ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ. ρ. Κυµάκης Εµµανουήλ Επίκουρος Καθηγητής Τµήµα Ηλεκτρολογίας, ΤΕΙ Κρήτης

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ. ρ. Κυµάκης Εµµανουήλ Επίκουρος Καθηγητής Τµήµα Ηλεκτρολογίας, ΤΕΙ Κρήτης kymakis@staff.teicrete.gr"

Κῆρες Αντωνοπούλου
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ρ. Κυµάκης Εµµανουήλ Επίκουρος Καθηγητής Τµήµα Ηλεκτρολογίας, ΤΕΙ Κρήτης

2 Ανάπτυξη Φ/Β Παγκοσµίως Με πρωτόγνωρους ρυθµούς ανάπτυξης κινείται η διεθνής αγορά φωτοβολταϊκών, κυρίως χάρη στα προγράµµατα τριών χωρών που αποτελούν το βαρόµετρο για την ανάπτυξη της τεχνολογίας αυτής,της Γερµανίας, της Ιαπωνίας και των ΗΠΑ. Οι πρόσφατες εξελίξεις στο χώρο του πετρελαίου, έχουν επαναφέρει µε επιτακτικό τρόπο την ανάγκη προώθησης των Φ/Β. Τα Φ/Β µπορούν να συνεισφέρουν σηµαντικά στο εθνικό ενεργειακό ισοζύγιο, συµβάλλοντας στη µείωση της εξάρτησης Ένα τυπικό Φωτοβολταϊκό σύστηµα του ενός κιλοβάτ, αποτρέπει κάθε χρόνο την έκλυση 1.5 τόνων διοξειδίου του άνθρακα, όσο δηλαδή θα απορροφούσαν δύο στρέµµατα δάσους. Εγκατεστηµένη Ισχύς (MWp) Εξέλιξη της εγκατεστηµένης ΦΒ ισχύος παγκοσµίως Αποφυγή εκλυόµενων ρύπων (σε gr/kwh) CO 2 SO 2 NO x ΡΜ 10 Υποκατάσταση Λιγνίτη ,8 1,17-1,23 1,1 Πετρελαίου (χαµηλού θείου) 830 3,5 1,5 0,34 Φυσικού αερίου 475 0,017 0,6 - Μέσου ενεργειακού µείγµατος χώρας CO 2 : διοξείδιο του άνθρακα, SO 2 : διοξείδιο του θείου, NO x : οξείδια του αζώτου, ΡΜ 10 : µικροσωµατίδια

Τα Φ/Β µπορούν να συνεισφέρουν σηµαντικά στο εθνικό ενεργειακό ισοζύγιο, συµβάλλοντας στη µείωση της εξάρτησης Ένα τυπικό Φωτοβολταϊκό σύστηµα του ενός κιλοβάτ, αποτρέπει κάθε χρόνο την έκλυση 1.

3 Ανάπτυξη Φ/Β σε Ευρωπαϊκό Επίπεδο 3063 Εγκατεστηµένη Ισχύς (MW) Gut Erlasee Solar Park, Germany 12 MW µε 1408 trackers MWh, 3500 σπίτια 52 εκ. ευρώ 7700 τόνοι CO 2

5 4 Gut Erlasee Solar Park, Germany 12 MW µε 1408

4 Παράδειγµα Ισπανίας Θέσεις Εργασίας τοµέα Φ/Β 30,000 26,000 25,000 Θέσεις εργασίας 20,000 15,000 6,292 10,645 10,000 3,600 4,020 5,525 5, Στο τέλος του χρόνου 4

Κίνητρα ανάπτυξης στην Ελλάδα Ευνοϊκό κλίμα Υψηλή ηλιοφάνεια 1900-2000 kwh/m 2 Η Ελληνική αγορά φωτοβολταϊκών κινείται με πρωτόγνωρους ρυθμούς ανάπτυξης, κυρίως χάρη στη νέα νομοθεσία για τις ΑΠΕ Από

