Διπλωματική Εργασία της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

Μέγεθος: px
Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Διπλωματική Εργασία της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών"

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ: ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΣΥΡΜΑΤΟΥ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΣ Διπλωματική Εργασία της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών Συγκρίδου Δήμητρα του Μιλτιάδη Αριθμός Μητρώου: 5876 Θέμα «Μετρήσεις χαρακτηριστικών ρεύματος τάσης φωτοβολταϊκών πλαισίων μονοκρυσταλλικού Si υπό πραγματικές συνθήκες» Επιβλέπουσα Περράκη Βασιλική Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: Πάτρα, Οκτώβριος 2009

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η Διπλωματική Εργασία με θέμα «Μετρήσεις χαρακτηριστικών ρεύματος τάσης φωτοβολταϊκών πλαισίων μονοκρυσταλλικού Si υπό πραγματικές συνθήκες» Της φοιτήτριας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Συγκρίδου Δήμητρα του Μιλτιάδη Αριθμός Μητρώου: 5876 Παρουσιάστηκε δημόσια και εξετάστηκε στο Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών στις.../../ Η Επιβλέπουσα: Ο Διευθυντής του Τομέα: Λέκτορας Καθηγητής Περράκη Βασιλική Φακωτάκης Νικόλαος

3 Αριθμός Διπλωματικής Εργασίας: χαρακτηριστικών ρεύματος τάσης φωτοβολταϊκών πλαισίων μονοκρυσταλλικού Si υπό πραγματικές συνθήκες» Θέμα: «Μετρήσεις Φοιτήτρια: Επιβλέπουσα:

4 Περίληψη Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι να εμβαθύνουμε στη λειτουργία φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου και μέσα από τα αριθμητικά δεδομένα των μετρήσεων και των υπολογισμών, να αποφανθούμε πώς η λειτουργία σε πραγματικές συνθήκες μπορεί να επηρεάσει την παραγόμενη ισχύ του. Στα πλαίσια αυτά, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις ρεύματος και τάσης, στο χώρο του τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών, με φωτοβολταϊκό πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου ισχύος αιχμής 80 W. Οι μετρήσεις γίνονταν μια φορά την εβδομάδα κατά τη διάρκεια ενός έτους περίπου ( ) και στόχος ήταν να διεξαχθούν μετρήσεις υπό διάφορες συνθήκες ακτινοβολίας και θερμοκρασίας και για αρκετές γωνίες κλίσης ώστε να αποκτήσουμε μια ολοκληρωμένη εικόνα της ενεργειακής του συμπεριφοράς. Στη διάρκεια των μετρήσεων αλλάζαμε την τιμή ενός μεταβλητού φορτίου, για να πάρουμε τη χαρακτηριστική ρεύματος τάσης του συγκεκριμένου πλαισίου και επιπλέον σημειώναμε την ακτινοβολία, τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, του κυττάρου και της πίσω όψης του, καθώς και της κλίσης τοποθέτησης. Ακόμα ελέγχαμε πώς επηρεάζει τη χαρακτηριστική καμπύλη I-V, και κατά συνέπεια την απόδοση, τυχόν φυσική σκίαση από παρακείμενο αντικείμενο. Ο προσανατολισμός των πλαισίων ήταν πάντα προς το Νότο, ώστε να έχουμε περισσότερες ώρες ηλιοφάνειας, μίας και η Ελλάδα είναι χώρα του βόρειου ημισφαιρίου. Κατά την επεξεργασία των μετρήσεων καταλήξαμε στην βέλτιστη κλίση τοποθέτησης του πλαισίου ανά εποχή και είδαμε πως η ακτινοβολία επιδρά θετικά στην απόδοση του σε αντίθεση με τη θερμοκρασία του κυττάρου που τη μειώνει όταν αυτή αυξάνεται. Τέλος, έγινε μια σύγκριση των τιμών που δίνει ο κατασκευαστής σε εργαστηριακό περιβάλλον με τις τιμές των μετρήσεων για να διαπιστώσουμε τις απώλειες που έχουμε όταν το μονοκρυσταλλικό πλαίσιο λειτουργεί σε πραγματικές συνθήκες. Λέξεις κλειδιά Φωτοβολταϊκό πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου, χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος τάσης, πραγματικές συνθήκες λειτουργίας, ακτινοβολία, θερμοκρασία κυττάρου, κλίση τοποθέτησης, σκίαση.

5 Abstract The aim of this diploma thesis is to take a better look at the operation of a monocrystalline silicon photovoltaic module and through the numerical data of measurements and the calculations, to come to a conclusion about how the operation in real conditions can influence his produced power. Measurements of current and tendency have been made in the area of the department of Electrical and Computer Engineering using a monocrystalline silicon photovoltaic module of peak power 80 W. The measurements took place once a week for about a year ( ) and our goal was to obtain measurements under various conditions of radiation and temperature and for some angles of bent so that we acquire a completed picture of its energy behavior. During the measurements we changed a variable load, in order to form the characteristic curve of current and tendency of the module and we also noted down the radiation, the environmental, the cell and the back side temperature of the module, as well as the bent of placement. Moreover, we checked how a possible natural shading from an adjacent object influences the characteristic I-V curve, and as a result the efficiency of the module. The orientation of the module was always South, in order to gain more hours of sunlight, since Greece is a country of the northern hemisphere. While processing the measurements, we found the optimal bent of placement per season for the module and we saw that the radiation affects positively its efficiency contrary to the cell temperature that decreases the efficiency when increased. Finally, we compare the electrical specifications in laboratorial environment that the constructor gives, with the measurements in order to realise the losses that we have when the monocrystalline module functions in real conditions. Key words Photovoltaic module of monocrystalline silicon, characteristic curve of current and tendency, real operation conditions, radiation, temperature of cell, bent of placement, shading.

6 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Αρχικά, θα ήθελα να ευχαριστήσω το Εργαστήριο Ασυρμάτου Τηλεπικοινωνίας του Τομέα Τηλεπικοινωνιών και Τεχνολογίας Πληροφορίας για την παροχή του εργαστηριακού εξοπλισμού που χρειάστηκα. Επίσης θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την επιβλέπουσα καθηγήτρια μου κ. Περράκη Βασιλική για την ανάθεση της εργασίας, τη δυνατότητα που μου έδωσε να ασχοληθώ με το αντικείμενο των φωτοβολταϊκών, την εμπιστοσύνη που μου έδειξε καθώς επίσης για την καθοδήγηση και τις πολύτιμες συμβουλές που μου παρείχε κατά την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Ένα μεγάλο ευχαριστώ οφείλω στη συνάδελφο Χριστοδούλου Μαρία με την οποία εργαστήκαμε παράλληλα στα πλαίσια των διπλωματικών μας εργασιών, το αντικείμενο των οποίων συνδέεται άμεσα, και με την πολύτιμη βοήθεια και στήριξη της οποίας κατάφερα να περατώσω την παρούσα διπλωματική. Δεν πρέπει να ξεχάσω όλους εκείνους που έμμεσα ή άμεσα μου συμπαραστάθηκαν κατά την εκπόνηση της εργασίας αυτής. Κυρίως όμως οφείλω να ευχαριστήσω την οικογένειά μου για τη στήριξη που μου παρείχε όλα αυτά τα χρόνια των σπουδών μου. Σε αυτήν οφείλεται ότι έχω μέχρι σήμερα επιτύχει και σε αυτήν αφιερώνεται η παρακάτω εργασία. Συγκρίδου Μ. Δήμητρα

7 i Κατάλογος περιεχομένων Περίληψη Abstract Ευχαριστίες ΕΙΣΑΓΩΓΗ Γενικά Σκοπός της διπλωματικής εργασίας ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗ-ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΗΜΕΡΑ Ιστορική αναδρομή και η εξέλιξη της ενέργειας Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Παρούσα ενεργειακή κατάσταση στην Ελλάδα Προοπτικές εξέλιξης των ΑΠΕ Η ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Ο ήλιος Η ακτινοβολία του ήλιου Το φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας Ημερήσια ενεργειακή απολαβή από τον ήλιο Εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας Προσανατολισμός του συλλέκτη Στοιχεία προσδιορισμού του προσανατολισμού ενός συλλέκτη Τρόποι στήριξης των συλλεκτών και προσανατολισμός τους ΤΟ ΠΥΡΙΤΙΟ ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΣΤΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Βασικά χαρακτηριστικά και Ιδιότητες του Πυριτίου Το μοντέλο των ενεργειακών ζωνών Η επαφή p n Ορθή και ανάστροφη πόλωση της διόδου Η χρήση του πυριτίου στις φωτοβολταϊκές εφαρμογές...41

