Διπλωματική Εργαςία ΣΡΤΦΩΝΟΠΟΤΛΟΤ ΚΩΝΣΑΝΣΙΝΟΤ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΠΑΣΡΩΝ ΣΜΗΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΣΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΠΟΛΟΓΙΣΩΝ ΣΟΜΕΑ: ΣΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΣΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑ ΕΡΓΑΣΗΡΙΟ: ΑΤΡΜΑΣΟΤ ΣΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ Διπλωματική Εργαςία του Φοιτθτι του τμιματοσ Ηλεκτρολόγων Μθχανικϊν και Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν, τθσ Πολυτεχνικισ Σχολισ του Πανεπιςτθμίου Πατρϊν: ΣΡΤΦΩΝΟΠΟΤΛΟΤ ΚΩΝΣΑΝΣΙΝΟΤ Αρικμόσ Μθτρϊου: 6111 ΘEMA: Υποβάθμιςη των χαρακτηριςτικών ιδιοτήτων φωτοβολταϊκών πλαιςίων κρυςταλλικοφ πυριτίου. Επιβλζπουςα: Περράκη Βαςιλική, Λζκτορασ Αρικμόσ Διπλωματικισ Εργαςίασ: Πάτρα, Σεπτζμβριοσ 2014

2 ΠΙΣΟΠΟΙΗΗ Πιςτοποιείται ότι θ διπλωματικι εργαςία με κζμα: Υποβάθμιςη των χαρακτηριςτικών ιδιοτήτων φωτοβολταϊκών πλαιςίων κρυςταλλικοφ πυριτίου. του φοιτθτι του Τμιματοσ Ηλεκτρολόγων Μθχανικϊν και Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν ΣΡΤΦΩΝΟΠΟΤΛΟΤ ΚΩΝΣΑΝΣΙΝΟΤ Α.Μ.: 6111 Παρουςιάςτθκε δθμόςια και εξετάςκθκε ςτο Τμιμα Ηλεκτρολόγων Μθχανικϊν και Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν ςτισ / / Η επιβλζπουςα: Περράκθ Βαςιλικι Λζκτορασ Ο Διευκυντισ του Τομζα: Φακωτάκθσ Νικόλαοσ Κακθγθτισ Tμήμα Ηλεκτρoλόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών ii

3 Αριθμόσ Διπλωματικήσ Εργαςίασ: Θζμα: «Τποβάθμιςη των χαρακτηριςτικών ιδιοτήτων φωτοβολταϊκών πλαιςίων πυριτίου.» Φοιτθτισ: Τρυφωνόπουλοσ Κωνςταντίνοσ Επιβλζπουςα: Περράκθ Βαςιλικι Tμήμα Ηλεκτρoλόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών iii

4 Οι απόψεισ και τα ςυμπεράςματα που περιζχονται ςε αυτι τθ Διπλωματικι εργαςία εκφράηουν τον ςυγγραφζα και δεν πρζπει να ερμθνεφεται ότι αντιπροςωπεφουν τισ επίςθμεσ κζςεισ τθσ Πολυτεχνικισ Σχολισ του Πανεπιςτθμίου Πατρϊν. Tμήμα Ηλεκτρoλόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών iv

5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Σκοπόσ αυτισ τθσ διπλωματικισ εργαςίασ, θ οποία εκπονικθκε ςτο Εργαςτιριο Αςφρματθσ Τθλεπικοινωνίασ του Πανεπιςτθμίου Πατρϊν, είναι θ εξζταςθ του φαινομζνου τθσ υποβάκμιςθσ των χαρακτθριςτικϊν ιδιοτιτων φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων κρυςταλλικοφ πυριτίου. Στα πλαίςια αυτά πραγματοποιικθκαν μετριςεισ ςε πλαίςια πολυκρυςταλλικοφ και μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου με κατάλλθλθ πειραματικι διάταξθ εγκατεςτθμζνθ ςτθν οροφι του κτιρίου του τμιματοσ Ηλεκτρολόγων Μθχανικϊν και Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν. Πραγματοποιιςαμε θμεριςιεσ μετριςεισ, ςε θλιόλουςτεσ θμζρεσ, και για μεγάλο χρονικό διάςτθμα ζτςι ϊςτε να ζχουμε όςο το δυνατόν περιςςότερα δεδομζνα κατάλλθλα για επεξεργαςία. Ο ζλεγχοσ για πικανι υποβάκμιςθ (PID) βαςίςτθκε ςε ςφγκριςθ των πειραματικϊν αποτελεςμάτων ςε διάρκεια τριϊν ετϊν και ςε ανάλυςθ αυτϊν με βάςθ δφο ςυγκεκριμζνα μοντζλα ερευνθτϊν. Συγκεκριμζνα ςτθ ςφγκριςθ τριϊν ετϊν ο ζλεγχοσ πραγματοποιικθκε για παραπλιςιεσ τιμζσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ και κερμοκραςίασ των πλαιςίων. Οι ςυγκρίςεισ βάςει των μοντζλων των ερευνθτϊν πραγματοποιικθκαν ςφμφωνα με τα πρότυπα τθσ κάκε μεκόδου. Στο μοντζλο Kahoul ςυγκρίναμε τα πειραματικά μασ δεδομζνα ςε STC ςυνκικεσ με βάςθ τα δεδομζνα του καταςκευαςτι. Στθ ςυνζχεια εξετάςαμε τθν εφαρμοφι του μοντζλου Martinez-Moreno επεκτείνοντασ το ςε ζνα μόνο πλαίςιο που λειτουργεί ςε ςυγκεκριμζνεσ ςυνκικεσ ακτινοβολίασ και κερμοκραςίασ. Υπιρξαν περιοριςμοί όμωσ ςε εξιδεικευμζνο τεχνολογικό υλικό και αδυναμία εφρεςθσ περιςςότερων παλαιϊν μετριςεων κατάλλθλων για ςφγκριςθ ϊςτε να μπορζςουμε να παρουςιάςουμε περιςςότερουσ τρόπουσ ελζγχου.τα ςυμπεράςματα που εξιχκθςαν ςυνθγοροφν ςτθν άποψθ, θ οποία ζχει εκφραςτεί και από αρκετοφσ ερευνθτζσ, ότι τζτοια πλαίςια όταν λειτουργοφν υπό αυτζσ τισ ςυνκικεσ δεν υφίςτανται εμφανι υποβάκμιςθ των ιδιοτιτων τουσ ςε μικρό τουλάχιςτον χρονικό διάςτθμα. Tμήμα Ηλεκτρoλόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών v

6 SUMMARY The purpose of this thesis, undertaken within the Wireless Communications Laboratory, University of Patras, is to examine the phenomenon of silicon photovoltaic module s degradation. The experimentation field was held in the roof of the building of Electrical and Computer Engineering department. A polycrystalline and a monocrystalline solar module were used for this study. During the experiments, we tried to make daily measurements on sunny days, so we can collect as much data as possible for appropriate elaboration. Testing for possible degradation was based on a simple comparison of experimental results over three years. In addition, an evaluation of experimental results was held based on two specific researchers models. In particular, three years comparing control performed for similar values of incident radiation and temperature of the modules. The comparisons of models based on researchers performed according to the standards of each method. In order to apply the model Kahoul we compared our experimental data at STC conditions with the manufacturer's data. Then we examined the application of the model of Martinez- Moreno, by extending it on a single module that works in well defined conditions of radiation and temperature. However, the limitations in our specialized materials technology and the weakness finding more old measurements suitable for comparison did not allow us to apply other methods of control. The conclusions drawn advocate the view, that has been expressed by several researchers, that such modules when operating under these conditions do not appear degradation of their properties, at least in short time. Tμήμα Ηλεκτρoλόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών vi

7 ΠΙΝΑΚΑ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΔΙΑΓΩΓΗ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 1. ΣΔΥΝΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΚΑΙ ΑΝΑΝΔΩΙΜΔ ΠΗΓΔ ΔΝΔΡΓΔΙΑ Σερλνινγηθή πξόνδνο ζηνλ ηνκέα ηεο ελέξγεηαο Πεγέο ελέξγεηαο Με αλαλεώζηκεο πεγέο ελέξγεηα Αλαλεώζηκέο πεγέο ελέξγεηαο Δλεξγεηαθή θαηάζηαζε Διιάδαο Δλεξγεηαθή θαηάζηαζε παγθόζκηα Αλαλεώζηκεο πεγέο παγθνζκίσο Δλεξγεηαθή απνδνηηθόηεηα παγθνζκίσο Γηεζλείο πξνβιεκαηηζκνί γηα ην πεξηβάιινλ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 2. ΗΛΙΑΚΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑ ΚΑΙ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΙΚΑ ΤΣΗΜΑΣΑ Ηιηαθή ελέξγεηα Ηιηαθή αθηηλνβνιία Σν Φάζκα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο Ηιηαθή γεσκεηξία Ιζηνξηθή αλαδξνκή θσηνβνιηατθώλ θπηηάξσλ Φσηνβνιηατθό θαηλόκελν Οξηζκόο θσηνβνιηατθνύ θαηλνκέλνπ Ηκηαγσγνί θαη p-n επαθή Γνκηθά ζηνηρεία θσηνβνιηατθώλ θπηηάξσλ Καηαζθεπαζηηθά ραξαθηεξηζηηθά Φσηνβνιηατθά θύηηαξα θξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ Μνλνθξπζηαιιηθό ππξίηην (Mono-Si) Πνιπθξπζηαιιηθό ππξίηην (Poly-Si) RibbonSilicon Σερλνινγία ιεπηώλ θηικ (Thin Film) Πιενλεθηήκαηα θαη κεηνλεθηήκαηα θσηνβνιηατθώλ ζπζηεκάησλ Δπηπηώζεηο θσηνβνιηαηθώλ ζπζηεκάησλ ζην πεξηβάιινλ Νέεο ηερλνινγίεο θσηνβνιηατθώλ θπηηάξσλ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 3 : ΗΛΔΚΣΡΙΚΑ ΥΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ - ΤΠΟΒΑΘΜΙΗ Φ/Β ΚΤΣΣΑΡΩΝ/ΠΛΑΙΙΩΝ Ηιεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά θσηνβνιηατθώλ θπηηάξσλ Ιζνδύλαµν ειεθηξηθό θύθισµα ελόο πξαγµαηηθνύ θσηνβνιηατθνύ θπηηάξνπ πληειεζηήο απόδνζεο θσηνβνιηατθνύ θπηηάξνπ πληειεζηήο πιήξσζεο FF STC Πξόηππεο ζπλζήθεο NOCT Ολνκαζηηθή ζεξκνθξαζία ιεηηνπξγίαο θπςέιεο Δπίδξαζε παξαγόλησλ ζηελ απόδνζε ηνπ θσηνβνιηατθνύ ζηνηρείνπ Φαηλόκελν ππνβάζκηζεο θσηνβνιηατθώλ πιαηζίσλ Σξόπνη αληηκεηώπηζεο Tμήμα Ηλεκτρoλόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών vii

8 3.2.1 Βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά θαηλνκέλνπ ππνβάζκηζεο Αληηκεηώπηζε θαηλνκέλνπ ππνβάζκηζεο ζε θσηνβνιηατθή εγθαηάζηαζε θαη ρώξν εξγαζηεξίνπ Μέζνδνο αληηκεηώπηζεο ππνβάζκηζεο κέζσ βειηίσζεο πνηόηεηαο επηθάλεηαο Αύμεζε δνκώλ ζηξώκαηνο ζηελ αληηκεηώπηζε θαηλνκέλνπ ππνβάζκηζεο Παξάκεηξνη πνπ επεξεάδνπλ ην θόζηνο ελέξγεηαο επηπέδνπ (LCOE) ζηα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα Φαηλόκελν ππνβάζκηζεο θσηνβνιηατθώλ πιαηζίσλ Σξόπνη ειέγρνπ ΚΔΦΑΛΑΙΟ 4. ΠΔΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΔΡΟ Γηάηαμε πεηξάκαηνο Φσηνβνιηατθά πιαίζηα πζθεπή κέηξεζεο PVPM 2540C Γηαθόπηεο αζθαιείαο Αηζζεηήξαο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο Παξνπζίαζε κεηξήζεσλ Πιαίζην πνιπθξπζηαιιηθνύ θαη κνλνθξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ Απνηειέζκαηα θαη δηαγξάκκαηα ζύγθξηζεο Πιαίζην πνιπθξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ Α) ύγθξηζε ραξαθηεξηζηηθώλ ηδηνηήησλ κεηά από ηξία έηε πεηξακαηηθήο ιεηηνπξγίαο Β) Έιεγρνο κε βάζε ηα STC κεγέζε (κνληέιν Kahoul) Γ) ύγθξηζε ραξαθηεξηζηηθώλ ηδηνηήησλ (κνληέιν Martinez-Moreno) i) Μέηξεζε ηεο ραξαθηεξηζηηθήο θακπύιεο (IV curve measurements) Μνξθή θακπύιεοi-v ύγθξηζε ηζρύνο- Ινύιηνο ύγθξηζε ηζρύνο Οθηώβξηνο- Ννέκβξηνο ii) Σάζε αλνηρηνύ θπθιώκαηνο Πιαίζην κνλνθξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ Five Star Α) ύγθξηζε ραξαθηεξηζηηθώλ ηδηνηήησλ ύγθξηζε ηζρύνο Σάζε αλνηρηνύ θπθιώκαηνο Β) Έιεγρνο κε βάζε ηα STC κεγέζε (κνληέιν Kahoul) ΚΔΦΑΛΑΙΟ 5. ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ ΠΛΑΙΙΟ ΠΟΛΤΚΡΤΣΑΛΛΙΚΟΤ ΠΤΡΙΣΙΟΤ SHARP ΠΛΑΙΙΟ ΜΟΝΟΚΡΤΣΑΛΛΙΚΟΤ ΠΤΡΙΣΙΟΤ FIVE STAR Tμήμα Ηλεκτρoλόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών viii

9 Ευχαριςτίεσ: Ευχαριςτϊ κερμά τθν κακθγιτριά μου και επιβλζπουςα τθσ διπλωματικισ εργαςίασ κ. Βαςιλικι Περράκθ για τθν κακοδιγθςι και τισ ςυμβουλζσ όςον αφορά τθν εκπόνθςθ τθσ παροφςασ εργαςίασ. Επίςθσ, κα ικελα να ευχαριςτιςω τθν οικογζνειά μου και τουσ φίλουσ μου για τθν ςτιριξι τουσ κατά τθν διάρκεια των φοιτθτικϊν μου χρόνων. Tμήμα Ηλεκτρoλόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών ix

10 Ειςαγωγή ΕΙΣΑΓΩΓΗ Μζχρι τον 19 ο αιϊνα ο άνκρωποσ κάλυπτε τισ ενεργειακζσ του ανάγκεσ με τθ χριςθ πθγϊν ενζργειασ όπωσ θ αιολικι και θ υδραυλικι. Με τθ βιομθχανικι επανάςταςθ όμωσ, πθγζσ ενζργειασ όπωσ γαιάνκρακεσ, πετρζλαιο, φυςικό αζριο (ορυκτόσ πλοφτοσ) ζγιναν οι κινθτιριοι μοχλοί τθσ ανκρϊπινθσ κοινωνίασ και οικονομίασ. Κακϊσ τα περιςςότερα κράτθ εκβιομθχανίςτθκαν οι ενεργειακζσ ανάγκεσ τουσ πολλαπλαςιάςτθκαν. Ο πολλαπλαςιαςμόσ των ενεργειακϊν αναγκϊν του ανκρϊπου, οδιγθςε ςτθν εξάντλθςθ των αποκεμάτων ορυκτοφ πλοφτου. Η ζλλειψθ ενεργειακϊν αποκεμάτων αποτελεί ςτισ μζρεσ μασ ενεργειακό πρόβλθμα. Εξάγεται το ςυμπζραςμα, ότι θ ουςία του ενεργειακοφ προβλιματοσ βρίςκεται ςτθν ςυςχζτιςθ των ενεργειακϊν αποκεμάτων που διαρκϊσ μειϊνονται με τισ απαιτιςεισ για κατανάλωςθ ενζργειασ που διαρκϊσ αυξάνονται [Καπλάνθ, 2013]. Αυτό το γεγονόσ υποχρζωςε τισ κοινωνίεσ να ςτραφοφν ςε εναλλακτικζσ πθγζσ ενζργειασ που υπάρχουν ςε αφκονία ςτθν φφςθ. Πζραν τθσ εξάντλθςθσ του ορυκτοφ πλοφτου και των αυξανόμενων αναγκϊν, υπάρχουν και άλλοι παράγοντεσ που πιζηουν προσ τθν εκμετάλλευςθ των ανανεϊςιμων και κακαρϊν πθγϊν ενζργειασ. Πρϊτοσ παράγοντασ είναι οι περιβαλλοντικζσ επιπτϊςεισ που ζχει θ χριςθ των ορυκτϊν καυςίμων. Ένασ άλλοσ παράγοντασ ςχετίηεται με τισ διακυμάνςεισ ςτισ τιμζσ των ορυκτϊν καυςίμων. Λόγω αυτοφ, οι χϊρεσ καταναλωτζσ προςπακοφν να μειϊςουν τθν εξάρτθςθ τουσ από τισ χϊρεσ παραγωγοφσ. Πζραν των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ και των ορυκτϊν καυςίμων, πολλζσ χϊρεσ ζχουν επιλζξει ωσ λφςθ για το ενεργειακό τουσ πρόβλθμα τθν πυρθνικι. Ωςτόςο για πολλοφσ (κυβερνιςεισ, επιςτθμονικι κοινότθτα) δεν αποτελεί λφςθ λόγω του μεγάλου κόςτουσ και των περιβαλλοντικϊν επιπτϊςεων. Άλλεσ χϊρεσ επενδφουν ςτθν ανάπτυξθ, τθν διάδοςθ και τθν εφαρμογι νζων τεχνολογιϊν που κα αξιοποιιςουν τισ ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ (θλιακι, αιολικι, υδραυλικι). Η φωτοβολταϊκι θλεκτρικι ενζργεια, δθλαδι θ θλιακι ενζργεια θ οποία μετατρζπεται ςε θλεκτρικι μζςω φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων, είναι μία ανανεϊςιμθ πθγι που τθν τελευταία δεκαετία ζχει πολλι μεγάλθ ανάπτυξθ. Η τεχνολογία των φωτοβολταϊκϊν άρχιςε να Πανεπιςτήμιο Πατρών-Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών - 1 -

11 Ειςαγωγή αναπτφςςεται ςτθ τζλθ τθσ δεκαετία του 1950, κυρίωσ ςτα πλαίςια διαςτθμικϊν εφαρμογϊν. Η ζρευνα και θ ανάπτυξθ παίηει πολφ ςθμαντικό ρόλο ςτον τομζα των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων, κακϊσ ζχει ςαν ςκοπό τθν καταςκευι φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων που κα αξιοποιοφν ςε μεγαλφτερο βακμό τθν παρεχόμενθ ενζργεια από τον ιλιο και κατ' επζκταςθ κα ζχουν μεγαλφτερο βακμό απόδοςθσ. Η χϊρα μασ ενδείκνυται για τθν αξιοποίθςθ τθσ τεχνολογίασ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων, εξαιτίασ των ευνοϊκϊν καιρικϊν ςυνκθκϊν και του ςθμαντικοφ θλιακοφ δυναμικοφ που παρουςιάηει. Πανεπιςτήμιο Πατρών-TμήμαΗλεκτρoλόγων Μηχανικών & Τεχνολογίασ Υπολογιςτών - 2 -

12 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. ΣΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΚΑΙ ΑΝΑΝΕΩΙΜΕ ΠΗΓΕ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ο θλεκτριςμόσ είναι μία δευτερογενισ μορφι ενζργειασ που θ μεγάλθ αξία τθσ ςυνίςταται ςτο γεγονόσ πωσ είναι εφχρθςτθ κα είναι ςχετικά εφκολθ θ μεταφορά τθσ ςε μεγάλεσ αποςτάςεισ. Η ενζργεια αποτελεί βαςικό άξονα για τθν ανάπτυξθ τθσ ανκρϊπινθσ κοινωνίασ. Σο παρόν κεφάλαιο αρχικά περιγράφει τα χαρακτθριςτικά τθσ τεχνολογικισ προόδου ςτον τομζα τθσ ενζργειασ. τθν ςυνζχεια αναλφονται οι δφο βαςικζσ κατθγορίεσ πθγϊν ενζργειασ Ανανεϊςιμεσ και υμβατικζσ. Γίνεται εκτενισ αναφορά, ςτα είδθ αυτϊν των πθγϊν και ςτα ποςοςτά που κατζχουν ςτθν Ελλάδα. Η τρίτθ παράγραφοσ αναλφει το ενεργειακό πρόβλθμα και τθν ενεργειακι κατάςταςθ τθσ Ελλάδασ. Ιδιαίτερθ αναφορά γίνεται ςτθν χριςθ των φωτοβολταικϊν ςυςτθμάτων. Η τζταρτθ παράγραφοσ παρουςιάηει τθν ενεργειακι κατάςταςθ παγκοςμίωσ, όπου ιδιαίτερθ αναφορά γίνεται ςτθν φωτοβολταϊκι τεχνολογία. Σο κεφάλαιο τελειϊνει παρουςιάηοντασ τουσ προβλθματιςμοφσ για το περιβάλλον ςτον χϊρο τθσ ενζργειασ. 1.1 Σεχνολογικι πρόοδοσ ςτον τομζα τθσ ενζργειασ τθν απαρχι του ο τομζασ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ ιταν μια επικερδισ οικονομικι δραςτθριότθτα με ςυςτιματα παραγωγισ, διανομισ και πϊλθςθσ θλεκτρικισ ενζργειασ για τισ τοπικζσ κοινωνίεσ. Επόμενοσ ςτακμόσ ςτα ςυςτιματα θλεκτρικισ ενζργειασ ιταν τα εκνικά διαςυνδεδεμζνα ςυςτιματα. Ενϊ ςτα μζςα του 20 ου αιϊνα, καταςκευάςτθκαν κεντρικοί ςτακμοί παραγωγισ και δίκτυα μεταφοράσ, με κφριο χρθματοδότθ τισ εκνικζσ κυβερνιςεισ. Η ζντονα αυξανόμενθ ηιτθςθ ςτισ ανεπτυγμζνεσ οικονομίεσ οδιγθςε ςτον ςχεδιαςμό και τθν υλοποίθςθ μεγαλφτερων ςτακμϊν παραγωγισ, υδροθλεκτρικϊν, κερμικϊν ι και πυρθνικϊν. Η ενεργειακι κρίςθ τθσ δεκαετίασ του 70, θ ευαιςκθτοποίθςθ τθσ κοινισ γνϊμθσ για τισ περιβαλλοντικζσ επιπτϊςεισ ςτθ δεκαετία του 80, ο περιοριςμόσ των αποκεμάτων των ορυκτϊν καυςίμων κακϊσ και θ επιρροι των αρχϊν του νεοφιλελευκεριςμοφ, άρχιςαν να ςτρζφουν ςε διαφορετικζσ κατευκφνςεισ τουσ ςτρατθγικοφσ ορίηοντεσ τθσ θλεκτρικισ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-Σμιμα Ηλεκτρολόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν- 3 -

13 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ ενζργειασ. Αποκεντρωμζνεσ μονάδεσ με αποδοτικζσ τεχνολογίεσ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ και μονάδεσ παραγωγισ από ανανεϊςιμεσ πθγζσ, άρχιςαν να εντάςςονται ςτα θλεκτρικά δίκτυα για παράλλθλθ λειτουργία με τουσ κεντρικοφσ ςτακμοφσ [Χατηθβαςιλειάδθσ, 2004]. Η αλλαγι του ρυκμιςτικοφ πλαιςίου και θ ςταδιακι απελευκζρωςθ τθσ αγοράσ τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ κακιςτοφν τισ ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ καταλυτικό παράγοντα ςτον τομζα τθσ ενζργειασ. Ο τομζασ θλεκτρικισ ενζργειασ είναι ο ςθμαντικότεροσ πυλϊνασ των ςφγχρονων κοινωνιϊν. Η αξιόπιςτθ και υψθλισ ποιότθτασ παροχι θλεκτρικισ ενζργειασ προσ τουσ καταναλωτζσ ςτθρίηει άμεςα τθ λειτουργία των υπόλοιπων τεχνολογικϊν υποδομϊν. Μια ςθμαντικι περίοδοσ ςτον τομζα τθσ θλεκτρικισ ενζργειασ χαρακτθρίηεται από κρίςιμεσ αποφάςεισ, νζεσ επιχειρθματικζσ προκλιςεισ, νζεσ τεχνολογίεσ και προοπτικζσ για βιϊςιμθ ανάπτυξθ. Κφριοσ άξονασ όλων αυτϊν είναι θ δθμιουργία νζων ςυςτθμάτων αξιόπιςτθσ παροχισ θλεκτρικισ ενζργειασ. τθν Ευρϊπθ, θ ςτρατθγικι των κρατϊν μελϊν χαράςςει το δρόμο για βιϊςιμα θλεκτρικά ςυςτιματα και ανανεϊςιμεσ πθγζσ. Η ανάπτυξθ τεχνολογιϊν θλιακισ ενζργειασ, αιολικισ ενζργειασ, βιομάηασ, κυψελϊν καυςίμου ςε ςυνδυαςμό με τισ τεχνολογίεσ πλθροφορικισ και επικοινωνιϊν (ICT), αποτελοφν βαςικό ςτοιχείο για τθν εγκατάςταςθ των νζων πθγϊν ενζργειασ ςτο υπάρχον δίκτυο θλεκτριςμοφ των κρατϊν. φμφωνα με μελζτθ του παγκόςμιου οργανιςμοφ ενζργειασ (International Energy Agency) θ παγκόςμια παραγωγι θλεκτριςμοφ από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ μζχρι το 2020 ανζρχεται ςτο 28% τθσ ςυνολικισ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ [International Energy Agency, 2013]. Ο θλεκτριςμόσ προερχόμενοσ από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ προβλζπεται να αυξθκεί κατά 40% από τθν Εικόνα 1.1, παρουςιάηονται αναλυτικά οι τιμζσ από κάκε μία από τισ μορφζσ ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ. Παρατθρείται ότι θ εφαρμογι φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων και θ αιολικι ενζργεια ζχουν το μεγαλφτερο ποςοςτό ςυμμετοχισ.ο παγκόςμιοσ οργανιςμόσ ενζργειασ, ζχει ορίςει 3 διαφορετικζσ γενιζσ τεχνολογιϊν για τισ ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ. Σο κφριο κριτιριο αυτισ τθσ διαφοροποίθςθσ είναι θ τεχνολογικι εξζλιξθ μζςα ςτον τελευταίο αιϊνα. Οι τεχνολογίεσ πρϊτθσ γενιάσ (υδροθλεκτρικι ενζργεια, βιομάηα, γεωκερμικι ενζργεια) χρθςιμοποιοφνταν για παραπάνω από 50 χρόνια με ευρφ φάςμα εφαρμογϊν.τθν κατθγορία δεφτερθσ γενιάσ κατατάςςονται μορφζσ ενζργειασ όπωσ θλιακι Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν - 4 -

14 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ κζρμανςθ και ψφξθ, αιολικι ενζργεια, βίο-ενζργεια, και φωτοβολταϊκά ςυςτιματα, οι οποίεσ αναπτφχκθκαν κυρίωσ μετά τθν πετρελαϊκι κρίςθ τθν δεκαετία του 70. Εικόνα 1.1:Παραγωγι Ηλεκτριςμοφ από Ανανεώςιμεσ Πθγζσ Ενζργειασ (IEA, 2013) Σζλοσ, οι τεχνολογίεσ τρίτθσ γενιάσ εξαρτϊνται ςε μεγάλο βακμό από τθν ζρευνα και ανάπτυξθ, όπου θ χρθματοδότθςθ από επενδυτζσ παίηει ςθμαντικό ρόλο. Οι τεχνολογίεσ τρίτθσ γενιάσ περιλαμβάνουν, βιομάηα-φυςικό αζριο, τεχνολογίεσ βιοδϊφλυςθσ, γεωκερμικι ενζργεια από πετρϊματα και ενζργεια των ωκεανϊν. Η πρόοδοσ ςτον τομζα τθσ νανοτεχνολογίασ μπορεί επίςθσ να διαδραματίςει ζναν ςθμαντικό ρόλο ςτθν τεχνολογικι εξζλιξθ των μορφϊν ενζργειασ. 1.2 Πθγζσ ενζργειασ Η ενζργεια αποτελεί βαςικό άξονα για τθν ανάπτυξθ τθσ ανκρϊπινθσ κοινωνίασ. Οι πθγζσ από τισ οποίεσ παράγεται θ ενζργεια χωρίηονται ςε δφο βαςικζσ κατθγορίεσ. Η πρϊτθ κατθγορία περιλαμβάνει τισ Μθ Ανανεϊςιμεσ πθγζσ, δθλαδι τισ πθγζσ εκείνεσ που δεν είναι δυνατό να ανανεϊςουν τθν αποκθκευμζνθ τουσ ενζργεια και χρθςιμοποιοφν κατά κφριο Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν - 5 -

15 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ λόγο τα υποεδαφικά αποκζματα τθσ γθσ. τθν δεφτερθ κατθγορία (Ανανεϊςιμεσ Πθγζσ) ανικουν εκείνεσ οι πθγζσ ενζργειασ που προζρχονται από διάφορεσ φυςικζσ διαδικαςίεσ Μθ ανανεώςιμεσ πθγζσ ενζργειασ Οι μθ ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ χρθςιμοποιικθκαν κατά κόρον τουσ δφο τελευταίουσ αιϊνεσ και ζχουν ςυνδράμει ςε μεγάλο βακμό ςτθν ανάπτυξθ τθσ ςφγχρονθσ κοινωνίασ. Οι μθ ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ περιλαμβάνουν: τερεά καφςιμα των γαιανκράκων (λιγνίτθσ, ανκρακίτθσ, τφρφθ). Κατεργαςμζνα Τγρά Καφςιμα (μαηοφτ, πετρζλαιο, βενηίνθ, κθροηίνθ). Αζρια καφςιμα (φυςικό αζριο, υγραζριο) Πυρθνικι ενζργεια (ςχάςθ ραδιενεργϊν υλικϊν). Άνκρακασ Είναι το κυριότερο από τα ςυμβατικάκαφςιμαμζχριςιμερα. Αποτελεί τθ βάςθ τθσ βιομθχανικισ επανάςταςθσ και ςτθρίηει ςε μεγάλο μεγάλο ποςοςτό τθν παγκόςμια βιομθχανικι παραγωγι. Πετρζλαιο Σο πετρζλαιο ζχει κακιερωκεί ςτθν αγορά ενζργειασ ωσ μαφροσ χρυςόσ. Χρθςιμεφει κυρίωσ ςτθν βαριά βιομθχανία και ςτισ μεταφορζσ. Σο πετρζλαιο είναι από τα πολυτιμότερα αγακά πάνω ςτον πλανιτθ, αλλά λόγω τθσ μαηικισ χριςθσ του, τα αποκζματα πετρελαίου λιγοςτεφουν και είναι επιτακτικι θ ανάγκθ για ςτροφι ςε εναλλακτικζσ µμορφζσ ενζργειασ. Φυςικό Αζριο ιμερα είναι θ πιο δθμοφιλισ πθγι ενζργειασ, λόγω τθσ μεγάλθσ απόδοςθσ, τθσ γριγορθσ εφαρμογισ αλλά και των λιγότερων επιβλαβϊν ρφπων που εκλφει προσ το περιβάλλον. Πυρθνικι Ενζργεια Σρία πολφ ςοβαρά ατυχιματα που ςυνζβθςαν ςτουσ πυρθνικοφσ ςτακμοφσ (ThreeMileIsland, Πενςυλβάνια 1979,Σςζρνομπιλ, Ουκρανία 1986 και Φουκοςίμα, Ιαπωνία - Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν - 6 -