5 Κίνητρα ανάπτυξης στην Ελλάδα Ευνοϊκό κλίμα Υψηλή ηλιοφάνεια kwh/m 2 Η Ελληνική αγορά φωτοβολταϊκών κινείται με πρωτόγνωρους ρυθμούς ανάπτυξης, κυρίως χάρη στη νέα νομοθεσία για τις ΑΠΕ Από τον Ιούνιο του 2006, η νέα νομοθεσία για τις ΑΠΕ τιμολογεί την παραγόμενη ηλιακή κιλοβατώρα με /kwh Η τιμή αυτή της κιλοβατώρας είναι εγγυημένη για 20 χρόνια και αναπροσαρμόζεται ετησίως είτε βάσει του πληθωρισμού (80% της ονομαστικής αξίας του) είτε με βάση τις αυξήσεις των τιμολογίων της ΔΕΗ. Ενίσχυση μέσω του ισχύοντα αναπτυξιακού νόμου σε ποσοστό 20-40% Αναμενόμενος χρόνος απόσβεσης 5-7 έτη ΡΟΚΑΣ, Ξηρολίµνι Σητείας 171,36 kwp

50 /kwh Η τιμή αυτή της κιλοβατώρας είναι εγγυημένη για 20 χρόνια και αναπροσαρμόζεται ετησίως είτε βάσει του πληθωρισμού (80% της ονομαστικής αξίας του) είτε

6 Σύγχρονες τάσεις εξέλιξης τεχνολογίας Φ/Β Μόνοκρυσταλλικά & πολυκρυσταλλικά Si (85% της αγοράς) Υψηλή απόδοση 12-17% Υψηλό κόστος, τεχνικές ανάπτυξης που επιβαρύνουν το περιβάλλον Μεγάλο κόστος ανάπτυξης ( 3/Wp) Λεπτού υµενίου Χαµηλή απόδοση 5-11% Έλλειψη δεδοµένων σε βάθος χρόνου Εύκαµπτα, χαµηλού κόστους ($2 /Wp ) και βάρους Φ/Β α-si, CdS, CdTe τεχνολογίας λεπτών υµενίων Οργανικά Υλικά, πολυµερή, νανοδοµές

( 3/Wp) Λεπτού υµενίου Χαµηλή απόδοση 5-11% Έλλειψη δεδοµένων σε βάθος χρόνου Εύκαµπτα, χαµηλού

7 Κορυφαίοι Κατασκευαστές Φ/Β Πλαίσια: Sharp, Q-Cells, Suntech, Kyocera, BP Solar, CEEG, Sanyo, Mitsubishi, Isofoton, Conergy, Scheuten, Solon, First Solar, Yingli, Schott, etc Αντιστροφείς SMA, Fronius, Kaco, Xantrex

Isofoton, Conergy, Scheuten, Solon, First Solar,

8 Πωλήσεις Φ/Β Ranking 2005 MWp 2006 MWp 2007 MWp 2008 MWp Τεχνολογία 1 Sharp Solar Sharp Solar Sharp Solar 363 Q-Cells c-si 2 Kyocera 142 Q-Cells Q-Cells Suntech c-si 3 Q-Cells Kyocera 180 Suntech 309 Sharp 458 c-si / a-si 4 Schott Solar 95 Suntech 152 Kyocera 207 First Solar CdTe 5 BP Solar 96.8 Sanyo First Solatr 186 Kyocera 290 c-si 6 Mitsubishi 85 Mitshubishi 111 Motech 167 Motech c-si 7 Sanyo 84 Schott Solar 96 Sanyo 155 Sanyo c-si / a-si 8 Shell Solar 55 Motech 91.8 SolarWorld SunPower c-si 9 Motech 45 BP Solar 78 Mitshubishi 121 JA Solar c-si 10 Isofoton 39.3 SunPower 62.7 Sunpower 102 BP Solar c-si Συνολο Μερίδια Αγοράς % 13% 7% 32% 46% Μονοκρυσταλλικό Πολυκρυσταλλικό CdTe CIGS Άµορφο πυρίτιο

5 First Solatr 186 Kyocera 290 c-si 6 Mitsubishi 85 Mitshubishi 111 Motech 167 Motech 263.5 c-si 7 Sanyo 84 Schott Solar 96 Sanyo 155 Sanyo 220.2 c-si / a-si 8 Shell Solar 55 Motech 91.