8 ii 4.6. Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο ΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ Ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου Πρότυπες συνθήκες ελέγχου των χαρακτηριστικών των ΦΒ στοιχείων Η καμπύλη I-V ενός ΦΒ στοιχείου Συντελεστής ποιότητας ή παράγοντας πληρότητας ή πλήρωσης (fill factor) Η απόδοση του ΦΒ στοιχείου ή πλαισίου Παράγοντες που επηρεάζουν αρνητικά το βαθμό απόδοσης Συμπεριφορά φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου όταν αυτό σκιάζεται Σκίαση φωτοβολταϊκών πλαισίων συστοιχίας που είναι τοποθετημένα σε διαδοχικές σειρές ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Πειραματική Διάταξη Διαδικασία μετρήσεων Αποτελέσματα μετρήσεων Φθινόπωρο Χειμώνας Άνοιξη Καλοκαίρι Υπολογισμός βέλτιστης κλίσης λειτουργίας μετά την επεξεργασία των πειραματικών μετρήσεων Διαφορές στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού πλαισίου τη χειμερινή από τη θερινή περίοδο Αποκλίσεις των μετρήσεων από τις τιμές υπό STC Εξάρτηση του συντελεστή ποιότητας του φωτοβολταϊκού πλαισίου από την ακτινοβολία και τη θερμοκρασία Επίδραση της ακτινοβολίας και της θερμοκρασίας στην απόδοση ΦΒ πλαισίου ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ...125

9 iii Παράρτημα Μετρήσεων Βιβλιογραφία...143

10

11 1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Κεφάλαιο 1

12 2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. Γενικά Τα τελευταία χρόνια η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση των συμβατικών καυσίμων, σε συνδυασμό με τη μείωση των αποθεμάτων τους και τη σημαντική επιβάρυνση του περιβάλλοντος εξαιτίας της αλόγιστης χρήσης τους, έκανε επιτακτική την ανάγκη χρησιμοποίησης ανανεώσιμων ήπιων μορφών ενέργειας. Μια από αυτές τις μορφές ενέργειας είναι και η φωτοβολταϊκή ηλεκτρική ενέργεια, δηλαδή η ηλιακή ενέργεια η οποία μετατρέπεται σε ηλεκτρική μέσω φωτοβολταϊκών στοιχείων. Η τεχνολογία των φωτοβολταϊκών άρχισε να αναπτύσσεται στη τέλη της δεκαετία του 1950 για πρακτικούς σκοπούς, κυρίως στα πλαίσια διαστημικών εφαρμογών και έκτοτε εξελίσσεται συνεχώς. Στις μέρες μας, δίνεται μεγάλη σημασία στον τομέα της έρευνας και ανάπτυξης διαφόρων τεχνολογιών, με σκοπό την κατασκευή φωτοβολταϊκών πλαισίων που θα αξιοποιούν σε μεγαλύτερο βαθμό την παρεχόμενη ενέργεια από τον ήλιο και κατ' επέκταση θα έχουν μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης. Σ' αυτό το σημείο θα μπορούσαμε να αναφέρουμε ότι η χώρα μας ενδείκνυται για την αξιοποίηση αυτής της τεχνολογίας, εξαιτίας των ευνοϊκών καιρικών συνθηκών που επικρατούν και του σημαντικού ηλιακού δυναμικού που παρουσιάζει Σκοπός της διπλωματικής εργασίας Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να διερευνηθεί πώς Κεφάλαιο 1

13 3 διαφορετικές συνθήκες ακτινοβολίας, θερμοκρασίας και η κλίση επιδρούν στην ισχύ αιχμής και κατά συνέπεια στην απόδοση φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου, μέσα από ένα σύνολο μετρήσεων σε εξωτερικό (μη εργαστηριακό) περιβάλλον. Η ισχύς αιχμής είναι το πιο σημαντικό στοιχείο που χαρακτηρίζει ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο και δίνεται για πρότυπες συνθήκες λειτουργίας. Θέλοντας να καταλήξουμε σε μια αντίστοιχη τιμή για την ισχύ αιχμής του συγκεκριμένου πραγματοποιούμε μια πλαισίου εκτεταμένη σε πραγματικές διερεύνηση των συνθήκες, προαναφερθέντων παραγόντων. Η διάρθρωση των κεφαλαίων που ακολουθούν περιγράφεται παρακάτω. Στο 2ο κεφάλαιο γίνεται μια σύντομη ιστορική αναδρομή όσον αφορά στις συμβατικές μορφές ενέργειας, γίνεται μια αναφορά στην ενεργειακή κατάσταση στην Ελλάδα, γίνεται μια αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και στις προοπτικές εξέλιξής τους. Στο 3ο κεφάλαιο περιγράφονται τα χαρακτηριστικά της ηλιακής ακτινοβολίας και αναλύεται ο προσανατολισμός του συλλέκτη και οι διάφοροι τρόποι στήριξής του. Στο 4ο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά και οι ιδιότητες του πυριτίου, και αναφέρονται ενδεικτικά κάποιες από τις πιο σημαντικές διαθέσιμες τεχνολογίες ΦΒ πλαισίων. Στο 5ο κεφάλαιο περιλαμβάνονται τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου και οι παράγοντες που επιδρούν αρνητικά στο βαθμό απόδοσης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην επίδραση της φυσικής σκίασης σε φωτοβολταϊκό πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου και παρουσιάζονται οι μορφές των χαρακτηριστικών καμπυλών ρεύματος τάσης σε αυτή την περίπτωση. Στο 6ο κεφάλαιο γίνεται αρχικά μια σύντομη αναφορά στην πειραματική διάταξη και στα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν Κεφάλαιο 1 στα πλαίσια των μετρήσεων.

14 4 Στη συνέχεια παρουσιάζονται γραφικά τα αποτελέσματα των μετρήσεων και γίνονται υπολογισμοί για την εύρεση του συντελεστή ποιότητας και της απόδοσης σε κάθε περίπτωση. Ακόμα υπολογίζεται η μέση αποδιδόμενη ισχύς κατά τη θερινή και τη χειμερινή περίοδο καθώς και η ετήσια παραγωγή του ενός πλαισίου. Τέλος, παρουσιάζονται οι αποκλίσεις των μετρήσεων από τις τιμές του κατασκευαστή. Στο 7ο κεφάλαιο συνοψίζονται κάποια βασικά συμπεράσματα. Σ' αυτό το σημείο να σημειώσουμε ότι η επεξεργασία των πειραματικών μετρήσεων έγινε χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα OriginPro8. Κεφάλαιο 1

15 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΑΝΑΔΡΟΜΗΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΣΗΜΕΡΑ Κεφάλαιο 2

16 6 2. ΙΣΤΟΡΙΚΗ ΣΗΜΕΡΑ ΑΝΑΔΡΟΜΗ-ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 2.1. Ιστορική αναδρομή και η εξέλιξη της ενέργειας Η εξέλιξη της ανθρωπότητας είναι στενά συνδεδεμένη με τη χρήση ενέργειας. Δεν είναι τυχαίο ότι οι ονομασίες των ιστορικών περιόδων της ανθρωπότητας, λίθινη εποχή, εποχή του σιδήρου ή του χαλκού, προέκυψαν από τις διαφορετικές μορφές ενέργειας που οι άνθρωποι διαχειρίζονταν στις αντίστοιχες εποχές. Σ' όλη την ιστορική του πορεία, ο άνθρωπος χρησιμοποίησε με εφευρετικότητα τις δυνατότητες που του παρείχε απλόχερα η φύση, τη δύναμη της φωτιάς, του νερού, του ανέμου και του ήλιου, με στόχο τη βελτίωση των συνθηκών της διαβίωσής του. Στους πιο πρόσφατους αιώνες, χρησιμοποίησε την ενέργεια από την καύση του κάρβουνου και του πετρελαίου και βρήκε τρόπο να τη μετατρέπει στην περισσότερο εξευγενισμένη των μορφών της, τον ηλεκτρισμό. Στα μέσα του 20ου αιώνα, ένας νέος τρόπος παραγωγής ενέργειας ήρθε να δημιουργήσει ελπίδες, για ριζική επίλυση του παγκόσμιου ενεργειακού προβλήματος, η πυρηνική ενέργεια. Πολύ γρήγορα, όμως, δραματικά γεγονότα ήλθαν να επιβεβαιώσουν, χωρίς περιθώρια αμφισβήτησης, την αδυναμία μας να διασφαλίσουμε την ελεγχόμενη παραγωγή της πυρηνικής ενέργειας και την αποφυγή ατυχημάτων. Επιπλέον, άρχισαν να επιβεβαιώνονται, με επιστημονικά τεκμηριωμένο τρόπο, οι προβλέψεις για σημαντικές επιβαρυντικές συνέπειες της μέχρι σήμερα συμπεριφοράς του ανθρώπου στο οικοσύστημα, εξαιτίας κυρίως της αλόγιστης χρήσης των συμβατικών καυσίμων και πολλών, φαινομενικά αθώων, τεχνολογικών προϊόντων. Η παραγωγή και χρήση της ενέργειας που προέρχεται από τα συμβατικά καύσιμα δημιούργησαν μια σειρά από περιβαλλοντικά Κεφάλαιο 2