16 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ 2011), αποκάλυψαν τισ καταςτροφικζσ ςυνζπειεσ που ζχει ςτο περιβάλλον και ςτον άνκρωπο θ πυρθνικι ενζργεια. Ο χρόνοσ θµιηωισ των περιςςοτζρων εκλυόμενων ραδιενεργϊν ςτοιχείων είναι πολφ μεγάλοσ και χρειάηονται εκατοντάδεσ χρόνια για να εξαλειφκοφν τα υπολείμματά τουσ από τθν ατμόςφαιρα και το περιβάλλον. υνεπϊσ, αυτό το χαρακτθριςτικό κακιςτά τθν πυρθνικι ενζργεια εξαιρετικά επιβλαβι για τον άνκρωπο. θμαντικά γεγονότα που ςυνζβθςαν ςτο ενεργειακό ςτερζωμα τθν δεκαετία του 70 (πετρελαϊκι κρίςθ του 1973, ςυνεχόμενθ αφξθςθ τθσ τιμισ του πετρελαίου) οδιγθςαν τθν κοινι γνϊμθ να παρουςιάηει τουσ πρϊτουσ ενδοιαςμοφσ τθσ γφρω από τθν χριςθ αυτϊν των πθγϊν ενζργειασ. Επιπροςκζτωσ, οι αρνθτικζσ ςυνζπειεσ τθσ χριςθσ των φαινομενικά ακίνδυνων καυςίμων επιβάρυναν το φυςικό οικοςφςτθμα και τθν ανκρϊπινθ υγεία. Επίςθσ, τα τρία πολφ ςοβαρά ατυχιματα που ςυνζβθςαν ςτουσ πυρθνικοφσ ςτακμοφσ αποκάλυψαν τισ καταςτροφικζσ ςυνζπειεσ που ζχει ςτο περιβάλλον και ςτον άνκρωπο θ πυρθνικι ενζργεια. υμπεραςματικά, οι µθ ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ ζχουν οριςμζναμειονεκτιματα και κατά περιπτϊςεισ καταςτροφικά. Πζραν των φανερϊν επιπτϊςεων που ζχουν οι προαναφερκείςεσ ενεργειακζσ πθγζσ υπάρχουν επίςθσ και περιοριςμζνεσ προοπτικζσ αποκεμάτων. φμφωνα με ζρευνεσ που ζχουν γίνει, τα ενεργειακά αποκζματα αυτϊν των πθγϊν μποροφν να διαρκζςουν 200 χρόνια για τον άνκρακα, 60 χρόνια για το φυςικό αζριο και 50 χρόνια για το πετρζλαιο [Φραγκιαδάκθσ, 2007]. Επειδι λοιπόν τα αποκζματαςυμβατικϊνκαυςίμων λιγοςτεφουν και θ πυρθνικι ενζργεια, όχι µόνο δε λφνει το ενεργειακό πρόβλθμα αλλά το επιδεινϊνει, οι άνκρωποι ςτρζφονται ολοζνα και περιςςότερο ςτισ ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ Ανανεώςιμζσ πθγζσ ενζργειασ Λόγω των μειονεκτθμάτων των µθ ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ που αναφζρκθκαν παραπάνω, θ επιςτθμονικι κοινότθτα ζχει ςτραφεί ςτισ Ανανεϊςιμεσ Πθγζσ Ενζργειασ ι Ήπιεσ Μορφζσ Ενζργειασ. Ο όροσ ανανεϊςιμεσ/ιπιεσ αναφζρεται ςε τρία κυρίωσ χαρακτθριςτικά: 1) πρϊτον για τθν εκμετάλλευςι τουσ δεν απαιτείται κάποια ενεργθτικι παρζμβαςθ, όπωσ εξόρυξθ ι άντλθςθ και 2) δεφτερον είναι φιλικζσ προσ το περιβάλλον και 3) τρίτον βρίςκονται ςε μεγάλεσ ποςότθτεσ ςτθν φφςθ. Επιπλζον, ανανεϊςιμεσ χαρακτθρίηονται οι πθγζσ που κα ςυνεχίηουν να παρζχουν ςτθν ανκρϊπινθ κοινωνία ενζργεια ςε βάκοσ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν - 7 -

17 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ χρόνου. Οι ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ, για τισ οποίεσ αναηθτοφνται ςυνεχϊσ τρόποι βελτίωςθσ και ανάπτυξισ τουσ για τθ διευκόλυνςθ του ανκρϊπου και τθν προςταςία του περιβάλλοντοσ, παρουςιάηονται ςυνοπτικά παρακάτω: Αιολικι Ενζργεια (άνεμοσ) Ενζργεια Βιομάηασ Ηλιακι Ενζργεια (ιλιοσ) Γεωκερμικι Ενζργεια Τδροθλεκτρικι Ενζργεια (υδατοπτϊςεισ) Ενζργεια Ωκεανϊν (παλιρροϊκϊν κινιςεων και καλάςςιων ρευμάτων) Ενζργεια από ςειςμοφσ Αιολικι Ενζργεια Είναι µία μορφι ενζργειασ που γνωρίηει ςθμαντικι ανάπτυξθ ςτθ ςθμερινι εποχι. Ο αζρασ βρίςκεται ςε αφκονία ςτθν φφςθ και θ ζκλυςθ ρφπων είναι μθδαμινι. Η ανάπτυξθ είναι ραγδαία κακϊσ τα πλεονεκτιματα τθσ εκμετάλλευςθσ τθσ αιολικισ ενζργειασ, υπερκαλφπτουν τα μειονεκτιματα τθσ και υπόςχονται παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ υψθλισ αποδοτικότθτασ µε γνϊμονα το περιβάλλον. Βιομάηα Η ενζργεια βιομάηασ είναι μία μορφι ενζργειασ που παρουςιάηεται από τα προϊςτορικά χρόνια. Οι κάτοικοι τθσ γθσ χρθςιμοποιοφςαν τθν καφςθ του ξφλου για τθν κάλυψθ των αναγκϊν τουσ. Η βιομάηα είναι µία πθγι ενζργειασ µε πολλζσ δυνατότθτεσ και εφαρμογζσ, κακϊσ φυτικά υπολείμματα και ηωικά απόβλθτα μετατρζπονται εφκολα ςε ενζργεια. Ηλιακι Ενζργεια Μια αρκετά ενδιαφζρουςα µορφι ενζργειασ κακϊσ θ πθγι τθσ, ο Ήλιοσ, είναι ανεξάντλθτθ. Η Ελλάδα ζχει το προνόµιο να απολαμβάνει µακράσ διάρκειασ θλιοφάνεια ανά ζτοσ και θ εκμετάλλευςθ του ιλιου ζχει πλζον εδραιωκεί ςτθν αγορά ενζργειασ. Φωτοβολταϊκά ςυςτιματα και βιοκλιματικόσ ςχεδιαςμόσ κτιρίων είναι δφο κφρια δείγματα τρόπων εκμετάλλευςθσ τθσ θλιακισ ενζργειασ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν - 8 -

18 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ Γεωκερμικι Ενζργεια Γεωκερμικι ενζργεια ορίηεται ωσ θ μορφι ενζργειασ που παράγεται απ' τθ ραδιενεργό αποςφνκεςθ των πετρωμάτων τθσ γθσ. ε αυτιν οφείλεται και το φαινόμενο τθσ ανάβλυςθσ ατμϊν από τα θφαιςτειακά πετρϊματα. Με το ςθμερινό τεχνολογικό εξοπλιςμό που διακζτουμε µπορεί να καλφψει ςθμαντικά ποςά ηιτθςθσ ενζργειασ εκμεταλλευόμενοι το κερμό νερό που βρίςκεται ςε υψθλότερθ κερμοκραςία ςτον πυρινα τθσ γθσ. Η κερμοκραςία του γεωκερμικοφ ρευςτοφ παίρνει τιμζσ από 25 C ζωσ 350 C. Η γεωκερμικι ενζργεια χρθςιμοποιείται για δφο κυρίωσ λόγουσ, ανάλογα με τθν κερμοκραςία που ζχουν τα γεωκερμικά ρευςτά. Για κερμοκραςία των γεωκερμικϊν ρευςτϊν πάνω από 150 C, θ γεωκερμικι ενζργεια χρθςιμοποιείται κατά κφριο λόγο για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ. Ενϊ ςτθν περίπτωςθ που θ κερμοκραςία είναι χαμθλότερθ, θ γεωκερμικι ενζργεια αξιοποιείται για τθ κζρμανςθ κατοικιϊν, κερμοκθπίων, κτθνοτροφικϊν μονάδων. Υδατοπτώςεισ Αποτελοφν ζναν φιλικό προσ το περιβάλλον τρόπο παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ κακϊσ δεν εκπζμπουν ρφπουσ. θµιουργϊντασφράγµατα ςε ςθµεία όπου θ µορφολογία του εδάφουσ είναι ευνοϊκι επιτυγχάνουμε τθν τροφοδοςία υδροςτροβίλων. Παρά το γεγονόσ ότι είναι ζνασ αποδοτικόσ τρόποσ παραγωγισ ενζργειασ, θ καταςκευι φραγµάτων µπορεί να οδθγιςει ςε αλλοίωςθ του περιβάλλοντοσ τθσ περιοχισ. Ενζργεια Ωκεανών Η ενζργεια ωκεανϊν εκμεταλλεφεται τθν κίνθςθ τθσ παλίρροιασ κα τα καλάςςια ρεφματα. Οι ςτακμοί εγκακίςτανται ςε ςθμεία που ευνοοφν τθν εκμετάλλευςθ του φψουσ και τθσ διάρκειασ των κυμάτων. Κατά τθν πτϊςθ του νεροφ από μεγάλο φψοσ, μειϊνεται θ ςτάκμθ του, και διζρχεται μζςα από μία τουρμπίνα, θ οποία παράγει θλεκτριςμό. τθν Ελλάδα αυτι θ μορφι ενζργειασ δεν ζχει ευδοκιμιςει κακϊσ είναι δφςκολο να βρεκεί ςθμαντικι ενεργθτικότθτα των καλαςςϊν τθσ χϊρασ. Σο µειονζκτθµα είναι ότι υπάρχουν λίγοι ςτακμοίµετατροπισ αυτισ τθσ ενζργειασ ωσ αποτζλεςμα να είναι δφςκολο να καλφψει ενεργειακζσ ανάγκεσ ςε µεγάλθ ηιτθςθ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν - 9 -

19 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ Ενζργεια από ςειςμοφσ Η επιςτθμονικι κοινότθτα ζχει παρατθριςει τθν ζκλυςθ ενζργειασ κατά τθν διάρκεια ςειςμικϊν δονιςεων. Τπάρχει όμωσ το βαςικό µειονζκτθµα, ότι δεν µπορεί να γίνει ακριβϊσ γνωςτό το πότε κα ενεργοποιθκοφν οι τεκτονικζσ πλάκεσ. Για τον λόγο αυτό θ αξιοποίθςθ των ςειςμϊν ωσ µζκοδοσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ δεν κεωρείται πολφ αξιόπιςτθ. Όπωσ ζχει προαναφερκεί, αυτζσ οι μορφζσ ενζργειασ, ςε αντίκεςθ με τα ορυκτά καφςιμα, είναι φιλικζσ προσ το περιβάλλον και ζχουν ανεξάντλθτθ διάρκεια ηωισ. Δυςτυχϊσ όμωσ, όπωσ φαίνεται και ςτο χιμα 1.1, αποτελοφν μόνο το 20% τθσ ςυνολικισ παραγόμενθσ ενζργειασ παγκοςμίωσ. Σο ποςοςτό αυτό πριν δζκα χρόνια ιταν πάρα πολφ μικρό, αλλά θ επαγρφπνθςθ των κρατϊν και θ υιοκζτθςθ νζων πολιτικϊν για τθν χριςθ ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ άλλαξαν το ενεργειακό ςκθνικό. Η ανάγκθ για μείωςθ ςε παγκόςμιο επίπεδο των αζριων ρφπων οδιγθςε το καλοκαίρι του 1992 ςτθν διάςκεψθ ςτο Ρίο όπου οι επικεφαλισ των βιομθχανικϊν χωρϊν δεςμεφτθκαν να μειϊςουν μζχρι το 2000 τισ εκπομπζσ αερίων που προκαλοφν το φαινόμενο του κερμοκθπίου μζχρι το 2000 [United Nations, 1992]. τθν ςυνζχεια ιρκε θ διάςκεψθ ςτο Κιότο τθσ Ιαπωνίασ το Δεκζμβριο του 1997, όπου υπεγράφθ θ πρϊτθ ςυμφωνία ςε παγκόςμιο επίπεδο για τθν κλιματικι αλλαγι, θ οποία τζκθκε ςε ιςχφ ςτισ 16 Φεβρουαρίου 2005 [United Nations, 1997]. Η παγκόςμια ςτροφι προσ τθν προςταςία του περιβάλλοντοσ και του ανκρϊπου οδιγθςε ςτθν μεγάλθ ανάπτυξθ των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ, Εικόνα 1.2. Εικόνα 1.2: Παραγόμενθ Ιςχφσ από Ανανεώςιμεσ Πθγζσ Ενζργειασ (International Energy Agency, 2013) Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

20 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ 1.3 Ενεργειακι κατάςταςθ Ελλάδασ ε παγκόςμιο επίπεδο, τα αποκζματα ενζργειασ διαρκϊσ μειϊνονται, ενϊ οι απαιτιςεισ για κατανάλωςθ ενζργειασ διαρκϊσ αυξάνονται. Η κατάςταςθ που επικρατεί ςτθν Ελλάδα δε διαφζρει από τθν κατάςταςθ που επικρατεί ςτον υπόλοιπο κόςμο. Αυτό το φαινόμενο ορίηεται ωσ ενεργειακό πρόβλθμα. Η ουςία του ενεργειακοφ προβλιματοσ βρίςκεται ςτθν αντιςτρόφωσ ανάλογθ ςχζςθ μεταξφ των ενεργειακϊν αποκεμάτων και τθσ κατανάλωςθσ ενζργειασ. Για τθν Ελλάδα ςυγκεκριμζνα θ χϊρα χαρακτθρίηεται από υψθλι ενεργειακι ζνταςθ (παραγόμενεσ kwh ανά μονάδα ΑΕΠ), υψθλι εξάρτθςθ από πετρζλαιο και λιγνίτθ που αποτελοφν τα πλζον ρυπογόνα καφςιμα, και άςκοπθ κατανάλωςθ ενζργειασ ςτον οικιακό και τριτογενι τομζα [Καπλάνθ, 2013]. Αυτό ζχει ςαν ςυνζπεια τθν εξάρτθςθ του κράτουσ, από άλλεσ χϊρεσ, με αποτζλεςμα να ηθμιϊνεται θ ελλθνικι κοινωνία. Η κάλυψθ των ενεργειακϊν αναγκϊν (μεταφορζσ, παραγωγι, οικιακι χριςθ) απαιτεί τθν εφρεςθ εναλλακτικϊν λφςεων οι οποίεσ ταυτόχρονα μειϊνουν και το κόςτοσ. Για τθν αντιμετϊπιςθ του ενεργειακοφ προβλιματοσ πρζπει να λθφκοφν μζτρα που κα ςτθρίηονται ςτουσ εξισ άξονεσ: 1. Αποδοτικότερθ χριςθ τθσ ενζργειασ μζςω: διαχωριςμοφ ενζργειασ - οικονομικισ ανάπτυξθσ αφξθςθσ τθσ ωφζλιμθσ ενζργειασ ςε ςχζςθ με τθν καταναλιςκομζνθ 2. Μείωςθ τθσ άςκοπθσ κατανάλωςθσ ενζργειασ 3. Αφξθςθ χριςθσ Ανανεϊςιμων Πθγϊν Ενζργειασ Για τθν επιτυχι ςτρατθγικι εκμετάλλευςθσ των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ ςτθν χϊρα μασ, χρειάηεται 1) ενθμζρωςθ/προϊκθςθ ςτουσ καταναλωτζσ ςχετικά με τα πλεονεκτιματα των εναλλακτικϊν μορφϊν ενζργειασ και τθσ εξοικονόμθςθσ ενζργειασ, 2) ςχεδιαςμόσ μίασ ςτιβαρισ ενεργειακισ ατηζντασ και 3) αξιοποίθςθ τθσ ςφγχρονθσ τεχνολογίασ. Η παγκόςμια ςτροφι προσ τθν προςταςία του περιβάλλοντοσ και του ανκρϊπου είναι οδθγόσ για τθν ανάπτυξθ ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ και ςτθν Ελλάδα. Παρά τα πλεονεκτιματα των Ανανεϊςιμων Πθγϊν Ενζργειασ (ΑΠΕ), θ χριςθ τουσ ςτθν Ελλάδα δεν είναι τόςο ανεπτυγμζνθ, ςυγκριτικά με τθν πρϊτθ φλθ (ιλιοσ, άνεμοσ) που βρίςκεται ςε πλεόναςμα ςτον ελλαδικό χϊρο. Η κατανάλωςθ ενζργειασ βαςίηεται κυρίωσ ςε πθγζσ ορυκτϊν καυςίμων. Η Ελλάδα, αναλογικά με τον πλθκυςμό τθσ, κατζχει μια από τισ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

21 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ πρϊτεσ κζςεισ ςτθν κατανάλωςθ θλεκτρικισ ενζργειασ, ςε ςχζςθ με τισ υπόλοιπεσ χϊρεσ τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ. Οι 3 κφριοι τομείσ που ςυμμετζχουν ςτθν τελικι κατανάλωςθ ενζργειασ (ΣΚΕ) τθσ Ελλάδασ, είναι οι μεταφορζσ, θ βιομθχανία και θ οικιακι κατανάλωςθ. Ζνα ςθμαντικό ςυμπζραςμα που μπορεί να εξαχκεί από τα επόμενα διαγράμματα είναι θ ςθμαντικι μείωςθ του ποςοςτοφ κατανάλωςθσ ενζργειασ ςτον βιομθχανικό τομζα, που οφείλεται ςτον εκςυγχρονιςμό των βιομθχανικϊν μονάδων τθσ Ελλάδασ, και θ αφξθςθ του ποςοςτοφ τθσ κατανάλωςθσ ςτον οικιακό τομζα. Η κατανομι του ΣΚΕ ανά Σομζα τθν τελευταία εικοςαετία δίνεται ςτον παρακάτω πίνακα: Σελικι Κατανάλωςθ Ενζργειασ 1991 Σελικι Κατανάλωςθ Ενζργειασ 2011 Μεταφορζσ 40% Μεταφορζσ 41% Βιομθχανία 27% Βιομθχανία 18% Οικιακόσ 21%. Οικιακόσ 29%. Πίνακασ 1.1: Σελικι Κατανάλωςθ Ενζργειασ ςτθν Ελλάδα ανά Σομζα *ΤΠΕΚΑ, τθν Εικόνα 1.3 φαίνεται θ τελικι κατανάλωςθ ενζργειασ ςτθν Ελλάδα μζςα ςε 20 χρόνια ςε τόνουσ ιςοδφναμου πετρελαίου (ΣΙΠ). Η τελικι κατανάλωςθ ενζργειασ αυξικθκε κατά 25% ςτθ διάρκεια τθσ περιόδου , αντικατοπτρίηοντασ τθν καλι οικονομικι κατάςταςθ τθσ χϊρασ κατά τθν περίοδο αυτι.η χϊρα μασ ζχει δεςμευτεί ςτθν επίτευξθ του ςτόχου που αφορά τθ μείωςθ των εκπομπϊν CO2 κατά 20%, τθν εξοικονόμθςθ ενζργειασ κατά 20% και τθν αφξθςθ του ποςοςτοφ τθσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ (ΑΠΕ) ςε ποςοςτό 20% μζχρι το 2020 [European Union, 2007]. τα πλαίςια τθσ ανάπτυξθσ τθσ παράγωγθσ θλεκτριςμοφ από ςυςτιματα που χρθςιμοποιοφν ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ, το ελλθνικό κράτοσ ανακοίνωςε νόμο που αποβλζπει ςτθν εγκατάςταςθ φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων διαςυνδεδεμζνων με το δίκτυο χωρθτικότθτασ τουλάχιςτον 640MWp και αυτόνομων ςτα νθςιά χωρθτικότθτασ τουλάχιςτον 200MWp μζχρι το τζλοσ του Μζχρι το 2006 τα εγκατεςτθμζνα ςυςτιματα φωτοβολταϊκϊν ςτθν Ελλάδα ιταν κυρίωσ αυτόνομα ςε απομακρυςμζνεσ περιοχζσ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

22 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ Εικόνα 1.3: Σελικι Κατανάλωςθ Ενζργειασ ςτθν Ελλάδα (ΣΙΠ) *ΤΠΕΚΑ,2014+ τθν Εικόνα 1.4 φαίνεται θ ετιςια και ςυνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ από φωτοβολταϊκά ςυςτιματα ςτθν Ελλάδα μζχρι το Εικόνα 1.4: Εγκατεςτθμζνθ Ιςχφσ από Φωτοβολταϊκά υςτιματα ςτθν Ελλάδα [ Ελλθνικι Ζνωςθ Εταιρειών Φωτοβολταικών υςτθμάτων, 2014] Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

23 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ Ανανεώςιμεσ πθγζσ ςτθν Ελλάδα Η ςυνολικι ςυνειςφορά των ΑΠΕ καταγράφει ςτακερά ανοδικι πορεία τα τελευταία χρόνια ςτθν Ελλάδα. φμφωνα με όςα αναφζρονται ςε μελζτθ που διενεργικθκε τον Ιοφνιο 2013 από τον Λειτουργό τθσ Αγοράσ Ηλεκτρικισ Ενζργειασ Α.Ε. (ΛΑΓΗΕ), θ εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ από ΑΠΕ βρίςκεται ςτα 4.100MW. Παρατθρείται άνοδοσ 64% από το 2010, που ςθμαίνει κατά μζςο όρο κάκε χρόνο προςτίκενται ςτο δίκτυο 500MW [Hellenic Electricity Market Operators, 2013]. Η ςυνολικι παραγωγι θλεκτρικισ ενζργεια ανιλκε ςτισ 800GWh. Ακόμα βζβαια, οι ΑΠΕ αποτελοφν ζνα μικρό μζροσ τθσ κακαρισ εγχϊριασ παραγωγισ ενζργειασ. Σα εγκατεςτθμζνα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα παράγουν 2300MW, από τα οποία τα περιςςότερα είναι τοποκετθμζνα ςτθν Κεντρικι Ελλάδα και ςτθν Πελοπόννθςο. Κακοριςτικό παράγοντα ανάπτυξθσ αποτζλεςαν οι νζεσ εγγυθμζνεσ τιμζσ αγοράσ θλεκτρικισ ενζργειασ που τζκθκαν ςε ιςχφ τθν 1θ Φεβρουαρίου Εικόνα 1.5: Εγκατεςτθμζνθ Ιςχφσ από ΑΠΕ ςτθν Ελλάδα *ΤΠΕΚΑ,2014+ φμφωνα με μελζτθ του Τπουργείου Περιβάλλοντοσ, Ενζργειασ και Κλιματικισ Αλλαγισ, θ ςυνολικι ςυνειςφορά των ΑΠΕ που προβλζπεται ςτο ενεργειακό ιςοηφγιο τθσ Ελλάδασ κα φκάςει το 2020 το 40% τθσ θλεκτροπαραγωγισ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

24 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ Εικόνα 1.6: Διείςδυςθ ΑΠΕ ςτο Ενεργειακό Ιςοηφγιο [ΤΠΕΚΑ, 2014] 1.4 Ενεργειακι κατάςταςθ παγκόςμια τισ προθγοφμενεσ παραγράφουσ αναφζρκθκε ότι θ κατανάλωςθ ενζργειασ εμφάνιςε δραματικι αφξθςθ, ενϊ ταυτόχρονα τα ενεργειακά αποκζματα μειϊνονται. Η ενεργειακι ςκθνι είναι διαφορετικι από ότι πριν μερικά χρόνια. Παρατθρείται μία εναλλαγι ρόλων μεταξφ χωρϊν που ςυνεργάηονταν ςτον χϊρο τθσ ενζργειασ. Χϊρεσ που εξιγαγαν ενζργεια τϊρα πλζον ειςάγουν [IEA, 2013]. Οι εξαγωγικζσ δυνάμεισ ςτο χϊρο τθσ ενζργειασ επθρεάηουν τθν αφξθςθ τθν ηιτθςθ ενζργειασ. Μεγάλεσ διαφορζσ παρατθροφνται ςτισ τιμζσ του φυςικοφ αερίου και του πετρελαίου. Οι μακροπρόκεςμεσ λφςεισ ςτισ παγκόςμιεσ ενεργειακζσ προκλιςεισ εξακολουκοφν να ςτοχεφουν ςτθν μείωςθ των επιβλαβϊν ρφπων του περιβάλλοντοσ. Παρά τισ προςπάκειεσ των κυβερνιςεων για πράςινθ ενζργεια, δυςτυχϊσ 1.3 διςεκατομμφρια άνκρωποι δεν ζχουν θλεκτρικό ρεφμα. τον παγκόςμιο χάρτθ θ Κίνα είναι θ βαςικι κινθτιρια δφναμθ τθσ αφξθςθσ τθσ ηιτθςθσ ενζργειασ κατά τθν τρζχουςα δεκαετία, αλλά θ Ινδία μετά τθν δεκαετία του 2020 κα είναι ο ρυκμιςτισ τθσ ηιτθςθσ τθσ ενζργειασ. Σο ςθμερινό ποςοςτό των ορυκτϊν καυςίμων ςτθν παγκόςμια αγορά είναι 82%, το ίδιο όπωσ ιταν πριν από 25 χρόνια. Παρότι οι ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ κα χρθςιμοποιθκοφν ςε μεγάλο βακμό ςτθν επόμενθ 20ετία, το ποςοςτό των Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

25 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ ορυκτϊν καυςίμων, κα μειωκεί μόνο 7%. Η Eικόνα 1.7, παρουςιάηει τθν ηιτθςθ τθν οποία κα ζχουν διάφορεσ μορφζσ ενζργειασ μζςα ςτα επόμενα 20 χρόνια. Από το γράφθμα εξάγεται το ςυμπζραςμα, ότι πθγζσ ενζργειασ, όπωσ ο άνκρακασ και το πετρζλαιο δεν κα χρθςιμοποιθκοφν τόςο ζντονα όςο ςτο παρελκόν για τθν κάλυψθ των ενεργειακϊν αναγκϊν. Αντίκετα, οι ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ και θ πυρθνικι ενζργεια κα υπερδιπλαςιάςουν το ποςοςτό τουσ ςτθν ενεργειακι ςκακιζρα μζχρι το Σζλοσ, το φυςικό αζριο κα προςφζρει τισ ίδιεσ ποςότθτεσ. Εικόνα 1.7: Διείςδυςθ ΑΠΕ ςτο Ενεργειακό Ιςοηφγιο Ανανεώςιμεσ πθγζσ παγκοςμίωσ Οι προβλζψεισ του Παγκόςμιου Οργανιςμοφ Ενζργειασ δείχνουν ότι το ποςοςτό των ΑΠΕ που ςυμβάλλουν ςτθν παραγωγι ιςχφοσ κα αυξθκεί από 20% (2011) ςε 31% (2035) [IEA, 2013]. Η ηιτθςθ για τισ ςφγχρονεσ ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ - υδροθλεκτρικι, αιολικι, θλιακι, γεωκερμικι, καλάςςια και βιοενζργεια - κα αυξθκεί κατά 2.5 φορζσ ςχεδόν από το 2011 ζωσ το H Εικόνα 1.8παρουςιάηει τθν ςυμμετοχι των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ ςε 3 διαφορετικοφσ ενεργειακοφσ τομείσ, λαμβάνοντασ υπόψθ τθν γεωγραφικι κζςθ του τόπου. Η μεγαλφτερθ ςυμμετοχι των ΑΠΕ παρατθρείται ςτον τομζα παραγωγισ θλεκτριςμοφ, ενϊ το μικρότερο ποςοςτό καταλαμβάνει θ ςυμμετοχι των ΑΠΕ ςτον τομζα των μεταφορϊν. Από το παρακάτω γράφθμα διαφαίνεται επίςθσ, ότι θ Ευρωπαϊκι Ζνωςθ προςπακεί να ειςάγει τισ ανανεϊςιμεσ πθγζσ όςο το δυνατόν περιςςότερο ςτο αναπτυξιακό τθσ πρόγραμμα. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

26 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ Εικόνα 1.8:Ανανεώςιμεσ Πθγζσ Ενζργειασ ανά Γεωγραφικι Περιοχι [IEA, 2013] Σο 2009, θ επιτροπι κλιματικισ αλλαγισ και περιβάλλοντοσ τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ, ζκεςε δεςμευτικοφσ ςτόχουσ ςε όλα τα κράτθ-μζλθ με ςτόχο να επιτφχει ποςοςτό 20% τθσ ςυνολικισ παραγόμενθσ ενζργειασ από ανανεϊςιμεσ πθγζσ μζχρι το Μζχρι το 2012 θ ΕΕ κατάφερε να ζχει εμφανίςει ποςοςτό ενζργειασ 14,1%. Υςτερα από τισ γεωπολιτικζσ διακυμάνςεισ ςτθν Ανατολικι Ευρϊπθ και τθν αντίκεςθ κάποιων μελϊν προσ τουσ αρχικοφσ ςτόχουσ, το 2014 θ Ευρωπαϊκι Ζνωςθ ανακοίνωςε τθν ζναρξθ ςυηθτιςεων για αναπροςαρμογι του αρχικοφ πλάνου. τθν Εικόνα 1.9 φαίνεται το ποςοςτό τθσ ενζργειασ που παράγεται από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ ςτα διάφορα κράτθ τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ. Σο πράςινο χρϊμα δθλϊνει το ποςοςτό ενζργειασ που ζχει παραχκεί από τισ ανανεϊςιμεσ πθγζσ κατά το 2012, ενϊ το γκρι χρϊμα δθλϊνει τον ςτόχο που ζχει κζςει θ ευρωπαϊκι κοινότθτα για κάκε χϊρα μζλοσ. Σο εντυπωςιακό φαινόμενο παρατθρείται ςτθν περίπτωςθ τθσ ουθδίασ, θ οποία ζχει ξεπεράςει τουσ πρωταρχικοφσ ςτόχουσ. Η παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ προερχόμενθ από φωτοβολταϊκά ςυςτιματα ςε παγκόςμιο επίπεδο, αυξάνεται κάκε χρόνο κατά 50% κατά τθν τελευταία δεκαετία, φκάνοντασ ςχεδόν 100TWh το ε αυτό το ζτοσ, θ ςυνολικι εγκατεςτθμζνθ ιςχφσ τθσ θλιακισ φωτοβολταϊκισ ενζργειασ αυξικθκε κατά 43% (29.4 GW). Η Γερμανία μόνθ τθσ, υπό τθν ϊκθςθ τθσ ιςχυρισ κρατικισ ςτιριξθσ, παράγει περίπου 7,6 GW. Άλλεσ χϊρεσ με μεγάλα ποςοςτά παραγόμενθσ φωτοβολταϊκισ ενζργειασ είναι θ Ιταλία (3,6 GW), θ Κίνα (3,5 GW), οι Ηνωμζνεσ Πολιτείεσ (3,3 GW), θ Ιαπωνία (2,0 GW) Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

27 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ και θ Ινδία (1,1 GW). ε κάκε χϊρα, θ ανάπτυξθ προιλκε από τα προγράμματα ςτιριξθσ και τισ επιδοτιςεισ των κυβερνιςεων. Εικόνα 1.9: Ανανεώςιμεσ Πθγζσ Ενζργειασ ανά Κράτοσ τθσ ΕΕ[IEA, 2013] Η Εικόνα 1.10 παρουςιάηειζνανςυγκριτικό πίνακα με τθν υπάρχουςα και τθν προβλεπόμενθ ιςχφ των φωτοβολταικϊν ςυςτθμάτων ανά γεωγραφικι περιοχι. Εικόνα 1.10: υγκριτικόσ Πίνακασ για Φωτοβολταϊκά υςτιματα ανά Γεωγραφικι Περιοχι [IEA, 2013] Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

28 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ Ενεργειακι αποδοτικότθτα παγκοςμίωσ Ενεργειακι απόδοςθ ςθμαίνει χριςθ λιγότερθσ ενζργειασ για να επιτευχκεί το ίδιο αποτζλεςμα. Μια νζα ζκκεςθ του Αμερικανικοφ υμβουλίου Ενεργειακισ Οικονομίασ (ACEEE) κατζταξε τισ 16 μεγαλφτερεσ οικονομίεσ του κόςμου ανάλογα με τισ επιδόςεισ τουσ ςε ςχζςθ με τθ χριςθ τθσ ενζργειασ. Οριςμζνεσ από τισ παραμζτρουσ που περιλαμβάνονται ςτθν ζκκεςθ ιταν θ παρουςία ενόσ εκνικοφ ςτόχου για ετιςια εξοικονόμθςθ ενζργειασ, πρότυπα οικονομίασ καυςίμου για τα οχιματα, και πρότυπα ενεργειακισ απόδοςθσ για τισ οικιακζσ ςυςκευζσ [Young, 2014]. Η ζκκεςθ επικεντρϊνεται ςε τρεισ κφριεσ κατθγορίεσ - κτίρια, βιομθχανία και τισ μεταφορζσ - και μία τζταρτθ κατθγορία που ςχετίηεται με τισ ενδείξεισ τθσ εκνικισ δζςμευςθσ για τθν ενεργειακι απόδοςθ. Η μζγιςτθ βακμολογία που κα μποροφςε να πάρει μια χϊρα είναι 100 μονάδεσ, 25 μονάδεσ ςε κάκε μία από αυτζσ τισ τζςςερισ ενότθτεσ. Με ςκορ 65/100, θ Γερμανία είναι ςτθν κορυφι τθσ κατάταξθσ, ενϊ ακολουκεί και θ Ιταλία με 64/100 μονάδεσ. Δφο χϊρεσ, θ Γαλλία και θ Ιταλία, ςυν τθν Ευρωπαϊκι Ζνωςθ παρουςιάηονται, πρωτοπόρεσ ςτισ εκνικζσ προςπάκειεσ για αφξθςθ τθσ ενεργειακισ αποδοτικότθτασ τουσ. Η Κίνα κατετάγθ πρϊτθ ςτθν κατθγορία των κτιρίων, θ Γερμανία ςτθν κατθγορία τθσ βιομθχανίασ, και θ Ιταλία ςτθν κατθγορία των μεταφορϊν. Ο Πίνακασ 1.2 παρουςιάηει τα ςυγκεντρωτικά αποτελζςματα τθσ μελζτθσ. Χώρα Εκνικζσ προςπάκειεσ Κτίρια Βιομθχανία Μεταφορζσ φνολο Γερμανία Ιταλία Ευρωπαϊκι Ζνωςθ Κίνα Γαλλία Ιαπωνία Μεγάλθ Βρετανία Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