9 Τεχνολογίες παρακολούθησης ηλίου - ηλιοτρόπια Τα ηλιοτρόπια παρακολουθούν την πορεία του ήλιου στον ορίζοντα καθ όλη τη διάρκεια της ηµέρας. Τα κρυσταλλικά Φ/Β στοιχεία αποδίδουν καλύτερα κάτω από την άµεση ηλιακή ακτινοβολία. Το σύστηµα στήριξης είναι µηχανικά σταθερό, παρά τα αυξανόµενα φορτία ανέµου. Η απόδοση του Φ/Β συστήµατος µε σύστηµα ηλιοτροπίου αυξάνεται κατά 25% έως 40% τον χρόνο όπως εκτιµάται για την Ελλάδα σε σχέση µε το σύστηµα σταθερής κλίσης.

Το σύστηµα στήριξης είναι µηχανικά σταθερό, παρά τα αυξανόµενα φορτία ανέµου.

10 ΗΛΙΟΤΡΟΠΙΑ ύο αξόνων Ενός Άξονα Το ηλιοτρόπιο ενός άξονα παρακολουθεί την πορεία του ήλιου από την ανατολή στη δύση. Το ηλιοτρόπιο δυο αξόνων ΕΠΙΠΛΈΟΝ κινείται στον άξονα Νότου Βορρά αναλόγως την εποχή.

11 Φωτοβολταϊκά Ενσωµατωµένα σε Κτίρια Φ/Β ενσωµατωµένα σε κτίρια (Building Integrated Photovoltaic - BIPV) αντικατάσταση των συµβατικών οικοδοµικών υλικών (υαλοπινάκων, κεραµιδιών σκεπής, µεταλλικής ή µαρµάρινης πρόσοψης σε ένα κτίριο) µε Φ/Β στοιχεία.

συµβατικών οικοδοµικών υλικών (υαλοπινάκων, κεραµιδιών σκεπής,

12 Φωτοβολταϊκά Ενσωµατωµένα σε Κτίρια Γυάλινα ηµιδιάφανα φωτοβολταϊκά πλαίσια Εφαρµογές : Φεγγίτες Πέργκολες Υαλοπετάσµατα Επενδύσεις προσόψεων Περσίδες

13 Αρχιτεκτονικές Εφαρµογές Προσόψεις κτιρίων Φεγγίτες

14 Αρχιτεκτονικές Εφαρµογές Μπαλκόνια

15 ραστηριότητες Εκπαιδευτικές: Εκπαίδευση φοιτητών πάνω σε θέµατα τεχνολογίας Φ/Β υλικών και Φ/Β συστηµάτων Ερευνητικές: Έρευνα σε εύκαµπτα Φ/Β υλικά νέας γενιάς Ενεργειακή διαχείριση κτιρίων Μελέτη/έλεγχος χαρακτηριστικών ΦΒ πλαισίων σε συνθήκες προσοµοιωµένης ηλιακής ακτινοβολίας Μελέτες εφαρµογής Φ/Β Πάρκων Έλεγχος διαστασιολόγησης Φ/Β Πάρκων Μοντέλα πρόβλεψης απόδοσης ενεργειακών συστηµάτων Τµήµα Ηλεκτρολογίας ΤΕΙ Κρήτης Εσταυρωµένος Τηλ: Fax:

συνθήκες προσοµοιωµένης ηλιακής ακτινοβολίας Μελέτες εφαρµογής Φ/Β Πάρκων Έλεγχος διαστασιολόγησης Φ/Β Πάρκων Μοντέλα

1% -0,6-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Voltage (V) Short-circuit current (ma/cm 2 ) 10 0 0,75 0,70

16 Ερευνητικές δραστηριότητες Ανάπτυξη οργανικών Φ/Β µε νανοσωλήνες ως δέκτες ηλεκτρονίων Current (ma/cm 2 ) 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3-0,4-0,5 I sc =0.25mA/cm 2 V oc =0.75V FF=0.48 n=0.1% -0,6-1,0-0,8-0,6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Voltage (V) Short-circuit current (ma/cm 2 ) ,75 0, V oc I sc 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 SWNT concentration (%) Open-circuit voltage (V)

Resistance (Ω/sq) 2000 20nm 1800 1600 1400 n 1200 Rs 1000 800 600 40nm 400 200nm 120nm 80nm 200

17 Ερευνητικές δραστηριότητες 2. Ανάπτυξη αγώγιµων & διαφανών υµενίων από νανοσωλήνες για χρήση ως το υλικό καθόδου (ΙΤΟ) Sheet Resistance (Ω/sq) nm n 1200 Rs nm nm 120nm 80nm Transparency (%) 8 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Efficiency (%) Current (ma/cm 2 ) SWNTs ITO -6-0,4-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 Voltage (V)