17 7 προβλήματα με αιχμή τους, το γνωστό σε όλους μας, φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η υπερθέρμανση του πλανήτη αλλά και η υποβάθμιση του περιβάλλοντος σε τοπικό και περιφερειακό επίπεδο δεν αφήνουν κανένα περιθώριο εφησυχασμού. Σύμφωνα με την Διακυβερνητική Επιτροπή για την Αλλαγή του Κλίματος (IPCC), οι εκπομπές αερίων θερμοκηπίου έχουν ήδη ανεβάσει τη θερμοκρασία κατά 0.6 βαθμούς παγκοσμίως. Εάν δεν ληφθούν μέτρα, θα σημειωθεί αύξηση κατά 1.4 έως 5.8 βαθμούς έως τα τέλη του αιώνα. Όλες οι περιοχές του κόσμου ( συμπεριλαμβανομένης της Ευρωπαϊκής Ένωσης) θα αντιμετωπίσουν σοβαρές συνέπειες, τόσο για τις οικονομίες τους όσο και για τα οικοσυστήματα τους. Για το λόγο αυτό η διεθνής ερευνητική κοινότητα και η ενεργειακή βιομηχανία έχουν στρέψει το ενδιαφέρον τους αφενός σε σύγχρονες καθαρές τεχνολογίες παραγωγής με βελτιωμένη ενεργειακά και περιβαλλοντικά απόδοση, όπως πχ. οι καθαρές τεχνολογίες άνθρακα, και αφετέρου στην αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ΑΠΕ) [1, 2, 3] Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Ως Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) έχουν οριστεί οι ενεργειακές πηγές, οι οποίες καθημερινά και αέναα μας παρέχονται σε βαθμό ήπιας εκμετάλλευσης. Είναι η πρώτη μορφή ενέργειας που χρησιμοποίησε ο άνθρωπος πριν στραφεί έντονα στη χρήση των ορυκτών καυσίμων. Οι ΑΠΕ πρακτικά είναι ανεξάντλητες, η χρήση τους δεν ρυπαίνει το περιβάλλον ενώ η αξιοποίησή τους περιορίζεται μόνον από την ανάπτυξη αξιόπιστων και οικονομικά αποδεκτών τεχνολογιών που θα έχουν σαν σκοπό την δέσμευση του δυναμικού τους. Το ενδιαφέρον για την ανάπτυξη των τεχνολογιών αυτών εμφανίσθηκε αρχικά μετά την πρώτη πετρελαϊκή κρίση του 1974 και παγιώθηκε μετά τη συνειδητοποίηση των παγκόσμιων σοβαρών περιβαλλοντικών προβλημάτων την Κεφάλαιο 2

18 8 τελευταία δεκαετία. Για πολλές χώρες, οι ΑΠΕ αποτελούν μια εγχώρια πηγή ενέργειας με ευνοϊκές προοπτικές συνεισφοράς στο ενεργειακό τους ισοζύγιο, συμβάλλοντας στη μείωση της εξάρτησης από το ακριβό εισαγόμενο πετρέλαιο και στην ενίσχυση της ασφάλειας του ενεργειακού τους εφοδιασμού. Παράλληλα, συμβάλλουν στη βελτίωση της ποιότητας του περιβάλλοντος, καθώς έχει πλέον διαπιστωθεί ότι ο ενεργειακός τομέας είναι ο κλάδος που ευθύνεται κατά κύριο λόγο για τη ρύπανση του περιβάλλοντος. Οι μορφές των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι: ο ήλιος - ηλιακή ενέργεια, με δυνατότητα παροχής θερμότητας ή/και ηλεκτρισμού, ο άνεμος - αιολική ενέργεια, οι υδατοπτώσεις - υδραυλική ενέργεια, με περιορισμό στα μικρά υδροηλεκτρικά, ισχύος κάτω των 10 ΜW, η γεωθερμία - γεωθερμική ενέργεια: υψηλής και χαμηλής ενθαλπίας, η βιομάζα: θερμική ή χημική ενέργεια με την παραγωγή βιοκαυσίμων, τη χρήση υπολειμμάτων δασικών εκμεταλλεύσεων και την αξιοποίηση βιομηχανικών αγροτικών (φυτικών και ζωικών) και αστικών αποβλήτων, οι θάλασσες: ενέργεια κυμάτων, παλιρροϊκή ενέργεια και ενέργεια των ωκεανών από τη διαφορά θερμοκρασίας των νερών στην επιφάνεια και σε μεγάλο βάθος [2] Παρούσα ενεργειακή κατάσταση στην Ελλάδα Η Ελλάδα, αναλογικά με τον πληθυσμό της, κατέχει μια από τις πρώτες θέσεις στην κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, σε σχέση με τις υπόλοιπες χώρες της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ο δείκτης Τελική Κατανάλωση Ενέργειας (Τ.Κ.Ε.) στην Ελλάδα ήταν 20.2*106 Τ.Ι.Π. (τόνοι ισοδύναμου πετρελαίου) το έτος 2004 κατά 28% υψηλότερος του αντίστοιχου Κεφάλαιο 2

19 9 του έτους 1995 (ετήσια αύξηση 2.8%). Η κατανομή των διαφόρων μορφών ενέργειας στο δείκτη αυτόν ήταν: - Ηλεκτρισμός 21% (αύξηση 15% από το επίπεδο του έτους 1995). - Α.Π.Ε. 5.2% (αύξηση 15% από το επίπεδο του έτους1995). - Πετρέλαιο 68.7% (αύξηση 28% από το επίπεδο του έτους 1995). - Φυσικό Αέριο 2.8%. Η κατανομή του Τ.Κ.Ε. ανά Τομέα ήταν: - Μεταφορές 39% - Βιομηχανία 20% - Οικιακός, Αγροτικός, Τριτογενής 41%. Είναι αξιοσημείωτη η αύξηση του τελευταίου Τομέα, σε σχέση με τα επίπεδα του έτους 1995, που οφείλεται στον ολοένα αυξανόμενο ρόλο του τριτογενή τομέα στην Εθνική Οικονομία [4] Προοπτικές εξέλιξης των ΑΠΕ Η Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ) έχει αναλάβει έναν πρωτοποριακό ρόλο στην προσπάθεια άμβλυνσης της κλιματικής αλλαγής σε παγκόσμιο επίπεδο και έχει ασκήσει μεγάλη πίεση για την υιοθέτηση συγκεκριμένων και φιλόδοξων στόχων. Ήδη, το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο έχει θέσει τη νέα Ευρωπαϊκή στρατηγική για τη βιώσιμη ανάπτυξη (το λεγόμενο πακέτο που σημαίνει παραγωγή του 20% της ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές, 20% μείωση των ρύπων και 20% εξοικονόμηση ενέργειας) έως το έτος 2020 για την Ευρώπη [5]. Κεφάλαιο 2

20 10 Σχήμα 2.1 : Ετήσιο ποσό της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ένα χαρακτηριστικό σύστημα φωτοβολταϊκών 1 kwp στις οικιστικές περιοχές των 25 κρατών μελών της Ε.Ε. Τα σημεία που ενώνονται με την κόκκινη γραμμή αντιστοιχούν στο μέσο όρο και τα ψηλότερα σημεία αντιστοιχούν στο μέγιστο, τα αμέσως επόμενα στο 80% του μεγίστου, τα επόμενα στο ελάχιστο και τα χαμηλότερα στο 80% του ελαχίστου για τη βέλτιστη γωνία. Στο σχήμα 2.1 παρουσιάζεται το ετήσιο ποσό της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ένα χαρακτηριστικό σύστημα φωτοβολταϊκών 1 kwp στις οικιστικές περιοχές των 25 κρατών μελών της Ε.Ε. Οι τιμές που παρουσιάζονται αντιστοιχούν σε : μέγιστο, μέγιστο του 80% των περιπτώσεων, μέσος όρος, ελάχιστο του 80% των περιπτώσεων και ελάχιστο για τη βέλτιστη γωνία. Κεφάλαιο 2

21 11 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Η ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Κεφάλαιο 3