29 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ Ιςπανία Καναδάσ Αυςτραλία Ινδία Ν. Κορζα Η.Π.Α Ρωςία Βραηιλία Μεξικό Πίνακασ 1.2:υγκριτικόσ Πίνακασ για Ενεργειακι Αποδοτικότθτα ςε Παγκόςμια Κλίμακα [American Council for an Energy-Efficient Economy, 2014] Σον περαςμζνο Μάιο, θ Γερμανία ςθμείωςε παγκόςμιο ρεκόρ για τθνικανοποίθςθ του 74% των ενεργειακϊν αναγκϊν τθσ από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ, και τον Ιοφνιο ανακοίνωςε ότι είχε παράγει το ιμιςυ τθσ ενζργειασ από τθν θλιακι ενζργεια (κατά κφριο λόγο φωτοβολταϊκά ςυςτιματα). Από τθν μεριά τθσ θ Κίνα που κατάλαβε τθν 4 θ κζςθ ςτθν τελικι βακμολογία ζχει ταχεία βελτίωςθ ςτον τομζα τθσ ενεργειακισ αποδοτικότθτασ. Η Ιαπωνία που τα προθγοφμενα χρόνια βριςκόταν ςτθν κορυφι, κυρίωσ εξαιτίασ του µεγάλουαρικμοφ υδροθλεκτρικϊν ζργων, αλλά και των πυρθνικϊν µονάδων, κατζλαβε τθν 6 θ κζςθ [Young, 2014]. Η Μεγάλθ Βρετανία είναι θ µεγαλφτερθ παραγωγόσ πετρελαίου και φυςικοφ αερίου ςτθν Ευρωπαϊκι Ζνωςθ, ενϊ παράλλθλα κάνει ειςαγωγζσ ορυκτϊν καυςίμων για τθν κάλυψθ των αναγκϊν τθσ. Οι ςυςτθματικζσ προςπάκειεσ για τθν ανάπτυξθ των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ τθν φζρνουν να καταλαμβάνει τθν 7 θ κζςθ. φμφωναµετθν βρετανικι κυβζρνθςθ κατά τθν διάρκεια των Ολυμπιακϊν Αγϊνων του 2012, το 25% τθσ κατανάλωςθσ ενζργειασ καλφφτθκε από ανανεϊςιμεσ πθγζσ ενζργειασ. εν αποτελεί ζκπλθξθ, θ τρίτθ κζςθ τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ, που ζχει ρίξει πολφ μεγάλο βάροσ ςτθν ενεργειακι αποδοτικότθτα των κρατϊν μελϊν. τθν ΕΕ ςυγκαταλζγονται χϊρεσ όπωσ θ ουθδία, θ Δανία και θ Αυςτρία που οι ανανεϊςιμεσ μορφζσ ενζργειασ καταλαμβάνουν ςθμαντικό µερίδιο ςτο ενεργειακό ιςοηφγιο τθσ κάκε χϊρασ. Για παράδειγμα, από το 1973 θ κυβζρνθςθ τθσ ανίασ, επζβαλεδαςμοφσ και φόρουσ ςτα ορυκτά καφςιμα, Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

30 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ δίνοντασ επιπλζον κίνθτρα για τισ "πράςινεσ" επενδφςεισ. Η Αυςτρία, είναι πρωτοπόροσ τθν ανάπτυξθ υδροθλεκτρικϊν µονάδων και ζχει προχωριςει ςτθν εκμετάλλευςθ του ςυνόλου του υδροδυναμικοφ τθσ υλικοφ, καλφπτοντασ από τα νερά των ποταμϊν και των λιμνϊν το 50% των αναγκϊν τθσ ςε ενζργεια. Η ουθδία είναι θ πρϊτθ χϊρα από τθν ΕΕ που ζχει φτάςει τουσ ενεργειακοφσ ςτόχουσ του 2020, από το Παρότι δεν ανικει ςτθν ΕΕ, πολφ ςθμαντικι είναι θ προςπάκεια τθσ Ελβετίασ που ιταν θ πρϊτθ χϊρα ςτον κόςμο που ςχεδίαςε αυτόνομα ενεργειακά κτίρια. Από τθν αρνθτικι πλευρά των πραγμάτων ιταν οι επιδόςεισ τθσ Αυςτραλίασ και των ΗΠΑ, και οι εμπειρογνϊμονεσ ανθςυχοφν ότι οι προςπάκειεσ για τθ βελτίωςθ τθσ αποδοτικότθτασ ςτισ Ηνωμζνεσ Πολιτείεσ και τθν Αυςτραλία δεν κινοφνται προσ τθν ςωςτι κατεφκυνςθ. Η Αυςτραλία, θ οποία κατιργθςε τον φόρο άνκρακα, κατζλαβε τθν 10θ κζςθ. Η χϊρα πιρε υψθλι βακμολογία για τισ προςπάκειζσ τθσ για τθ διατιρθςθ τθσ ενζργειασ κατά τθ διάρκεια τθσ καταςκευισ κτιρίων, αλλά ιταν απογοθτευτικι από τθν άποψθ τθσ αποτελεςματικότθτασ ςτον τομζα των μεταφορϊν. Οι ΗΠΑ κατζλαβαν τθν 13θ κζςθ από τισ 16 χϊρεσ με βακμολογία 42/100. Σελευταίεσ ςτθν βακμολογία βρίςκονται θ Ρωςία, θ Βραηιλία και το Μεξικό. Η Ρωςία, θ οποία είναι ο κφριοσ προμθκευτισ φυςικοφ αερίου τθσ Δυτικισ Ευρϊπθσ, δεν κζλει να ςυμμορφωκεί με τισ επιταγζσ τθσ παγκόςμιασ κοινότθτασ για τθν αφξθςθ τθσ ενεργειακισ αποδοτικότθτασ μζςω χριςθσ ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ. Η Βραηιλία, όπου ο καταςκευαςτικόσ τθσ τομζασ γνϊριςε μεγάλθ άνκθςθ τθν τελευταία δεκαετία, λόγω ςθμαντικϊν ακλθτικϊν γεγονότων, δεν κατάφερε να ειςαγάγει ςτα προγράμματα τθσ μεγάλα ποςοςτά πράςινθσ ενζργειασ. 1.5 Διεκνείσ προβλθματιςμοί για το περιβάλλον Ο κινθτιριοσ μοχλόσ τθσ παγκόςμιασ αγοράσ ςτθρίηεται κυρίωσ ςτον θλεκτριςμό και ςτουσ υδρογονάνκρακεσ και δευτερευόντωσ ςε άλλεσ πθγζσ ενζργειασ. Η πλειοψθφία των οικονομικϊν αναλυτϊν ςυςχετίηουν τθ διακφμανςθ του ΑΕΠ με τθν κατανάλωςθ των ενεργειακϊν πθγϊν. Από τθν μία μεριά, θ θλεκτρικι ενζργεια αφορά κυρίωσ τθν οικιακι και βιομθχανικι κατανάλωςθ. Από τθν άλλθ μεριά, το πετρζλαιο ςχετίηεται κυρίωσ με τισ μεταφορζσ. Σα πράγματα αλλάηουν ταχφτατα και οι ζρευνεσ αφενόσ για παραγωγι ενζργειασ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

31 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ από ανανεϊςιμεσ πθγζσ και αφετζρου θ ζρευνα και θ ανάπτυξθ διαφόρων τεχνολογιϊν διαμορφϊνουν μια νζα ρευςτι κατάςταςθ. το ενεργειακό τοπίο, οι υπεφκυνοι πρζπει να βρουν τισ ιςορροπίεσ και να αντιμετωπίςουν ζνα ενεργειακό τρίλθμμα[world Energy Council, 2014]: 1) Ενεργειακι Αςφάλεια (EnergySecurity): Περιλαμβάνει τθν αποτελεςματικι διαχείριςθ του πρωτογενοφσ ενεργειακοφ εφοδιαςμοφ από εγχϊριεσ και εξωτερικζσ πθγζσ, τθν αξιοπιςτία των ενεργειακϊν υποδομϊν, και τθν δυνατότθτα των πάροχων ενζργειασ για να καλφψει τισ τρζχουςεσ και μελλοντικζσ απαιτιςεισ. 2) Περιβαλλοντικι Βιωςιμότθτα (EnvironmentalSustainability): Περιλαμβάνει τθν επίτευξθ τθσ αποδοτικότθτασ τθσ εφοδιαςτικισ αλυςίδασ και τθν πλευρά τθσ ηιτθςθσ τθσ ενζργειασ και τθν ανάπτυξθ του ενεργειακοφ εφοδιαςμοφ από ανανεϊςιμεσ και άλλεσ πθγζσ με χαμθλζσ εκπομπζσ άνκρακα. 3) Ενζργεια Δικαιοςφνθσ (EnergyEquity): Περιλαμβάνει τθν προςβαςιμότθτα και τθν οικονομικι προςιτότθτα του ενεργειακοφ εφοδιαςμοφ ςε όλο τον πλθκυςμό. Οι προβλθματιςμοί των κρατικϊν και επιχειρθματικϊν ςυμβουλίων ζχουν 4 κφριουσ άξονεσ (Μακροοικονομία Γεωπολιτικι Επιχειρθματικότθτα Ενζργεια και Σεχνολογία). Ο Πίνακασ 1.3 δείχνει τθν πραγματικότθτα ςτο ενεργειακό ςκθνικό μζχρι το Μακροοικονομικοί Γεωπολιτικοί Επιχειρθματικοί Ενζργεια και Προβλθματιςμοί Προβλθματιςμοί προβλθματιςμοί Σεχνολογία Αβεβαιότθτα ςτο Ανάπτυξθ Κίνασ και Εμπορικά Εμπόδια Βιϊςιμεσ Πόλεισ Περιβάλλον Ινδίασ Ατυχιματα Μεγάλθσ Ανάπτυξθ Βραηιλίασ Περιφερειακι Ενεργειακι Απόδοςθ Κλίμακασ Διαςφνδεςθ Παγκόςμια Υφεςθ Διπλωματικι τάςθ Κφκλοσ Εργαςιϊν Δζςμευςθ άνκρακα, Ρωςίασ χριςθ και αποκικευςθ Αςτάκεια Ζλλειψθ ςυνοχισ τθσ Πρωτοποριακόσ Ανανεϊςιμεσ Πθγζσ κεφαλαιαγορϊν Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ ςχεδιαςμόσ και Ενζργειασ πολιτικζσ για τθν αγορά Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

32 Κεφάλαιο1-Τεχνολογική Ανάπτυξη & ΑΠΕ Αςτάκεια ςτισ τιμζσ των Αςτάκεια Μζςθσ Ενεργειακζσ Βιοκαφςιμα εμπορευμάτων Ανατολισ/Βόρειασ Επιδοτιςεισ Αφρικισ Αςτάκεια ςτισ τιμζσ τθσ Πολιτικι Εμπορίου Νζοι παίκτεσ ςτθν Ζξυπνο Δίκτυο ενζργειασ των ΗΠΑ αγορά Αςτάκεια ςτισ τιμζσ Σρομοκρατία Κίνθςθ με θλεκτρικά νομιςμάτων οχιματα χζςθ ενζργειασ Αποκικευςθ τροφισ - νεροφ θλεκτρικισ ενζργειασ Ενεργειακι Φτϊχεια Πυρθνικι Ενζργεια Ενεργειακι Τδροθλεκτρικι Προςιτότθτα Ενζργεια Διαφκορά Αντιςυμβατικά Ορυκτά Καφςιμα Πίνακασ 1.3: Παγκόςμιοι προβλθματιςμοί ςτον τομζα τθσ Ενζργειασ [World Energy Council, 2014] Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

33 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΙΚΑ ΤΣΗΜΑΣΑ Σο παρόν κεφάλαιο χωρίηεται ςε δφο κυρίωσ άξονεσ: ςτθν περιγραφι τθσ θλιακισ ενζργειασ και ςτθν ανάλυςθ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. τθν πρϊτθ παράγραφο περιγράφονται τα χαρακτθριςτικά τθσ θλιακισ ενζργειασ, τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ και τθσ θλιακισ γεωμετρίασ. Ζπειτα γίνεται ανάλυςθ των χαρακτθριςτικϊν των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. Θ δεφτερθ παράγραφοσ κάνει μία ιςτορικι αναδρομι ςτθν ανακάλυψθ του φωτοβολταϊκοφ φαινομζνου και τθσ φωτοβολταϊκισ τεχνολογίασ. τθν ςυνζχεια μελετάται το φωτοβολταϊκό φαινόμενο και τα δομικά ςτοιχεία των φωτοβολταϊκϊν κυττάρων. Θ τζταρτθ παράγραφοσ, περιγράφει πιο αναλυτικά τα είδθ των φωτοβολταϊκϊν κυττάρων και ςυγκεκριμζνα παρουςιάηει τα κφτταρα πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου. Σα πλεονεκτιματα και τα μειονεκτιματά των φωτοβολταικϊν ςυςτθμάτων δίνονται ςτθν πζμπτθ παράγραφο. Σο κεφάλαιο τελειϊνει αναφζροντασ περιλθπτικά νζεσ τεχνολογίεσ φωτοβολταϊκϊν κυττάρων. 2.1 Ηλιακι ενζργεια ε ζνα φωτοβολταϊκό ςφςτθμα θ κφρια πθγι ειςόδου είναι θ θλιακι ενζργεια, οπότε είναι απαραίτθτο να αναλφςουμε τα χαρακτθριςτικά του ιλιου ςαν πθγι ενζργειασ και τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ. τθν ςυνζχεια μποροφμε να περιγράψουμε με λεπτομζρειεσ το φωτοβολταϊκό φαινόμενο Ηλιακι ακτινοβολία Ο Ιλιοσ, αποτελεί μια αςτείρευτθ πθγι ενζργειασ για τον πλανιτθ Γθ και παίηει κακοριςτικό ρόλο ςτθν φπαρξθ τθσ ηωισ. Κακορίηει τθ κερμοκραςία ςτθν επιφάνεια του πλανιτθ και παρζχει το ςφνολο τθσ ενζργειασ που απαιτείται για τθ λειτουργία όλων των φυςικϊν οικοςυςτθμάτων. Αυτό γίνεται αντιλθπτό, αν κατανοιςουμε τα ποςά ενεργειακισ ιςχφοσ που προςφζρει ο Ιλιοσ ςτθν Γθ [Ηαχαρίασ, 2006]: i) Watts (Θλιακι ακτινοβολία) ii) Watts (Εςωτερικι ιςχφσ που μεταφζρεται προσ τθν επιφάνεια) iii) Watts (Παλιρροιακι ενζργεια). Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-Σμιμα Θλεκτρολόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν- 24 -

34 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα Σα τρία είδθ ακτινοβολίασ που προςπίπτουν ςε ζναν ςυλλζκτθ είναι: i) απευκείασ, ii) διάχυτθ iii) ανακλϊμενθ. Θ ςυνολικι ακτινοβολία που προκφπτει από τον ςυνδυαςμό αυτϊν των ειδϊν ονομάηεται ολικι ακτινοβολία και ςυμβολίηεται με το γράμμα G (Global Irradiation). Θ ολικι πυκνότθτα ιςχφοσ τθσ ακτινοβολίασ G κακορίηεται κυρίωσ από τθ διάχυτθ ςυνιςτϊςα D. τθν εικόνα 2.1, φαίνεται θ διάχυςθ των ποςοτιτων τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ςτθν επιφάνεια τθσ Γθσ. Εικόνα 2.1: Διάχυςθ Ηλιακισ Ακτινοβολίασ ςτθν Επιφάνεια τθσ Γθσ [Atmospheric Energy Balance, 2014] Θ ακτινοβολία λόγω ανάκλαςθσ εξαρτάται από τθ μορφολογία, το χρϊμα του εδάφουσ και τθν πυκνότθτα των νεφϊν, ενϊ θ ολικι (απευκείασ και διάχυτθ), εξαρτϊνται κατά κφριο λόγο από τουσ επόμενουσ παράγοντεσ: τθ ςφςταςθ - κατάςταςθ τθσ ατμόςφαιρασ, τθ δεδομζνθ χρονικι ςτιγμι (π.χ. υγραςία) τθν θμζρα κατά τθ διάρκεια του ζτουσ. τθ γωνία πρόςπτωςθσ των θλιακϊν ακτινϊν ςτθν επιφάνεια του ςυλλζκτθ (φψοσ του ιλιου κατά τθ διάρκεια τθσ θμζρασ). Όταν θ θλιακι ακτινοβολία προςπίπτει ςτθ Γθ, κατανζμεται ανομοιόμορφα ςτισ διάφορεσ περιοχζσ. Θ θλιακι ακτινοβολία διαφζρει ςθμαντικά ανάλογα με τισ εποχζσ και Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

35 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα εξαρτάται από τθν ϊρα τθσ θμζρασ, το κλίμα και τθν ατμοςφαιρικι ρφπανςθ. Θ ετιςια θλιακι ενζργεια παρουςιάηεται ανάλογα με τθν τοποκεςία ςτθν Εικόνα 2.2. Εικόνα 2.2: Παγκόςμιοσ Χάρτθσ Ετιςιασ Ηλιακισ Ακτινοβολίασ [ 2014] Θ Ελλάδα ςυγκαταλζγεται μεταξφ των χωρϊν υψθλισ ακτινοβολίασ. Αυτό αποτελεί πλεονζκτθμα ςτθν εφαρμογι των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων για τθν παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ. Μελζτθ του Κζντρου Ερευνϊν τθσ Ευρωπαϊκισ Ζνωςθσ που παρουςιάηει τθν ετιςια ποςότθτα ενζργειασ ανά μονάδα επιφάνειασ (kwh/m²) δείχνει ότι θ θλιακι ακτινοβολία ςτθν περίπτωςθ τθσ οριηόντιασ κλίςθσ το 2011, κυμαίνεται από ΚWh/m² [Εuropean Union, 2011] ποςότθτα αρκετά μεγαλφτερθ από πολλζσ Ευρωπαϊκζσ χϊρεσ. Θ ποςότθτα αυτι είναι αυξθμζνθ από τθν περίοδο , όπου θ ακτινοβολία ςτθν περίπτωςθ τθσ οριηόντιασ κλίςθσ κυμαινόταν από ΚWh/m² [Εuropean Union, 2008]. τθν Εικόνα 2.3 φαίνεται για όλθ τθν ελλθνικι επικράτεια, θ ποςότθτα θλιακισ ακτινοβολίασ μζχρι το ζτοσ Σο ποςό τθσ ενζργειασ που παράγει ζνα φωτοβολταϊκό ςφςτθμα, δεν Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

36 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα εξαρτάται μόνο από τθν διακζςιμθ θλιακι ακτινοβολία, αλλά επθρεάηεται ςθμαντικά και από τθν ικανότθτα των θλιακϊν πλαιςίων να τθν μετατρζπουν ςε θλεκτρικι ενζργεια. Για το λόγο αυτό, οι επιςτιμονεσ εντείνουν ςυνεχϊσ τισ προςπάκειζσ τουσ, ϊςτε να πετφχουν βελτίωςθ τθσ απόδοςθσ των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων και να γίνουν περιςςότερο ανταγωνιςτικά ςε ςχζςθ με τισ ςυμβατικζσ πθγζσ ενζργειασ. Εικόνα 2.3: Ηλιακι Ακτινοβολία Οριηόντιασ Κλίςθσ [Εuropean Union, 2011] Σο Φάςμα τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ Σο ποςό ακτινοβολίασ που προςλαμβάνει ζνασ τόποσ ςχετίηεται άμεςα με τισ καιρικζσ ςυνκικεσ. Κακϊσ το φψοσ του ιλιου αυξάνει θ άμεςθ ακτινοβολία μεγαλϊνει μζχρι το θλιακό μεςθμζρι, μετά το οποίο ελαττϊνεται κατά ςυμμετρικόπερίπου τρόπο. Ζνασ παράγοντασ που χαρακτθρίηει τθν επίδραςθ τθσ κακαρισ ατμόςφαιρασ ςτθ διαδρομι του θλιακοφ φωτόσ είναι θ μάηα αζροσ ΑΜ (Air Mass). Μάηα αζροσ ορίηεται ωσ το πθλίκο του Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

37 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα μικουσ τθσ διαδρομισ των θλιακϊν ακτινϊν μζςα ςτθν ατμόςφαιρα προσ το πάχοσ τθσ ατμόςφαιρασ. Θ πυκνότθτα ιςχφοσ τθσ ολικισ θλιακισ ακτινοβολίασ που αντιςτοιχεί ςε AM1 ζχει τυπικι τιμι W/ m² και μπορεί να μετρθκεί ςε τόπουσ με γεωγραφικό πλάτοσ μεταξφ των τιμϊν ο και 23.5 ο, διότι μόνο ς' αυτοφσ, οι θλιακζσ ακτίνεσ μποροφν να διαπεράςουν κάκετα τθν ατμόςφαιρα[περράκθ, 2007]. Οι ερευνθτζσ ζχουν δεχκεί ςαν ονομαςτικι τιμι ακτινοβολίασ του θλιακοφ φωτόσ τθν τιμι των 1000 W/ m², που ονομάηεται πλιρθσ ιλιοσ. Σισ αίκριεσ θμζρεσ, θ άμεςθ ακτινοβολία, είναι θ μεγαλφτερθ ςυνιςτϊςα τθσ ςυνολικισ θλιακισ ακτινοβολίασ. Αντίκετα, ςε πολφ ςυννεφιαςμζνεσ μζρεσ (κυρίωσ το χειμϊνα), θ ςυνολικι ακτινοβολία οφείλεται κυρίωσ ςτθν φπαρξθ τθσ διάχυτθσ ςυνιςτϊςασ Ηλιακι γεωμετρία Θ αιτία τθσ φπαρξθσ των εποχϊν του ζτουσ είναι θ περιςτροφι τθσ Γθσ γφρω από τον εαυτό τθσ. Θ γωνία που ςχθματίηει ο κφκλοσ τθσ πορείασ του ιλιου ςε ςχζςθ με τθν ιςθμερία ονομάηεται θλιακι απόκλιςθ δ και μεταβάλλεται από -23,45 o (χειμερινό θλιοςτάςιο μικρότερθ μζρα) μζχρι 23,45 o (κερινό θλιοςτάςιο μεγαλφτερθ μζρα). Θ θλιακι απόκλιςθ για μια μζρα D του ζτουσ υπολογίηεται από τθν παρακάτω ςχζςθ [Ηαχαρίασ, 2006]: D *sin( *360) (2.1) 365 τισ περιςςότερεσ περιπτϊςεισ, οι ςυλλζκτεσ τοποκετοφνται ςε ςτακερι κλίςθ και αηιμοφκια γωνία, τα οποία επιλζγονται με τζτοιο τρόπο ϊςτε θ γωνία πρόςπτωςθσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ να είναι όςο το δυνατόν κοντά ςτο 0 (κάκετθ πρόςπτωςθ) [Περράκθ, 2007]. τθν ςυνζχεια παρακζτουμε ζνα πίνακα με τισ επικρατοφςεσ βζλτιςτεσ κλίςεισ ανάλογα με τθν περιοχι και τισ ανάγκεσ μασ: Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

38 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα Περιοχι τιμών γεωγραφικοφ πλάτουσ (φ) του τόπου Ενδεικτικζσ τιμζσ γωνίασ κλίςθσ ςυλλζκτθ με νότιο προςανατολιςμό για το βόρειο θμιςφαίριο Μικρά γεωγραφικά πλάτθ, γφρω από τον Ιςθμερινό φ 20 ο τθν πράξθ ςυνίςταται μια μικρι γωνία κλίςθσ 5-10 ο, ϊςτε θ ροι του νεροφ πλφςθσ ι τθσ βροχισ να απομακρφνει τα ςϊματα που επικάκονται ςτθν όψθ του Φ/Β πλαιςίου (ςκόνθ, φφλλα, περιττϊματα πουλιϊν). Ουςιαςτικά αυτι θ κλίςθ είναι 0 ο Μζςα και μεγάλα γεωγραφικά πλάτθ, φ>20 ο τακερι τοποκζτθςθ και απαίτθςθ για μζγιςτθ απόδοςθ ετθςίωσ φ (5 ο -10 ο ) τακερι τοποκζτθςθ και κφρια φ + 10 ο απαίτθςθ τθν χειμερινι περίοδο Ρυκμιηόμενθ κλίςθ Κερινι φ 15 ο δφο κζςεων ετθςίωσ Χειμερινι φ + 15 ο Πίνακασ 2.1: Ενδεικτικζσ Σιμζσ Βζλτιςτθσ Κλίςθσ Φ/Β ςυλλζκτθ για διάφορα Γεωγραφικά Πλάτθ [Φραγκιαδάκθσ, 2007] 2.2 Ιςτορικι αναδρομι φωτοβολταϊκών κυττάρων Θ τεχνολογία των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων αναπτφχκθκε ραγδαία το δεφτερο μιςό του 20 ου αιϊνα, αλλά θ παρατιρθςθ των φαινομζνων που διζπουν τθν λειτουργία τουσ ξεκίνθςε περίπου ζναν αιϊνα νωρίτερα. Παρακάτω κα παρουςιαςτοφν επιγραμματικά πειραματικζσ διατάξεισ και επιςτθμονικά γεγονότα, τα οποία επίδραςαν ςτθν εξζλιξθ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων [US Department of Energy, 2005]: Ανάπτυξθ τάςεωσ μεταξφ δφο θλεκτροδίων μζςα ςε ζνα θλεκτρολφτθ, παρουςία θλιακοφ φωτόσ (Alexandre-EdmondBecquerel) Φωτιςμόσ ζνωςθσ ςελθνίου και πλατίνασ οδθγεί ςε παραγωγι ποςότθτασ θλεκτρικοφ ρεφματοσ (Adams) Καταςκευι πρϊτου φωτοβολταϊκοφ κυττάρου από ςελινιο Κεωρθτικι περιγραφι φωτοβολταϊκοφ φαινομζνου (AlbertEinstein) Μζκοδοσ παραγωγισ μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου υψθλισ κακαρότθτασ (Si) (Czochralski) Φωτοβολταϊκό φαινόμενο ςε ςελθνιοφχο κάδμιο (CdS). Τλικό που χρθςιμοποιείται ακόμα και ςιμερα με ικανοποιθτικό ςυντελεςτι απόδοςθσ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

39 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα 1949 Κεωρία διόδου ςτακερισ κατάςταςθσ (Mott και Schottky) Καταςκευι πρϊτου θλιακοφ κυττάρου, με ςχετικά μεγάλο ςυντελεςτι απόδοςθσ βαςιηόμενθ ςτθν κβαντικι κεωρία (Chapin, Fuller, Pearson BellIndustries) Εφαρμογι τεχνολογίασ φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων (θλιακά πλαίςια πυριτίου) ςε διαςτθμικό πρόγραμμα δορυφόρου (VanguardI) Καταςκευι θλιακοφ κυττάρου με ςυντελεςτι απόδοςθσ 14% (HoffmanElectronics) υνζδριο Θνωμζνων Εκνϊν για τθν θλιακι ενζργεια ςτισ αναπτυςςόμενεσ χϊρεσ Φωτοβολταϊκι εγκατάςταςθ με εγκατεςτθμζνθ ιςχφ ςυςτιματοσ 242Wp (SharpCorporation) Καταςκευι πρϊτου φωτοβολταϊκοφ πλαιςίου πυριτίου (SharpCorporation) Πετρελαϊκι κρίςθ, θ οποία ζδωςε μεγάλθ ϊκθςθ ςτθν ανάπτυξθ τθσ φωτοβολταϊκισ τεχνολογίασ ςε περιςςότερεσ επίγειεσ εφαρμογζσ. 1972/1975 Μδρυςθεταιρειϊνκαταςκευισφωτοβολταϊκϊνςυςτθμάτων (SolarPowerCorporation, SolarexCorporation, SolecInternational, Solar TechnologyInternational) Καταςκευι πρϊτο κυττάρου άμορφου πυριτίου (Carlson και Wronski) Καταςκευι θλιακοφ ςτοιχείου από Αρςενιοφχο Γάλλιο (GaAs) με απόδοςθ 16%. Σο 1983 Παραγωγιφωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων τάξθσ 21,5 MWp Καταςκευι θλιακοφ κυττάρου με απόδοςθ 20% Πρϊτο εμπορικό φωτοβολταϊκό πλαίςιο τεχνολογίασ ThinFilm (ARCOSolar). ιμερα, θ αυξθμζνθ ηιτθςθ για κάλυψθ των ενεργειακϊν αναγκϊν ζχει οδθγιςει όλεσ τισ ανεπτυγμζνεσ χϊρεσ ςτθν ζρευνα για ανάπτυξθ νζων εφαρμογϊν φωτοβολταϊκισ τεχνολογίασ, ενϊ θ περαιτζρω εξάπλωςθ τθσ, μπορεί να επιτευχκεί μζςω τθσ μείωςθσ του κόςτουσ τουσ και ταυτόχρονθ αφξθςθ τθσ απόδοςισ τουσ. Θ μείωςθ του κόςτουσ μπορεί να επιτευχκεί είτε μζςω τθσ μαηικισ παραγωγισ είτε μζςω τθσ ζρευνασ και τθσ ανάπτυξθσ τθσ τεχνολογίασ. Εκτιμάται ότι με τθν εξάπλωςθ τθσ αγοράσ, μπορεί να επιτευχκεί θ εφαρμογι τουσ ςε όλα τα επίπεδα, από τα απομονωμζνα ςυςτιματα ζωσ τα μεγάλα διαςυνδεδεμζνα (χριςθ τουσ ςε κεντρικοφσ ςτακμοφσ παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ). Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

40 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα 2.3 Φωτοβολταϊκό φαινόμενο Οριςμόσ φωτοβολταϊκοφ φαινομζνου τθ παράγραφο αυτι κα αναπτφξουμε το κεωρθτικό υπόβακρο τθσ φυςικισ των θμιαγωγϊν, ο ρόλοσ των οποίων είναι κακοριςτικόσ ςτθν ανάπτυξθ των φωτοβολταϊκϊν. Θμικρότερθ καταςκευαςτικι μονάδα ςτθν οποία είναι δυνατι θ εμφάνιςθ του φωτοβολταϊκοφ φαινομζνου ονομάηεται φωτοβολταϊκό κφτταρο ι φωτοβολταϊκό ςτοιχείο ι θλιακό κφτταρο Εικόνα 2.6 και δεν είναι τίποτα άλλο παρά μια δίοδοσ θμιαγωγικισ ζνωςθσ τφπου p-n με τθ μορφι επίπεδθσ πλάκασ. Εικόνα 2.4:Διατομι τουφωτοβολταϊκοφκυττάρου[germansolarenergysociety (DGS), 2008] Θ φπαρξθ διαφοράσ δυναμικοφ ανάμεςα ςτουσ δφο ακροδζκτεσ τθσ θμιαγωγικισ διάταξθσ (ορκι πόλωςθ τθσ διόδου), ονομάηεται φωτοβολταϊκό φαινόμενο και οφείλεται ςτθ μετατροπι τθσ θλιακισ ενζργειασ ςε θλεκτρικι [Καγκαράκθσ, 1992]. Κάκε φωτόνιο τθσ προςπίπτουςασ θλιακισ ακτινοβολίασ με ενζργεια ίςθ ι μεγαλφτερθ από το ενεργειακό διάκενο Eg του θμιαγωγοφ, μπορεί να απορροφθκεί και να ελευκερϊςει ζνα θλεκτρόνιο. Όςο διαρκεί θ πρόςπτωςθ τθσ ακτινοβολίασ, παρατθρείται δθμιουργία φορζων (θλεκτρόνια οπζσ). Οι μθ επαναςυνδεμζνοι φορείσ δζχονται τθν επίδραςθ του θλεκτροςτατικοφ πεδίου Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