18 ηµοσιεύσεις σε διεθνή επιστηµονικά περιοδικά The Impact of Carbon Nanotubes on Solar Energy Conversion E. Kymakis, Nanotechnology Law & Business, 3,4, (2006) 2. Bilayer photovoltaic devices with PPQ as the electron acceptor layer E. Kymakis, E.Koudoumas, I. Franghiadakis, Solar Energy Materials & Solar cells, 90 (12): (2006). 3. Post-fabrication annealing effects in polymer-nanotube photovoltaic cells E.Kymakis, E.Koudoumas, I. Franghiadakis, G.A.J. Amaratunga, Journal of Physics D - Applied Physics 39 (6): (2006) 4. Electrical properties of single-walled carbon nanotube-polymer composite film E. Kymakis, G.A.J. Amaratunga, Journal of Applied Physics, 99 (8) (2006). 5. Carbon nanotube/pedot:pss electrodes for organic photovoltaics E. Kymakis, G. Klapsis, E. Koudoumas, E. Stratakis, N. Kornilios, N. Vidakis, Y.Franghiadakis, The European Physical Journal-Applied Physics, 36, (2007) 6. ph effect on the morphology of ZnO nanostructures grown with aqueous chemical growth D. Vernardou, G. Kenanakis, S. Couris, E. Koudoumas, E. Kymakis, N. Katsarakis, Thin Solid Films, 515, (2007) 7. Integration of carbon nanotubes in polymer/fullerene bulk heterojunction solar cells E. Kymakis, E.Stratakis, E.Koudoumas, Thin Solid Films, 515 (2007) (2007) 8. Radical Salt-Doped Hole Transporters in Organic Photovoltaic Devices S.Vaddiraju, M. Mathai, E. Kymakis, F. Papadimitrakopoulos, Chemisty of Materials, 19, (2007) 9. Effective mobility and photocurrent in carbon nanotube-polymer composite photovoltaic cells E.Kymakis, P. Servati, P. Tzanetakis, E. Koudoumas, N.Kornilios, I. Rompogiannakis, Y.Franghiadakis, G.A.J. Amaratunga, Nanotechnology, (2007) 10. Carbon nanotube doping of P3HT:PCBM photovoltaic devices E. Kymakis, N.Kornilios, Ε. Koudoumas, Journal of Physics D - Applied Physics, 41, (2008) 11. A Photovoltaic s park performance on the island of Crete" E. Kymakis, S. Kalykakis, T.M. Papazoglou, Energija, 57, (2008) 12. Polymer-nanotube composite mats with improved field emission performance and stability, E. Stratakis, E. Kymakis, E. Spanakis, P. Tzanetakis, E. Koudoumas, Physical Chemistry Chemical Physics, 11, (2009) 13. Performance analysis of a grid connected photovoltaic park on the island of Crete" E. Kymakis, S. Kalykakis, T.M. Papazoglou, Energy Conversion & Management, 50 (3), (2009). 14. Influence of solution chemistry on the properties of hydrothermally grown TiO2 for advanced applications "D. Vernardou, K. Vlachou, E. Spanakis, E. Stratakis, N. Katsarakis, E. Kymakis, E. Koudoumas, Catalysis Today, 144, (1-2), (2009)

Post-fabrication annealing effects in polymer-nanotube photovoltaic cells E.Kymakis, E.Koudoumas, I. Franghiadakis, G.A.J.

Ανάλυση Κόστους Φ/Β Περιγραφή Τιμή ανά Wp Κρυσταλλικό Φωτοβολταϊκά Πλαίσια 2,7 Ηλεκτρονικά Ισχύος 0,5 Λοιπός Εξοπλισμός 0,1 Εγκατάσταση 0,7 Σύνολο 4 Τιμή ανά Wp Thin Film 2.