22 12 3. Η ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 3.1. Ο ήλιος Ο ήλιος είναι το πιο σημαντικό αστέρι του ηλιακού μας συστήματος, με μάζα 2*1030 kg, ακτίνα km, ηλικία 5*109 χρόνια και υπολογίζεται ότι έχει μπροστά του άλλα 5 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια ζωής. Η επιφανειακή του θερμοκρασία 5.800ο K, ενώ η εσωτερική, περίπου, ο K. Η υψηλή θερμοκρασία του ήλιου οφείλεται στις αυτοσυντηρούμενες πυρηνικές αντιδράσεις που συμβαίνουν στο εσωτερικό του κατά τις οποίες μετατρέπεται το υδρογόνο σε ήλιο. Υπολογίζεται ότι για κάθε γραμμάριο υδρογόνου, που μετατρέπεται σε He, εκλύεται ενέργεια ίση με U=1.67*105 kwh. Με μια καλή προσέγγιση, ο ήλιος ενεργεί ως μια τέλεια πηγή ακτινοβολίας. Η προσπίπτουσα (κατά μέσο όρο) ροή ενέργειας πάνω σε μια μονάδα επιφάνειας κάθετη προς τη διεύθυνση της δέσμης έξω από τη γήινη ατμόσφαιρα είναι γνωστή ως ηλιακή σταθερά: S=1367 W/m2 [1,6] Η ακτινοβολία του ήλιου Η τροχιά της γης, κατά την κίνηση της γύρω από τον ήλιο, είναι έλλειψη, με τον ήλιο στη μια των εστιών της, με μήκος μεγάλου ημιάξονα, α=149.6 *106 km και εκκεντρότητα, e Η απόσταση γης- ήλιου μεταβάλλεται περιοδικά, κατά τη διάρκεια του έτους, μεταξύ της μέγιστης τιμής της (περί την 1η Ιουλίου), που ονομάζεται αφήλιο (~152.1*106 km) και της ελάχιστης (περί την 1η Ιανουαρίου), που ονομάζεται περιήλιο (147.1* 106 km). Το μήκος του μεγάλου ημιάξονα, α, προσεγγιστικά km, λαμβάνεται ως μονάδα μήκους σε διαστημικές αποστάσεις, ονομάζεται Αστρονομική Μονάδα και Κεφάλαιο 3

23 13 συμβολίζεται ως 1 AU (Astronomical Unit). Για να διανύσει την απόσταση αυτή το φως, με την ταχύτητα των km/s, απαιτούνται ~8.5 min. Κατά τη διέλευση των ηλιακών ακτίνων, από τη γήινη ατμόσφαιρα, η ένταση τους ελαττώνεται, καθώς τα φωτόνια σκεδάζονται αφενός στα μόρια της ατμόσφαιρας και στα πολύ μικρής διαμέτρου d, σωματίδια, αφετέρου, στα μεγαλύτερης διαμέτρου αιωρήματα της, δηλαδή, τους υδρατμούς, τη σκόνη και τον καπνό. Ένα άλλο μέρος της ακτινοβολίας απορροφάται από ορισμένα συστατικά της ατμόσφαιρας. Παραδείγματος χάριν, η υπεριώδης ακτινοβολία απορροφάται από τα μόρια του όζοντος, στα ανώτερα στρώματα της κύριας μάζας της ατμόσφαιρας, έτσι ώστε η ένταση των ακτίνων αυτών, στην επιφάνεια της γης, να είναι εξαιρετικά μειωμένη και η καρκινογόνος δράση της αρκετά περιορισμένη. Ομοίως οι υδρατμοί απορροφούν, το CO2, τα οξείδια του αζώτου κ.α, σε άλλες περιοχές του φάσματος. Τέλος, μέρος της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας φτάνει στην επιφάνεια της γης. Συνεπώς, σε κάθε τόπο της επιφάνειας της γης, φτάνουν δύο συνιστώσες του ηλιακού φωτός: η απευθείας, ή άμεση B (Beam) και η σκεδαζόμενη στα μόρια του αέρα, η οποία ονομάζεται διάχυτη D (Diffuse). Η διάχυτη ακτινοβολία σε οριζόντια επιφάνεια, προέρχεται από όλο τον ουράνιο θόλο (πάνω από το φυσικό ορίζοντα). Γενικά,λοιπόν, η προσπίπτουσα ακτινοβολία σε ένα συλλέκτη ή έναν αισθητήρα, αποτελείται από την απευθείας, τη διάχυτη και την ανακλώμενη από το έδαφος. Η συνολική αυτή ακτινοβολία αναφέρεται ως ολική ακτινοβολία σε κεκλιμένο ή οριζόντιο συλλέκτη και συμβολίζεται με G (Global Irradiation). Η ανακλώμενη εξαρτάται από τη μορφολογία και το χρώμα του εδάφους ή της επικάλυψης του (γρασίδι ή χιόνι) και την πυκνότητα των νεφών, ενώ η ολική, απευθείας και διάχυτη,εξαρτώνται, σε γενικές γραμμές από τους επόμενους παράγοντες: α) τη σύσταση- κατάσταση της ατμόσφαιρας, τη δεδομένη χρονική στιγμή Κεφάλαιο 3

24 14 (υγρασία και γενικά, τα αιωρήματα της ατμόσφαιρας) β) την ημέρα κατά τη διάρκεια του έτους γ) τη γωνία πρόσπτωσης των ηλιακών ακτίνων στη συλλεκτική επιφάνεια (ύψος του ήλιου κατά τη διάρκεια της ημέρας). Στην περίπτωση που αναφερόμαστε στην ακτινοβολία στα όρια της ατμόσφαιρας (χωρίς την επίδραση της ατμόσφαιρας στη διέλευση του φωτός), χρησιμοποιούνται τα σύμβολα Gext και Bext (ext=extraterrestrial=πέραν της γης, εννοείται στα όρια της ατμόσφαιρας), για την ολική και απευθείας ακτινοβολία, αντίστοιχα. Κατά την ανατολή του ήλιου, η ζενίθια γωνία του ήλιου ( z=90-el, EL (Elevation) το ύψος του ήλιου) είναι z=90ο (σχήμα 3.5) και άρα η ολική οριζόντια πυκνότητα ισχύος της ακτινοβολίας G, καθορίζεται, κυρίως, από τη διάχυτη συνιστώσα, D. Καθώς το ύψος του ήλιου αυξάνει, μέσα σε μια αίθρια ημέρα, η απευθείας κάθετη ακτινοβολία, αυξάνει μέχρι το ηλιακό μεσημέρι, μετά το οποίο ελαττώνεται, περίπου κατά συμμετρικό τρόπο. Με βάση τις ωριαίες τιμές των συνιστωσών G, B και D, προκύπτουν οι ημερήσιες μέσες τιμές, οι μηνιαίες μέσες τιμές, καθώς και οι ετήσιες μέσες τιμές των μεγεθών αυτών. Προκειμένου τα αποτελέσματα αυτά να αξιοποιηθούν σε ενεργειακούς υπολογισμούς, συλλέγονται επί σειρά πολλών ετών (πχ. 30 ετών), η επεξεργασία των οποίων δίδει το Τυπικό Μετεωρολογικό Έτος για τον αντίστοιχο τόπο [1]. Όταν η ηλιακή ακτινοβολία (kw/m2) αθροίζεται στη διάρκεια ενός έτους, προκύπτει η ετήσια ηλιακή ενέργεια (συνήθως σε kwh/m2). Η τιμή αυτή διαφέρει σημαντικά ανάλογα με την τοποθεσία, όπως φαίνεται και στο σχήμα 3.1 [7]. Κεφάλαιο 3

25 15 Σχήμα 3.1 : Χάρτης ετήσιας ηλιακής ακτινοβολίας των χωρών της Ευρώπης. Η χώρα μας συγκαταλέγεται μεταξύ των χωρών υψηλής ακτινοβολίας. Αυτό αποτελεί πλεονέκτημα στην εφαρμογή των φωτοβολταϊκών συστημάτων για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Από το Κέντρο Ερευνών της Ευρωπαϊκής Ένωσης έχουν γίνει μελέτες για τη χώρα μας και απεικονίζονται στους χάρτες των σχημάτων 3.2 και 3.3. Οι χάρτες αντιπροσωπεύουν την ετήσια ποσότητα ενέργειας (kwh/m2) που προέρχεται από την πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας σε φωτοβολταϊκούς συλλέκτες σε οριζόντια θέση (σχήμα 3.2α) καθώς και υπό τη βέλτιστη γωνία κλίσης (σχήμα 3.2β) και αφορούν διάστημα 10 ετών και συγκεκριμένα την περίοδο Εναλλακτικά δίνεται χάρτης με την ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια εκφρασμένη σε kwh από φωτοβολταϊκό σύστημα, με συλλέκτες πυριτίου (c-si) ισχύος 1kWp υπό βέλτιστη γωνία κλίσης (σχήμα 3.3). Σημειώνεται ότι στις τιμές αυτές δεν περιλαμβάνονται απώλειες λόγω υψηλών θερμοκρασιών, αντανάκλασης καθώς Κεφάλαιο 3

26 16 και εκείνων που οφείλονται σε καλωδιώσεις και μετατροπείς. (α) (β) Σχήμα 3.2 : (α) ετήσια ποσότητα ενέργειας (kwh/m2) που προέρχεται από την πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας σε φωτοβολταϊκούς συλλέκτες σε οριζόντια θέση (β) και υπό άριστη γωνία κλίσης. Σχήμα 3.3 : Ετήσια παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια εκφρασμένη σε kwh από φωτοβολταϊκό σύστημα, με συλλέκτες πυριτίου (c-si) ισχύος 1kWp υπό άριστη γωνία κλίσης. Κεφάλαιο 3

27 Το φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας Ένα μέγεθος που χαρακτηρίζει την επίδραση της καθαρής ατμόσφαιρας πάνω στο ηλιακό φως είναι η μάζα αέρος (Air Mass). Το φάσμα του ηλιακού φωτός στα όρια της ατμόσφαιρας χαρακτηρίζεται με τη συντετμημένη έκφραση AM0. Στο σχήμα 3.4 απεικονίζεται το φάσμα του ηλιακού φωτός που αντιστοιχεί στην επιφάνεια της γης και έξω από την ατμόσφαιρα. Σχήμα 3.4 : Φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης και στο εξωτερικό της ατμόσφαιρας. Εκτός από το φάσμα AM0 υπάρχουν και τα AM1, AM1.5 AM2, τα οποία αφορούν στο ηλιακό φως, όπως αυτό καταμετρείται στην επιφάνεια της γης και αφού το φως διαγράψει τροχιά μήκους μια φορά, μια και ήμισυ (περίπου) και δυο φορές αντίστοιχα, το πάχος της ατμόσφαιρας. Θεωρώντας ότι το ηλιακό φως διαγράφει ευθύγραμμη τροχιά μέσα στην ατμόσφαιρα στις τρεις προηγούμενες περιπτώσεις, οι ακτίνες σχηματίζουν γωνίες 0ο, 48ο, 60ο, Κεφάλαιο 3

28 18 αντίστοιχα, με την κατακόρυφη του τόπου (σχήμα 3.5). Σχήμα 3.5 : Το μήκος L που διανύουν οι ηλιακές ακτίνες μέσα στην ατμόσφαιρα πάχους H και η ζενίθια γωνία z. Η πυκνότητα ισχύος της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας, κάθετα στην επιφάνεια συλλογής, που αντιστοιχεί σε AM1 (Air Mass 1), έχει τυπική τιμή ~950 W/m2. Η AM1 μπορεί να μετρηθεί σε τόπους με γεωγραφικό πλάτος μεταξύ των τιμών -23.5ο και 23.5ο, διότι μόνο σ' αυτούς, οι ηλιακές ακτίνες μπορούν να διαπεράσουν κάθετα την ατμόσφαιρα, δύο φορές μέσα στο έτος. Καθώς το ύψος (EL, Elevation) του ήλιου, δηλαδή, η γωνία των ακτίνων του, σε σχέση με το οριζόντιο επίπεδο του τόπου, αλλάζει, οι ακτίνες του διανύουν διαφορετικό μήκος μέσα στην ατμόσφαιρα. Ο λόγος m=l/h του μήκους της διαδρομής των ηλιακών ακτίνων μέσα στην ατμόσφαιρα σε σχέση με το πάχος της ατμόσφαιρας, προσδιορίζει τον αριθμό, που τίθεται μετά τα ακρωνύμια AM (τύπος 3.1). Με καλή, σχετικά, προσέγγιση για μικρές ζενίθιες γωνίες (z < 60ο), μπορούμε να υπολογίσουμε το λόγο m από τη σχέση : m= Καθορίζει Κεφάλαιο 3 ουσιαστικά την L 1 H cos z ελάττωση (3.1) της έντασης του φωτός, που

29 19 προκαλείται από το μεγαλύτερο δρόμο που διανύουν σ' αυτήν την περίπτωση, οι ακτίνες του ήλιου μέσα στην ατμόσφαιρα. Όπως είναι φανερό, ο λόγος m, εξαρτάται από τη ζενίθια γωνία z, μεταξύ των ηλιακών ακτίνων και της διεύθυνσης του ζενίθ του τόπου [1, 6] Ημερήσια ενεργειακή απολαβή από τον ήλιο Η ενέργεια ανά m2, που φτάνει στην επιφάνεια της Γης μέσα σε μια μέρα, εξαρτάται από την κλίση της συλλεκτικής επίπεδης επιφάνειας, το γεωγραφικό πλάτος του τόπου, τη μέρα του χρόνου και από τις συγκεντρώσεις των διαφόρων αερίων, υγρών και στερεών συστατικών και αιωρημάτων της ατμόσφαιρας, κατά την ημέρα εκείνη. Οι συλλεκτικές επιφάνειες των μετρητικών οργάνων (αισθητήρων), μπορεί να προσανατολιστούν σύμφωνα με τις απαιτήσεις του πειράματος και τις προδιαγραφές των οργάνων αυτών. Προκειμένου, όμως, να υπάρχουν συγκρίσιμα στοιχεία, σε διεθνή κλίμακα, αναφερόμαστε σε μετρήσεις με αισθητήρες, οι οποίοι τοποθετούνται με τη συλλεκτική επιφάνεια, οριζόντια. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι μέσες ημερήσιες τιμές της πυκνότητας ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας (W/m2), σε οριζόντια επιφάνεια, μέσα σε κάθε μήνα και μέσα στο έτος. Για να αξιοποιηθούν αυτά τα μετεωρολογικά στοιχεία σε πρακτικές εφαρμογές (πχ. σε ενεργειακές μελέτες), απαιτούνται μετρήσεις που να καλύπτουν περίοδο πολλών ετών (πχ. 10 έως 30 ετών). Σε περιπτώσεις που λείπουν στοιχεία μακράς περιόδου για κάποιο τόπο, μπορούν να αξιοποιηθούν στοιχεία που έχουν συλλεχθεί σε μικρότερες χρονικές περιόδους, με την επιφύλαξη της μικρότερης αξιοπιστίας τους. Η ημερήσια μεταβολή της πυκνότητας ισχύος της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο (G (W/m2)), απεικονίζονται στο σχήμα 3.6. Στο ίδιο σχήμα σημειώνονται και οι αντίστοιχες ενεργειακές πυκνότητες H (kwh/m2 d), οι οποίες προκύπτουν ως ολοκλήρωμα ή εμβαδόν κάτω από την * Κεφάλαιο 3

30 20 αντίστοιχη καμπύλη. Σημειώνεται πάντως, ότι, κατά τη διάρκεια μερικής παρουσίας σύννεφων, γύρω απ' την κατεύθυνση του ήλιου, μπορεί να παρατηρηθούν τιμές της πυκνότητας ισχύος μεγαλύτερες των τιμών που θα καταγράφονταν χωρίς την παρουσία τους. Το παράδοξο αυτό φαινόμενο οφείλεται στο ότι, με την παρουσία συστάδων από σύννεφα, που δεν καλύπτουν τον ήλιο, πέφτουν στον αισθητήρα μέτρησης της ηλιακής ακτινοβολίας, εκτός απ' τις απευθείας και διάχυτες ηλιακές ακτίνες, που αφορούν σε μια ηλιοφανή μέρα και οι σχετικά ισχυρά σκεδαζόμενες στα σύννεφα. Να σημειώσουμε ότι τα ολοκληρώματα κάτω από τις καμπύλες του σχήματος, ισούνται με την αντίστοιχη ημερήσια ενέργεια που προσφέρει ο ήλιος στο συλλέκτη ανά μονάδα επιφάνειας. Σχήμα 3.6 : Καταγραφή της πυκνότητας ισχύος της ηλιακής ακτινοβολίας, με πυρανόμετρο σε οριζόντια επιφάνεια, στο εργαστήριο Φωτοβολταϊκό Πάρκο στο Ηράκλειο της Κρήτης (φ=35.5 ο), σε τρεις χαρακτηριστικές μέρες κατά τη διάρκεια του έτους. Σε περιοχές κοντά στον Ισημερινό, η μέση ετήσια τιμή της είναι μεγαλύτερη (μέχρι και 7 kwh/m2 d) και αντίστοιχα, σε περιοχές στα όρια των * Εύκρατων ζωνών, είναι μικρότερη (<3 kwh/m2 d). * Κεφάλαιο 3

31 21 Σχήμα 3.7 : Παγκόσμιος χάρτης κατανομής των τιμών της μέσης ετησίως ημερήσιας πυκνότητας ενέργειας ηλιακής ακτινοβολίας, σε οριζόντιο επίπεδο, σε kwh/m2 d. * Ο χάρτης του σχήματος 3.7 δείχνει την κατανομή της μέσης, ετήσιας, ημερήσιας ενεργειακής απολαβής από τον ήλιο ανά τον κόσμο. Άξιο παρατήρησης είναι η ελαττωμένη τιμή σε περιοχές της Τροπικής Ζώνης (γύρω από τον Ισημερινό). Η υψηλή υγρασία των περιοχών αυτών, με την έντονη βλάστηση, έχει ως αποτέλεσμα την ισχυρή ελάττωση της άμεσης ακτινοβολίας [1] Εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας γίνεται κατά διάφορους τρόπους, που διακρίνονται σε δύο κύριες κατηγορίες. Στην πρώτη κατηγορία ανήκουν τα Κεφάλαιο 3

