Transcript Přednáška 1
Fotovoltaické systémy
A5M13VSO soubor předn
áš
ek
Prof. Ing. V
í
tězslav Benda, CSc.
ČVUT v Praze, Fakulta elektrotechnick
á
Katedra elektrotechnologie
Osnovy přednášek:
1. Solární energie (spektra, vliv zeměpisné polohy a klimatu).
2. Fotovoltaické články – základní struktura a parametry 3. Technologie PV článků a modulů z krystalického křemíku 4. Technologie tenkovrstvých článků a modulů 5. Fotovoltaické systémy pro výrobu elektrické energie. Autonomní systémy 6. Fotovoltaické systémy připojené k elektrické síti 7. Testování PV modulů 8. Navrhování fotovoltaických elektráren.
9. Fotovoltaické systémy na budovách 10. Provozní podmínky fotovoltaických systémů 11. Provozní spolehlivost fotovoltaických systémů.
12. Ekonomické aspekty fotovoltaiky 13. Vliv fotovoltaických systémů na rozvodnou síť 14. Současné trendy v oblasti fotovoltaiky.
Solární energie (spektra, vliv zeměpisné polohy a klimatu).
A5M13FVS-1
Celosvětovou roční potřebu energie Slunce vyzáří na Zemi přibližně během tří hodin Se slunečním zářením jsou spojeny • biomasa • pohyb vzduchu • koloběh vody
Předpokládaný vývoj spotřeby energie
Potenciál fotovoltaiky
Při intenzitě dopadajícího záření až 1000 W/m 2 může FV systém
vyrobit za rok
60 – 260 kWh/m 2
Fotovoltaika – přímá přeměna energie slunečního záření na elektrickou energii
Na povrch atmosféry dopadá záření o střední intenzitě 1367 W/m 2 Na povrch atmosféry Země dopadá záření o výkonu přibližně 180 000 TW
Přímé záření (paprsky) Rozptýlené (difúzní) záření
1000W/m 2 1 – 6MWh/m 2
21.6.
22.12.
21.3.
23.9.
16,5° 40° 63,5° J V Z Záření vstupuje do atmosféry pod různým úhlem v závislosti na denní době a ročním období S Koeficient atmosférické masy l
Energie slunečního záření dopadajícího na povrch Země
excentrita
r
0 = 1
.
496 × 10 8 km
Pohyb slunce po obloze 21 června 21 prosince
solární deklinace δ
.
východ slunce
,
ω
S ,
úhel mezi Sluncem a zenitem
,
θ
ZS
sluneční azimut
,
ψ
S
,
úhel mezi Sluncem a horizontem
,
γ
S
zeměpisná šířka
F
úhel
γ
S jako funkce slunečního azimutu
ψ
S .
ω skutečný sluneční čas
Intenzita záření
hustota výkonu dopadajícího na povrch (W/m 2)
Solární konstanta B
0 = 1367 W/m 2
přímé záření
, paprsky světla, které nejsou ani odražené, ani rozptýlené -
B difúzní záření
, přichází z celé oblohy mimo sluneční kotouč-
D odražené záření (albedo)
je záření odražené od okolních předmětů -
R celkové (globální) záření
(přímé + difúzní + odražené).
G = B + D + R
V případě jasné, bezmračné oblohy je možno vyjádřit intenzitu přímého dopadajícího záření pomocí koeficientu atmosférické masy
AM
= 1/cos
θ
ZS = 1/sin
γ
S V ideálně homogenní atmosféře je
G
B = B 0 0.7
AM
Přesnější vyjádření je
Intenzita záření je ovlivňována klimatickými podmínkami oblačnost, prašnost, mlha apod.
Mesíční střední hodnota energie dopadajíci na povrch atmosféry za jeden den
H
0dm
(0);
energie dopadající na zemský povrch
H
dm (0)
Index průzračnosti K
Tm
, (počítaný pro každý měsíc) 23
Při poklesu indexu průzračnosti roste podíl difúzního záření Podíl difúzního záření Index průzračnosti
Lokalita: okolí Prahy
Modré nebe Zamlžené nebe Mlhavý podzimní den Zamračený zimní den Celoroční průměr Léto Jaro / podzim Zima Záření (W/m 2 )
800 – 1000 600 – 900 100 – 300 50 600
Difúzní podíl (%)
10 až 50 100 100 50 - 60
Sluneční záření, jasno
7 – 8 kWh/m 2 5 kWh/m 2 3 kWh/m 2
Oblačno
2 kWh/m 2 1,2 kWh/m 2 0,3 kWh/m 2 26
Energie dopadající na zemský povrch za jeden rok (kWh/m 2 )
Energie dopadající na zemský povrch za jeden rok (kWh/m 2 )
Na území ČR Údaje jsou mnohaleté průměry stanovené na základě pozorování řady meteorologických stanic
Intenzita záření dopadajícího na FV modul Pro praktické aplikace je důležitá poloha Slunce vzhledem k rovině modulu Při sklonu o úhel b
Nejčastěji se získává celková intenzita záření jako součet intenzit přímého, difúzního a odraženého záření dopadající na plochu odkloněnou o úhel
α
od jihu a o úhel
β
od horizontální roviny
G(β, α) = B(β, α) + D(β, α) + R(β, α)
B(β, α)
=
B
(0) cos
θ
S
přímé záření difúzní záření odražené záření
ρ
je odrazivost povrchu
Albedo může znatelně zvýšit intenzitu záření u ploch s velkým sklonem vůči horizontální rovině
Globální ozáření v průběhu roku v lokalitě v blízkosti Prahy pro různé sklony plochy kolektoru vůči horizontální rovině Výrazně se projevuje vliv vysokého podílu difúzního záření, který zvýhodňuje menší úhly sklonu
Optimální sklon roviny modulu v jednotlivých měsících roku Vliv úhlu sklonu na celoroční průměrnou hodnotu ozáření Případný vliv albeda je třeba určit místním šetřením
Lokalita: Praha
Informace o ozáření v jednotlivých lokalitách je možno nalézt na http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php