41 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα τθσ ζνωςθσ p-n και αυτό δθμιουργεί διαφορά δυναμικοφ ανάμεςα ςτουσ ακροδζκτεσ τθσ διόδου. Αν ςυνδεκεί κατάλλθλο θλεκτρικό φορτίο, παρατθρείται ροι θλεκτρικοφ ρεφματοσ. ε αντίκεςθ με το φωτοβολταϊκό φαινόμενο υπάρχει και το φωτοθλεκτρικό φαινόμενο (ανακάλυψθ του Hertz το 1887). Σο φωτοθλεκτρικό φαινόμενο είναι μια κβαντικι διεργαςία κατά τθν οποία απελευκερϊνονται θλεκτρόνια από μια επιφάνεια αγωγοφ όταν προςπίπτει ςε αυτι θλεκτρομαγνθτικι ακτινοβολία. Θ βαςικι διαφορά τουσ είναι ότι ςτο φωτοβολταϊκό φαινόμενο δεν χρειάηεται να υπάρχει εξωτερικι πθγι τάςθσ, αφοφ μζςα ςτον θμιαγωγό υπάρχει ενςωματωμζνο θλεκτρικό πεδίο ενϊ ςτο φωτοθλεκτρικό φαινόμενο πρζπει να ζχουμε κάποιο εξωτερικό θλεκτρικό πεδίο για τθν δθμιουργία θλεκτρικοφ ρεφματοσ Ημιαγωγοί και p-n επαφι Όταν το φωσ προςπίπτει ςτθν επιφάνεια ενόσ υλικοφ, τρία ξεχωριςτά φαινόμενα ςυμβαίνουν: πρϊτον ζνα μζροσ του φωτόσ ανακλάται, δεφτερον ζνα άλλο διαπερνά τθν επιφάνεια του υλικοφ και τρίτον το υπόλοιπο απορροφάται από το υλικό. Θ απορρόφθςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ, ζχει ωσ αποτζλεςμα τθν μετατροπι τθσ ςε κερμότθτα. Θ θλιακι ενζργεια ςυνδζεται ςτα φωτοβολταϊκά κφτταρα με τθν ζννοια των θμιαγωγϊν. Σα άτομα των θμιαγϊγιμων υλικϊν ςυνδζονται με ομοιοπολικοφσ δεςμοφσ. Τπό τθν επίδραςθ θλιακισ ακτινοβολίασ ι κερμότθτασ οι δεςμοί μποροφν να ςπάςουν, με αποτζλεςμα τθν δθμιουργία ελεφκερων θλεκτρονίων (αρνθτικοί φορείσ n) και κενϊν κζςεων οπϊν (κετικοί φορείσ). Αυτό το φαινόμενο οδθγεί ςτθν παραγωγι ενζργειασ υπό τθν μορφι κερμότθτασ και ςτθν μθ δθμιουργία τάςθσ και θλεκτρικοφ πεδίου ςτα άκρα του θμιαγωγοφ.οι ςθμαντικότερεσ ιδιότθτεσ και εφαρμογζσ των θμιαγωγϊν, προζρχονται από τθ διάχυςθ των φορζων. Όταν ζρκουν ςε επαφι οι θμιαγωγοί τφπου-p και τφπου-n δθμιουργείται θ ζνωςθ p-n. Θ θμιαγϊγιμθ διάταξθ που αποτελείται από μία ζνωςθ p-n και από μία θλεκτρικι ςφνδεςθ ςτο κάκε άκρο τθσ, ονομάηεται δίοδοσ. Οι δίοδοι παίηουν ςθμαντικό ρόλο ςτθν καταςκευι των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων και ιδιαίτερα ςτθν βελτίωςθ του ςυντελεςτι απόδοςθσ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

42 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα 2.4 Δομικά ςτοιχεία φωτοβολταϊκών κυττάρων Σο φωτοβολταϊκό κφτταρο αποτελεί το βαςικό δομικό ςτοιχείο εφαρμογισ του φωτοβολταϊκοφ φαινομζνου. τθν ςυνζχεια δίνονται βαςικοί οριςμοί γφρω από τθν τεχνολογία φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. PV Cell. Φωτοβολταϊκό κφτταρο είναι μία εξειδικευμζνθ δίοδοσ θμιαγωγϊν που μετατρζπει το ορατό φωσ ςε ςυνεχζσ ρεφμα (DC). PV Module/Frame. Φωτοβολταϊκό πλαίςιο: Για τθν αφξθςθ τθσ παραγόμενθσ ιςχφοσ οι φωτοβολταϊκζσ κυψζλεσ-κφτταρα ςυνενϊνονται θλεκτρικά μεταξφ τουσ, είτε ςε ςειρά είτε παράλλθλα, διαμορφϊνοντασ τθν μικρότερθ εμπορικά αξιοποιιςιμθ αυτόνομθ μονάδα. PV Panel. Σο φωτοβολταϊκό πάνελ, αποτελείται ςυνικωσ από 2 ι περιςςότερα πλαίςια το ζνα δίπλα ςτο άλλο ςε κοινι βάςθ ςτιριξθσ και με κοινι θλεκτρικι ςφνδεςθ μεταξφ τουσ. Ο αρικμόσ των πλαιςίων ενόσ πάνελ είναι ςχετικά μικρόσ, ϊςτε οι διαςτάςεισ και το βάροσ του να μθν αποτελοφν πρόβλθμα ςτθ μεταφορά και τθν τοποκζτθςι του ςε μία φωτοβολταϊκι εγκατάςταςθ. PV Array. Διαςυνδεδεμζνο ςφςτθμα φωτοβολταϊκϊν πάνελ που λειτουργοφν ωσ ενιαία μονάδα παραγωγισ θλεκτρικισ ενζργειασ. Εικόνα 2.5: Φωτοβολταϊκό Κφτταρο - Φωτοβολταϊκό Πάνελ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

43 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα Καταςκευαςτικά χαρακτθριςτικά Καταςκευαςτικά επιδιϊκεται τα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία να καταλαμβάνουν τθ μεγαλφτερθ κατά το δυνατόν επιφάνεια του φωτοβολταϊκοφ πλαιςίου. θμαντικό μζγεκοσ για τθν απόδοςθ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων είναι το πθλίκο τθσ ςυνολικισ ενεργοφσ επιφάνειασ των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων προσ τθν ςυνολικι επιφάνεια του πλαιςίου, που ονομάηεται ςυντελεςτισ κάλυψθσ. Σα βαςικά χαρακτθριςτικά που πρζπει να ζχει ζνα υλικό για να αποτελζςει πρϊτθ φλθ για τθν καταςκευι φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων είναι τα εξισ [Περράκθ, 2007]: Μεγάλοσ ςυντελεςτισ απορρόφθςθσ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ Χαμθλό κόςτοσ παραγωγισ τακερότθτα ςε αλλαγζσ των περιβαλλοντικϊν ςυνκθκϊν Αξιοπιςτία ςτον χρόνο Φιλικό προσ το περιβάλλον Θ διαδικαςία που ακολουκείται για τθν καταςκευι των φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων περιλαμβάνει τα παρακάτω μζρθ: 1) κακαριςμόσ του υλικοφ που γίνεται μζςω χθμικϊν τα οποία λειαίνουν τισ επιφάνειζσ των πλαιςίων αφαιρϊντασ πικανζσ ηθμιζσ που προκλικθκαν κατά τθν διάρκεια τθσ κοπισ, 2) εμφφτευςθ πλαιςίου/δθμιουργία p-n επαφισ, 3) εφαρμογι αντανακλαςτικισ επίςτρωςθσ για ελάττωςθ τθσ ανακλϊμενθσ ακτινοβολίασ, 4) ςυγκόλλθςθ των θλεκτροδίων ςτθν εμπρόσ και πίςω όψθ του δίςκου. Σο πλζγμα που τοποκετείται ςτθν εμπρόσ όψθ του φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου, πρζπει να ζχει ςχιμα αραιισ μεταλλικισ ςχάρασ. Θ κατάλλθλθ διαμόρφωςθ του πλζγματοσ, ςτοχεφει ςτθν αποτελεςματικότερθ ςυλλογι των φωτορευμάτων από τθν επιφάνεια του κυττάρου και ςτθν ελαχιςτοποίθςθ του αποκοπτόμενου απ' αυτό ποςοςτοφ του προςπίπτοντοσ φωτόσ. Θ δθμιουργία ενόσ πρόςκετου πεδίου πίςω επιφάνειασ (Back Surface Field, BSF) είναι αναγκαίο για τθν καταςκευι θλιακϊν κυττάρων υψθλισ απόδοςθσ. Θ ςυςτοιχία των Φ/Β κυττάρων καλφπτεται από μεταλλικό πλαίςιο υψθλισ αντοχισ και ειδικό πλαςτικό υλικό για προςταςία από τθν υγραςία. τθν πίςω επιφάνεια βρίςκεται επίςθσ ζνα ςτεγανό κιβϊτιο Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

44 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα ςυνδζςεων με τα καλϊδια των απολιξεων και τθν δίοδο παράκαμψθσ. τθν παρακάτω εικόνα φαίνεται θ βαςικι καταςκευι φωτοβολταϊκοφ κυττάρου. Εικόνα 2.6: Βαςικι Καταςκευι Φωτοβολταϊκοφ Κυττάρου [Patel, 1999] Δίοδοσ παράκαμψθσ Για τθν αςφάλεια του φωτοβολταϊκοφ πλαιςίου, οι καταςκευαςτζσ τοποκετοφν μια δίοδο παράκαμψθσ (bypass diode) ςτο πίςω μζροσ του πλαιςίου ςτο κιβϊτιο των ςυνδζςεων. Για να αποτραποφν οι ςυνζπειεσ του φαινομζνου κερμισ κθλίδασ (HOTSPOT), δίοδοι ςυνδζονται παράλλθλα ςτα θλιακά κφτταρα. Όταν όλα τα ςτοιχεία φωτίηονται οι δίοδοι πρζπει να είναι ανάςτροφα πολωμζνεσ, ενϊ όταν κάποια κφτταρα είναι ανοιχτοκυκλωμζνα, οι δίοδοι παράκαμψθσ πολϊνονται ορκά και επιτρζπουν τθν ροι ρεφματοσ από τουσ υπόλοιπουσ κλάδουσ παρακάμπτοντασ τον κλάδο με το κφτταρο υπό ςκιά. Θ ςχζςθ που δίνεται για τον υπολογιςμό του μζγιςτου αρικμοφ Φ/Β ςτοιχείων ανά κλάδο που μπορεί να προςτατζψει μια τζτοια δίοδοσ είναι: V (N 1) V V (2.2) (2.2) R oc d Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

45 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα όπου V R θ τάςθ διάςπαςθσ του Φ/Β ςτοιχείου, V oc θ τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ του ςτοιχείου, V d θ τάςθ ςτθν δίοδο παράκαμψθσ και Ν αρικμόσ των εν ςειρά κυττάρων ςτον κλάδο. Δίοδοσ αντεπιςτροφισ ε ζνα αυτόνομο φωτοβολταϊκό ςφςτθμα τα πλαίςια τθσ Φ/Β ςυςτοιχίασ ςυνδζονται είτε ςε ςειρά είτε παράλλθλα και καταλιγουν μζςω ενόσ φορτιςτι ςε μπαταρίεσ οι οποίεσ παρζχουν θλεκτρικι ενζργεια κατά τισ ϊρεσ που δεν υπάρχει θλιακι ακτινοβολία. Προκειμζνου να αποφευχκεί πικανι εκφόρτιςθ του ςυςςωρευτι κατά τθν διάρκεια τθσ νφχτασ, κάκε κλάδοσ τθσ ςυςτοιχίασ εφοδιάηεται με μία δίοδο αντεπιςτροφισ ι απομόνωςθσ (blocking diode). ε μικρά Φ/Β ςυςτιματα προτιμϊνται οι δίοδοι Schottky, οι οποίεσ χαρακτθρίηονται από μικρότερθ τάςθ λειτουργίασ ςε ορκι πόλωςθ (~0,3 V) ςε ςχζςθ με τισ κοινζσ διόδουσ πυριτίου (~0,7 V) ϊςτε να μειωκοφν οι απϊλειεσ λόγω πτϊςθσ τάςθσ πάνω ςτθν δίοδο. 2.5 Φωτοβολταϊκά κφτταρα κρυςταλλικοφ πυριτίου Περίπου το 85-90% των φωτοβολταϊκϊν που κυκλοφοροφν ςτθν αγορά αποτελοφνται από κρυςταλλικό πυρίτιο. Σα διάφορα ορυκτά και πετρϊματα του πυριτίου αποτελοφν το 87% του φλοιοφ τθσ Γθσ. Σο πυρίτιο αποτελεί ζνα θμιαγωγό με πολφ καλζσ φυςικζσ και χθμικζσ ιδιότθτεσ. Αποτελεί το βαςικό υλικό καταςκευισ φωτοβολταϊκϊν κυττάρων με ικανοποιθτικό ςυντελεςτι απόδοςθσ και θ κακαρότθτά του κυμαίνεται ςτα επίπεδα 97-98%. Επειδι για τισ φωτοβολταϊκζσ εφαρμογζσ αυτόσ ο ςυντελεςτισ κακαρότθτασ δεν είναι αρκετόσ, το πυρίτιο επιδζχεται κλαςματικι απόςταξθ ϊςτε να προςεγγίςει ςυντελεςτι κακαρότθτασ 100%. τθν ςυνζχεια περιγράφονται κάποια βαςικά είδθ πυριτίου που χρθςιμοποιοφνται ςτθν τεχνολογία φωτοβολταϊκϊν κυττάρων Μονοκρυςταλλικό πυρίτιο (Mono-Si) Σα θλιακά κφτταρα μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου ζχουν τθν υψθλότερθ απόδοςθ μετατροπισ τθσ θλιακισ ενζργειασ ςε θλεκτρικι ανάμεςα ςτα ςτοιχεία πυριτίου. Επειδι όμωσ απαιτοφν πρϊτθ φλθ πολφ υψθλισ κακαρότθτασ ζχουν πολφ υψθλι τιμι αγοράσ. Θ απόδοςθ τουσ ςτθν βιομθχανία κυμαίνεται από 15-18% ανά πλαίςιο. Σα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου χαρακτθρίηονται από υψθλι ενεργειακι πυκνότθτα Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

46 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα (πθλίκο απόδοςθσ/επιφάνεια). Βαςικζσ τεχνολογίεσ παραγωγισ μονοκρυςταλλικϊν φωτοβολταϊκϊν είναι θ μζκοδοσ (CZ) και θ μζκοδοσ Float Ηone (FZ). Μεταξφ των δφο μεκόδων παραγωγισ, θ μζκοδοσ Float Ηone ζχει υψθλότερθ κακαρότθτα, άρα και υψθλότερθ απόδοςθ για το κφτταρο, ενϊ θ μζκοδοσ θ μζκοδοσ Czochralski αποδεικνφεται οικονομικότερθ και δίνει μεγαλφτερθσ διαμζτρου κυλίνδρουσ. Κατά τθν διάρκεια τθσ επεξεργαςίασ θ ράβδοσ τεμαχίηεται ςε wafers ςτα οποία καταςκευάηονται τα θλιακά κφτταρα. Σο χρϊμα των κυττάρων mono-si είναι ςυνικωσ ςκοφρο μαφρο ι μπλε (ανάλογα με τθν αντί-ανακλαςτικι επίςτρωςθ) και το πάχοσ τουσ γφρω ςτα 0.3mm Πολυκρυςταλλικό πυρίτιο (Poly-Si) Θ προςπάκεια για τθν καταςκευι θλιακϊν ςτοιχείων χαμθλότερου κόςτουσ οδιγθςε ςτο ςυμπζραςμα ότι για τθν καταςκευι αποδοτικϊν θλιακϊν κυττάρων δεν απαιτείται μονοκρυςταλλικό πυρίτιο. Λκανοποιθτικζσ αποδόςεισ δίνουν και τα θλιακά ςτοιχεία από πολυκρυςταλλικό πυρίτιο. Σο πολυκρυςταλλικό πυρίτιο αποτελείται από ςυνενϊςεισ διαφόρων διαςτάςεων κόκκων μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου. τισ διαχωριςτικζσ επιφάνειεσ (grain boundaries) ανάμεςα ςτισ μονοκρυςταλλικζσ περιοχζσ θ δομι είναι ακανόνιςτθ θ οποία μζςα ςτα άτομα πυριτίου προκαλεί μείωςθ τθσ απόδοςθσ του θλιακοφ ςτοιχείου και αυτό εμποδίηει τθν ροι των φορζων ςτισ διαχωριςτικζσ επιφάνειεσ. Αυτό το φαινόμενο επιτρζπει τθν φπαρξθ περιςςότερων ενεργειακϊν ςτοιβάδων ςτθν απαγορευμζνθ ηϊνθ με αποτζλεςμα οι επαναςυνδζςεισ των φορζων να είναι πιο ςυχνζσ. Θ παραγωγι του πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου διαφζρει από τθν διαδικαςία παραγωγισ του μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου ςτο γεγονόσ ότι αντί τθσ μεκόδου για τθν επίτευξθ τθσ τζλειασ κρυςταλλικισ δομισ, το υψθλισ κακαρότθτασ πυρίτιο απλά τικεται ςε μεγάλεσ κεραμικζσ καμίνουσ και τοποκετείται ςε ζνα δοχείο με τετραγωνικι βάςθ, όπου και αφινεται να ςτερεοποιθκεί. Ακολουκεί θ κοπι και θ διαδικαςία ολοκλθρϊνεται με τον ίδιο τρόπο όπωσ ςτο μονοκρυςταλλικό πυρίτιο. ε εργαςτθριακζσ εφαρμογζσ, ζχουν επιτευχκεί αποδόςεισ ζωσ και 20%, ενϊ ςτο εμπόριο τα πολυκρυςταλλικά πλαίςια διατίκενται με αποδόςεισ από 13-15%. Βαςικότερεσ τεχνολογίεσ παραγωγισ είναι θ μζκοδοσ απευκείασ ςτερεοποίθςθσ ι directional solidification (DS), θ ανάπτυξθ λιωμζνου πυριτίου (χφτευςθ) και θ θλεκτρομαγνθτικι χφτευςθ EMC. Σα Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

47 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα πολυκρυςταλλικά κφτταρα χαρακτθρίηονται από ςχετικά υψθλι χρονικι ςτακερότθτα. Παρόλο που τα παλαιότερα χρόνια, για τθν ίδια ιςχφ με το μονοκρυςταλλικό πυρίτιο απαιτοφταν μεγαλφτερθ επιφάνεια, ςιμερα θ απόδοςθ του πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου ζχει φκάςει ςχεδόν τθν απόδοςθ του μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου RibbonSilicon Πρόκειται για μια ςχετικά νζα τεχνολογία φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων. Προςφζρει ζωσ και 50% μείωςθ ςτθν χριςθ του πυριτίου ςε ςχζςθ με τισ "παραδοςιακζσ τεχνικζσ" καταςκευισ μονοκρυςταλλικϊν και πολυκρυςταλλικϊν φωτοβολταϊκϊν κυψελϊν πυριτίου. Θ απόδοςθ για τα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία του ζχει φτάςει πλζον γφρω ςτο 12-13% ενϊ το πάχοσ του είναι περίπου 0,3 χιλιοςτά. το εργαςτιριο ζχουν επιτευχκεί αποδόςεισ τθσ τάξθσ του 18% Σεχνολογία λεπτών φιλμ (Thin Film) Μεγάλο μζροσ τθσ αγοράσ ςυνδζεται με τθν τεχνολογία φωτοβολταϊκϊν κυττάρων κρυςταλλικοφ πυριτίου λόγω τθσ φυςικισ αφκονίασ του υλικοφ. Όμωσ το μιςό κόςτοσ ενόσ Φ/Β πλαιςίου από κρυςταλλικό πυρίτιο, οφείλεται ςτο ίδιο το υλικό του πυριτίου, και αυτό αυξάνει αρκετά το κόςτοσ. Για αυτόν τον λόγο υπιρξε θ τάςθ να μειωκεί το κόςτοσ των υλικϊν με τθ χριςθ λεπτϊν υμενίων (φιλμ). Λεπτό υμζνιο ονομάηουμε τθν δομι που δθμιουργείται από τα ατομικά ςτρϊματα ενόσ υλικοφ πάνω ςτθν επιφάνεια ενόσ ςτερεοφ (bulk) υλικοφ. Ωσ βάςθ τθσ τεχνολογίασ αυτισ κεωρείται θ διαδικαςία και ο μθχανιςμόσ τθσ εναπόκεςθσ των ατόμων ι μορίων από τθν αζρια φάςθ ςτθν επιφάνεια του ςτερεοφ υλικοφ ςε κερμοκραςίεσ πολφ μικρότερεσ από το μιςό τθσ κερμοκραςίασ τιξθσ του αντίςτοιχου bulk υλικοφ. Οι τεχνικζσ επεξεργαςίασ των λεπτϊν φιλμ είναι οι εξισ: i) εξάτμιςθ και ψεκαςμόσ υπό κενό, ii) μζκοδοσ φωτεινισ εκκζνωςθσ (Glow Discharge) και iii) χθμικι διάςπαςθ αερίου ενϊςεωσ (Chemical Vapor Deposition). Πλθκϊρα ερευνϊν επιβεβαιϊνει ότι τα φωτοβολταϊκά λεπτοφ φιλμ παρουςιάηουν μεγαλφτερθ απόδοςθ ςε ςυνκικεσ χαμθλισ ακτινοβολίασ και υψθλϊν κερμοκραςιϊν. Θ εφκαμπτθ δομι των thin film προςφζρει τθν δυνατότθτα τοποκζτθςισ τουσ ςε καμπφλεσ ςε επιφάνειεσ κτιρίων. Θ τεχνολογία thin film είναι φιλικι προσ το περιβάλλον, κακϊσ το 90% των υλικϊν καταςκευισ τουσ είναι Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

48 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα ανακυκλϊςιμα. το πίνακα 2.2 παρουςιάηονται τα πιο διαδεδομζνα Φ/Β ςτοιχεία τεχνολογίασ thin film που ζχουν επικρατιςει μζχρι και ςιμερα με τα κφρια χαρακτθριςτικά τουσ. Τλικό Ενεργειακό Απόδοςθ Πλεονζκτθμα Διάκενο Άμορφο πυρίτιο (a-si) 1,2 1,6 ev 6-8% Δεν επθρεάηεται πολφ από τισ υψθλζσ κερμοκραςίεσ Διςελθνοϊνδιοφχοσ χαλκόσ (CIS) 1,04 ev 11% Μεγάλθ απορροφθτικότθτα ςτθν θλιακι ακτινοβολία Αρςενιοφχο Γάλλιο (GaAs) 1,43eV 12,5% Μεγάλθ αντοχι ςτθν κοςμικι ακτινοβολία Σελουριοφχο Κάδμιο (CdTe) 1,44 ev 6-8%. Χριςθ ςτον καταςκευαςτικό τομζα Ετεροεπαφι Cu2S/CdS - 10% Μικρό κόςτοσ καταςκευισ Πίνακασ 2.2: Τλικά Thin Film Σεχνολογίασ 2.6 Πλεονεκτιματα και μειονεκτιματα φωτοβολταϊκών ςυςτθμάτων Θ παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ με τθν χριςθ φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων αποκτά ολοζνα και περιςςότερουσ υποςτθρικτζσ ςτθν εποχι μασ. Σα πλεονεκτιματα των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων παρουςιάηονται παρακάτω [Ηαχαρίασ, 2007]: ΠΛΕΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ ΦΩΣΟΒΟΛΑΣΪΚΩΝ ΤΣΗΜΑΣΩΝ ΠΛΕΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ ΦΩΣΟΒΟΛΑΣΪΚΩΝ ΤΣΗΜΑΣΩΝ Ακόρυβθ και χωρίσ κατάλοιπα λειτουργία. Αποδοτικι λειτουργία και ςε χαμθλζσ κερμοκραςίεσ. Λειτουργία χωρίσ καφςιμα. Καταςκευι από πυρίτιο. Λειτουργία χωρίσ κινθτά μζρθ. Κατάλλθλα για επιτόπιεσ εφαρμογζσ. Μθδενικό κόςτοσ λειτουργίασ. Μεγάλοσ λόγοσ ιςχφοσ/βάροσ. Μεγάλθ διάρκεια ηωισ. Γριγορθ απόκριςθ ςε ξαφνικζσ μεταβολζσ. Λειτουργία και υπό ςυνκικεσ ςυννεφιάσ Ευζλικτεσ εφαρμογζσ που μποροφν να παράγουν Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

49 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα (διάχυτθσ ακτινοβολία). ενζργεια ανάλογθ με τισ ανάγκεσ του χριςτθ. Αυτονομία ςυςτιματοσ, αν υποςτεί βλάβθ Δυνατότθτα μελλοντικισ επζκταςθσ ανάλογα με κάποιο ςθμείο του. τισ ανάγκεσ μασ. Πίνακασ 2.3: Πλεονεκτιματα Φωτοβολταικών υςτθμάτων Από τθν άλλθ μεριά όμωσ, τα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα δεν παίηουν κακοριςτικό ρόλο ςτθν ςυνολικι παραγωγι θλεκτρικισ ενζργειασ. Αυτό ςυμβαίνει γιατί παρόλα τα κετικά που αναφζραμε παραπάνω τα Φ/Β ζχουν και κάποια μειονεκτιματα: ΜΕΙΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ ΦΩΣΟΒΟΛΑΣΪΚΩΝ ΤΣΗΜΑΣΩΝ Τψθλό κόςτοσ των φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων Μικρόσ ςυντελεςτισ απόδοςθσ. Αδυναμία χρθςιμοποίθςθσ για τθν κάλυψθ των αναγκϊν μεγάλων αςτικϊν κζντρων. Θ παροχι και απόδοςθ τθσ θλιακισ ενζργειασ εξαρτάται από τθν εποχι του ζτουσ. Δαπανθρι αποκικευςθ τθσ παραγόμενθσ θλεκτρικισ ενζργειασ. Πίνακασ 2.4: Μειονεκτιματα Φωτοβολταικών υςτθμάτων Επιπτώςεισ φωτοβολταικών ςυςτθμάτων ςτο περιβάλλον Σα Φωτοβολταϊκά αποτελοφν τεχνολογίαπαραγωγισ θλεκτριςμοφ και κερμότθτασ φιλικι προσ το περιβάλλον, προςτατεφοντάσ το και ςυμβάλλοντασ παράλλθλα ςτθν αειφόρο ανάπτυξθ. Σα Φ/Β εκμεταλλεφονται µίαανανεϊςιμθ ενεργειακι πθγι, τον ιλιο, ενϊ θ λειτουργία τουσ δε ςυνοδεφεται από ςθμαντικι ζκλυςθ αζριων, υγρϊν ι ςτερεϊν αποβλιτων. Παρόλα τα πλεονεκτιματα τουσ, τα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα μποροφν να είναι επιβλαβισ για το περιβάλλον αλλά όχι ςε τόςο μεγάλο βακμό όπωσ οι ςυμβατικζσ πθγζσ (ορυκτά καφςιμα). Παρακάτω γίνεται μία ςφντομθ αναφορά για τισ επιπτϊςεισ που ζχει θ φωτοβολταϊκι τεχνολογία ςτο περιβάλλον. Οι επιπτϊςεισ χωρίηονται ςε 4 βαςικοφσ άξονεσ: i) Καταςκευι, ii) Εγκατάςταςθ, iii) Λειτουργία, iv) υντιρθςθ. Καταςκευι Θ παραγωγι των φωτοβολταϊκϊν (Φ/Β) ςτοιχείων είναι διεργαςία µε υψθλι ενεργειακι ζνταςθ. Θ παραγωγι κρυςταλλικοφ πυριτίου είναι θ διεργαςία µε τθ µεγαλφτερθ ενεργειακι ζνταςθ, που ςυνεπάγεται ζκλυςθ ατμοςφαιρικϊν ρφπων [Φρανητεςκάκθ, 2004]. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

50 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα Εκπομπζσ επίςθσ προκαλοφνται από τθν παραγωγι των πλαιςίων και των ςυςτθμάτων εξιςορρόπθςθσ. Σα ςτοιχεία πυριτίου χρθςιμοποιοφν ςαν πρϊτθ φλθ τον χαλαηία. Θ παραγωγι ςε µεγάλθκλίµακα κα µποροφςε να προκαλζςει εξάντλθςθ των αποκεµάτων του διακζςιµου φυςικοφ κεφαλαίου. Επίςθσ για τθν παραγωγι των Φ/Β ςτοιχείων χρθςιμοποιείται µεγάλοσαρικµόσ υλικϊν, των οποίων θ µθ αςφαλισ αποκικευςθ ι θ «ατυχθµατικι» διαρροι μπορεί να προκαλζςει ρφπανςθ του εδάφουσ και των υπογείων υδάτων. τισ εγκαταςτάςεισ καταςκευισ των πλαιςίων ι των βάςεων προκαλείται κόρυβοσ. Θ επιβάρυνςθ τθσ ατμόςφαιρασ µε αζριουσ ρφπουσ επιφζρει δυςμενείσ ςυνζπειεσ ςε χλωρίδα και πανίδα, µζςω τθσ τροφικισ αλυςίδασ. Εγκατάςταςθ Σα Φ/Β ςτοιχεία δφναται να προκαλζςουν προςωρινι κάµβωςθ ςτουσ ανκρϊπουσ που είτε εργάηονται κοντά ςε αυτά είτε τα εγκακιςτοφν. Οι παρεμβάςεισςτο τοπίο, παρόλο που χαρακτθρίηονται ωσ ιπιεσ, μποροφν να προκαλζςουν οπτικι όχλθςθ και διατάραξθ, ζςτω προςωρινά, τθσ ιςορροπίασ του «µικρο-οικοςυςτιµατοσ. Λειτουργία Κατά τθ λειτουργία τουσ, θ ςκίαςθ που δθμιουργείται από τισ διατάξεισ ςυμβάλλει ςτθν αφξθςθ τθσ εδαφικισ υγραςίασ. Μεγάλα ςυςτιµατα κα µποροφςαν να είχαν ςθµαντικζσ επιπτϊςεισ ιδιαίτερα ςε οικολογικά ευαίςκθτεσ περιοχζσ. χετικά με τισ επιπτϊςεισ που μπορεί να ζχει πάνω ςτον άνκρωπο, γίνεται ζνασ διαχωριςμόσ για τουσ κινδφνουσ που προκφπτουν για τθν δθμόςια και τθν επαγγελματικι υγεία. υγκεκριμζνα ςτισ φωτοβολταϊκζσ οροφζσ γίνεται απελευκζρωςθ ςτθν ατµόςφαιρα ρυπαντϊν από τα ςτοιχεία Cd, Te, Se και As µε κίνδυνο για τθ δθµόςια υγεία. Όςον αφορά τθν επαγγελματικι υγεία, κατά τθ διάρκεια τθσ καταςκευισ και εγκατάςταςθσ οι κίνδυνοι είναι τυπικοί, όπωσ για κάκε εγκατάςταςθ παραγωγισ ενζργειασ. Συντιρθςθ τισ διεργαςίεσ ςυντιρθςθσ είναι δυνατόν να αυξθκεί το επίπεδο του κορφβου ςτθν περιοχι, ενϊ θ χριςθ χθµικϊν ουςιϊν είναι δυνατόν να επιβαρφνει το ζδαφοσ ςε περίπτωςθ διαρροισ ι ατυχιµατοσ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