32 22 παθητικά συστήματα (βιοκλιματισμός, σχεδιασμός κτιρίων) που μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε εσωτερική ενέργεια δομικών κατασκευών και στη δεύτερη, τα ενεργά ηλιακά συστήματα, που προκαλούν μετατροπή της, σε άλλη μορφής ενέργεια ή χρησιμοποιείται θερμικό ρευστό σε κίνηση. Στα ενεργά ηλιακά συστήματα ακτινοβολία σε συγκαταλέγονται εσωτερική ενέργεια αυτά που θερμικού μετατρέπουν ρευστού την ηλιακή (Θερμοσιφωνικά συστήματα) και αυτά που μετατρέπουν το ηλιακό φως απ' ευθείας σε ηλεκτρισμό (Φωτοβολταϊκά συστήματα). Στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής, θα ασχοληθούμε αποκλειστικά με τα φωτοβολταϊκά στοιχεία και τη μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας σε ηλεκτρική με τη χρήση αυτών [1, 8] Προσανατολισμός του συλλέκτη Ένα από τα σημαντικότερα στοιχεία κάθε συστήματος που εκμεταλλεύεται την ηλιακή ενέργεια είναι ο προσανατολισμός του ηλιακού συλλέκτη σε σχέση με την κατεύθυνση της ηλιακής ακτινοβολίας. Στην παράγραφο αυτή θα αναφερθούμε, κατ' αρχήν, σε μια απλή μέθοδο προσδιορισμού του προσανατολισμού του συλλέκτη και στη συνέχεια θα εξετάσουμε σε συντομία τους διάφορους τρόπους τοποθέτησης των συλλεκτών, με βασική απαίτηση τη μεγιστοποίηση της ημερησίως συλλεγόμενης ηλιακής ενέργειας [1,9] Στοιχεία προσδιορισμού του προσανατολισμού ενός συλλέκτη Κάθε τόπος πάνω στην επιφάνεια της γης, προσδιορίζεται από τις σφαιρικές συντεταγμένες του : α) Το γεωγραφικό μήκος, (L), που καθορίζεται από το τόξο ΟΓ, πάνω στον Κεφάλαιο 3

33 23 Ισημερινό ή σε άλλο παράλληλο, με αναφορά το μεσημβρινό του Greenwich (MG), από 0-180ο Ανατολικά και από 0-180ο Δυτικά. β) Το γεωγραφικό πλάτος, (φ), που καθορίζεται από το τόξο ΓΤ, πάνω στο μεσημβρινό του τόπου ΜΤ, με αναφορά τον Ισημερινό, από 0-90 ο Βόρεια και 0-90ο Νότια. Ας θεωρήσουμε έναν επίπεδο συλλέκτη, Σ, τοποθετημένο έτσι ώστε το επίπεδό του να σχηματίζει γωνία β, ως προς τον ορίζοντα. Η γωνία κλίσης του συλλέκτη, β, ισούται με τη ζενίθια γωνία, z, της καθέτου στο επίπεδο του συλλέκτη (ΤΚ ), η οποία μπορεί να πάρει τιμές από 0ο (Ζενίθ) έως 180ο (Ναδίρ). Σχήμα 3.8 : (α) Παράδειγμα τόπου Τ, πάνω στην επιφάνεια της γης, ο οποίος προσδιορίζεται από το γεωγραφικό μήκος του, ίσο με το τόξο ΟΓ, και από το πλάτος του, που καθορίζεται από το τόξο ΓΤ, πάνω στο μεσημβρινό του τόπου ΜΤ. (β) Α Σ και β, αζιμούθιο και γωνία κλίσης του συλλέκτη Σ. Η γωνία ΑΣ, μεταξύ της κατακόρυφης προβολής ΤΙ, της καθέτου στο συλλέκτη, ΤΚ πάνω στο οριζόντιο επίπεδο, με τη διεύθυνση του νότου, ονομάζεται αζιμούθιο ή αζιμουθιακή γωνία του συλλέκτη και παίρνει τιμές από +180ο μέχρι -180ο. Χαρακτηριστικές θέσεις +180ο (Βορράς), +90ο (Ανατολή), 0ο (Νότος), -90ο (Δύση) και -180ο (Βορράς). Όταν ο συλλέκτης στραφεί ώστε οι Κεφάλαιο 3

34 24 ακτίνες του ήλιου (απευθείας ακτινοβολία), να προσπίπτουν κάθετα στην επιφάνεια του, τότε το ύψος του ήλιου EL και η γωνία κλίσης β, του συλλέκτη δίδουν άθροισμα 90ο (EL+β=90ο). Σχήμα 3.9 : Η γωνία θ, μεταξύ των ακτίνων του ήλιου και της κάθετης στο συλλέκτη, μια δεδομένη χρονική στιγμή, καθορίζεται από τον προσανατολισμό του συλλέκτη (Αζιμούθιο ΑΣ και γωνία κλίσης β) και τις σφαιρικές συντεταγμένες της θέσης του ήλιου ως προς το σύστημα του παρατηρητή, στον τόπο Τ, δηλαδή αζιμούθιο Α και το ύψος του (Elevation) EL. Η στροφή του συλλέκτη, ώστε αυτός να παρακολουθεί ανά πάσα στιγμή τον ήλιο, γίνεται με μηχανισμούς, οι οποίοι οδηγούνται από κατάλληλες ηλεκτρονικές διατάξεις, με βάση τις εξισώσεις κίνησης του ήλιου στην ουράνια σφαίρα. Η γωνία θ, που σχηματίζουν, μια δεδομένη χρονική στιγμή, οι ηλιακές ακτίνες (απευθείας ακτινοβολία), με την κάθετη σ' έναν επίπεδο συλλέκτη (σχήμα 3.9), γωνίας κλίσης β και αζιμουθιακής γωνίας ΑΣ, δίδεται από τη σχέση cos θ =cos EL sin β cos Α Ασ sin EL cos β όπου Α, η αζιμούθια γωνία και στιγμή [1]. Κεφάλαιο 3 EL το ύψος του ήλιου την ίδια χρονική

35 Τρόποι στήριξης των συλλεκτών και προσανατολισμός τους Διακρίνουμε τρεις διαφορετικούς τρόπους στήριξης συλλεκτών. Σταθερής στήριξης, εποχιακά ρυθμιζόμενης στήριξης και συνεχούς παρακολούθησης της θέσης του ήλιου, με διάταξη που ονομάζεται ηλιοτρόπιο (Solar Tracker). Το σχήμα 3.10 δείχνει μερικούς χαρακτηριστικούς τρόπους στήριξης ΦΒ συστοιχιών [1]. α). Στήριξη του συλλέκτη με σταθερή γωνία κλίσης. Γωνία κλίσης για βέλτιστη ενεργειακή απολαβή Η απουσία κινητών μερών κατά την στήριξη της συστοιχίας με σταθερή κλίση, προσδίδει στη διάταξη επαρκή μηχανική αντοχή, ιδιαίτερα μάλιστα αν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί σε περιοχές όπου επικρατούν ισχυροί άνεμοι. Στατικές συλλεκτικές επιφάνειες χρησιμοποιούνται επίσης ενσωματωμένες σε κτίρια (σχήμα 3.10, περιπτώσεις (α), (στ), (ζ)). Η πιο αποδοτική περίπτωση είναι εκείνη κατά την οποία ο χώρος εγκατάστασης της συστοιχίας των συλλεκτών, δέχεται την ηλιακή ακτινοβολία, καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας, όλο το έτος. Κατά κανόνα επιλέγουμε νότιο αζιμουθιακό προσανατολισμό για τη συστοιχία και γωνία κλίσης κοντά στο γεωγραφικό πλάτος του τόπου εγκατάστασης (σχήμα 3.11). Όταν η γωνία κλίσης ισούται ακριβώς με το γεωγραφικό πλάτος φ του τόπου, οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν κάθετα στο συλλέκτη δύο φορές το χρόνο (το μεσημέρι των ισημεριών). Κεφάλαιο 3

