Fotovoltaické systémy A5M13VSO

soubor přednášek

Prof. Ing. Vítězslav Benda, CSc.

ČVUT v Praze, Fakulta elektrotechnická

Katedra elektrotechnologie

Osnovy přednášek:

1.  Solární energie (spektra, vliv zeměpisné polohy a klimatu).2.  Fotovoltaické články – základní struktura a parametry3. Technologie PV článků a modulů z krystalického křemíku4.  Technologie tenkovrstvých článků a modulů 5.  Fotovoltaické systémy pro výrobu elektrické energie. Autonomní systémy6.  Fotovoltaické systémy připojené k elektrické síti7.  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 fotovoltaiky13. Vliv fotovoltaických systémů na rozvodnou síť14. 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

Fotovoltaika – přímá přeměna energie

slunečního záření na elektrickou energii

Potenciál fotovoltaiky

Při intenzitě dopadajícího záření až 1000 W/m2

může FV systém vyrobit za rok 60 – 260 kWh/m2

1000W/m2

1 – 6MWh/m2

Přímé záření(paprsky)

Rozptýlené (difúzní) záření

Na povrch atmosféry dopadá záření o střední intenzitě 1367 W/m2

Na povrch atmosféry Země dopadá záření o výkonu přibližně 180 000 TW

SJ

V

Z22.12.

21.3.23.9.

21.6.

16,5°

40°

63,5°

Koeficient atmosférické masy

Záření vstupuje do atmosféry pod různým úhlem v závislosti na denní době a ročním období

r0 = 1.496 × 108 km

Energie slunečního záření dopadajícího na povrch Země

excentrita

21 června

21 prosince

Pohyb slunce po obloze

solární deklinace δ.

úhel mezi Sluncem a zenitem, θZS

sluneční azimut, ψS,

úhel mezi Sluncem a horizontem, γS

zeměpisná šířka

východ slunce, ωS,

úhel γS jako funkce slunečního azimutu ψS.

ω skutečný sluneční čas

odražené záření (albedo) je záření odražené od okolních předmětů - R

přímé záření, paprsky světla, které nejsou ani odražené, ani rozptýlené - B

difúzní záření, přichází z celé oblohy mimo sluneční kotouč- D

celkové (globální) záření (přímé + difúzní + odražené). G = B + D + R

Intenzita záření hustota výkonu dopadajícího na povrch (W/m2)

Solární konstanta B0 = 1367 W/m2

AM = 1/cos θZS = 1/sin γS

V ideálně homogenní atmosféře je

Přesnější vyjádření je

V případě jasné, bezmračné oblohy je možno vyjádřit intenzitu přímého dopadajícího záření pomocí koeficientu atmosférické masy

G B = B0 0.7AM

23

Intenzita záření je ovlivňována klimatickými podmínkamioblačnost, prašnost, mlha apod.

Mesíční střední hodnota energie dopadajíci na povrch atmosféry za jeden den H0dm(0); energie dopadající na zemský povrch Hdm(0)

Index průzračnosti KTm, (počítaný pro každý měsíc)

Podíl difúzního záření

Index průzračnosti

Při poklesu indexu průzračnosti roste podíl difúzního záření

Lokalita: okolí Prahy

26

Záření (W/m2) Difúzní podíl (%)

Modré nebe 800 – 1000 10

Zamlžené nebe 600 – 900 až 50

Mlhavý podzimní den 100 – 300 100

Zamračený zimní den 50 100

Celoroční průměr 600 50 - 60

Sluneční záření, jasno Oblačno

Léto 7 – 8 kWh/m2 2 kWh/m2

Jaro / podzim 5 kWh/m2 1,2 kWh/m2

Zima 3 kWh/m2 0,3 kWh/m2

Energie dopadající na zemský povrch za jeden rok (kWh/m2)

Energie dopadající na zemský povrch za jeden rok (kWh/m2)

Na území ČR

Údaje jsou mnohaleté průměry stanovené na základě pozorování řady meteorologických stanic

Pro praktické aplikace je důležitá poloha Slunce vzhledem k rovině modulu

Intenzita záření dopadajícího na FV modul

Při sklonu o úhel

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 θSpřímé 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

http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php

Informace o ozáření v jednotlivých lokalitách je možno nalézt na