51 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα 2.7 Νζεσ τεχνολογίεσ φωτοβολταϊκών κυττάρων Θ ευρεία χριςθ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων ςτθν ςθµερινι εποχι ζχει οδθγιςειτουσ καταςκευαςτζσ ςτθν ζρευνα και ανάπτυξθ καινοφριων τεχνολογιϊν. τθν επόμενθ παράγραφο αναφζρονται καινοτόμεσ ιδζεσ που ζχουν παρουςιαςτεί ςτον τομζα των φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων. Ηλιακά κφτταρα εφκαμπτθσ βάςθσ Σα κφτταρα εφκαμπτθσ βάςθσ ωσ ζνα είδοσ των νεότερων τεχνολογιϊν αποτελοφν ζνα πρωτοποριακό προϊόν που βαςίηεται ςε ζνα υλικό που, ςε αντίκεςθ µε τα ςυμβατικά φωτοβολταϊκά κφτταρα, δεν επικάκεται ςε άκαμπτθ βάςθ πυριτίου αλλά είναι φτιαγµζνο από χιλιάδεσ ςφαιρίδια πυριτίου, εγκλωβιςμζναανάµεςα ςε δφο φφλλα αλουμινίου. Σα ςφαιρίδια, τα οποία καταςκευάηονται από υπολείµµατα πυριτίου, προζρχονται από τθ βιοµθχανία των chips των θλεκτρονικϊν υπολογιςτϊν. Κάκε ςφαιρίδιο, λειτουργεί ςαν ζνα ανεξάρτθτο µικροςκοπικό φωτοβολταϊκό κφτταρο. Μεγάλο πλεονζκτθμά τουσ θ μαηικι παραγωγι και το πολφ χαμθλό κόςτοσ. Ηλιακό κφτταρο ενδιάμεςθσ ηϊνθσ Σο θλιακό κφτταρο ενδιάµεςθσ ηϊνθσ χρθςιμοποιεί κβαντικά φαινόμενα για αφξθςθ τθσ απόδοςθσ. Οι κεωρθτικζσ αποδόςεισ αγγίηουν το 50-60% και ςκοπόσ των καταςκευαςτϊν είναι να επιτευχκεί πραγματικόσ βακμόσ απόδοςθσ µεγαλφτεροσ του 25%. Νανοχλικά Μελζτεσ που αναπτφχκθκαν από ερευνθτικά εργαςτιρια ζδειξαν ότι με τθν χριςθ νανοχλικϊν, μπορεί να αυξθκεί θ αποδοτικότθτα των φωτοβολταϊκϊν µονάδων ζωσ και 45%. Θ τεχνολογία των νανοχλικϊνενςωματϊνει κβαντικζσ τελείεσ ςε θλιακά κφτταρα, μζκοδοσ που μπορεί να βελτιϊςει τθν θλεκτρικι παραγωγι, επιτρζποντασ ςτα κφτταρα τθν ςυγκομιδι υπζρυκρου φωτόσ και αυξάνοντασ ζτςι τθ διάρκεια ηωισ των φωτοθλεκτρονίων. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

52 Κεφάλαιο2-Ηλιακή Ενέργεια & Φωτοβολταικά Κύτταρα Ηλιακι µπογιά Θ θλιακι µπογιάδθµιουργικθκε µε τθ χριςθ θμιαγϊγιμων νανο-ςωµατιδίων διοξειδίου του τιτανίου, µε επικάλυψθ είτε κειοφχου καδμίου ι ςελθνιοφχουκαδµίου, διαλυµζνθ ςε µείγµα νεροφ-αλκοόλθσ. Σο μειονζκτθμα αυτισ τθσ τεχνικισ είναι θ ζλλειψθ ςτακερότθτασ. Νζο λεπτό φωτοβολταϊκό κφτταρο Θ εταιρεία Oxford Photovoltaics ανζπτυξε ζνα νζο φωτοβολταϊκό κφτταρο, το οποίο ανικει ςτθν κατθγορία τθσ τεχνολογίασ thin-film, που αντικακιςτά τον υγρό θλεκτρολφτθ µε ζνα ςτερεό οργανικό θμιαγωγό, επιτρζποντασ ολόκλθρα θλιακά πλαίςια να τοποκετοφνται υπό µορφι µεταξοτυπίασ ςε γυαλί ι και ςε άλλεσ επιφάνειεσ. Πλεονζκτθμα τθσ νζασ αυτισ τεχνολογίασ, θ φιλικότθτα του υλικοφ ςτο περιβάλλον και το πολφ χαµθλό κόςτοσ. Ιςχυρό θλιακό µικρο-κφτταρο χαµθλοφ κόςτουσ Θ εταιρεία Semprious δθμιοφργθςε ζνα µικροςκοπικό θλιακό κφτταρο υψθλισ απόδοςθσ, το οποίο ζχει µζγεκοσίςο με το κεφάλι μίασ καρφίτςασ. Σο µικρο-κφτταρο ζχει τθν ιδιότθτα να ςυγκεντρϊνει το θλιακό φωσ πάνω από φορζσ και ςτθ ςυνζχεια τθ δυνατότθτα να το µετατρζπει ςε ενζργεια. Για να επιτευχκεί θ υψθλι απόδοςθ το µικροκφτταρο κα πρζπει να ςυνδυαςτεί µε ιςχυροφσ φακοφσ. Πλεονζκτθμα αυτισ τθσ τεχνολογίασ είναι το μικρό κόςτοσ ςε ςχζςθ με τθν υψθλι απόδοςθ. 3D Φωτοβολταϊκά Μια οµάδα ερευνθτϊν του Massachusetts Institute of Technology (MIT), αποφάςιςε να προςεγγίςει τθν δομι των φωτοβολταϊκϊν καταςκευάηοντασ κάκετεσ, τριςδιάςτατεσ δοµζσ φωτοβολταϊκϊν κυττάρων. Θ απόδοςθ φκάνει ζωσ και 20 φορζσ µεγαλφτερθ από εκείνθ των επίπεδων πλαιςίων. Σο πλεονζκτθμα τθσ τεχνολογίασ αυτισ είναι ότι οι µεγαλφτερεσ διαφορζσ ςτθν απόδοςθ ιςχφοσ, παρατθρικθκαν κατά τθ διάρκεια χειµερινϊν µθνϊν και ςυννεφιαςμζνωνθμερϊν. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

53 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3:ΗΛΕΚΣΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ - ΤΠΟΒΑΘΜΙΗ Φ/ΒΚΤΣΣΑΡΩΝ/ΠΛΑΙΙΩΝ Σο παρόν κεφάλαιο χωρίηεται ςε δφο κυρίωσ άξονεσ: ςτθν περιγραφι των θλεκτρικϊν χαρακτθριςτικϊν των φωτοβολταϊκϊν κυττάρων και ςτθν ανάλυςθ του φαινομζνου τθσ υποβάκμιςθσ ςτα φωτοβολταϊκά πλαίςια. τθν πρϊτθ παράγραφο περιγράφεται το κφκλωμα που αναπαριςτά το φωτοβολταϊκό κφτταρο, ςυνοδευόμενο από τισ μακθματικζσ εκφράςεισ των θλεκτρικϊν φαινομζνων. Θ δεφτερθ παράγραφοσ δίνει πλθροφορίεσ για τουσ ςυντελεςτζσ απόδοςθσ και πλιρωςθσ των φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων. Θ επόμενθ παράγραφοσ αναφζρει τισ παραμζτρουσ που επθρεάηουν τθν απόδοςθ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. τθν δεφτερθ ενότθτα αναλφεται το φαινόμενο υποβάκμιςθσ PID. Σρόποι αντιμετϊπιςθσ και ελζγχου του φαινομζνου παρουςιάηονται λεπτομερϊσ. 3.1 Ηλεκτρικά χαρακτθριςτικά φωτοβολταϊκϊν κυττάρων Θ πρϊτθ ενότθτα του 3 ου κεφαλαίου παρουςιάηει όλα τα θλεκτρικά χαρακτθριςτικά των φωτοβολταϊκϊν κυττάρων. Δίνονται πλθροφορίεσ γφρω από το ιςοδφναμο κφκλωμα λειτουργίασ, τον ςυντελεςτι απόδοςθσ και τον ςυντελεςτι πλιρωςθσ των πλαιςίων. Επίςθσ γίνεται μία αναφορά γφρω από τισ κανονικζσ ςυνκικεσ λειτουργίασ μίασ φωτοβολταϊκισ εγκατάςταςθσ Ιςοδφναµο θλεκτρικό κφκλωµα ενόσ πραγµατικοφ φωτοβολταϊκοφ κυττάρου Σο θλεκτρικό ιςοδφναµοπραγµατικοφ Φ/Β ςτοιχείου που παρουςιάηεται ςτο παρακάτω ςχιμα ςχιµα αποτελείται από τθν πθγι ρεφµατοσ, δφο ιδανικζσ διόδουσ, από τθν παράλλθλθ αντίςταςθ R sh, από τθν ςειριακι αντίςταςθr s., και από τθν αντίςταςθ φορτίου R L. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-Σμιμα Θλεκτρολόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν- 44 -

54 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Εικόνα 3.1:Ιςοδφναµο θλεκτρικό κφκλωµα πραγματικοφ φωτοβολταϊκοφ κυττάρου [Κοτςοβόσ, 2005] Οι αντιςτάςεισ που προςτίκενται ςε αυτό το ιςοδφναµο εκφράηουν απϊλειεσ. Παράλλθλθ αντίςταςθ R sh Θ παράλλθλθ αντίςταςθ εκφράηει τισ διαρροζσ ρεφµατοσδιαµζςου τθσ διόδου[καγκαράκθσ, 1992]. Αφοροφν διαρροζσ που γίνονται ςτθν ζνωςθ(επαναςφνδεςθ), ςτισ εξωτερικζσ επιφάνειεσ τθσ ζνωςθσ(επιφανειακι διαρροι) ι διαρροζσ που προκαλοφν οι κρυςταλλικζσ ανωµαλίεσ ςτο κφτταρο. Σειριακι αντίςταςθ R s H ςειριακι αντίςταςθ εκφράηει τθν αντίςταςθ που ςυναντοφν οι φορείσ κακϊσ κινοφνται διαµζςου του θµιαγωγοφ και τισ αντιςτάςεισ ςτισ επαφζσ των θλεκτροδίων. Tορεφµαδίδεται από τθν εξίςωςθ: q( V R I V R I IL I ph Io[exp( ) 1] AKT R L s L L s L sh (3.1) τθν περίπτωςθ βραχυκυκλϊματοσ το ρεφμα βραχυκυκλϊςεωσ δίδεται από τον εξισ τφπο: qr I Isc I ph Io[exp( ) 1] AKT s sc s sc Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν R I R sh (3.2)

55 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων τθν περίπτωςθ ανοιχτοκυκλϊματοσ θ τάςθ ανοικτοφ κυκλϊµατοσείναι: V oc AKT Isc Isc ln( ) 1] q I o (3.3) Χαρακτθριςτικι I - V Ακόµθ και αν θ ακτινοβολία που προςπίπτει ςτα φωτοβολταϊκά ςτοιχεία είναι ςτακερι το παραγόµενορεφµα ςυναρτιςει τθσ τάςθσ µεταβάλλεται[καγκαράκθσ, 1992]. Χαρακτθριςτικι ρεφματοσ-τάςθσ ονομάηεται θ ςχθματικι απεικόνιςθ του ρεφµατοσ εξόδου ενόσ φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου ςυναρτιςει τθσ τάςεωσ εξόδου. Ρεφµα Βραχυκυκλϊςεωσ Λ sc Ρεφµα για τάςθ V=0 Σάςθ ανοικτοφ κυκλϊµατοσv oc Tάςθ για ρεφµα Λ=0 θµείο µεγίςτθσ ιςχφοσ P m Για να ελεγχκεί αποτελεςµατικά θ λειτουργία ενόσ φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου πρζπει να κακοριςτεί το ςθµείο μζγιςτθσ ιςχφοσ. Από αυτό το ςθµείο µπορεί να καταςκευαςτεί το ορκογϊνιο µε το µεγαλφτεροεµβαδόν µζςα ςτθ χαρακτθριςτικι ρεφματοσ-τάςθσ. Θ ευκεία που ενϊνει το ςθµείο αυτό µε τθν αρχι των αξόνων περιγράφει τθν καταλλθλότερθ αντίςταςθ φορτίου R opt. Θ χαρακτθριςτικι ρεφματοσ τάςεωσ (I-V) εξαρτάται από τθν θλιακι ακτινοβολία που προςπίπτει ςτο φωτοβολταϊκό ςτοιχείο και από τθ κερµοκραςία του κυττάρου. Χαρακτθριςτικι P - V Θ χαρακτθριςτικι ιςχυόσ-τάςθσ είναι άμεςοσ αποτζλεςμα τθσ χαρακτθριςτικισ ρεφματοσ τάςεωσ. Δεδομζνου ότι θ εξίςωςθ για τθν ιςχφ είναι το πολλαπλάςιο του ρεφματοσ και τθσ τάςθσ, απλά για κάκε ςθμείο του δείγματοσ τθσ χαρακτθριςτικισ I-V προκφπτει το αποτζλεςμα τθσ ιςχφοσ. Από τθν ςτιγμι που υπάρχει αυτι θ ςχζςθ αναλογίασ μεταξφ των δφο χαρακτθριςτικϊν, το διάγραμμα P-V, κα επθρεάηεται από τθν προςπίπτουςα ακτινοβολία. Σο ςχιμα 3.2 παρουςιάηει τισ δφο χαρακτθριςτικζσ που αναλφκθκαν παραπάνω. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

56 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Εικόνα 3.2: Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ Ρεφματοσ-Σάςθσ (Κόκκινο), Ιςχφοσ-Σάςθσ (Μπλε) [Καγκαράκθσ, 1992] Μεταβολι I-V µε τθν ακτινοβολία Αν παραμείνουν ςτακερζσ θ κερμοκραςία κυττάρου και θ φαςματικι κατανομι τθσ ακτινοβολίασ αλλά µεταβλθκεί θ ζνταςθ τθσ ακτινοβολίασ τότε παρατθρείται µεταβολι ςτθ χαρακτθριςτικι ρεφατοσ-τάςθσ (I-V). Σο ρεφµα βραχυκυκλϊςεωσ πρακτικά µεταβάλλεται αναλογικά µε τθν ζνταςθ. Θ τάςθ ανοικτοφ κυκλϊµατοσ δεν επθρεάηεται ςε τόςο μεγάλο βακμό από αυτιν τθν μεταβολι µεταβάλλεται λιγότερο (λογαρικµικι εξάρτθςθ). Σο γράφθμα που ακολουκεί δείχνει τθν μεταβολι τθσ χαρακτθριςτικισ I-V, ςυγκριτικά µε τθν ζνταςθ τθσ ακτινοβολίασ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

57 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Εικόνα 3.3: Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ I-V υπό τθν επίδραςθ ακτινοβολίασ [ 2014] Μεταβολι I-V µε τθν κερµοκραςία Με τθν αφξθςθ τθσ κερµοκραςίασ λειτουργίασ του κυττάρου παρατθροφνται τα ακόλουκα φαινόμενα: Σο ρεφµα βραχυκφκλωςθσ αυξάνεται ελαφρϊσ. Αυτό οφείλεται ςτθν μεταβολι τθσ ζνταςθσ τθσ ακτινοβολίασ και τθν µεταβολι τθσ δυνατότθτασ ςυλλογισ φορζων. ε αυτιν τθν μεταβολι ςθμαντικό ρόλο παίηει ότι το ενεργειακό διάκενο µειϊνεται µε αφξθςθ τθσ κερµοκραςίασ. Σο ρεφµα τθσ διόδου µεταβάλλεται με πολφ γριγορο ρυκμό. Θ τάςθ ανοικτοφ κυκλϊµατοσ µειϊνεται. Αυτό οφείλεται ςε µεταβολι των χαρακτθριςτικϊν αγωγισ διόδου. Θ ιςχφσ P m µειϊνεται, ενϊ µεταβάλλεται και θ µορφι τθσ καµπφλθσ (το γόνατο τθσ καµπφλθσ γίνεται πιο ςτρογγυλεµζνο µε αφξθςθ τθσ κερµοκραςίασ). Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

58 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Εικόνα 3.4: Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ I-V υπό τθν επίδραςθ κερμοκραςίασ [ 2014] υντελεςτισ απόδοςθσ φωτοβολταϊκοφ κυττάρου Ο ςυντελεςτισ απόδοςθσ ενόσ φωτοβολταϊκοφ κυττάρου ορίηεται από το πθλίκο τθσ μζγιςτθσ ιςχφοσ P max που αποδίδει το ςτοιχείο κάτω από οριςμζνεσ ςυνκικεσ, προσ τθν προςπίπτουςα ιςχφ P in θλιακισ ακτινοβολίασ ςτθν επιφάνεια του ςτοιχείου. Ο βακµόσ απόδοςθσ ενόσ φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου δίνεται από τον παρακάτω τφπο: Pmax Pmax P G * A in (3.4) Σο μζγεκοσ G ορίηεται ωσ θ προςπίπτουςα ανά τετραγωνικό μζτρο ιςχφσ θλιακισ ακτινοβολίασ (πυκνότθτα θλιακισ ακτινοβολίασ - W/m 2 ) και Α το εμβαδό τθσ επιφάνειασ του ςυλλζκτθ ςε m 2. Σο μζγεκοσ Α αναφζρεται ωσ το ολικό εμβαδό του πλαιςίου (μαηί με το μεταλλικό περίβλθμα και τα κενά), και είναι ζνασ δείκτθσ του ςφαιρικοφ ςυντελεςτι απόδοςθσ. Εάν τϊρα, χρθςιμοποιιςουμε ςαν τρόπο υπολογιςμοφ το πθλίκο τθσ πραγματικισ επιφάνειασ του ςυλλζκτθ προσ τθν ενεργι επιφάνεια αυτοφ, τότε προκφπτει ο πραγματικόσ ςυντελεςτισ απόδοςθσ. Ο τφποσ που υπολογίηει τον πραγματικό ςυντελεςτι απόδοςθσ είναι: I sc * Voc *FF G* A (3.5) Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

59 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Όταν αυξάνεται θ πυκνότθτα ιςχφοσ τθσ ακτινοβολίασ θαπόδοςθ του κυττάρου αυξάνεται ενϊ παρατθρείται µείωςθμε τθν αφξθςθ τθσ κερµοκραςίασ. φμφωνα με τοντφπο 3.5, για αφξθςθ τθσ απόδοςθσ πρζπει ναµεγιςτοποιοφνται οι ποςότθτεσ ρεφματοσ Λ sc, τάςθσ V oc, και ο ςυντελεςτισ πλιρωςθσ ff. Για να βρεκεί όµωσ ο µζγιςτοσ βακµόσ απόδοςθσ πρζπει να βρεκοφν τα άνω όρια των μεγεκϊν Λ sc και V oc. Άνω όριο Ι sc Τπό ιδανικζσ ςυνκικεσ, κάκε φωτόνιο που προςπίπτει ςτο θλιακό κφτταρο µε ενζργεια µεγαλφτερθ από το ενεργειακό χάςµα Εg του υλικοφ παράγει ζνα θλεκτρόνιο, που ρζει ςτο εξωτερικό κφκλωµα[ηαχαρίασ, 2007]. Από τθν ενεργειακι κατανοµι του θλιακοφ φάςµατοσ διαιρϊντασ το ενεργειακό περιεχόµενο ςε κάκε µικοσκφµατοσ µε τθν ενζργεια ενόσ φωτονίου ςτο αυτό µικοσκφµατοσ προκφπτει θ ροι φωτονίων του θλιακοφ φωτόσ ςυναρτιςει του µικουσκφµατοσ. Ολοκλθρϊνοντασ τϊρα αυτι τθν κατανοµι ροισ φωτονίων από το µικρότερο µικοσκφµατοσ µζχρι το µζγιςτο για το οποίο µποροφν να παραχκοφν ηεφγθ θλεκτρονίων-οπϊν για κάκε θµιαγωγό, προκφπτει θ µζγιςτθ τιµι του Λ sc. Όταν το ενεργειακό χάςµα µειϊνεται το Λ sc αυξάνεται, διότι περιςςότερα φωτόνια ζχουν τθν ενζργεια που απαιτείται για τθ δθµιουργία ηευγϊν θλεκτρονίων-οπϊν. Άνω όριο V oc φμφωνα με τθν κεωρία των θλεκτρονίων, το V oc είναι αντιςτρόφωσ ανάλογο του Λ ο, που ςθµαίνει ότι για µζγιςτο V oc, το Λ ο πρζπει να είναι όςο το δυνατόν µικρότερο. Ζνασ τρόποσ υπολογιςμοφ του άνω ορίου του V oc είναι να διατθριςουμε τισ ςυγκεντρϊςεισ των φορζων µζςα ςτισ περιοχζσ όπου τα προκφπτοντα θλιακά κφτταρα είναι καλισ ποιότθτασ. Για το πυρίτιο που χρθςιμοποιείται ςε μεγάλο βακμό ςτον ςχεδιαςμό φωτοβολταϊκϊν κυττάρων, το άνω όριο V oc είναι περίπου 700mV και ο µζγιςτοσ ςυντελεςτισ πλιρωςθσ ff είναι 0.84, οπότε από αυτά µπορεί να προκφψει και ο µζγιςτοσ βακµόσ απόδοςθσ. υμφωνά με τθν κεωρία θ µζγιςτθ τιµι του V oc ελαττϊνεται, όταν ελαττϊνεται το ενεργειακό διάκενο, ςτοιχείο που είναι αντίκετο από αυτό που ιςχφει το Λ sc. Κατά ςυνζπεια υπάρχει µία βζλτιςτθ τιµι του ενεργειακοφ διάκενου που δίνει το µεγαλφτερο βακµό απόδοςθσ. Όςο πιο υψθλι είναι θ τιμι του ενεργειακοφ διακζνου, τόςο μεγαλφτερθ απόδοςθ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

60 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων περιμζνουμε. Για το πυρίτιο θ τιμι του ενεργειακοφ διακζνου είναι 1.1 e V, ενϊ για το αρςενιοφχο γάλλιο το ενεργειακό διάκενο παίρνει τθν τιμι 1.4e V υντελεςτισ πλιρωςθσ FF Ζνα ςθμαντικό μζγεκοσ που χαρακτθρίηει τθν ποιότθτα ενόσ φωτοβολταϊκοφ κυττάρου είναι ο ςυντελεςτισ πλιρωςθσ FF, ο οποίοσ ορίηεται ωσ το πθλίκο τθσ μζγιςτθσ ιςχφοσ Pmax προσ το γινόμενο I sc *V oc ι διαφορετικά τον λόγο των εμβαδϊν που ορίηονται ωσ διαφορετικζσ περιοχζσ ςτο παρακάτω ςχιμα. P I max mpp* Vmpp ό FF (3.6) I * V I * V ό sc oc sc oc Ο ςυντελεςτισ πλιρωςθσ χρθςιμοποιείται για να ελζγξει τθν χαρακτθριςτικι ρεφματοστάςθσ I-V. Θ τιμι του κακορίηεται από το υλικό του Φ/Β ςτοιχείου κακϊσ και από τισ εξωτερικζσ ςυνκικεσ (κερμοκραςία, ακτινοβολία) και είναι μικρότεροσ τθσ μονάδασ. Όςο πιο κοντά είναι ςτθν μονάδα, τόςο περιςςότερο θ λειτουργία του Φ/Β ςτοιχείου πλθςιάηει τθν ιδανικι ςυμπεριφορά τθσ πθγισ ςτακεροφ ρεφματοσ. Για Φ/Β κφτταρα πολφ καλισ ποιότθτασ, ο ςυντελεςτισ πλιρωςθσ παίρνει τιμζσ από 0,6 ζωσ 0,9. Εικόνα 3.5: υντελεςτισ Πλιρωςθσ Ηλιακοφ Κυττάρου [Solmetric, 2014] 3.1.4STC Πρότυπεσ ςυνκικεσ τα φωτοβολταϊκά πλαίςια, όπωσ ςε όλα τα βιομθχανικά ςυςτιματα ζχουν κακοριςτεί ςυνκικεσ αναφοράσ (Standard Test Conditions, STC) για λόγουσ ςφγκριςθσ των Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

61 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων αποτελεςμάτων. Σα βαςικά χαρακτθριςτικά του Φ/Β ςτοιχείου, τα οποία ζχουν αναφερκεί(voc, Isc, ff, n) ελζγχονται πρϊτα ςε ζνα κφτταρο παραςκευαςμζνο ςτο εργαςτιριο και ζπειτα ςτο τελικό βιομθχανικό προϊόν. Θ γνϊςθ αυτϊν των χαρακτθριςτικϊν μεγεκϊν μασ επιτρζπει να ελζγξουμε τθν αποδοτικότθτα των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων ςε εξειδικευμζνουσ χϊρουσ υπό ςυγκεκριμζνεσ πρότυπεσ ςυνκικεσ οι οποίεσ είναι οι εξισ: Ο χϊροσ ελζγχου βρίςκεται ςτθν προκακοριςμζνθ κερμοκραςία των 25 ο C. Θ κερμοκραςία του φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου είναι ίςθ με 25 ο C ± 2 ο C. Σο φάςμα εκπομπισ τθσ χρθςιμοποιοφμενθσ πθγισ φωτιςμοφ προςομοιάηει το θλιακό φάςμα ςτθν Γθ με πυκνότθτα ιςχφοσ 1000 W/m 2. Θ πυκνότθτα του αζρα παίρνει τθν τιμι ΑΜ=1.5. Θ ακτινοβολία από τθν τεχνθτι πθγι προςπίπτει κάκετα ςτθν επιφάνεια του ςτοιχείου. Θ πυκνότθτα του αζρα ΑΜ είναι ζνασ κακαρόσ αρικμόσ και ελζγχει κατά πόςο ο διαφορετικόσ δρόμοσ που ακολουκεί θ ακτινοβολία επθρεάηει το φαςματικό περιεχόμενο και τθν ζνταςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ που φτάνει ςτθν επιφάνεια τθσ Γθσ. Ζνασ πρακτικόσ τρόποσ υπολογιςμοφ τθσ πυκνότθτασ αζρα είναι ο επόμενοσ: AM S 1 ( ) H όπου S είναι το μικοσ τθσ ςκιάσ ενόσ αντικειμζνου και H το φψοσ του. Ο ονομαςτικόσ ςυντελεςτισ απόδοςθσ που δίνεται από τον καταςκευαςτι, όπωσ και τα υπόλοιπα θλεκτρικά χαρακτθριςτικά του πλαιςίου ιςχφουν πάντα υπό πρότυπεσ ςυνκικεσ: n P 2 (W ) max,stc p (W/ m )*A(m ) όπου P max ονομάηεται θ ιςχφσ αιχμισ. Οι διαφορζσ μεταξφ των πρότυπων ςυνκθκϊν και των πραγματικϊν αποτελεςμάτων τισ περιςςότερεσ φορζσ είναι αρκετά μεγάλεσ. Για αυτό τον λόγο δεν είναι ςωςτό να βαςιηόμαςτε μόνο ςτισ πρότυπεσ ςυνκικεσ για τον υπολογιςμό μίασ πραγματικισ εγκατάςταςθσ. (3.7) (3.8) Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

62 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων 3.1.5NOCT Ονομαςτικι κερμοκραςία λειτουργίασ κυψζλθσ Οι πρότυπεσ ςυνκικεσ για μία φωτοβολταϊκι μονάδα κα είναι κερμοκραςία ςτουσ 25 C υπό πυκνότθτα ιςχφοσ θλιακισ ακτινοβολίασ 1 kw / m2. Ωςτόςο, όταν τα φωτοβολταϊκά βρίςκονται ςε πραγματικζσ ςυνκικεσ παραγωγισ, λειτουργοφν ςυνικωσ ςε υψθλότερεσ κερμοκραςίεσ και ςε χαμθλότερα ποςοςτά θλιακισ ακτινοβολίασ. Προκειμζνου να προςδιοριςτεί θ ιςχφσ εξόδου του θλιακοφ ςτοιχείου, είναι ςθμαντικό να προςδιοριςτεί θ αναμενόμενθ κερμοκραςία λειτουργίασ τθσ φωτοβολταϊκισ μονάδασ. Θ Ονομαςτικι Κερμοκραςία Λειτουργίασ Κυψζλθσ (NOCT) ορίηεται ωσ θ κερμοκραςία που φκάνουν ανοιχτοκυκλωμζνα κφτταρα ςε μια φωτοβολταϊκι μονάδα κάτω από τισ παρακάτω ςυνκικεσ: Ακτινοβολία ςτθν επιφάνεια των κυττάρων = 800 W / m2 Κερμοκραςία αζρα = 20 C Σαχφτθτα ανζμου = 1 m / s Προχποκζςεισ τοποκζτθςθσ = Ανοικτι οπίςκια επιφάνεια Οι εξιςϊςεισ για τθν θλιακι ακτινοβολία και τθν διαφορά κερμοκραςίασ μεταξφ τθσ φωτοβολταϊκισ μονάδασ και του αζρα δείχνουν ότι αμφότερα θ αγωγιμότθτα και θ μετάδοςθ απωλειϊν είναι γραμμικά φαινόμενα. τθν περίπτωςθ όπου οι καταςκευαςτζσ του το ςυςτιματοσ προςπακοφν να εξαςφαλίςουν μζγιςτθ απόδοςθ, χρθςιμοποιοφν πτερφγια αλουμινίου ςτο πίςω μζροσ τθσ μονάδασ για τθν ψφξθ τθσ εγκατάςταςθσ, τα οποία μειϊνουν τθν κερμικι αντίςταςθ και αυξάνουν το εμβαδόν επιφάνειασ για μεταφορά κερμότθτασ. Θ μζγιςτθ ονομαςτικι κερμοκραςία που μποροφν οι καταςκευαςτζσ να δθμιουργιςουν είναι 33 C, ενϊ θ χειρότερθ 58 C, αντίςτοιχα. Θ τυπικι τιμι για τθν ονομαςτικι κερμοκραςία λειτουργίασ κυψζλθσ είναι 48 C. Μια προςεγγιςτικι ζκφραςθ για τον υπολογιςμό τθσ κερμοκραςίασ των κυττάρων δίνεται από τον παρακάτω μακθματικό τφπο: NOCT Tcell Tair * S (3.9) όπου S = θλιακι ακτινοβολία (mw / cm 2 ). Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

63 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Επίδραςθ παραγόντων ςτθν απόδοςθ του φωτοβολταϊκοφ ςτοιχείου Μθχανιςμοί απϊλειασ τθσ θλιακισ ενζργειασ Θ μζγιςτθ κεωρθτικι απόδοςθ ενόσ φωτοβολταϊκοφ κυττάρου δεν ξεπερνά το 30%, ενϊ το υπόλοιπο 70% χάνεται. Οι κυριότεροι παράγοντεσ οι οποίοι επθρεάηουν τθν απόδοςθ ενόσ θλιακοφ κυττάρου οφείλονται ςτισ παρακάτω απϊλειεσ [Περράκθ, 2007]: Λόγω ανάκλαςθσ του φωτόσ πάνω ςτθν επιφάνεια του ςτοιχείου. Περίςςεια ενζργειασ Ατελισ απορρόφθςθ υντελεςτισ ςυλλογισ Παράγων τάςεωσ Παράγων καμπυλότθτασ Αντίςταςθ ςειράσ Για τθν περίπτωςθ του πυριτίου, αν ακροίςουμε το ςφνολο τθσ χαμζνθσ ενζργειασ, καταλιγουμε ςε ζνα ποςοςτό τθσ τάξθσ του 75% που δικαιολογεί και τον ιδανικό ςυντελεςτι απόδοςθσ του υλικοφ που κυμαίνεται γφρω ςτο 25%. Άλλοι παράγοντεσ που επθρεάηουν το βακµό απόδοςθσ Κεμελιακό ηιτθµα ςε ότι αφορά τα ςυςτιµατα θλιακισ ενζργειασ είναι ο προςανατολιςµόσ τθσ ςυλλεκτικισ επιφάνειασ ωσ προσ τθν κατεφκυνςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ. Ο προςανατολιςµόσ περιγράφεται με τθν γωνία ανάµεςα ςτο επίπεδο τθσ ςυλλεκτικισ επιφάνειασ και του ορίηοντα (κλίςθ) και τθν γωνία που ςχθµατίηεται πάνω ςτο οριηόντιο επίπεδο ανάµεςα ςτθν προβολι τθσ κατακόρυφου του ςυλλζκτθ και τον τοπικό Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