36 26 Σχήμα 3.10 : (α) Τοποθέτηση ΦΒ συστοιχίας με σταθερή γωνία κλίσης (β) Συστοιχία με δυνατότητα στροφής γύρω από οριζόντιο άξονα (αλλαγή ζενίθιας γωνίας της συστοιχίας) (γ) Συστοιχία σε ηλιοτρόπιο αζιμουθιακής στροφής, με σταθερή γωνία κλίσης (δ) Συστοιχία με δυνατότητα στροφής ως προς τον άξονα (χχ ), ο οποίος διατηρείται κεκλιμένος συνήθως υπό γωνία ίση (ή μερικές φορές, λίγο μικρότερη) του γεωγραφικού πλάτους του τόπου, δηλαδή ως προς άξονα παράλληλο προς τον πολικό άξονα της γης. (ε) Τυπική διάταξη ηλιοτροπίου (Tracker) δύο αξόνων. (στ) ΦΒ συστοιχία στη στέγη κατοικίας (ζ) ΦΒ πλαίσια τοποθετημένα σε διάφορες θέσεις σε μεγάλη οικοδομή (τοποθέτηση υπό κλίση στη στέγη και σε προβόλους και κατακόρυφα (facade) σε όψεις νότιου προσανατολισμού. Σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό της βέλτιστης γωνίας συλλέκτη με σταθερή κλίση, παίζουν οι επικρατούσες, στην περιοχή, μετεωρολογικές συνθήκες, οι οποίες καθορίζουν τη σχέση μεταξύ των συνιστωσών της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας, απευθείας και διάχυτης, καθώς και το albedo του εδάφους (Η διάχυτη ανακλαστικότητα, δηλαδή το ποσοστό της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας από την επιφάνεια της γης και ό,τι την καλύπτει, αναφέρεται, στη βιβλιογραφία, ως albedo). Για να προκύψει η βέλτιστη γωνία του συλλέκτη, επιβάλλεται να καταγραφούν στοιχεία σχετικά με τους παράγοντες αυτούς και ιδιαίτερα μετρήσεις της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας, σε διάφορες γωνίες κλίσης συλλέκτη. Συνήθως επειδή τέτοιες μετρήσεις δεν είναι διαθέσιμες, αρκούμαστε Κεφάλαιο 3

37 27 σε μετρήσεις σε οριζόντια τοποθετημένο αισθητήρα (πυρανόμετρο), για μια σειρά ετών, γι' αυτή την περιοχή. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν μετρήσεις που έχουν συλλεχθεί στην πλησιέστερη προς αυτή περιοχή, λαμβάνοντας υπόψη πιθανή διαφοροποίηση του albedo του τόπου. Με βάση τις μετρήσεις αυτές προσδιορίζεται η ολική ακτινοβολία του συλλέκτη, απ' όπου προκύπτει, προσεγγιστικά, η βέλτιστη γωνία κλίσης του, για τη συγκεκριμένη περιοχή. Σχήμα 3.11 : (α) Σταθερή στήριξη σε ετήσια βάση, με γωνία κλίσης β=φ-(10ο έως 15ο) (β) Εποχική ρύθμιση της κλίσης του συλλέκτη δύο φορές μέσα στο έτος. ΘΗ: Θερινό Ηλιοστάσιο. ΧΗ: Χειμερινό Ηλιοστάσιο. Ι: Ισημερίες. Στον πίνακα 3.1 δίνονται ενδεικτικές τιμές γωνιών κλίσης συλλεκτών σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη. Αν δε διατίθενται μετεωρολογικά δεδομένα για τον τόπο εγκατάστασης του ΦΒ συστήματος, ο οποίος δεν πρέπει να σκιάζεται από εμπόδια, κατά τη διάρκεια της ημέρας το καλύτερο που έχουμε να κάνουμε είναι να επιλέξουμε γωνία κλίσης συλλέκτη ίση με β=φ-(5ο έως 10ο). Κατά πάσα πιθανότητα, προσεγγίζει τη θέση της καλύτερης δυνατής εκμετάλλευσης της ημερήσιας ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας, ετησίως. Τέλος, αν ο συλλέκτης πρέπει να εγκατασταθεί σε περιοχές με φυσικά Κεφάλαιο 3

38 28 εμπόδια, που τον σκιάζουν ορισμένη περίοδο της ημέρας, πχ. κτίρια ή δένδρα, τότε ο συλλέκτης προσανατολίζεται έτσι ώστε να προκύπτει η βέλτιστη απόδοση. Κατά τη σύνταξη της σχετικής μελέτης, λαμβάνεται υπόψη, αφενός το τμήμα του ουρανού που αποκόπτεται από τα εμπόδια, αφετέρου, το μικροκλίμα της περιοχής [1]. Πίνακας 3.1:Ενδεικτικές τιμές γωνιών κλίσης σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη Περιοχή τιμών γεωγραφικού πλάτους (φ) του τόπου Ενδεικτικές τιμές γωνίας κλίσης συλλέκτη με νότιο προσανατολισμό για το βόρειο ημισφαίριο και αντιστοίχως βόρειο προσανατολισμό για το νότιο ημισφαίριο Μικρά γεωγραφικά πλάτη, γύρω απ' τον Ισημερινό, φ 20 ο Ουσιαστικά 0ο. Στην πράξη συνίσταται μια μικρή γωνία κλίσης, 5ο-10ο, ώστε η ροή του νερού πλύσης ή της βροχής, να απομακρύνει τα σώματα που επικάθονται στην όψη του ΦΒ πλαισίου (σκόνη, φύλλα, περιττώματα πουλιών κ.ά. ) Μέσα και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, φ > 20 ο Σταθερή τοποθέτηση, απαίτηση για μέγιστη αποδοτικότητα ο ετησίως. φ-(5 έως 10ο) Σταθερή τοποθέτηση. Κύρια απαίτηση κατά τη χειμερινή περίοδο. φ+ 10ο Ρυθμιζόμενη κλίση δυο θέσεων ετησίως. Θερινή φ -15ο Χειμερινή φ+15ο β). Στήριξη με δυνατότητα εποχικής ρύθμισης της κλίσης του συλλέκτη Στο Κεφάλαιο 3 σχήμα 3.11 παριστάνεται μια διάταξη συλλεκτών, με νότιο

39 29 προσανατολισμό (ΑΣ=0), η οποία εκ κατασκευής έχει τη δυνατότητα εποχικής ρύθμισης της κλίσης. Προσδιορίζονται οι κατάλληλες κλίσεις και ο χρόνος των αλλαγών. Οι τυπικές θέσεις του συλλέκτη είναι δύο : μια για το θερινό εξάμηνο (21 Μαρτίου-21 Σεπτεμβρίου), με κλίση ίση με βθ={φ-(10ο έως 15ο)}, τιμή δηλαδή μικρότερη του γεωγραφικού πλάτους του τόπου κατά 10 ο έως 15ο, και μια για το χειμερινό (22 Σεπτεμβρίου 21 Μαρτίου), με κλίση ίση με β χ={φ(10ο έως 15ο)}. Όπως και στην περίπτωση συλλέκτη σταθερής κλίσης όλο το έτος, έτσι και στην περίπτωση επιλογής χειμερινής και θερινής θέσης, η επιλογή της βέλτιστης γωνίας για το συλλέκτη σε κάθε περίοδο, απαιτεί γνώση των τοπικών μετεωρολογικών συνθηκών (θερμοκρασίας- υγρασίας- ηλιοφάνειας) και της μορφολογίας και κάλυψης του εδάφους, που καθορίζει τη διάχυτη ανακλαστικότητά του (albedo) [1]. γ). Στήριξη με δυνατότητα στροφής του συλλέκτη γύρω από έναν ή δύο άξονες I. Στροφή γύρω από έναν άξονα Η συστοιχία περιστρέφεται με κατάλληλο μηχανισμό, γύρω από έναν άξονα, και στο τέλος της ημέρας, ο συλλέκτης επιστρέφει σε θέση αναμονής, συνήθως στο νοτιά. Το πρωί με την ανατολή του ήλιου, στρέφεται, έτσι ώστε να δέχεται από τον ήλιο το μέγιστο της διαθέσιμης ενέργειας του. Διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: α) Αζιμουθιακό ηλιοτρόπιο : Η περιστροφή γίνεται ως προς κατακόρυφο άξονα (σχήμα 3.10γ), έτσι ώστε ο ήλιος να βρίσκεται στο κατακόρυφο επίπεδο που περιέχει την κάθετη στο συλλέκτη, του οποίου η γωνία κλίσης παραμένει σταθερή κατά την ημερήσια κίνησή του. β) Ηλιοτρόπιο πολικού άξονα : Η συστοιχία έχει τη δυνατότητα στροφής Κεφάλαιο 3

