SŁOŃCE 11 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Energia promieniowania słonecznego ENERGIA WIĄZAŃ CHEMICZNYCH CIEPŁO ENERGIA ELEKTRYCZNA 12 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki FOTOWOLTAIKA Energia promieniowania słonecznego Ogniwo fotowoltaiczne Energia elektryczna 13 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki HISTORIA FOTOWOLTAIKI IV w. pne po raz pierwszy uŜyto szkła powiększającego do rozniecenia ognia; III w. pne Grecja, Rzym – uŜywanie luster do rozpalania pochodni w obrzędach religijnych; 212r. pne zogniskowanie promieni słonecznych przez Archimedesa; wykorzystanie zwierciadeł z brązu; I-IV w. ne budowa łaźni rzymskich z oknami wychodzącymi na południe; IV w. ne „słoneczne pokoje” w prywatnych domach 1839r. obserwacja zjawiska fotoelektrycznego przez Francuza Edmunda Becquerela 1843r. pierwsze ogniwo słoneczne cynowo-selenowe wytworzone przez Fritts’a; 1918r. hodowla kryształów krzemowych metodą Czochralskiego; 1954r. odkrycie krzemowego ogniwa fotowoltaicznego przez D.Chapina, C. Fullera, G. Pearsona o sprawności wynoszącej 6%; 14 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki 15 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Planowany udział procentowy energii elektrycznej wytworzonej z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii w całkowitym krajowym zuŜyciu energii elektrycznej Rok Udział energii elektrycznej z OZE, % 2001 1,9 2002 2,0 2003 2,2 2004 2,3 2005 2,5 2006 3,0 2007 3,9 2008 5,0 2009 6,2 2010 7,5 16 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Koszt energii elektrycznej wytworzonej z wykorzystaniem ogniw słonecznych Wraz z postępem technologii i wzrostem produkcji ogniw słonecznych spadają ceny energii . W roku 1970 cena 1 kWh energii z paneli słonecznych wynosiła 8 dolarów, w roku 2001 było to juŜ 40 centów, a w 2007 cena spadła do poziomu 20-25 centów. 17 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki 18 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Podział ogniw słonecznych ze względu na rodzaj zastosowanego materiału bazowego 19 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Krzem wytwarza się w trzech róŜnych postaciach: • monokrystalicznej, • polikrystalicznej, • amorficznej. a) b) c) Budowa sieci: a) krystalicznej monokryształu, b) krystalicznej polikryształu, c) ciała amorficznego 20 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Krzem polikrystaliczny 21 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Budowa ogniw słonecznych 22 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Przednia i tylna powierzchnia ogniwa słonecznego 23 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Jedno ogniwo słoneczne, zaleŜnie od jego typu i warunków pracy, moŜe osiągnąć moc w granicach 1÷1,5 W. W praktycznych zastosowaniach potrzebne są wyŜsze napięcia i moce. Dzięki temu, Ŝe ogniwa są źródłem prądu stałego, moŜliwe jest ich łączenie na trzy sposoby: • szeregowo, • równolegle, • szeregowo-równolegle. 24 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Połączenie szeregowe ogniw słonecznych Połączenie szeregowe jest to taki rodzaj połączenia elementów elektrycznych, w którym koniec jednego elementu łączy się z początkiem następnego. Połączenie takie tworzy szereg (łańcuch) elementów, w którym prąd elektryczny musi przepływać kolejno przez wszystkie elementy (natęŜenie prądu ma więc taką samą wartość dla wszystkich elementów w połączeniu szeregowym). Schemat szeregowego połączenia ogniw fotowoltaicznych 25 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Połączenie szeregowe ogniw słonecznych Połączenie ogniw szeregowo powoduje wzrost napięcia na wyjściu całego zespołu. Wartość tego napięcia jest zaleŜna od liczby połączonych ogniw i oblicza się je jako algebraiczną sumę napięć pojedynczych ogniw. Wartość prądu jaką oddaje układ ogniw jest uzaleŜniony od najsłabszego ogniwa w połączeniu szeregowym. a) b) Charakterystyka prądowo-napięciowa: a) pojedynczego ogniwa, b) dwóch ogniw połączonych szeregowo 26 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Połączenie równoległe ogniw słonecznych Połączenie równoległe (obwód równoległy) jest to taki rodzaj połączenia elementów elektrycznych, w którym wszystkie końce oraz wszystkie początki składowych elementów są połączone razem. Połączenie takie tworzy odpowiednią ilość gałęzi, w których mogą płynąć róŜne prądy, ale które zasilane są takim samym napięciem elektrycznym. Schemat równoległego połączenia ogniw fotowoltaicznych 27 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Połączenie równoległe ogniw słonecznych Łącząc ogniwa równolegle uzyskuje się większą wartość prądu na wyjściu całego zespołu. W tym rodzaju połączenia wartość prądu na zaciskach modułu wylicza się jako sumę prądów poszczególnych ogniw tworzących moduł. Połączenie równoległe umoŜliwia łączenie ogniw o róŜnej powierzchni, gdyŜ napięcie pojedynczego ogniwa nie zaleŜy od jego wielkości. a) b) Charakterystyka prądowo-napięciowa: a) pojedynczego ogniwa, b) dwóch ogniw połączonych równoległe 28 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Połączenie szeregowo-równoległe ogniw słonecznych Połączenie szeregowo-równoległe jest to połączenie składające się z kombinacji połączeń szeregowych i równoległych. Schemat szeregowo-równoległego połączenia ogniw fotowoltaicznych 29 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Połączenie szeregowo-równoległe ogniw słonecznych Łącząc ogniwa w ten sposób uzyskuje się wzrost na wyjściu zarówno napięcia jak i prądu. a) b) Charakterystyka prądowo-napięciowa: a) pojedynczego ogniwa, b) czterech ogniw połączonych szeregowo-równolegle 30 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Budowa modułu słonecznego połączonego szeregowo Moc pojedynczego ogniwa jest zwykle niewielka, dlatego konieczne jest elektryczne połączenie kilku ogniw w moduł, aby mogły mieć one zastosowanie w praktyce. Tak połączone ogniwa są sprzedawane na rynku jako gotowy produkt, a jego wydajność i czas Ŝycia jest uzaleŜniony od konstrukcji modułu. Dostępne moduły charakteryzują się zwykle mocą od 12 do 150W. W przypadku zastosowania w elektrowniach słonecznych wyprodukowane do tego celu moduły osiągają moc do 300W 31 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki WYKONANIE MODUŁÓW FOTOWOLTAICZNYCH 32 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki WYKONANE MODUŁY FOTOWOLTAICZNE I = 0,291 A I = 0,27 A U = 13,29 V U = 3,29 V 33 SYSTEM FOTOWOLTAICZNY Moduły fotowoltaiczne są wykorzystywane do budowy systemów, które pozwalają zasilać odbiornik energią uzyskaną z promieniowania słonecznego. 34 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki SYSTEM FOTOWOLTAICZNY 35 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki 36 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Teksturowanie powierzchni Schemat oddziaływania fotonów z krzemem 37 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Teksturowanie powierzchni Wpływ teksturowania powierzchni na odbicie i absorpcję promieniowania 38 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Topografia powierzchni teksturowanej alkalicznie Topografia powierzchni płytki teksturowanej w roztworze 40%KOH:IPA:DIH2 O w stosunku objętościowym 1:3:46 w czasie 15 minut w temperaturze 80°C dla podłoŜa (100) 39 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Topografia powierzchni teksturowanej alkalicznie Topografia powierzchni płytki teksturowanej w roztworze 40%KOH:IPA:DIH2 O w stosunku objętościowym 1:3:46 w czasie 15 minut w temperaturze 80°C dla ziarn o róŜnej orientacji krystalograficznej 40 Laserowa obróbka powierzchni krzemu polikrystalicznego 41 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Płytka krzemowa przed i po laserowej obróbce powierzchni 42 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Topografia powierzchni teksturowanej laserowo Tekstura laserowa odpowiadająca równoległym rowkom wykonanym z prędkością skanowania wiązki laserowej 20 mm/s przy odstępie między rowkami 0,09 mm 43 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Topografia powierzchni teksturowanej laserowo Przekrój poprzeczny płytki z teksturą odpowiadającą siatce rowków wykonanych z prędkością skanowania wiązki laserowej 80 mm/s przy odstępie między rowkami 0,09 mm Przekrój poprzeczny płytki z teksturą odpowiadającą równoległym rowkom wykonanym z prędkością skanowania wiązki laserowej 50 mm/s przy odstępie między rowkami 0,09 mm Topografia powierzchni teksturowanej laserowo z widocznymi pęknięciami 44 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Topografia powierzchni teksturowanej laserowo b) b) a) a) e) c) d) d) Tekstura laserowa odpowiadająca równoległym rowkom wykonanym z prędkością skanowania wiązki laserowej 20 mm/s przy odstępie między rowkami 0,09 mm po usunięciu warstwy uszkodzonej w wyniku obróbki laserowej o grubości: a) bez trawienia, b) 20 µm , c) 40 µm , d) 60 µm , e) 80 µm 45 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki Topografia powierzchni teksturowanej laserowo a) b) Tekstura laserowa odpowiadająca siatce rowków wykonanych z prędkością skanowania wiązki laserowej 50 mm/s przy odstępie między rowkami 0,05 mm po usunięciu warstwy uszkodzonej w wyniku obróbki laserowej o grubości: a) bez trawienia, b) 40 µm 46 ZASTOSOWANIE OGNIW SŁONECZNYCH 47 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki ZASTOSOWANIE OGNIW SŁONECZNYCH 48 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki ZASTOSOWANIE OGNIW SŁONECZNYCH 49 Aleksandra Drygała FOTOWOLTAIKA szansą ekologicznego rozwoju energetyki DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ POLITECHNIKA ŚLĄSKA W GLIWICACH Wydział Mechaniczny Technologiczny FOTOWOLTAIKA SZANSĄ EKOLOGICZNEGO ROZWOJU ENERGETYKI dr inŜ. Aleksandra Drygała