64 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων µεςθμβρινό βορρά-νότου (αηιµοφκια γωνία). Επειδι όµωσ ο ιλιοσ αποκλίνει κατά τθ διάρκεια του χρόνου θ βζλτιςτθ κλίςθ τθσ ςυλλεκτικισ επιφάνειασ διαφζρει από εποχι ςε εποχι. Θ ζνταςθ αιχµισ είναι θ τιµι τθσ µζγιςτθσ θλιακισ ακτινοβολίασ που ζχουµε κατά το θλιακό µεςθµζρι, το οποίο δεν ταυτίηεται µε το ωρολογιακό µεςθµζρι. Θλιακό µεςθµζρι κεωροφµε τθ χρονικι ςτιγµι που ο ιλιοσ βρίςκεται ςτο ψθλότερο ςθµείο του ορίηοντα [Καγκαράκθσ, 1992]. Κατά τθ διάρκεια µιασµζρασµε µερικι ςυννεφιά παρατθροφνται ανωµαλίεσ ςτθ µεταβολι τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ. Οι απότοµεσ µειϊςεισ οφείλονται ςε ςφννεφα που παρεµβάλλονται µεταξφ ιλιου και ςυλλεκτικισ επιφάνειασ. Οι αυξιςεισ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ πζραν του κανονικοφ οφείλονται ςτθν άµεςθ ακτινοβολία από τον ιλιο όταν ανοίγουν λίγο τα ςφννεφα αλλά και ςτθν ανάκλαςθ θλιακισ ακτινοβολίασ από τα ςφννεφα. υμπεραςματικά, θ γωνία που ςχθµατίηει το επίπεδο των φωτοβολταϊκϊν µε τισ ακτίνεσ του Ιλιου επθρεάηει ςθµαντικά το βακµό απόδοςθσ του κυττάρου. Αν οι ακτίνεσ του ιλιου προςπίπτουν κάκετα ςτα πλαίςια προκφπτει ο µεγαλφτεροσ βακµόσ απόδοςθσ. Αν τα φωτοβολταϊκά πλαίςια παραµζνουν ςτακερά µε προςανατολιςµό προσ το νότο οι ακτίνεσ του ιλιου προςπίπτουν ςε αυτά περιςςότερο κάκετα κατά το µεςθµζρι[φραγκιαδάκθσ, 2007]. Θ ϊρα και θ εποχι ακόµθ τροποποιοφν τθ γωνία πρόςπτωςθσ των ακτινϊν του ιλιου και άρα το βακµό απόδοςθσ. Ζτςι, λοιπόν, άλλεσ τιµζσ προκφπτουν για τθ µεςθµεριανι θλιακι ακτινοβολία και άλλεσ για πρωί και απόγευµα. Επιπρόςκετα, ο βακµόσ απόδοςθσ παρουςιάηει διακφµανςθ και από τον ζνα µινα ςτον άλλο ακόµα κι όταν τα φωτοβολταϊκά είναι ςτθν ίδια κλίςθ. Για αυτό το λόγο το ιδανικό είναι τα φωτοβολταϊκά πλαίςια να ςυντονίηονται ςε κάκε εποχι, όςο είναι εφικτό, ςε ςχζςθ µε τθν θλιακι ακτινοβολία. Όςον αφορά ςτθν καλφτερθ απόδοςθ τα φωτοβολταϊκά πλαίςια µποροφν να ςτρζφονται προσ τον ιλιο µε ειδικό µθχανιςµό περιςτροφισ. Οι διατάξεισ που βοθκοφν τθν περιςτροφι ονοµάηονται ιχνθλάτεσ (trackerσ) ενόσ ι δφο αξόνων. Αυτοί οι μθχανιςμοί Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

65 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων ςυνεπάγονται µεγάλο κόςτοσ εγκατάςταςθσ. Οριςµζνεσ φορζσ, ειδικοί φακοί βοθκοφν ςτθ ςυγκζντρωςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ µε απϊτερο ςκοπό τθν αφξθςθ τθσ απόδοςθσ των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων. Κατά τθν λειτουργία είναι απαραίτθτθ θ ψφξθ των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων µε διάφορουσ τρόπουσ (ψυχρά υγρά ι ψυχρόσ αζρασ). Αυτό όµωσ και πάλι προκαλεί αυξθµζνοκόςτοσ εγκατάςταςθσ. Ακόµθ, θ υγραςία επιδρά αρνθτικά ςτθ διάρκεια ηωισ των φωτοβολταϊκϊν ςτοιχείων. Εικόνα 3.6: Μθχανιςμόσ Tracker ςε Φωτοβολταϊκά υςτιματα [ 2014] Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

66 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων 3.2 Φαινόμενο υποβάκμιςθσ φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων Σρόποι αντιμετϊπιςθσ Μεταξφ των διαφόρων τφπων των ανανεϊςιμων πθγϊν ενζργειασ, θ θλιακι ενζργεια ζχει προωκθκεί ευρζωσ ςε όλο τον κόςμο κατά τα τελευταία χρόνια. Σα φωτοβολταϊκά πλαίςια είναι ςυςκευζσ που είναι υπεφκυνεσ για τθ μετατροπι άμεςα του φωτόσ του ιλιου ςε θλεκτρικι ενζργεια. Θ αξιοπιςτία των φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων είναι ουςιϊδθσ για τθν αποδοχι τουσ από τθν αγορά. Όςο τα πλαίςια χρθςιμοποιοφνται ωσ μονάδεσ παραγωγισ ενζργειασ, οι υποβακμίςεισ και οι βλάβεσ είναι αναπόφευκτεσ επιπτϊςεισ πάνω ςτο ςφςτθμα [Debora, 2011]. Τπάρχουν περιπτϊςεισ όμωσ, που αυτζσ οι επιπτϊςεισ δεν μποροφν να αναγνωριςτοφν άμεςα. Οι διαγνωςτικζσ λειτουργίεσ περιλαμβάνουν τθν παρακολοφκθςθ των αποδόςεων, καταγράφοντασ παράλλθλα οριςμζνεσ βαςικζσ παραμζτρουσ τθσ μονάδασ, οι οποίεσ αντικατοπτρίηουν τθν κατάςταςθ τθσ ομαλισ λειτουργίασ του ςυςτιματοσ. Ο κφριοσ ςτόχοσ των καταςκευαςτϊν είναι να μελετοφν κατά πόςο αλλαγζσ ςτισ παραμζτρουσ επθρεάηουν τθν απόδοςθ του ςυςτιματοσ Βαςικά χαρακτθριςτικά φαινομζνου υποβάκμιςθσ Ο ακριβισ οριςμόσ του όρου υποβάκμιςθ υποδθλϊνει τθν μείωςθ αξίασ. Κατά ςυνζπεια, θ υποβάκμιςθ των επιδόςεων μιασ φωτοβολταϊκισ μονάδασ νοείται ωσ θ μείωςθ τθσ απόδοςισ τουσ [Becker, 2013]. Πλθροφορίεσ ςχετικά με το φαινόμενο τθσ υποβάκμιςθσ είναι απαραίτθτεσ για τον ςχεδιαςμό, τθν λειτουργία και τθ χρθματοδότθςθ μιασ φωτοβολταϊκισ εγκατάςταςθσ. Οι καταςκευαςτζσ των φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων παρατθροφν μία γραμμικι μείωςθ ςτθν απόδοςθ των πλαιςίων όταν ςε αυτά δρα θ υποβάκμιςθ. Θ υποβάκμιςθ ςτα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα είναι χωριςμζνθ ςε διάφορεσ κατθγορίεσ: αρχικι υποβάκμιςθ, μακροχρόνια υποβάκμιςθ και αναςτρζψιμθ υποβάκμιςθ. Θ δυνθτικι υποβάκμιςθ ι αλλιϊσ εν δυνάμει προκλθκείςα υποβάκμιςθ (Potential Induced Degradation PID) είναι μία μορφι αναςτρζψιμθσ υποβάκμιςθσ και αυτι κα μελετιςουμε ςε αυτιν τθν εργαςία. Θ αρχικι υποβάκμιςθ αντιπροςωπεφει ζνα ςθμαντικό ποςοςτό τθσ μείωςθσ τθσ απόδοςθσ. υμβαίνει τθν πρϊτθ φορά που απορροφάται ακτινοβολία (2,5 kwh / m2). Οι ελεφκεροι φορείσ φορτίου ςτθν περιοχι που επικρατεί το πυρίτιο εξουδετερϊνονται από το Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

67 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων οξυγόνο. Θ επακόλουκθ απϊλεια είναι θ μείωςθ του ρεφματοσ βραχυκφκλωςθσ I sc. Οι απϊλειεσ οφείλονται κατά κφριο λόγο ςτισ προςμείξεισ του πυριτίου. τθν περίπτωςθ των μονοκρυςταλλικϊν πλαιςίων, υπάρχει ςυνικωσ υποβάκμιςθ απόδοςθσ περίπου 2%, ι ακόμθ και 5%. Οι κφριεσ αιτίεσ για τθν μακροπρόκεςμθ υποβάκμιςθ των φωτοβολταϊκϊν μονάδων οφείλονται ςτθν απϊλεια πρόςφυςθσ ανάμεςα ςτα ςτρϊματα επικάλυψθσ και ςτθν επικαλυπτικι αμαφρωςθ. Επιπλζον, υπάρχουν αςτοχίεσ ςτοιχείων που οφείλονται ςε μθχανικι καταπόνθςθ. Μία μεταβολι ςτθν επιφάνεια του γυαλιοφ, λόγω βακιάσ ακακαρςίασ οδθγεί ςε μείωςθ απόδοςθσ. Αυτό ςθμαίνει απϊλεια ακτινοβολίασ που οδθγεί με τθ ςειρά τθσ ςε άμεςθ μείωςθ των ρευμάτων I sc. τθν ςυνζχεια κα παρουςιάςουμε επιςτθμονικζσ μελζτεσ που ζχουν επικεντρωκεί ςτουσ τρόπουσ αντιμετϊπιςθσ τθσ δυνθτικισ υποβάκμιςθσ PID Αντιμετϊπιςθ φαινομζνου υποβάκμιςθσ ςε φωτοβολταϊκι εγκατάςταςθ και χϊρο εργαςτθρίου Θ πρϊτθ ζρευνα που παρακζτουμε επικεντρϊνεται ςε μεκόδουσ που χρθςιμοποιοφνται, είτε ςτθν πραγματικι εγκατάςταςθ φωτοβολταϊκϊν είτε ςτο εργαςτιριο, για τθν επαναφορά απόδοςθσ τθσ ονομαςτικισ λειτουργίασ του κυττάρου/πλαιςίου μετά από τθν επίδραςθ τθσ PID. υγκεκριμζνα για τθν μελζτθ τθσ πραγματικισ εγκατάςταςθσ δφο μζκοδοι ςυγκρίνονται[frank, 2012]: 1) θ κατάλλθλθ γείωςθ τθσ εγκατάςταςθσ και 2) θ εφαρμογι παραγωγισ τάςθσ κατά τθν διάρκεια τθσ νφχτασ. το εργαςτιριο τζςςερισ μζκοδοι διερευνϊνται: Α) θ αποκικευςθ του πλαιςίου ςε κερμοκραςία δωματίου, Β) θ εφαρμογι ενόσ κακοριςμζνου (αντίςτροφου) δυναμικοφ, Γ) θ αποκατάςταςθ μζςω μελζτθσ κερμοκραςίασ και Δ) θ εφαρμογι ςτο πλαίςιο τάςθσ πόλωςθσ. Σα κφτταρα τα οποία εξετάηονται για τθν αντοχι τουσ ςτθν υποβάκμιςθ PID είναι τα αμφίπλευρα κφτταρα. Σα αμφίπλευρα κφτταρα χρθςιμοποιοφν φωσ και από τισ δφο πλευρζσ κακϊσ και οι δφο πλευρζσ πακθτικοποιοφνται από ζνα ςτρϊμα διθλεκτρικοφ. Σα κφτταρα αυτά ζχουν ιδιαίτερο ενδιαφζρον για τθν ευαιςκθςία τουσ απζναντι ςτθν υποβάκμιςθ, δεδομζνου ότι και οι δφο πλευρζσ μποροφν να επθρεαςτοφν από τθν PID. Θ υποβάκμιςθ ιςχφοσ ςτα αμφίπλευρα κφτταρα παρουςιάηονται ςτθν επόμενθ εικόνα. Παρατθρείται ότι, ςτθν περίπτωςθ εξζταςθσ τθσ μπροςτινισ πλευράσ των κυττάρων θ ιςχφσ είναι μεγαλφτερθ. Αυτό που ίςωσ είναι πιο Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

68 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων ενδιαφζρον, είναι ότι ςτθν περίπτωςθ επιβολισ κετικισ τάςθσ θ διαφορά ιςχφοσ μεταξφ των δφο πλευρϊν είναι μεγαλφτερθ από τθν περίπτωςθ επιβολισ αρνθτικισ τάςθσ. Εικόνα 3.7: Τποβάκμιςθ Ιςχφοσ ςε Αμφίπλευρα Κφτταρα[Frank, 2012] Αντιμετϊπιςθ επί τθσ εγκατάςταςθσ ε περίπτωςθ όπου το φαινόμενο τθσ υποβάκμιςθσ ςυμβεί ςτθν εγκατάςταςθ, ανάλογα με το βακμό τθσ υποβάκμιςθσ, θ πιο οικονομικι λφςθ είναι να ανακτθκοφν τα πάνελ. Αυτι θ κίνθςθ ζχει ςυγκριτικά χαμθλότερο κόςτοσ από τθν ανταλλαγι των πάνελ ι τθν αλλαγι του ςυςτιματοσ. Ζνα ςθμαντικό ερϊτθμα είναι πόςο γριγορα μποροφν να γίνουν οι εργαςίεσ αποκατάςταςθσ και κατά πόςο μπορεί να ανακτθκεί θ αρχικι ενζργεια. Εξετάηοντασ ςαν μζκοδο ανάκτθςθσ υποβάκμιςθσ τθν 1) κατάλλθλθ γείωςθ τθσ εγκατάςταςθσ και τθν 2) εφαρμογι παραγωγισ τάςθσ κατά τθν διάρκεια τθσ νφχτασ τα αποτελζςματα είναι ορατά ςτο ακόλουκο ςχιμα. Εικόνα 3.8:Μζκοδοσ Ανάκτθςθσ Τποβάκμιςθσ με 1) κατάλλθλθ γείωςθ τθσ εγκατάςταςθσ και 2) με εφαρμογι παραγωγισ τάςθσ[frank, 2012] Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

69 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Μετά από δεκατζςςερισ μινεσ θ ανάκαμψθ είναι +7% για τθν περίπτωςθ επιβολισ τάςθσ, και +6% για τθν περίπτωςθ γείωςθσ Όπωσ φαίνεται τόςο το ρεφμα όςο και τάςθ των κυττάρων βελτιϊνονται. Θ αρχικι μεγάλθ αναντιςτοιχία των υποβακμιςμζνων κυττάρων/πλαιςίων τθσ εγκατάςταςθσ μειϊνεται δραςτικά μετά τθν εξωτερικι ανάκτθςθ. Αντιμετϊπιςθ επί του εργαςτθρίου τθν ςυνζχεια κα περιγράψουμε τισ τζςςερισ μεκόδουσ ανάκτθςθσ που εφαρμόηονται ςτο εργαςτιριο. Αυτζσ είναι: 1) αποκικευςθ ςε κερμοκραςία δωματίου, 2) εφαρμογι ενόσ κακοριςμζνου (αντίςτροφου) δυναμικοφ, 3) αποκατάςταςθ μζςω μελζτθσ κερμοκραςίασ και 4) τάςθ πόλωςθσ. 1) Επίδραςθ τθσ αποκικευςθσ ςε κερμοκραςία δωματίου Για να διερευνθκεί θ επίδραςθ τθσ αποκικευςθσ ςε κερμοκραςία δωματίου, 8 πάνελ εκτζκθκαν ςε δοκιμι PID (25 C, 1000V). Κάτω από τθν επίδραςθ τθσ υποβάκμιςθσ τα πάνελ χάνουν το 50% τθσ ιςχφοσ τουσ. τθ ςυνζχεια οι μονάδεσ φυλάχκθκαν ςε κερμοκραςία δωματίου για δεκαοκτϊ μινεσ. Θ ανάκαμψθ που παρατθρικθκε για πρότυπεσ κανονικζσ ςυνκικεσ είναι τθσ τάξθσ του 97%. Σο αποτζλεςμα που παρουςιάηεται ςτο ςχιμα 3.9 δείχνει τθν ςθμαντικι επαναφορά ιςχφοσ των κυττάρων υπό τθν επίδραςθ ςυνκθκϊν κερμοκραςίασ δωματίου. Εικόνα 3.9:Ιςχφσ Κυττάρων υπό τθν Επίδραςθ υνκθκϊν Θερμοκραςίασ Δωματίου [Frank, 2012] Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

70 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων 2) Αντιςτροφι δυναμικοφ Θ πιο γνωςτι μζκοδοσ για τθν ανάκτθςθ απόδοςθσ ενόσ θλιακοφ πλαιςίου κάτω από τθν επίδραςθ τθσ υποβάκμιςθσ PID είναι θ εφαρμογι ενόσ αντίςτροφου δυναμικοφ. Εργαςτθριακά, μελετάται θ υποβάκμιςθ ενόσ πλαιςίου όταν εφαρμόηονται ςε αυτό 1000V ανάμεςα ςτο κφκλωμα κυττάρων (αρνθτικόσ πόλοσ) και ςτο πλαίςιο αλουμινίου (κετικόσ πόλοσ) ενϊ θ γυάλινθ επιφάνεια καλφπτεται με κερμό νερό ( 40 C). Θ αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ επιταχφνει το φαινόμενο υποβάκμιςθσ. Θ ανάκτθςθ απόδοςθσ γίνεται αντιςτρζφοντασ το δυναμικό των 1000V. Θ διαδικαςία αυτι οδθγεί ςτθν επαναφορά του 95% τθσ χαμζνθσ ιςχφοσ. Σο αποτζλεςμα επθρεάηεται από τθν αφξθςθ τθσ κερμοκραςίασ, τουσ τφπουσ των κυττάρων και τθν καταςκευι μονάδασ. Θ εικόνα 3.10 δείχνει κατά πόςο επθρεάηεται θ απόδοςθ, ανάλογα με τθν μεταβολι κάποιων παραμζτρων. Εικόνα 3.10:Μεταβολι Απόδοςθσ Φωτοβολταϊκϊν Κυττάρων[Frank, 2012] Οι δφο μζκοδοι που εξετάςτθκαν οδθγοφν ςε ςθμαντικι επαναφορά χαρακτθριςτικϊν με καλι απόδοςθ. Θ χριςθ τθσ εφαρμογισ παραγωγισ τάςθσ οδθγεί ςε ταχφτερθ επαναφορά. Ειδικά κατά τθ διάρκεια του χειμϊνα, όταν θ κερμοκραςία και θ ακτινοβολία είναι χαμθλι, θ ανάκτθςθ από τθ γείωςθ του αρνθτικοφ πόλου επιβραδφνεται, ενϊ κατά τθ διάρκεια του καλοκαιριοφ θ επαναφορά επιταχφνεται και πάλι. Μετά από μία περίοδο 14 μθνϊν, τα αποτελζςματα είναι αρκετά παρόμοια και δεν είναι ςαφζσ ακόμθ ποια από τισ δφο μεκόδουσ λειτουργεί καλφτερα μακροπρόκεςμα. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

71 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων 3) Επίδραςθ από ζκκεςθ ςε υψθλζσ κερμοκραςίεσ τθν πραγματικι εγκατάςταςθ οι μονάδεσ βρίςκονται ςε μία κερμοκραςία επιπζδου C, ανάλογα με τθν ταχφτθτα ακτινοβολίασ, τθ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ και τον άνεμο. Όπωσ ζχει παρατθρθκεί θ αποκικευςθ ςε κερμοκραςία δωματίου οδθγεί ςτθν επαναφορά των χαρακτθριςτικϊν των κυττάρων. Όπωσ αναφζρκθκε και προθγουμζνωσ θ υποβάκμιςθ απόδοςθσ και θ ταχφτθτα ανάκτθςθσ εξαρτϊνται ςε μεγάλο βακμό από τθν κερμοκραςία. Ζνα κφτταρο υπζςτθ υποβάκμιςθ (-80%) ςε κατάςταςθ δοκιμισ (1000V, 60 C για 24 ϊρεσ). Σο δείγμα ανακτικθκε κατόπιν με κατεργαςία ςε κερμοκραςία 85 C. Μετά από 18 μζρεσ το κφτταρο αποκτά εξ ολοκλιρου τισ αρχικζσ του τιμζσ για τάςθ V oc και ρεφμα I sc. Ο ςυντελεςτισ πλιρωςθσ και θ διακλάδωςθ δεν ανακτϊνται όπωσ κα περίμεναν οι μελετθτζσ. Σο αποτζλεςμα τθσ ζκκεςθσ ςε υψθλι κερμοκραςία φαίνεται ςτο ςχιμα που ακολουκεί. Εικόνα 3.11: Παράμετροι Φωτοβολταϊκϊν Κυττάρων για Ζκκεςθ ςε Τψθλι Θερμοκραςία[Frank, 2012] 4) Λανκαςμζνθ Τάςθ Επαναφοράσ Μία άλλθ μζκοδοσ για τθν επαναφορά των χαρακτθριςτικϊν θλιακϊν κυττάρων υπό τθν επίδραςθ υποβάκμιςθσ είναι θ μζκοδοσ λανκαςμζνθσ τάςθσ επαναφοράσ. ε αυτιν τθν περίπτωςθ, ζνα ρεφμα ρζει διαμζςου του θλιακοφ κυττάρου και κερμαίνει το κφτταρο. Εάν υπάρχουν τοπικζσ διακλαδϊςεισ ςτο πλαίςιο και θ κερμοκραςία είναι υψθλι, τότε θ τοπικι Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

72 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων πυκνότθτα ρεφματοσ παίρνει πολφ μεγάλεσ τιμζσ. Εάν θ υποβάκμιςθ ζχει ςθμειϊςει ςθμαντικι πρόοδο με τζτοιο τρόπο που καμία δίοδοσ δεν μπορεί να ςυμπεριφερκεί ςωςτά, καμία αναςτροφι τάςθσ δεν μπορεί να οδθγιςει το φωτοβολταϊκό πλαίςιο ςε επαναφορά αρχικισ λειτουργίασ. Αυτό ςυμβαίνει κυρίωσ γιατί θ πτϊςθ τάςθσ κατά μικοσ τθσ ςφνδεςθσ είναι πολφ μικρι για να οδθγιςει ςε ςθμαντικι απαγωγι τθσ κερμότθτασ. Σα τεςτ του εργαςτθρίου ζδειξαν ότι θ αντιςτροφι του εξωτερικοφ δυναμικοφ επαναφζρει γριγορα τισ αρχικζσ ιδιότθτεσ. Θ επιβολι κερμοκραςίασ οδθγεί ςε μία αναγζννθςθ των πλαιςίων, αλλά θ διαδικαςία είναι βραδφτερθ ςε ςφγκριςθ με το δυναμικό αντιςτροφισ. Θ αποκικευςθ ςε κερμοκραςία δωματίου υποδεικνφει ζνα ςθμαντικό ποςοςτό ανάκτθςθσ Μζκοδοσ αντιμετϊπιςθσ υποβάκμιςθσ μζςω βελτίωςθσ ποιότθτασ επιφάνειασ Κατά τθ διάρκεια των τελευταίων ετϊν θ επίδραςθ τθσ δυνθτικισ υποβάκμιςθσ (PID) ςτα θλιακά κφτταρα κρυςταλλικοφ πυριτίου είναι αντικείμενο εντατικισ ζρευνασ. Ωςτόςο, θ πλιρθσ κατανόθςθ του μθχανιςμοφ υποβάκμιςθσ και θ πολφπλοκθ ςχζςθ μεταξφ πλαιςίου και κυττάρου χρειάηεται περιςςότερθ ζρευνα[stein, 2012]. Θ παράγραφοσ αυτι επικεντρϊνεται ςτθν πρόλθψθ τθσ υποβάκμιςθσ PID ςε κυτταρικό επίπεδο. Ζχει βρεκεί ότι θ ςυμπεριφορά τθσ υποβάκμιςθσ PID επθρεάηεται από τθ φφςθ των ςταδίων προ-επεξεργαςίασ των κυττάρων. Σο νιτρίδιο πυριτίου (SIN), παρζχει υψθλισ ποιότθτασ πακθτικοποίθςθ, χαμθλι οπτικι απϊλεια και αξιόπιςτθ αντίςταςθ ςτο φαινόμενο τθσ υποβάκμιςθσ. Θ υποβάκμιςθ μπορεί να προκαλζςει υψθλι πίεςθ τάςθσ ςτα θλιακά κφτταρα πυριτίου όταν εφαρμόηεται ςε ζναν αυξανόμενο αρικμό μετατροπζων ιςχφοσ. Θ ζρευνα αυτι εςτιάηεται ςτθ ςυςχζτιςθ του διθλεκτρικοφ ςτρϊματοσ πακθτικότθτασ και τθσ διεπαφισ του πυριτίου, προκειμζνου να αυξιςει τθν ςκεναρότθτα του κυττάρου απζναντι ςτο φαινόμενο τθσ υποβάκμιςθσ PID. Ακόμα παρουςιάηει τθν ςχζςθ μεταξφ τθσ αντί-ανακλαςτικισ επίςτρωςθσ και τθσ υποβάκμιςθσ PID Οι μζκοδοι που χρθςιμοποιικθκαν για να μελετιςουν τισ παραπάνω ςχζςεισ και να αντιμετωπίςουν το φαινόμενο υποβάκμιςθσ περιγράφονται ςτισ επόμενεσ υποπαραγράφουσ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

73 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Εμβάπτιςθ ςε Νερό Θ βιβλιογραφία αναφζρει μια απλι μζκοδο δοκιμισ για τθν ςκεναρότθτα των θλιακϊν κυττάρων ςτο φαινόμενο PID μζςω μίασ υγρισ αγϊγιμθσ επιφάνειασ ςτθν μπροςτινι γυάλινθ περιοχι του κυττάρου. τθν ςυγκεκριμζνθ μελζτθ, το κφτταρο εμβαπτίηεται μζςα ςε νερό τάςθσ -1000V. Ο χρόνοσ δοκιμισ διαρκεί από 160 ϊρεσ μζχρι 300 ϊρεσ. Κάκε 24 ϊρεσ, υπάρχει μζτρθςθ τθσ χαρακτθριςτικισ ρεφματοσ-τάςθσ. Θ εικόνα που ακολουκεί παρουςιάηει τθν μεταβολι του δείκτθ διάκλαςθσ (RI) του νιτριδίου πυριτίου για διαφορετικά δείγματα δοκιμισ. Σα θλιακά κφτταρα με το νζο ςτάδιο προ επεξεργαςίασ δεν δείχνουν να επθρεάηονται από τθν υποβάκμιςθ ςτο φάςμα τιμϊν του δείκτθ διάκλαςθσ. Με βάςθ αυτι τθ γνϊςθ θ διαδικαςία αντί-ανακλαςτικισ επίςτρωςθσ μπορεί να βελτιςτοποιθκεί ξεχωριςτά και να παρζχει υψθλι ποιότθτα πακθτικοποίθςθσ, χαμθλι οπτικι απϊλεια και καλφτερθ απόδοςθ των κυττάρων. Θ μζκοδοσ εμποτιςμοφ ςτο νερό ςχετίηεται άμεςα με τθν μελζτθ βελτίωςθσ ποιότθτασ τθσ επιφάνειασ των θλιακϊν κυττάρων. Θ βελτίωςθ ποιότθτασ επιφανείασ (SQi) μπορεί να δράςει ευεργετικά ςτθν απόδοςθ του κυττάρου κακϊσ μειϊνει τθν δράςθ του φαινομζνου τθσ υποβάκμιςθσ. Εικόνα 3.12:Βελτίωςθ Ποιότθτασ Επιφάνειασ[Stein, 2012] Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

74 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Κλιματικόσ Θάλαμοσ Ζνασ κάλαμοσ προςομοίωςθσ κλίματοσ χρθςιμοποιικθκε για τθν μζτρθςθ του φαινομζνου τθσ υποβάκμιςθσ υπό δφςκολεσ ςυνκικεσ περιβάλλοντοσ. Θ ζρευνα ζγινε πάνω ςε θλιακά κφτταρα τφπου-p και θλιακά κφτταρα τφπου PERC. Δφο κακοριςμζνεσ ρυκμίςεισ χρθςιμοποιικθκαν για τθ δοκιμι: Α) κερμοκραςία 85 C, χετικι υγραςία 85%, Χρόνοσ δοκιμισ 48 ϊρεσ, Σάςθ -1000V Α) κερμοκραςία 60 C, χετικι υγραςία 85%, Χρόνοσ δοκιμισ 96 ϊρεσ, Σάςθ -1000V Κατά τθ διάρκεια του χρόνου δοκιμισ αναλφκθκε το ρεφμα διαρροισ, και μελετικθκε θ μορφι τθσ χαρακτθριςτικισ ρεφματοσ-τάςθσ. Όταν εφαρμόςτθκε θ διαδικαςία βελτίωςθσ ποιότθτασ επιφανείασ ςτισ δφο διαφορετικζσ κλιματολογικζσ ρυκμίςεισ, παρατθρικθκε ςτακερότθτα ςτα φωτοβολταϊκά κφτταρα ζναντι του φαινομζνου τθσ υποβάκμιςθσ PID. Για όλα τα θλιακά κφτταρα που μελετικθκαν, δεν παρουςιάςτθκε καμία αφξθςθ του ρεφματοσ διαρροισ. Σα αποτελζςματα τθσ παραπάνω πειραματικισ διαδικαςίασ φαίνονται ςτθν εικόνα Εικόνα 3.13:Απόδοςθ Φωτοβολταϊκϊν Κυττάρων ςε τεςτ Κλιματικοφ Θαλάμου[Stein, 2012] Φαινόμενο Corona Σο τρίτο τεςτ για τθν αντιμετϊπιςθ του φαινομζνου υποβάκμιςθσ που μελετικθκε ςε αυτιν τθν ζρευνα ςχετίηεται το φαινόμενο Corona και τθν αντοχι του θλιακοφ κυττάρου ςε υψθλι τάςθ. Θ δοκιμι για τθν αντοχι του κυττάρου απζναντι ςτο φαινόμενο PID ζγινε ςτθν Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

75 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων μπροςτινι επιφάνεια των θλιακϊν κυττάρων, χωρίσ εγκλειςμό, με αρνθτικι τάςθ ζωσ -20kV. Κατά τθ διάρκεια του τεςτ αντοχισ υψθλισ τάςθσ αναλφκθκε θ αντίςταςθ διακλάδωςθσ θλιακϊν κυττάρων. Εικόνα 3.14:Βελτίωςθ Ποιότθτασ Επιφάνειασ ςτο Φαινόμενο Corona[Stein, 2012] Σα μειονεκτιματα τθσ άνωκεν μεκόδου, είναι πρϊτον, ο μεγάλθσ διάρκειασ χρόνοσ μετριςεων και δεφτερον θ επιρροι του υλικοφ ενκυλάκωςθσ, το οποίο μπορεί να αυξιςει το φαινόμενο υποβάκμιςθσ. Σο φαινόμενο Corona διερευνά τθν αντίςταςθ διακλάδωςθσ για διαφορετικζσ κυτταρικζσ δομζσ ςτθν μπροςτινι επιφάνεια φωτοβολταϊκϊν κυττάρων. Όπωσ γίνεται αντιλθπτό από τθν Εικόνα 3.14, θ χριςθ τθσ διαδικαςίασ SQi αυξάνει τθν ςκεναρότθτα των κυττάρων απζναντι ςτισ υψθλζσ τάςεισ Αφξθςθ δομϊν ςτρϊματοσ ςτθν αντιμετϊπιςθ φαινομζνου υποβάκμιςθσ Ερευνθτικζσ ομάδεσ παρατιρθςαν ότι θ υποβάκμιςθ PID μπορεί να προκαλζςει απϊλειεσ ιςχφοσ άνω του 30% για τισ φωτοβολταϊκζσ μονάδεσ. Κρίςιμα ηθτιματαςτο επίπεδο των κυττάρων είναι οι αντί-ανακλαςτικζσ επιςτρϊςεισ (ARC), θ μζκοδοσ εναπόκεςθσ τουσ, το πάχοσ του πομποφ και θ επιμετάλλωςθ (επθρεάηει τθν θλεκτρικι αντίςταςθ ςειράσ)[grunow, 2012]. Σο ρεφμα διαρροισ βρζκθκε ωσ ζνασ δείκτθσ για τθν ζνταςθ τθσ υποβάκμιςθσ. Θ παροφςα μελζτθ δείχνει τθν επίδραςθ τθσ αντί-ανακλαςτικισ επίςτρωςθσ πάνω ςτο φαινόμενο τθσ υποβάκμιςθσ PID και τθν ικανότθτα των ςτρωμάτων νιτρϊδουσ πυριτίου για πρόλθψθ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