19 Ανάλυση Κόστους Φ/Β Περιγραφή Τιμή ανά Wp Κρυσταλλικό Φωτοβολταϊκά Πλαίσια 2,7 Ηλεκτρονικά Ισχύος 0,5 Λοιπός Εξοπλισμός 0,1 Εγκατάσταση 0,7 Σύνολο 4 Τιμή ανά Wp Thin Film 2.1* 0,5 0,1 0,7 3,3 Ενδεικτικές Τιµές ενός διασυνδεµένου Φ/Β Πάρκου 80 kwp µε σύστηµα tracker µε σταθερές βάσεις µε σταθερές βάσεις τεχνολογίας thin film. Ένα Φ/Β 3 kwp εγκατεστηµένο σε οροφή κατοικίας στη Κρήτη θα µπορούσε να παρέχει 4300 kwh/έτος, όση περίπου και η µέση κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας µιας τετραµελούς οικογένειας. Το κόστος ενός διασυνδεµένου συστήµατος µε το κλειδί στο χέρι ανέρχεται στα 4,5 /Wp, ενώ ενός αυτόνοµου µε αποθήκευση σε µπαταρίες, είναι της τάξης των 6,5 /Wp.

000 µε σταθερές βάσεις τεχνολογίας thin film.

20 Παραµετρική ανάλυση Φ/Β πάρκου Απώλειες Φ/Β συστήµατος η deg : Γήρανση / Υποβάθµιση Φ/Β πλαισίου η tem : Θερµοκρασία η soil : Ρύπανση η net : Εσωτερικό δίκτυο & διασυνδέσεις η inv : Αντιστροφέας DC-AC η tran : Μετασχηµατιστή η ppc : ιαθεσιµότητα & διασύνδεση δικτύου

Ρύπανση η net : Εσωτερικό δίκτυο & διασυνδέσεις η inv :

21 Φωτοβολταϊκό Πάρκο Μελέτης Φορέας : Χ.ΡΟΚΑΣ Α.Β.Ε.Ε. Εγκατεστηµένη Ισχύς: kwp Τοποθεσία: Ξηρολίµνι (Λασίθι), 10km νοτιοανατολικά Σητείας Προϋπολογισµός: 1.3 Εκατοµµύρια * Σε συνεχή λειτουργία από τον Απρίλιο 2002 * Επιδοτήθηκε µε ποσοστό 70% από το Εθνικό Επιχειρησιακό Πρόγραµµα για την Ενέργεια

22 Final Yield, PV Array Capture Losses, System Losses (h/d) System Losses PV array capture losses Final Yield Ανάλυση Φ/Β Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Month Annual final yield h (kwh/kwp) Annual reference yield 1984 h (kwh/kwp) Annual mean Performance ratio % Capacity factor %

23 ιάγραµµα Sankey

24 ιαστασιολόγηση Φ/Β Πάρκου Φ/Β Εγκατάσταση Καλώδια συνεχούς ρεύµατος ανθεκτικά σε υπεριώδη ακτινοβολία και στο όζον µε θερµοκρασία λειτουργίας 40 ο C- 120 o C. Υπολογισµός διατοµών καλωδίων AC για <1% πτώσης τάσεως. Καλώδια ισχυρών ρευµάτων NYY µε αντοχή στην υγρασία, UV ακτινοβολία, εύρος θερµοκρασίας ο C. Sorting Φ/Β Πλαισίων ανά αντιστροφέα Κρουστικοί απαγωγείς στην έξοδο κάθε αντιστροφέα καθώς και σε όλα τα συστήµατα ασθενών ρευµάτων για προστασία υπερτάσεων. Λευκό χαλίκι - περιµετρικά της εγκατάστασης

Σχετικά έγγραφα

ERACOBUILD. Φωτοβολταϊκά και Net Metering. «Αντίστροφη Μέτρηση για Κατοικίες Χαμηλού Άνθρακα» Φάνος Καραντώνης - Γραμματέας ΣΕΑΠΕΚ

ERACOBUILD. Φωτοβολταϊκά και Net Metering. «Αντίστροφη Μέτρηση για Κατοικίες Χαμηλού Άνθρακα» Φάνος Καραντώνης - Γραμματέας ΣΕΑΠΕΚ ERACOBUILD «Αντίστροφη Μέτρηση για Κατοικίες Χαμηλού Άνθρακα» Φωτοβολταϊκά και Net Metering Εφαρμογή Εθνικού Στόχου για ΑΠΕ Ετήσια αύξηση του μεριδίου των ΑΠΕ στην τελική κατανάλωση Ενδεικτική πορεία υλοποίησης