76 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων αυτισ τθσ υποβάκμιςθσ. Θ πειραματικι διαδικαςία χωρίηεται ςε 2 μζρθ. το πρϊτο μζροσ ελζγχουμε τα εξισ 2 ςυγκεκριμζνα ςτοιχεία: 1) Εξετάηονται μικρά κφτταρα, ϊςτε να διαπιςτϊςουμε τισ ςθμαντικζσ παραμζτρουσ που επθρεάηουν τθν υποβάκμιςθ και 2) αναλφονται τα ρεφματα διαρροισ για διάφορα προβλθματικά κφτταρα/πλαίςια. το δεφτερο μζροσ, θ ερευνθτικι ομάδα μελετά τθν αναςτρεψιμότθτα τθσ υποβάκμιςθσ PID. τα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα ζνα θλεκτρικό δυναμικό με αρνθτικι πολικότθτα μπορεί να δθμιουργθκεί μεταξφ του πλαιςίου και των θλιακϊν κυττάρων. Σο πραγματικό δυναμικό εξαρτάται από το μικοσ των ςυνδεμζνων κυττάρων/πλαιςίων, τον τφπο του μετατροπζα, τθ κζςθ τθσ μονάδασ μζςα ςτθν αλυςίδα πλαιςίων. Οι παρατθροφμενεσ απϊλειεσ ιςχφοσ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων οφείλονται ςε αυτό το δυναμικό. Είναι γνωςτό ότι θ αντίανακλαςτικι επίςτρωςθ του νιτριδίου του πυριτίου ζχει ςθμαντικό αντίκτυπο ςτθν ευαιςκθςία τθσ υποβάκμιςθσ PID. Με τθν αφξθςθ του δείκτθ διάκλαςθσ του νιτριδίου του πυριτίου, θ ευαιςκθςία των θλιακϊν κυττάρων ωσ προσ τθν υποβάκμιςθ PID μπορεί να ελαχιςτοποιθκεί. Σο ερϊτθμα που τίκεται είναι αν και πόςο διαφορετικά αντί-ανακλαςτικά ςτρϊματα μποροφν να καταςτείλουν το φαινόμενο PID. Επειδι δεν υπάρχει κανζνα επίςθμο πρότυπο μελζτθσ για τθν υποβάκμιςθ PID, οι τρεισ πιο κοινζσ πειραματικζσ μζκοδοι που ζχουν υιοκετθκεί για τθν διερεφνθςθ τθσ ςυμπεριφορά των διαφόρων κυττάρων είναι: 1. Κερμοκραςία 85 C με ςχετικι υγραςία 85% για 48 ϊρεσ (πρότυπο PI-Berlin). 2. Κερμοκραςία 60 C με ςχετικι υγραςία 85% για 96 ϊρεσ (πρότυπο IEC). 3. Δοκιμι ανκεκτικότθτασ για κερμοκραςία 25 C χωρίσ ςυγκεκριμζνο ζλεγχο επίπεδου υγραςίασ για 168 ϊρεσ (πρόταςθ που δθμοςιεφτθκε κατά τθ διάρκεια των εργαςιϊν του ςυνεδρίου φωτοβολταικϊν ςυςτθμάτων PVSEC 2011). Οι παραπάνω μζκοδοι λαμβάνουν υπόψιν τουσ διάφορεσ παραμζτρουσ που παίηουν ςθμαντικό ρόλο ςτθν μελζτθ τθσ υποβάκμιςθσ των φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. Αυτζσ οι παράμετροι είναι: Επίδραςθ τθσ υποβάκμιςθσ PID πάνω ςτο κφριο ςθμείο κινδφνου του κυττάρου Αντιςτρεψιμότθτα τθσ υποβάκμιςθσ PID Επίδραςθ των ςυνκθκϊν περιβάλλοντοσ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

77 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Διερεφνθςθ των παραγόντων επιτάχυνςθσ εξαρτϊμενοι από τισ ςυνκικεσ δοκιμισ Σφγκριςθ των διπλϊν και τριπλϊν δομϊν ςτρϊματοσ Ζνασ αυξθμζνοσ δείκτθσ διάκλαςθσ οδθγεί ςε αυξθμζνθ ςκεναρότθτα απζναντι ςτθν υποβάκμιςθ PID. Σο μειονζκτθμα του αυξθμζνου δείκτθ διάκλαςθσ είναι ότι οδθγεί ςε χαμθλότερθ απόδοςθ το κφτταρο, ιδίωσ πριν από τθν ενςωμάτωςθ. Ωσ εκ τοφτου, χρειάηεται μία μζκοδοσ για να αποφευχκεί θ μείωςθ τθσ απόδοςθσ. Θ λφςθ ζρχεται από τθν δθμιουργία διπλϊν δομϊν ςτρϊματοσ. Όπωσ φαίνεται ςτθν Εικόνα 3.15, εφαρμόηοντασ ζνα δεφτερο ςτρϊμα αυξάνει ελαφρϊσ τθν ςτακερότθτα ζναντι τθσ υποβάκμιςθσ PID, αλλά δεν εμποδίηει τθν ανάπτυξι τθσ. Θ επιβολι τρίτου ςτρϊματοσ δεν επιφζρει ςθμαντικζσ βελτιϊςεισ. Σο μικρό αντίκτυπο των πολλαπλϊν ςτρωμάτων είναι πικανό να οφείλεται ςτο περιοριςμζνο πάχοσ των ςτρωμάτων με υψθλό δείκτθ διάκλαςθσ. Εικόνα 3.15:Απόδοςθ Φωτοβολταϊκϊν Κυττάρων για 3 διαφορετικζσ δομζσ ςτρωμάτων[grunow, 2012] Κίνδυνοσ φαινομζνου κερμισ κθλίδασ (hotspot) και PID Αν υπάρχουν διακλαδϊςεισ που μπορεί να αναπτυχκοφν ςτθν αντί-ανακλαςτικι επίςτρωςθ ςε ζνα θλιακό κφτταρο, αυτό μασ οδθγεί φυςικά ςτθν ερϊτθςθ πωσ δθμιουργείται το φαινόμενο κερμισ κθλίδασ. Σο ρεφμα διαρροισ, ςτθν ανάςτροφθ πόλωςθ του κυττάρου, Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

78 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων αποτελεί τθ βαςικι παράμετρο τθσ πικανισ εμφάνιςθσ του φαινομενου. Μετά τθν αρχικι εμφάνιςθ τθσ κερμισ κθλίδασ καμία ςθμαντικι διαφορά δεν παρατθρικθκε. Σα αποτελζςματα δείχνουν ότι τα πλαίςια, τα οποία επθρεάηονται από τθν υποβάκμιςθ PID, εκτόσ από τθν πτϊςθ ιςχφοσ τθν οποία υφίςτανται, υπάρχει κίνδυνοσ να αναπτφξουν κερμι κθλίδα ςε ολόκλθρθ τθν φωτοβολταϊκι εγκατάςταςθ. Εικόνα 3.16:Κίνδυνοσ κερμισ κθλίδασ πριν και μετά τθν ϋκεραπεία τθσ PID [Grunow, 2012] Ζνα ςθμαντικό βιμα για τθν αξιολόγθςθ των αποτελεςμάτων τθσ υποβάκμιςθσ είναι θ εκτίμθςθ τθσ ενζργειασ ενεργοποίθςθσ και των παραγόντων επιτάχυνςθσ. Είναι πολφ ςθμαντικι θ ςχζςθ μεταξφ ρεφματοσ διαρροισ και πραγματικοφ επιπζδου υποβάκμιςθσ. Αυτι θ ςχζςθ επθρεάηεται κυρίωσ από το ενςϊματϊν υλικό των κυττάρων. Σο κφριο πρόβλθμα εξετάηοντασ το ρεφμα διαρροισ φαίνεται να είναι θ μετατόπιςθ θλεκτρονίων. Όπωσ φαίνεται ςτθν Εικόνα 3.17, θ εξζλιξθ των ρευμάτων διαρροισ τριϊν διαφορετικϊν κυττάρων/πλαιςίων είναι ςτο ίδιο εφροσ, αν και θ υποβάκμιςθ αυτϊν διαφζρει. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

79 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Εικόνα 3.17:Ρεφμα Διαρροισ υπό τθν Επίδραςθ Τποβάκμιςθσ[Grunow, 2012] Θ διερεφνθςθ των ενεργειϊν ενεργοποίθςθσ ςχετίηεται με τθν κανονικοποιθμζνθ πτϊςθ ιςχφοσ κυττάρων. Κατά τθ διάρκεια τθσ ςυγκεκριμζνθσ μελζτθσ, θ φάςθ τθσ υποβάκμιςθσ κα μποροφςε να χωριςτεί ςε δφο μζρθ: τθ φάςθ τθσ επαγωγισ, όπου τα πλαίςια ζδειξαν μια μικρι αφξθςθ ιςχφοσ, και τθν φάςθ υποβάκμιςθσ, θ οποία ζλθξε με μια αςυμπτωτικι πορεία προσ το μθδζν. Για να προςδιορίςουμε τθν ενζργεια ενεργοποίθςθσ χρθςιμοποιοφμε τθν γνϊςθ ότι το ποςοςτό τθσ υποβάκμιςθσ οδθγεί ςτθν πτϊςθ ιςχφοσ με τθν πάροδο του χρόνου Επαναλειτουργία κυττάρων Θ επαναλειτουργία κυττάρων που ζχουν υποςτεί υποβάκμιςθ είναι ζνα ςθμαντικό κζμα, ιδιαίτερα για τα πλαίςια τα οποία βρίςκονται ςε εξωτερικζσ εγκαταςτάςεισ. Σο ερϊτθμα είναι, αν κφτταρα που ζχουν υποςτεί υποβάκμιςθ μποροφν να επαναλειτουργιςουν κάτω από μία εφαρμογι αντίκετου δυναμικοφ ςτθν αρχικι τουσ ιςχφ και πόςο οι κλιματολογικζσ ςυνκικεσ μποροφν να επθρεάςουν τθν διαδικαςία επαναλειτουργίασ. υμπεραςματικά, δεν μπορεί να διευκρινιςτεί το επίπεδο υποβάκμιςθσ, λόγω τριϊν παραγόντων: υγραςίασ, κερμοκραςίασ και χρόνου ζκκεςθσ. Θ εφαρμογι πολλαπλϊν ςτρωμάτων ςτα θλιακά κφτταρα, κα μποροφςε να μειϊςει ελαφρϊσ τισ επιπτϊςεισ τθσ υποβάκμιςθσ ςτα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα. Εναλλακτικζσ προςεγγίςεισ για τθν τροποποίθςθ τθσ επικάλυψθσ ARC, οδθγεί ςτθν μείωςθ τθσ επίδραςθσ του φαινομζνου υποβάκμιςθσ. Επιπλζον, αποδείχκθκε ότι κφτταρα τα Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

80 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων οποία επθρεάηονται από τθν υποβάκμιςθ PID είναι περιςςότερα ευάλωτα να αναπτφξουν φαινόμενο κερμισ κθλίδασ. Σζλοσ, ζνα ςθμαντικό βιμα για τθν αξιολόγθςθ των αποτελεςμάτων τθσ υποβάκμιςθσ είναι θ εκτίμθςθ τθσ ενζργειασ ενεργοποίθςθσ και των παραγόντων επιτάχυνςθσ Παράμετροι που επθρεάηουν το κόςτοσ ενζργειασ επιπζδου (LCOE) ςτα φωτοβολταϊκά ςυςτιματα Σο οριακό κόςτοσ ενζργειασ, (Levelisedcostofenergy, LCOE) [Ransome & Sutterlueti, 2012], εκτιμά το κόςτοσ θλεκτριςμοφ ( / kwh) κατά τθ διάρκεια ηωισ ενόσ ςυςτιματοσ, ςυμπεριλαμβανομζνων των αρχικϊν επενδφςεων, λειτουργίασ και ςυντιρθςθσ. Πολλζσ μελζτεσ LCOE φαίνεται να αναλφουν τισ δαπάνεσ και τθ χρθματοδότθςθ των εγκαταςτάςεων, αλλά αδυνατοφν να αναλφςουν λεπτομερϊσ τθν παραγωγι θ οποία εξαρτάται από τθν ενζργεια φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων. Θ παρακάτω εργαςία παρουςιάηει ζνα μοντζλο που υπολογίηει τθν (ςχετικι διαφορά απόδοςθσ ενζργειασ) / (κόςτοσ αλλαγισ προϊόντοσ) για διάφορεσ περιοχζσ ςε όλο τον κόςμο. τόχοσ του μοντζλου είναι θ κατανόθςθ: 1)των αλλαγϊν που οφείλονται ςτθν μείωςθ τθσ ονομαςτικισ κερμοκραςίασ λειτουργίασ κυψζλθσ (NOCT), και 2) των διαφορϊν μεταξφ των φωτοβολταϊκϊν τεχνολογιϊν (π.χ. εποχιακι ανόπτθςθ, φαςματικι απόκριςθ, υποβάκμιςθ). Σο οριακό κόςτοσ ενζργειασ δίνεται από τθν παρακάτω μακθματικι ςχζςθ: LCOE n y 1 n All Costs y y 1 (1 r) Electricity Generated (1 y r) (3.10) όπου r το ποςοςτό πλθκωριςμοφ κάκε χρόνο ανά χϊρα και y χρόνοσ ηωισ ςυςτιματοσ ενζργειασ. Διάφοροι παράμετροι ςυμμετζχουν ςτον υπολογιςμό του παραπάνω δείκτθ. Ο κατάλογοσ των διαφόρων παραμζτρων που χρθςιμοποιοφνται για να υπολογίςει τισ απϊλειεσ ιςχφοσ φαίνονται ςτον πίνακα 3.2. Οι ζντονα υπογραμμιςμζνεσ παράμετροι είναι αυτζσ που Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

81 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων αναλφονται ςε αυτιν τθν μελζτθ. τθν ςυνζχεια αναφζρονται μερικά βαςικά χαρακτθριςτικά αυτϊν των παραμζτρων. 1 Wp nominal/nameplate 2 Degradation (yearly) 3 Tilted plane irradiance 4 Shading 5 Snow cover 6 Soiling 7 Angle of Incidence 8 Spectrum for Air mass 9 Seasonal annealing 10 Thermal losses(noct) 11 Constant dc loss 12 Low light efficiency 13 Module mismatch 14 I²R dc 15 Inverter turn on 16 Max power tracking 17 Inverter efficiency 18 Constant ac loss 19 Clipping 20 Transformer efficiency 21 Constant Transformer loss 22 I²R ac Πίνακασ 3.1:Παράμετροι Τπολογιςμοφ Κόςτουσ Ενεργειακοφ Επιπζδου[Ransome & Sutterlueti, 2012] Ρφπανςθ: Διαμορφϊκθκε ωσ θ μείωςθ ςτο ρεφμα από ζναν κακοριςμζνο παράγοντα, ο οποίοσ δείχνει το επίπεδο ρφπανςθσ τισ βροχερζσ θμζρεσ. Γωνία Πρόςπτωςθσ: Θ ανακλαςτικότθτα ενόσ θλιακοφ ςτοιχείου αυξάνεται κακϊσ θ γωνία προςπτϊςεωσ πθγαίνει από το φυςιολογικό ςε μια ςυχνότθτα ελευκερίασ. Ζνασ tracker κα οδθγιςει ςε μικρότερεσ απϊλειεσ ςε ςχζςθ με τθν γωνία πρόςπτωςθσ, κακϊσ ςτρζφεται προσ τον ιλιο. Φαςματικι Απόκριςθ: χζςθ μεταξφ αποδοτικότθτασ και πυκνότθτασ μάηασ. Εποχιακι Αποδοτικότθτα: Οριςμζνεσ διατάξεισ λεπτισ μεμβράνθσ (thin film) λειτουργοφν ςε υψθλότερθ απόδοςθ μετά από περιόδουσ υψθλϊν κερμοκραςιϊν (καλοκαίρι / φκινόπωρο) από ό, τι μετά από ψυχρότερεσ περιόδουσ (χειμερινι). Ζρευνεσ ζχουν δείξει ότι μετά από ζνα χρόνο μελζτθσ τθσ αποτελεςματικότθτασ των ςυςτοιχιϊν παρατθρείται αςυμπτωτικι ςυμπεριφορά προσ με τθν μζςθ κερμοκραςία. Θερμικζσ απϊλειεσ: Εξαρτάται από τον υπολογιςμό τθσ κερμοκραςίασ πλαιςίου θ οποία κακορίηεται από τθ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ, τθν ταχφτθτα του ανζμου και τθν ονομαςτικι κερμοκραςία λειτουργίασ κυψζλθσ (NOCT) Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

82 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Απόδοςθ Χαμθλοφ Φωτιςμοφ: Θ απόδοςθ μιασ φωτοβολταϊκισ μονάδασ ςε χαμθλά επίπεδα φωτόσ (ςυνικωσ ορίηεται ωσ 200W / m²). Σα παραπάνω εξετάηουν μόνο τθν ευαιςκθςία τθσ ενεργειακισ απόδοςθσ ςε αλλαγζσ των παραμζτρων ειςόδου, αλλά θ ςυνολικι απόδοςθ τθσ ενζργειασ κακορίηεται επίςθσ από τισ μεταβολζσ χρόνο με το χρόνο. Σο ςυνολικό κόςτοσ τθσ ενζργειασ εξαρτάται από το απόλυτο κόςτοσ ανά πλαίςιο-μονάδα, τθν ιςορροπία των ςυςτθμάτων και το κλαςματικό κόςτοσ του πλιρουσ ςυςτιματοσ. Σο φαινόμενο τθσ υποβάκμιςθσ παίηει πολφ ςθμαντικό ρόλο ςτα οικονομικά μοντζλα ενεργειακισ απόδοςθσ, κακϊσ επθρεάηουν τθν διάρκεια ηωισ των φωτοβολταϊκϊν εγκαταςτάςεων. Ζνα μοντζλο παραγόντων απϊλειασ μπορεί να χρθςιμοποιθκεί για να προςδιορίςει τθν ευαιςκθςία τθσ απόδοςθσ φωτοβολταϊκϊν ςυςτθμάτων για διαφορετικζσ τεχνολογίεσ λαμβάνοντασ υπόψιν παραμζτρουσ όπωσ χαμθλι ακτινοβολία φωτόσ, γωνία εμφάνιςθσ, ςυντελεςτζσ κερμοκραςίασ, φαςματικι απόκριςθ, και υποβάκμιςθ. Μια λεπτομερισ μελζτθ τθσ ωριαίασ ακτινοβολίασ ςε τοποκεςίεσ ςε όλο τον κόςμο δείχνουν ότι οι πιο ςθμαντικοί όροι ςτθν ενεργειακι απόδοςθ είναι θ κλίςθ θλιακισ ακτινοβολίασ, θ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ, οι βροχοπτϊςεισ, και ςυνεχόμενεσ θμζρεσ χωρίσ βροχοπτϊςεισ (επθρεάηει ςθμαντικά τθν ρφπανςθ). υγκεκριμζνα για το φαινόμενο τθσ υποβάκμιςθσ, μία μειοφμενθ τιμι του δείκτθ LCOE κα μποροφςε να επιτευχκεί ςε ζνα πλαίςιο με διάρκεια ηωισ 45 χρόνια και με τθν προυπόκεςθ ότι δεν κα υποςτεί υποβάκμιςθ. 3.3 Φαινόμενο υποβάκμιςθσ φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων Σρόποι ελζγχου Θ υποβάκμιςθ (PID) που προκαλείται ςε μεγάλεσ διαςυνδεδεμζνεσ εγκαταςτάςεισ φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων προκαλεί ανθςυχία ςτθν αγορά ενζργειασ. Μία ςθμαντικι παράμετροσ που οδθγεί ςτθν υποβάκμιςθ των πλαιςίων είναι οι απϊλειεσ ενζργειασ εξαιτίασ ρευμάτων διαρροισ. Σο φαινόμενο τθσ υποβάκμιςθσ, ςχετίηεται επίςθσ με τισ υψθλζσ τάςεισ των εγκαταςτάςεων και τθν εμφάνιςθ υγραςίασ ςε αυτζσ. Όπωσ παρουςιάςτθκε ςτθν προθγοφμενθ παράγραφο, καταςκευαςτζσ και ερευνθτζσ ζχουν προτείνει διάφορεσ δοκιμζσ για τθν ανίχνευςθ τθσ υποβάκμιςθσ PID είτε ςε εργαςτιρια είτε ςτισ εγκαταςτάςεισ των φωτοβολταϊκϊν. Παρακάτω παρουςιάηονται διάφορεσ εναλλακτικζσ μζκοδοι που μποροφν να χρθςιμοποιθκοφν ςε μια φωτοβολταϊκι εγκατάςταςθ για τθν ανίχνευςθ υποβακμιςμζνων Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

83 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων κυττάρων. Οι διαδικαςίεσ ελζγχου που αναφζρονται παρακάτω χρθςιμοποιικθκαν και ςτο πείραμά μασ *Martinez-Moreno, 2013]. Απεικόνιςθ θλεκτροφωταφγειασ (electroluminescence imaging) Κερμικι απεικόνιςθ (thermal imaging) Μζτρθςθτάςθσανοιχτοφκυκλϊματοσ (opencircuitvoltagemeasurements) Μζτρθςθτάςθσλειτουργίασ (operating voltage measurements) Μζτρθςθ τθσ χαρακτθριςτικισ καμπφλθσ (IVcurvemeasurements) Μζτρθςθ τθσ χαρακτθριςτικισ καμπφλθσ υπό ςκοτάδι (darkivcurvemeasurements) Απεικόνιςθ θλεκτροφωταφγειασ Μια αργι αλλά λεπτομερισ δοκιμι για να ανακαλφψουμε εάν μια μονάδα παρουςιάηει υποβάκμιςθ PID είναι να υπάρξει μια απεικόνιςθ θλεκτροφωταφγειασ τθσ μονάδασ. Αυτό γίνεται με μια ειδικι κάμερα CCD, ενϊ ςτθν μονάδα ζχει εφαρμοςκεί πθγι ρεφματοσ. Αυτι θ δοκιμι μπορεί να γίνει τθ νφχτα. Μια μονάδα, θ οποία δεν παρουςιάηει υποβάκμιςθ PID, ζχει μια εικόνα όπου όλα ςχεδόν τα κφτταρά τθσ ζχουν τθν ίδια φωτεινότθτα. Ενϊ μια μονάδα που ζχει υποβακμιςτεί κάποια πλαίςια τθσ εγκατάςταςθσ ζχουν ςκουρόχρωμα κφτταρα. Θ απεικόνιςθ θλεκτροφωταφγειασ αποκαλφπτει με ςαφινεια εάν θ μονάδα ζχει επθρεαςτεί από PID, αλλά δεν αναφζρει για το πϊσ αυτι θ υποβάκμιςθ επθρεάηει τθν απόδοςθ μονάδασ. Θερμικι απεικόνιςθ Θ χριςθ κάμερασ κερμικισ απεικόνιςθσ IR μπορεί να είναι μια χριςιμθ μζκοδοσ για να εκτιμθκεί εάν μία μονάδα ζχει επθρεαςτεί από PID ι όχι. Κφτταρα τα οποία ζχουν υποβακμιςτεί παρουςιάηουν υψθλότερεσ κερμοκραςίεσ από τθν ονομαςτικι κερμοκραςία λειτουργίασ. Εν αντικζςει όλα τα κφτταρα μιασ μονάδα που δεν ζχει υποβακμιςτεί ζχουν ςχεδόν τθν ίδια κερμοκραςία. Σο μειονζκτθμα αυτισ τθσ μεκόδου είναι ότι δεν αποκαλφπτει πάντα τθν υποβάκμιςθ PID. Εκτόσ αυτοφ, επικεϊρθςθ κερμικισ απεικόνιςθσ πρζπει να γίνει ςε μια θλιόλουςτθ θμζρα για να ανιχνεφςει με ςαφινεια τισ διαφορζσ ςτθ κερμοκραςία μεταξφ των πλαιςίων. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

84 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων Τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ Μια άλλθ μζκοδοσ με τθν οποία μποροφμε να ελζγξουμε αν μία διάταξθ ζχει υποβακμιςτεί είναι θ μζκοδοσ τάςθσ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ. ε αυτιν τθν μζκοδο, ζνα βολτόμετρο χρθςιμοποιείται για να μετριςει τθν τάςθ ανοικτοφ κυκλϊματοσ τθσ μονάδασ. Όταν μια μονάδα ζχει υποβακμιςτεί από PID θ τάςθ ανοικτοφ κυκλϊματοσ μπορεί να είναι χαμθλότερθ από τθν αναμενόμενθ. Θ μζκοδοσ αυτι δεν αποκαλφπτει πάντα αν μια μονάδα ζχει επθρεαςτεί από υποβάκμιςθ PID επειδι καμία παράμετροσ δεν επθρεάηεται δραςτικά. Εξάλλου, αυτζσ οι μετριςεισ κα πρζπει να γίνουν ςε μια θλιόλουςτθ θμζρα και ςε ςφντομο χρονικό διάςτθμα για να εξαςφαλιςτεί ότι όλεσ οι μετριςεισ γίνονται ζχουν τθν ίδια ακτινοβολία και κερμοκραςία. Τάςθ λειτουργίασ Θ τάςθ λειτουργίασ κάκε κυττάρου μετράται επίςθσ με ζνα βολτόμετρο. Σα κφτταρα που πλιττονται περιςςότερο από υποβάκμιςθ PID ζχουν τάςθ λειτουργίασ χαμθλότερθ από τισ υγιείσ μονάδεσ. Αυτό ςυμβαίνει επειδι τα υποβακμιςμζνα κφτταρα ζχουν υψθλότερα ρεφματα διαρροισ. ε κάκε κφτταρο θ μείωςθ τθσ τάςθσ λειτουργίασ είναι ανάλογθ με τισ απϊλειεσ PID. Όπωσ και ςτθν προθγοφμενθ δοκιμι, θ μζτρθςθ τθσ τάςθσ λειτουργίασ πρζπει να γίνει ςε μια θλιόλουςτθ μζρα και ςε ςφντομο χρονικό διάςτθμα για να εξαςφαλιςτεί ότι όλεσ οι μετριςεισ γίνονται ςτισ ίδιεσ ςυνκικεσ ακτινοβολίασ και κερμοκραςίασ. Χαρακτθριςτικι καμπφλθ I-V Θ τυπικι εξζταςθ για να ελζγξουμε αν ζνα φωτοβολταϊκό πλαίςιο ζχει υποςτεί υποβάκμιςθ είναι θ μελζτθ τθσ I-V χαρακτθριςτικισ καμπφλθσ του. Αυτό επιτυγχάνεται με ζναν θλεκτρονικό ανιχνευτι. Σο ςχιμα τθσ καμπφλθσ I-V μπορεί να αναφζρει τθν παρουςία ανωμαλιϊν ςτο φωτοβολταϊκό κφτταρο. Βζβαια δεν είναι πάντα οι διαφορζσ ςτο ςχιμα είναι τόςο εμφανισ. Επιπροςκζτωσ είναι απαραίτθτο να ςυγκρικεί θ ιςχφσ των διαφόρων ενοτιτων ςε κανονικζσ ςυνκικεσ. Μια άλλθ εναλλακτικι λφςθ είναι να μετρθκεί θ μονάδα ιςχφοσ I-V ςε χαμθλζσ εντάςεισ φωτόσ. Αυτό μπορεί να ςυμβεί μετρϊντασ τθν καμπφλθ I-V κατά τισ πρϊτεσ ι τισ τελευταίεσ ϊρεσ τθσ θμζρασ που υπάρχει θλιοφάνεια. Σζλοσ, όπωσ και ςτισ προθγοφμενεσ δοκιμζσ, θ μζτρθςθ των καμπυλϊν I-V πρζπει να γίνει ςε μια θλιόλουςτθ μζρα Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

85 Κεφάλαιο3-Ηλεκτρικά χαρακτηριςτικά & Υποβάθμιςη ΦΒ πλαιςίων και ςε ςφντομο χρονικό διάςτθμα για να εξαςφαλιςτεί ότι όλεσ οι μετριςεισ γίνονται κάτω από τισ ίδιεσ ςυνκικεσ. Χαρακτθριςτικι καμπφλθ υπό ςκοτάδι Σζλοσ, μια άλλθ επιτόπια δοκιμι για τθν ανίχνευςθ PID είναι θ μζτρθςθ τθσ τάςθσ τθσ μονάδασ χωρίσ φωτιςμό (ςκοτεινζσ ςυνκικεσ). Αυτό μπορεί να γίνει με μια κουβζρτα ι ζνα χαρτόνι που καλφπτει όλθ τθν επιφάνεια των ςτοιχείων. Σο κφριο πλεονζκτθμα αυτισ τθσ μεκόδου για τθν ανίχνευςθ υποβάκμιςθσ PID ςτθ φωτοβολταϊκι εγκατάςταςθ είναι ότι οι μετριςεισ αυτζσ μποροφν να γίνουν κάκε μζρα ςε κάκε ϊρα: δεν υπάρχουν χρονικοί περιοριςμοί επειδι θ τάςθ μετράται ςε ςκοτεινζσ ςυνκικεσ. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΘλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Σεχνολογίασ Τπολογιςτϊν

86 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ Σκοπόσ τθσ διεξαγωγισ των πειραμάτων ιταν θ λιψθ μετριςεων των θλεκτρικϊν μεγεκϊν διαφορετικϊν τφπων φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων κρυςταλλικοφ πυριτίου ϊςτε να μελετιςουμε τθν πικανι επίδραςθ τθσ υποβάκμιςθσ των χαρακτθριςτικϊν ιδιοτιτων των πλαιςίων ςτθν θλεκτρικι τουσ απόδοςθ. 4.1 Διάταξθ πειράματοσ Η τοποκζτθςθ τθσ πειραματικισ διάταξθσ και θ διαδικαςία μετριςεων πραγματοποιικθκε ςτθ ταράτςα του κτιρίου του τμιματοσ Ηλεκτρολόγων Μθχανικϊν και Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν. Οι μετριςεισ πραγματοποιικθκαν με τα φωτοβολταϊκά πλαίςια προςανατολιςμζνα προσ το νότο, κακϊσ θ Ελλάδα βρίςκεται ςτο βόρειο θμιςφαίριο, και θ κλίςθ των πλαιςίων ιταν ςτακερι ςτισ 38 ο,που αντιςτοιχεί ςτο γεωγραφικό πλάτοσ τθσ πόλθσ τθσ Πάτρασ. Το χρονικό διάςτθμα κατά το οποίο ζλαβαν χϊρα οι μετριςεισ ιταν από τον Ιοφλιο του 2012 ζωσ τον Αφγουςτο του 2014 και είχαν διάρκεια όλθ τθν θμζρα. Η πειραματικι διάταξθ περιλάμβανε α)φωτοβολταϊκά Πλαίςια, β)συςκευι Μετριςεων PVPM 2540C, γ)διακόπτθ Αςφαλείασ και δ)πυρανόμετρο NES SOZ-03. Φωτοβολταϊκά πλαίςια Μελετιςαμε 2 είδθ φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων πυριτίου και ςυγκεκριμζνα ζνα πλαίςιο μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου και ζνα πλαίςιο πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου. Στθν ςυνζχεια παρουςιάηονται οι πίνακεσ με τα χαρακτθριςτικά λειτουργίασ και οι εικόνεσ των διατάξεων για τα δφο είδθ φωτοβολταικϊν πλαιςίων. Φωτοβολταϊκό πλαίςιο πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου SHARPNE-80E2EA ΜΕΓΕΘΗ ΤΜΒΟΛΙΜΟ ΣΙΜΗ Σάςθ ανοιχτοκυκλώματοσ Voc 21.6 Ρεφμα βραχυκυκλώματοσ Isc 5.15 Σάςθ ςθμείου μζγιςτθσ ιςχφοσ Vmpp 17.3 Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-Τμιμα Ηλεκτρολόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν- 77 -

87 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ Ρεφμα ςθμείου μζγιςτθσ ιςχφοσ Impp 4.63 Μζγιςτθ ιςχφσ Pmax 80 Παράγων ποιότθτασ FF 71,9% υντελεςτισ απόδοςθσ θ 12.4% Επιφάνεια πλαιςίου 1.2*0.537 m Πίνακασ 4.1: Χαρακτθριςτικά Φωτοβολταϊκοφ Πλαιςίου SHARP NE-80E2EA ςε STC ςυνκικεσ (θλιακι ακτινοβολία G=1000W/m 2,κερμοκραςία κυττάρου T=25 o C και μάηα αζρα AM=1.5). Εικόνα 4.1: Πειραματικι διάταξθ με το πλαίςιο πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου SHARP. Φωτοβολταϊκό πλαίςιο μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου FiveStarSolarEnergyFS-M125-80W ΜΕΓΕΘΗ ΤΜΒΟΛΙΜΟ ΣΙΜΗ Σάςθ ανοιχτοκυκλώματοσ Voc V Ρεφμα βραχυκυκλώματοσ Isc 5.54 A Σάςθ ςθμείου μζγιςτθσ ιςχφοσ Vmpp V Ρεφμα ςθμείου μζγιςτθσ ιςχφοσ Impp A Μζγιςτθ ιςχφσ Pmax W Παράγων ποιότθτασ FF 69.94% Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

88 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ υντελεςτισ απόδοςθσ θ 13.03% Επιφάνεια πλαιςίου 1.194*0.550 m Πίνακασ 4.2: Χαρακτθριςτικά Φωτοβολταϊκοφ Πλαιςίου Five Star ςε STC ςυνκικεσ (θλιακι ακτινοβολία G=1000W/m 2,κερμοκραςία κυττάρου T=25 o C και μάηα αζρα AM=1.5). Εικόνα 4.2: Πλαίςιο Μονοκρυςταλλικοφ Πυριτίου Five Star υςκευι μζτρθςθσ PVPM 2540C Οι ςυςκευζσ τφπου PVPM επιτρζπουν τθν χάραξθ τθσ IV- καμπφλθσ των φωτοβολταϊκϊν μονάδων. Με μια νζα ανεπτυγμζνθ διαδικαςία θ ςυςκευι μπορεί να μετριςει τα I sc, V oc, I mp, V mp και να υπολογίςει τθ μζγιςτθ ιςχφ P PK, τα R s και R p άμεςα ςτον τόπο εγκατάςταςθσ του φωτοβολταϊκοφ ςυςτιματοσ. Ο υπολογιςμόσ των αποτελεςμάτων και το διάγραμμα τθσ χαρακτθριςτικισ μπορεί να εμφανιςτεί ςτθν LCD οκόνθ τθσ ςυςκευισ. Στο παρελκόν θ πολφ πολφπλοκθ μζτρθςθ τθσ ιςχφοσ αιχμισ ιταν δυνατι μόνο ςε ιδιαίτερα κατάλλθλα εργαςτιρια. Με μια νζα πατενταριςμζνθ μζκοδο, θ οποία αναπτφχκθκε από τον κακθγθτι Wagner ςτο Πανεπιςτιμιο Εφαρμοςμζνων Επιςτθμϊν του Ντόρτμουντ [Wagner, 2000], θ μζτρθςθ αυτι μπορεί να γίνει εφκολα με τθ ςυςκευιpvpm. Ζτςι, ο ζλεγχοσ τθσ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

89 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ ποιότθτασ ενόσ φωτοβολταϊκοφ ςυςτιματοσ μπορεί να εκτελεςτεί γριγορα και οικονομικά. Από εκεί και πζρα οι χαραχκείςεσiv - καμπφλεσ επιτρζπουν περαιτζρω εξθγιςεισ ςχετικά με τα θλεκτρικά χαρακτθριςτικά τθσ ελεγχόμενθσ μονάδασ. Το PVPM είναι μια φορθτι ςυςκευι μζτρθςθσ με ενςωματωμζνο τροφοδοτικό μπαταρίασ και φορτιςτι μπαταρίασ ςε ζνα ανκεκτικό μεταλλικό περίβλθμα. Η ςυςκευι ζχει το δικό τθσ βιομθχανικό μικροςκοπικό υπολογιςτι και μια οκόνθ LCD υψθλισ αντίκεςθσ και ωσ εκ τοφτου θ λειτουργία τθσ είναι ανεξάρτθτθ από τισ άλλεσ ςυςκευζσ. Παρ 'όλα αυτά ζνα PC μπορεί να ςυνδεκεί για τθ μεταφορά δεδομζνων και τθν περαιτζρω ανάλυςθ των τιμϊν που ζχουν μετρθκεί μζςα από ζνα πρότυπο ςειριακισ κφρασ. Το PVPM χαράςςει αυτόματα τθν IV χαρακτθριςτικι τθσ φωτοβολταϊκισ γεννιτριασ ςε ζνα χωρθτικό φορτίο. Από τα μετροφμενα δεδομζνα υπολογίηει τισ φωτοβολταϊκζσ ιδιότθτεσ των θλιακϊν κυττάρων. Μετά τθ μζτρθςθ τα δεδομζνα αποκθκεφονται αυτόματα. Η ςυςκευι εςωτερικά μπορεί να αποκθκεφςει τα δεδομζνα ζωσ 1000 μετριςεων. Τα ακόλουκα αποτελζςματα εμφανίηονται : Μόνιμεσ τιμζσ :Μζγιςτθ ιςχφσ P PK, Εςωτερικι αντίςταςθ ςε ςειρά R s, Εςωτερικι παράλλθλθ αντίςταςθ R p Τρζχουςεσ τιμζσ( ανάλογα με τθν ακτινοβολία και τθ κερμοκραςία) :V pmax, I pmax, P max, V oc, I sc, FF, t mod, E eff. Η χαρακτθριςτικι καμπφλθ εμφανίηεται επίςθσ ςτθν οκόνθ τθσ ςυςκευισ μζτρθςθσ. Διακόπτθσ αςφαλείασ Ο εξωτερικόσ διακόπτθσ αςφαλείασ 1000 V/25 A παρεμβάλλεται μεταξφ τθσ ςυςκευισ PVPM και του φωτοβολταϊκοφ πλαιςίου με ςκοπό να προςτατεφςει το χειριςτι τθσ ςυςκευισ αλλά και τθν ίδια τθ ςυςκευι. Η ςφνδεςθ με τθ ςυςκευι μζτρθςθσ πραγματοποιείται μζςω τεςςάρων καλωδίων, ενϊ θ ςφνδεςθ με το πλαίςιο πραγματοποιείται μζςω δφο καλωδίων. Αιςκθτιρασ θλιακισ ακτινοβολίασ Σαν αιςκθτιρασ θλιακισ ακτινοβολίασ χρθςιμοποιείται ζνα θλιακό κφτταρο αναφοράσ για τθν μζτρθςθ τθσ ολικισ θλιακισ ακτινοβολίασ που προςπίπτει ςε μια επιφάνεια, δθλαδι θ ιςχφσ που προςπίπτει ςε ζνα ςυλλζκτθ ανά μονάδα επιφάνειασ(w/m 2 ). Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

90 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ 4.2 Παρουςίαςθ μετριςεων Για τθν ειςαγωγι ςτισ μετριςεισ κα παρουςιάςουμε μια ενδεικτικι καμπφλθ I-V όπωσ προζκυψε από τισ μετριςεισ μασ για κακζνα από τα πλαίςια. Η παρουςίαςθ αναφζρεται ςε ςυγκεκριμζνθ ϊρα και θμερομθνία και πραγματοποιείται με τθ βοικεια του λογιςμικοφ προγράμματοσ PVPMdisp και τθ χριςθ θλεκτρονικοφ υπολογιςτι. Η χαρακτθριςτικι I-V που παράγεται παρουςιάηεται παρακάτω με ςθμειωμζνο το ςθμείο μζγιςτθσ ιςχφοσ (P max ), το αντίςτοιχο ρεφμα (I pmax ) και τθν αντίςτοιχθ τάςθ (V pmax ). Στο ίδιο διάγραμμα παρουςιάηεται θ καμπφλθ ιςχφοσ και θ καμπφλθ ςε ςυνκικεσ STC. Δίνονται ακόμθ οι πραγματικζσ τιμζσ των διαφόρων μεγεκϊν κατά τθν ϊρα τθσ μζτρθςθσ, όπωσ εμφανίηονται από το πρόγραμμα PVPMdisp και ςυγκεκριμζνα ο παράγων ποιότθτασ (FF), θ τάςθ ανοιχτοκυκλϊματοσ (V oc ), το ρεφμα βραχυκφκλωςθσ (I sc ), θ κερμοκραςία πλαιςίου(σ mod ), θ προςπίπτουςα ακτινοβολία (E eff ), θ μζγιςτθ ιςχφσ ςε πρότυπεσ ςυνκικεσ STC (P PK ), θ εν ςειρά αντίςταςθ (R s ) και θ παράλλθλθ αντίςταςθ(r p ). Επίςθσ δίνονται θ κερμοκραςία αναφοράσ(t ref ), θ κερμοκραςία περιβάλλοντοσ(t mod ), ο διορκωτικόσ ςυντελεςτισ τθσ ιςχφοσ ωσ προσ τθ κερμοκραςία (ct(p)) και ο διορκωτικόσ ςυντελεςτισ τθσ τάςθσ ωσ προσ τθ κερμοκραςία(ct(v)). Όλεσ οι προαναφερκείςεσ τιμζσ δίνονται απ ευκείασ από τθ ςυςκευι ςε πρότυπεσ ςυνκικεσ STC και πρότυπεσ ςυνκικεσ NOCT. Πλαίςιο πολυκρυςταλλικοφ και μονοκρυςταλλικοφ πυριτίου Το 4.1 γράφθμα δείχνει τθν μορφι των χαρακτθριςτικϊν καμπυλϊν και τισ τιμζσ των θλεκτρικϊν μεγεκϊν για το πλαίςιο SHARP ςτισ το μεςθμζρι τθν θμζρα τθσ 25 θσ Ιουλίου 2012 και το4.2 τα αντίςτοιχα για το πλαίςιο Five Star ςτισ το μεςθμζρι τθν θμζρα τθσ 01 θσ Αυγοφςτου Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

91 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ χιμα 4.1:Χαρακτθριςτικζσ Καμπφλεσ I-V Ηλεκτρικά Μεγζκθ ςτισ μ.μ 25 θσ /7/2012 χιμα 4.2:Χαρακτθριςτικζσ I-V Ηλεκτρικά Μεγζκθ ςτισ το μ.μ. 01 θσ /8/2014 Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

92 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ 4.3. Αποτελζςματα και διαγράμματα ςφγκριςθσ Πλαίςιο πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου Α) φγκριςθ χαρακτθριςτικών ιδιοτιτων μετά από τρία ζτθ πειραματικισ λειτουργίασ Μια πραγματικι μζκοδοσ για τον ζλεγχο τθσ υποβάκμιςθσ των ιδιοτιτων των φωτοβολταϊκϊν πλαιςίων είναι θ απευκείασ ςφγκριςθ των τιμϊν που ζχουν προκφψει από τθν πειραματικι μασ διαδικαςία με αντίςτοιχεσ παλαιότερεσ. Ο ςτόχοσ ιταν να μπορζςουμε να βροφμε θμερομθνίεσ πολφ κοντά με πειραματικζσ μετριςεισ που ζγιναν ςτο παρελκόν, ϊςτε οι κλιματολογικζσ ςυνκικεσ να είναι περίπου ίδιεσ. Επίςθσ κζλαμε θ προςπίπτουςα ακτινοβολία να είναι ςχεδόν ςτα ίδια επίπεδα, όπωσ και θ κερμοκραςία λειτουργίασ του πλαιςίου. Από τισ πειραματικζσ μασ μετριςεισ τρεισ θμερομθνίεσ ιταν αυτζσ που πλθροφςαν τισ παραπάνω προχποκζςεισ, για να είναι τα αποτελζςματα περιςςότερο αξιόπιςτα. Ζτςι ζγινε ςφγκριςθ με τισ μετριςεισ του Ιουλίου του ζτουσ 2011 *Νταλιάνθ Δ.,Διπλωματικι εργαςία].η ςφγκριςθ αυτι πραγματοποιικθκε με βάςθ τισ μεκόδουσ i) τάςθσ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ και ii) ελζγχου τθσ μζγιςτθσ ιςχφοσ. Τα πειραματικά δεδομζνα και τα αποτελζςματα παρουςιάηονται ςτον πίνακα 4.3. Date Time T sens T mod E eff Isc Uoc Ipmax Upmax Pmax Isc 0 Uoc 0 Ipmax0 Upmax0 Ppk Fill factor Rs Rp C C W/m2 A V A V W A V A V W % Ohm Ohm :09: :13: :46:54 P :31:34 P :53:40 PM Πίνακασ 4.3:Πειραματικζσ τιμζσ θλεκτρικών χαρακτθριςτικών φωτοβολταϊκοφ πλαιςίου πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου για τθν ςφγκριςθ τριών ετών Οι χαρακτθριςτικζσ καμπφλεσ I-V που αντιςτοιχοφν ςε αυτζσ τισ θμερομθνίεσ που επελζγθςαν ζχουν υπερτεκεί για ςφγκριςθ ςτο ςχιμα 4.3α. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

93 Power in W Current in A Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ 5,6 5,2 4,8 4,4 4 3,6 3,2 2,8 2,4 2 1,6 1,2 0,8 0, Voltage in V I-V 3 ετών (01/07/ ) (15/07/ ) 23/07/ ) 30/07/ ) (09/07/ ) χιμα 4.3α:Χαρακτθριςτικζσ καμπφλεσ I-V των μετριςεων τριετίασ Στα γραφιματα 4.3β και 4.3γ παρουςιάηονται οι καμπφλεσ ιςχφοσ για τθν ςφγκριςθ τριετίασ. Ειδικά ςτο ςχιμα 4.3γ παρουςιάηονται οι καμπφλεσ ιςχφοσ ανθγμζνεσ ςτθν κερμοκραςία τθσ πρϊτθσ μζτρθςθσ, δθλαδι ςτθν θμερομθνία 01/07/ (01/07/ ) (09/07/ ) (15/07/ ) 23/07/ ) 30/07/ ) Voltage in V χιμα 4.3β:Καμπφλεσ ιςχφοσ των μετριςεων τριετίασ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

94 Power in W Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ /07/ /07/ /07/ /07/ /07/ Voltage in V χιμα 4.3γ:Καμπφλεσ ιςχφοσ των μετριςεων τριετίασ με αναγωγι ςτθ κερμοκραςία τθσ μζτρθςθσ 01 θσ /07/11. Ο πίνακασ4.4 παρουςιάηει τα ςυγκριτικά αποτελζςματα τριετίασ i)για τθν πειραματικι τιμι τθσ τάςθσ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ διαιρεμζνθ με τθ τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ του καταςκευαςτι, ii)για τθν πειραματικι μζγιςτθ ιςχφ ςε ςυνκικεσ STC διαιρεμζνθ με τθν μζγιςτθ ιςχφ καταςκευαςτι για τθ ςφγκριςθ τριετίασ και iii) για τθ τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ διαιρεμζνθ με τθ τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ ςε πρότυπεσ ςυνκικεσ STC [Moreno, 2012]. Year Time Voc/Voc nominal Pmax STC/Pmax nominal Voc / Voc STC θ : : : : : Πίνακασ 4.4:υγκριτικά Αποτελζςματα Σριετίασ για Μεκόδουσ Ελζγχου τθσ Τποβάκμιςθσ PID Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

95 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ Με μια πρϊτθ εκτίμθςθ παρατθροφμε από τον πίνακα 4.4, ότι όλεσ οι τιμζσ που προκφπτουν πλθν μίασ είναι μεγαλφτερεσ του Η τιμι για τθσ , θ οποία είναι 0.848, είναι ςυγκριτικά μικρότερθ από τισ άλλεσ αλλά και αυτι παραμζνει ςε υψθλά επίπεδα για πικανό ζλεγχο υποβάκμιςθσ. Από τθν αναγωγι κερμοκραςίασ παρατθροφμε ότι μποροφμε να ζχουμε μια καλφτερθ εκτίμθςθ για τα πειραματικά μασ δεδομζνα αλλά το ποςοςτό βελτίωςθσ τθσ εκτίμθςθσ είναι μικρό. Επίςθσ από τισ πειραματικζσ μετριςεισ (μζκοδοσ τραπεηίου) εξάγεται ο θμεριςιοσ ςυντελεςτισ απόδοςθσ. Παρατθροφμε ότι ο ςυντελεςτισ ζχει μειωκεί ςε ςχζςθ με τθν αρχικι τιμι του καταςκευαςτι αλλά ζχει αυξθκεί το ζτοσ 2013 ςε ςχζςθ με το ζτοσ Η διαφορά οφείλεται κυρίωσ ςτθν ζνταςθ τθσ ακτινοβολίασ και δεν μποροφμε να εξάγουμε ςυμπζραςμα όςον αφορά τθν υποβάκμιςθ. Στα επόμενα γραφιματα παρουςιάηουμε τα αποτελζςματα του πίνακα 4.4. Συγκεκριμζνα το γράφθμα4.4 δίνει τθνπειραματικι τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ δια τθσ τάςθσ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ του καταςκευαςτι. Το γράφθμα4.5 παρουςιάηει τθ πειραματικι τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ διαιρεμζνθ με τθ πειραματικι τάςθ ανοιχτοφ κυκλϊματοσ ςε πρότυπεσ ςυνκικεσ STC. Το γράφθμα 4.6δίνει τθν μζγιςτθ πειραματικι ιςχφ του πλαιςίου ςε ςυνκικεσ STC διαρεμζνθ με τθν μζγιςτθ ονομαςτικι ιςχφ που δίνεται από τον καταςκευαςτι. 1 0,98 0,96 V oc exp /V oc nom 0,94 0,92 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 14:09 13:13 12:46 12:31 13:53 Time in h χιμα 4.4:Λόγοσ πειραματικιστάςθσ ανοιχτοφ κυκλώματοσ προσ τθν τάςθ ανοιχτοφ κυκλώματοσ του καταςκευαςτι για τθ ςφγκριςθ τριετίασ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

96 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ 1 0,98 0,96 V oc exp /V oc exp STC 0,94 0,92 0,9 0,88 0,86 0,84 0,82 14:09 13:13 12:46 12:31 13:53 Time in h χιμα 4.5:Λόγοσ πειραματικισ τάςθσ ανοιχτοφ κυκλώματοσ προσ τθ πειραματικι τάςθ ανοιχτοφ κυκλώματοσ ςε ςυνκικεσ STC για τθ ςφγκριςθ τριετίασ 1,02 1 P max STC /P max nom 0,98 0,96 0,94 0,92 0,9 14:09 13:13 12:46 12:31 13:53 Time in h χιμα 4.6:Λόγοσ πειραματικισ μζγιςτθ ιςχφοσ ςε ςυνκικεσ STC προσ τθ μζγιςτθ ιςχφ καταςκευαςτι για τθ ςφγκριςθ τριετίασ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

97 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ Το γράφθμα 4.7 δίνει τθν μζγιςτθ πειραματικι ιςχφςε ςυνκικεσ STC διαιρεμζνθ με τθ μζγιςτθ ιςχφ καταςκευαςτι ςυναρτιςει τθσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ. P max STC /P max nom 1,02 1,01 1 0,99 0,98 0,97 0,96 0,95 0,94 0,93 0,92 0, E eff (W/m 2 ) χιμα 4.7:Λόγοσ πειραματικισ μζγιςτθ ιςχφοσ ανθγμζνθσςε ςυνκικεσ STC προσ τθ μζγιςτθ ιςχφ καταςκευαςτι ςυναρτιςει τθσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ για τθ ςφγκριςθ τριετίασ Τα αποτελζςματα που προκφπτουν από αυτι τθ ςφγκριςθ μασ επιτρζπουν να υποκζςουμε ότι το πλαίςιο πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου δεν ζχει υποςτεί υποβάκμιςθ ςφμφωνα με το εφαρμοηόμενο μοντζλο. Τα πειραματικά δεδομζνα βρίςκονται ςε υψθλζσ τιμζσ ϊςτε να μασ δείχνουν ότι το πλαίςιο είναι υγιζσ. Οι πολφ μικρζσ αποκλίςεισ που εμφανίηονται οφείλονται ςτισ διαφορετικζσ τιμζσ των μεταβαλλόμενων παραμζτρων όπωσ τθσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ, τθσ διαφορετικισ κερμοκραςίασ λειτουργίασ του πλαιςίου και των επικρατουςϊν καιρικϊνςυνκθκϊν οι οποίεσ μποροφν να μεταβάλλονται ςτιγμιαία. Β) Ζλεγχοσ με βάςθ τα STC μεγζκθ (μοντζλο Kahoul) Μια διαφορετικι μζκοδοσ για τον ζλεγχο τθσ πικανισ υποβάκμιςθσ κα παρουςιαςτεί ςε αυτι τθ παράγραφο. Στθ ςφγκριςθ αυτι ωσ δεδομζνα χρθςιμοποιοφμε τα Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

98 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ ςτοιχεία του καταςκευαςτι αλλά και τα δικά μασ πειραματικά δεδομζνα ανθγμζναςε πρότυπεσ ςυνκικεσ STC. Πραγματοποιοφμε ζλεγχο ςτα θλεκτρικά χαρακτθριςτικά του πλαιςίου και με βάςθ το ςυντελεςτι υποβάκμιςθσ εξετάηουμε τθν μεταβολι των παραμζτρων ϊςτε να αποφανκοφμε αν το πλαίςιο ζχει υποςτεί υποβάκμιςθ. Ο ςυντελεςτισ υποβάκμιςθσ δίδεται από τθν ςχζςθ[kahoul, 2013]: FD (%)= [1-(VP DEG /VP INI )]*100 (4.1) όπου VP DEG είναι θ τιμι τθσ παραμζτρου αφοφ ζχει υποςτεί πικανι υποβάκμιςθ και VP INI θ αρχικι τιμι τθσ παραμζτρου. Από τον πίνακα 4.3χρθςιμοποιοφμε τισ πειραματικζσ τιμζσ ςε πρότυπεσ ςυνκικεσ STC (αυτζσ με τον δείκτθ 0) οι οποίεσ υπολογίηονται απευκείασ από τθν ςυςκευι PVPM. STC exp Voc Isc Vmp Imp Pmax Fill factor Rs Rp Πίνακασ 4.5: Πειραματικζσ τιμζσ των παραμζτρων ςε πρότυπεσ ςυνκικεσ STC Επίςθσ χρθςιμοποιείται ο πίνακασ 4.1 των θλεκτρικϊν χαρακτθριςτικϊν (του καταςκευαςτι) για το πλαίςιο πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου SHARP. Σε αυτό το ςθμείο κα πρζπει να ςθμειϊςουμε ότι δεν κατζςτθ δυνατό να βρεκοφν οι καταςκευαςτικζσ τιμζσ για τθν εν ςειρά και παράλλθλθ αντίςταςθ. Ο πίνακασ 4.6 παρουςιάηει Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

99 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ τθ μεταβολι των παραμζτρων βάςθ του ςυντελεςτι υποβάκμιςθσ κεωρϊντασ ωσ αναφορά τα ςτοιχεία του καταςκευαςτι. FD (%) Δ Voc Δ Isc Δ Vmp Δ Imp Δ Pmax Δ Fill factor Πίνακασ 4.6: Μεταβολι των παραμζτρων βάςει του ςυντελεςτι υποβάκμιςθσ Το κετικό πρόςθμο μασ δείχνει ότι θ παράμετροσ ζχει μειωκεί ςε ςχζςθ με τθν αρχικι τιμι τθσ, ενϊ το αρνθτικό πρόςθμο μασ δείχνει το αντίκετο. Εξετάηοντασ τα τελευταία ςτοιχεία του πίνακα ( ) και ( ) παρατθροφμε ότι θ μζγιςτθ ιςχφσ και ο ςυντελεςτισ πλθρϊςεωσ παρουςιάηουν κετικό ςυντελεςτι υποβάκμιςθσ όπωσ και θ τάςθ ανοιχτοκυκλϊματοσ, ενϊ το ρεφμα βραχυκφκλωςθσ παρουςιάηει αρνθτικόςυντελεςτι.εξ αιτίασ τθσ αδυναμίασ να ζχουμε τιμζσ εκ του καταςκευαςτι για τισ αντιςτάςεισ, το μόνο που μποροφμε να ςυμπεράνουμε για αυτζσ είναι ότι από τθν μείωςθ του ςυντελεςτι πλθρϊςεωσ ζχουν υποςτεί ςθμαντικζσ μεταβολζσ. Όςον αφορά τθ τάςθ και το ρεφμα μζγιςτθσ ιςχφοσ οι τιμζσ τουσ ζχουν μεταβλθκεί, επομζνωσ ζχει μεταβλθκεί και το ςθμείο μζγιςτθσ ιςχφοσ ςτθν χαρακτθριςτικι καμπφλθ. Ωσ ςυμπζραςμα το μόνο που μποροφμε να ποφμε με βεβαιότθτα είναι ότι θ ιςχφσ του πλαιςίου ζχει μειωκεί. Εξ αιτίασ τθσ αδυναμίασ που αναφζραμε προθγουμζνωσ όςον αφορά τισ αντιςτάςεισ, κα πραγματοποιιςουμε ακόμα μία ςφγκριςθ. Θεωρϊντασ τθ πρϊτθ μζτρθςθ τθσ χρονιάσ 2011 ( )του πίνακα 4.5 ωσ μζτρθςθ αναφοράσ, βρίςκουμε από τον ςυντελεςτι υποβάκμιςθσ τισ διαφοροποιιςεισ ςτισ τιμζσ. Εξετάηοντασ τα ςτοιχεία που προκφπτουν από τον πίνακα 4.7 παρατθροφμε ότι θ ιςχφσ, δείχνοντασ αρνθτικι υποβάκμιςθ, παρουςιάηει αφξθςθ όπωσ και ο FF. Οι τιμζσ αυτζσ ζρχονται ςε αντίκεςθ με αυτζσ του πίνακα 4.6. Το ρεφμα Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

100 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ όπωσ και θ τάςθ μζγιςτθσ ιςχφοσ ζχουν μεταβλθκεί, το οποίο μασ δείχνει ότι ζχει μετακινθκεί το ςθμείο μζγιςτθσ ιςχφοσ, όπωσ και ςτθν προθγοφμενθ ςφγκριςθ. Όςον αφορά τισ αντιςτάςεισ, τισ οποίεσ ζχουμε επειδι είναι οι πειραματικζσ μασ, θ ταυτόχρονθ αφξθςθ και των δφο δεν μασ επιτρζπει να αποφανκοφμε για το αν το πλαίςιο ζχει υποςτεί υποβάκμιςθ. FD (%) Δ Voc Δ Isc Δ Vmp Δ Imp Δ Pmax Δ Fill factor Δ Rs Δ Rp Πίνακασ 4.7:Μεταβολι των παραμζτρων βάςει του ςυντελεςτι υποβάκμιςθσ Γ) φγκριςθ χαρακτθριςτικών ιδιοτιτων Από το κεφάλαιο 3.3, που παρουςιάςαμε τισ μεκόδουσ ελζγχου υποβάκμιςθσ των πλαιςίων, προχωριςαμε ςε μια επζκταςθ του μοντζλου Martinez-Moreno ςε ζνα μόνο πλαίςιο για να δοφμε αν θ εφαρμογι του δίδει κάποια ικανοποιθτικά ςυμπεράςματα. Σθμειϊνουμε οτι δεν κα μποροφςε να κεωρθκεί πιςτι εφαρμογι αυτοφ του μοντζλου, αλλά ςφγκριςθ δεδομζνων τα οποία προκφπτουν ςε πολφ ςφντομα χρονικά διαςτιματα για να εξαςφαλίηονται περίπου ςτακερά θλιακι ακτινοβολία και φάςμα. Ομωσ και το ίδιο το μοντζλο δεν είναι εντελϊσ αξιόπιςτο κακϊσ τα δεδομζνα (V oc ι και P m ) δεν αντιςτοιχοφν ςε ίδιεσ ακριβϊσ ςυνκικεσ. Αυτό ςυμβαίνει διότι δεν μετρϊνται τθν ίδια χρονικι ςτιγμι ςε όλα τα πλαίςια, οπότε θ αυξομείωςθ τθσ θλιακισ ακτινοβολίασ ι τθσ κερμοκραςίασ επθρεάηουν τάχιςτα τισ τιμζσ αυτϊν των παραμζτρων. Συγκεκριμζνα πραγματοποιιςαμε ζλεγχο με βάςθ: i) Μζτρθςθ τθσ χαρακτθριςτικισ καμπφλθσ (IV curve measurements) Ζλεγχοσ βάςθ τθσ μορφισ τθσ χαρακτθριςτικισ Ζλεγχοσ βάςθ τθσ μζγιςτθσ ιςχφοσ Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

101 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ ii) Μζτρθςθτάςθσανοιχτοφκυκλϊματοσ (open circuit voltage measurements) Μζτρθςθ τθσ χαρακτθριςτικισ καμπφλθσ (I-V)/Μορφι καμπφλθσi-v Από τισ μετριςεισ που πραγματοποιικθκαν το μινα Ιοφλιο του 2012 πραγματοποιιςαμε ζλεγχο για πικανι υποβάκμιςθ με βάςθ τθ μορφι τθσ χαρακτθριςτικισ καμπφλθσ I-V. Για να πραγματοποιθκεί ο ζλεγχοσ απαιτοφνται μετριςεισ ςε θλιόλουςτθ θμζρα, με χαμθλι ακτινοβολία, για μικρι περίοδο χρόνου ϊςτε να εξαςφαλίςουμε ότι όλεσ οι μετριςεισ ζχουν πραγματοποιθκεί ςε ςχεδόν ίδια κερμοκραςία πλαιςίου και ςχεδόν ίδια ακτινοβολία. Ο πίνακασ4.8 δείχνει τισ πειραματικζσ τιμζσ θλεκτρικϊν χαρακτθριςτικϊντουφωτοβολταϊκοφ πλαιςίου πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου. Date Time Tsens T mod Eeff Isc Uoc Ipmax Upmax Pmax C C W/m2 A V A V W :45:02 AM :47:28 AM :46:56 PM :45:40 PM :29:44 AM :32:50 PM :30:18 PM :05:54 PM :55:26 AM :42:12 AM :31:36 PM :27:56 PM :07:06 PM Πίνακασ 4.8:Πειραματικζσ τιμζσ θλεκτρικών χαρακτθριςτικών φωτοβολταϊκοφ πλαιςίου πολυκρυςταλλικοφ πυριτίου. Στισ επόμενεσ ςελίδεσ ακολουκοφν, οι χαρακτθριςτικζσ καμπφλεσ I-V και οι καμπφλεσ ιςχφοσ για διάφορεσ πειραματικζσ μετριςεισ που πάρκθκαν τον Ιοφλιο του 2012οι οποίεσ δεν είναι κανονικοποιθμζνεσ κακόςον αφοροφν ςε ζνα μόνο πλαίςιο. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

102 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ χιμα 4.8:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 8:45:02 χιμα 4.9:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 9:47:28 χιμα 4.10:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 17:46:56. Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

103 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ χιμα 4.11:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 18:45:40 χιμα 4.12:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 9:29:44 χιμα 4.13:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 17:32:50 Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

104 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ χιμα 4.14:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 18:30:18 χιμα 4.15:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 19:05:54 χιμα 4.16:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 8:55:26 Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

105 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ χιμα 4.17:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 9:42:12 χιμα 4.18:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 17:31:36 χιμα 4.19:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 18:27:56 Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν

106 Κεφάλαιο4-ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ χιμα 4.20:Χαρακτθριςτικι Καμπφλθ - Καμπφλθ Ιςχφοσ για και ώρα 19:07:06 Παρατθροφμε ότι υπάρχει διαφοροποίθςθ ςτο πωσ διαγράφονται οι καμπφλεσ για τισ εξισ θμερομθνίεσ:i) και ϊρα 8:45, ii) και ϊρα 18:30, iii) και ϊρα 19:05, iv) και ϊρα 18:27 και v) και ϊρα 19:07. Αν ζνα πλαίςιο είχε υποςτεί υποβάκμιςθ κα ζπρεπε όλεσ οι χαρακτθριςτικζσ του ςε χαμθλι ακτινοβολία να παρουςιάηουν τζτοιεσ μορφζσ. Το γεγονόσ ότι δεν παρουςιάηουν όλεσ οι καμπφλεσ παραμόρφωςθ και ότι ςε αυτζσ τισ μετριςεισ δεν μποροφμε να κάνουμε ςφγκριςθ για τθν ιςχφ, διότι θ ςυςκευι PVPMδεν μασ δίδει τισ STC τιμζσ των χαρακτθριςτικϊν για τόςο χαμθλι ακτινοβολία,δεν μποροφμε να αποφανκοφμε αν το πλαίςιο εμφανίηει PID. Επιπλζον, ακόμθ ζνασ λόγοσ για τον οποίο δεν μποροφμε να βγάλουμε αςφαλι ςυμπεράςματα είναι ότι θ μορφι τθσ χαρακτθριςτικισ I-Vεπθρεάηεται αρκετά από κλιματικοφσ και περιβαλλοντικοφσ παράγοντεσ όπωσ θ ταχφτθτα αζροσ ι μία τοπικι ςυννεφιά. Στο ςχιμα 4.21 παρουςιάηεται θ υπζρκεςθ όλων των I-Vγια ςφγκριςθ τθσ μορφισ των καμπυλϊν. φγκριςθ ιςχφοσ- Ιοφλιοσ 12 Από τισ μετριςεισ που πραγματοποιικθκαν το μινα Ιοφλιο του 2012 πραγματοποιιςαμε ζλεγχο για πικανι υποβάκμιςθ με βάςθ τθν ονομαςτικι ιςχφ ςε ςυνκικεσ STC. Για τθν υλοποίθςθ τθσ μεκόδου απαιτοφνται μετριςεισ ςε μικρό χρονικό διάςτθμα, με υψθλι ζνταςθ ακτινοβολίασ και ςχεδόν ίδια κερμοκραςία. Στουσ επόμενουσ πίνακεσ και ςτα επόμενα γραφιματα κα παρουςιάςουμε τα πειραματικά δεδομζνα κατάλλθλα για Πανεπιςτιμιο Πατρϊν-TμιμαΗλεκτρoλόγων Μθχανικϊν & Τεχνολογίασ Υπολογιςτϊν