40 30 γύρω από άξονα χχ, με κλίση ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου (σχήμα 3.10ε). Έτσι, κατά τη διάρκεια της ημέρας, ο ήλιος βρίσκεται συνεχώς στο επίπεδο που είναι κάθετο στο συλλέκτη και περιέχει τον άξονα χχ. Κατά τη διάρκεια του έτους, η γωνία μεταξύ των ακτίνων του ήλιου και της κάθετης στο συλλέκτη, κυμαίνεται στο διάστημα -23.5ο έως +23.5ο. II. Στροφή γύρω από δύο άξονες Η παρακολούθηση του ήλιου με περιστροφή γύρω από δύο (2) άξονες, επιτυγχάνεται μέσω δύο, συνήθως διαδοχικών, κινήσεων του συλλέκτη με ηλεκτρικούς κινητήρες, είτε βηματικούς είτε κινητήρες συνεχούς περιστροφής, με μειωτήρες και έλεγχο στροφών, για τον προσανατολισμό του επιπέδου, κάθετα στην απευθείας ηλιακή ακτινοβολία (σχήμα 10ε). Ο προσδιορισμός των κατάλληλων γωνιών στροφής γίνεται με ειδικές διατάξεις (Encoders). Όμοιο μηχανικό σύστημα, σε πολύ μικρότερες διαστάσεις, χρησιμοποιείται για τη στροφή του πυρηλιομέτρου, οπτικού οργάνου παρακολούθησης του ήλιου και καταγραφής της πυκνότητας ισχύος της απευθείας ηλιακής ακτινοβολίας. Η διάταξη που περιγράψαμε, ονομάζεται ηλιοτρόπιο (Tracker) δυο αξόνων και χαρακτηρίζεται από το ότι ο συλλέκτης προσανατολίζεται συνεχώς προς τον ήλιο, έτσι ώστε οι ακτίνες του ήλιου να προσπίπτουν κάθετα (ή σχεδόν κάθετα) στην επιφάνεια του. Η διάταξη, με τη δύση του ήλιου, επιστρέφει σε θέση αναφοράς,που χαρακτηρίζεται από νότιο προσανατολισμό και μικρή γωνία κλίσης, προκειμένου να προφυλαχθεί από πιθανό ισχυρό άνεμο, μέχρι την ανατολή. Λίγο πριν την ανατολή του ήλιου, ο μηχανισμός στρέφει το συλλέκτη, έτσι ώστε οι ηλιακές ακτίνες τότε, να προσπίπτουν κάθετα σ' αυτόν. Από τη χρονική στιγμή αυτή, αρχίζει η παρακολούθηση του ήλιου. Όσο μικρότερη η περίοδος ενεργοποίησης του μηχανισμού στροφής, τόσο καλύτερα προσεγγίζεται η κατάσταση συνεχούς κάθετης πρόσπτωσης των ηλιακών Κεφάλαιο 3

41 31 ακτίνων, χωρίς αυτό να είναι εξαιρετικά κρίσιμο. Μια γωνία 10ο, μεταξύ των ακτίνων του ήλιου και της καθέτου στο επίπεδο του συλλέκτη, προκαλεί μείωση ~ 1.5%, στην πυκνότητα ισχύος της απευθείας συνιστώσας στο επίπεδο του συλλέκτη, ακτινοβολίας. Η απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια κίνησης της διάταξης προέρχεται από την παραγόμενη από τη συστοιχία, ΦΒ ηλεκτρική ενέργεια. Μειονέκτημα μιας τέτοιας διάταξης παρακολούθησης του ήλιου, δύο αξόνων, είναι η οικονομική επιβάρυνση για την κατασκευή των μηχανολογικών και ηλεκτρικών τμημάτων της καθώς και η έκθεση της συστοιχίας στον κίνδυνο καταστροφής, εξαιτίας ισχυρού ανέμου. Για το λόγο αυτό, σε συστήματα με μηχανική κίνηση για τον προσανατολισμό των συλλεκτών προς τον ήλιο, ελέγχεται η ταχύτητα του ανέμου, έτσι ώστε, στην περίπτωση ισχυρών ανέμων, οι συλλεκτικές επιφάνειες να διατάσσονται οριζόντια. Σ' αυτή τη θέση παρουσιάζουν μικρή μετωπική επιφάνεια προς τον άνεμο. Οι διατάξεις πλήρους παρακολούθησης του ήλιου, με επίπεδα ΦΒ πλαίσια, έχουν εν γένει περιορισμένη χρήση και χρησιμοποιούνται κυρίως σε συγκεντρωτικά συστήματα, τα οποία λειτουργούν, ουσιαστικά, με την απ' ευθείας συνιστώσα της ηλιακής ακτινοβολίας. Σε πολλές περιπτώσεις επιλέγεται η μερική παρακολούθηση, με αζιμουθιακούς συλλέκτες σταθερής γωνίας κλίσης, επειδή είναι απλούστερη, φθηνότερη και πιο αξιόπιστη κατασκευή, σε σχέση με το ηλιοτρόπιο δύο αξόνων ή αυτό του πολικού άξονα. Η στατική κατασκευή, παρότι σχετίζεται με χαμηλότερη ετήσια ενεργειακή απολαβή ηλιακής ακτινοβολίας από τους συλλέκτες που τοποθετούνται σ' αυτή, αποτελεί απλούστερη και πιο αξιόπιστη κατασκευή. Το κόστος των ειδικών μηχανολογικών κατασκευών και ηλεκτρονικών οδήγησης του ηλιοτροπικού συστήματος παραμένει σημαντικό σε σύγκριση με το κόστος των ΦΒ πλαισίων. Λαμβάνοντας υπόψη ότι, σε κάθε περίπτωση προέχει η αξιόπιστη και ασφαλής λειτουργία του συστήματος συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας, το στατικό σύστημα αποτελεί, στις περισσότερες των περιπτώσεων, την πιο ενδεδειγμένη Κεφάλαιο 3

42 32 λύση, ιδιαίτερα στην περίπτωση εφαρμογών μικρής ισχύος, με χρήση επίπεδων ΦΒ πλαισίων [1]. Κεφάλαιο 3

43 33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 ΤΟ ΠΥΡΙΤΙΟ ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΣΤΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ Κεφάλαιο 4

44 34 4. ΤΟ ΠΥΡΙΤΙΟ ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΟΥ ΣΤΗ 4.1. Βασικά χαρακτηριστικά και Ιδιότητες του Πυριτίου Το πυρίτιο αποτελεί τον κυριότερο εκπρόσωπο των ημιαγωγών, ανήκει στην IVΑ ομάδα του περιοδικού πίνακα και χαρακτηρίζεται από ατομικό αριθμό 14, δηλαδή διαθέτει 4 ηλεκτρόνια στην εξωτερική στοιβάδα, γνωστά και σαν ηλεκτρόνια σθένους. Το πυρίτιο συναντάται σε δύο αλλοτροπικές μορφές, μια άμορφη και μια κρυσταλλική. Το κρυσταλλικό πυρίτιο έχει μεταλλική λάμψη, είναι σκληρό και έχει σκούρο γκρι χρώμα. Είναι στερεό σε θερμοκρασία δωματίου και δεν είναι ούτε ελατό ούτε όλκιμο. Είναι ημιαγωγός και την ιδιότητα αυτή διατηρεί ακόμη και σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες,ενώ δεν είναι καλός αγωγός της θερμότητας. Ως στοιχείο, το πυρίτιο δεν απαντάται ελεύθερο στη φύση. Τα διάφορα ορυκτά και πετρώματα του πυριτίου αποτελούν το 87% του φλοιού της Γης, ενώ είναι το δεύτερο σε αφθονία χημικό στοιχείο στη γήινη φύση μετά το οξυγόνο, με ποσοστό 28% και το έβδομο πιο άφθονο στοιχείο στο Σύμπαν. Εξαιτίας της αφθονίας του στη φύση και τον ιδιοτήτων του, χρησιμοποιείται όχι μόνο για την κατασκευή ηλιακών κυττάρων αλλά και για ηλεκτρονικές εφαρμογές [8, 9]. Σχήμα 4.1 : Δομή πυριτίου σε mol. Κεφάλαιο 4 Σχήμα 4.2 : Κρυσταλλική δομή Πυριτίου.

45 35 Στη θεμελιώδη κατάσταση, δηλαδή σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες κοντά στο απόλυτο μηδέν, όπου ο ημιαγωγός συμπεριφέρεται σαν μονωτής, κάθε άτομο Πυριτίου είναι ενωμένο με τέσσερα γειτονικά άτομα που συγκρατούνται με το κεντρικό άτομο με τέσσερα ζεύγη ηλεκτρονίων (χημικούς δεσμούς) όπως φαίνεται και από το σχήμα 4.1 και 4.2. Έτσι το κεντρικό άτομο έχει στην εξωτερική του στοιβάδα οχτώ ηλεκτρόνια και κατ' επέκταση σταθερή δομή. Ωστόσο, όταν το ηλιακό φως έχει αρκετή ενέργεια και πέσει πάνω σε κρυσταλλικό πυρίτιο είναι δυνατόν να αλλάξει τις ηλεκτρικές ιδιότητες του κρυστάλλου. Όταν ο κρύσταλλος του πυριτίου απορροφήσει φωτόνια κατάλληλης ενέργειας ελευθερώνονται ηλεκτρόνια σθένους από κάποιους από τους δεσμούς. Τα ηλεκτρόνια αυτά αποτελούν φορείς ηλεκτρισμού και συνεισφέρουν στη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος. Οι κενές θέσεις που δημιουργούνται στους χημικούς δεσμούς, οι οποίες όφειλαν να είναι κατειλημμένες από κάποιο ηλεκτρόνιο, ονομάζονται οπές. Σε συνθήκες σταθερής ενεργειακής κατάστασης (σταθερή θερμοκρασία ή ακτινοβολία), το πλήθος των ηλεκτρονίων που ελευθερώνονται ισούται με το πλήθος των ελεύθερων ηλεκτρονίων που παγιδεύονται σε οπές, διατηρώντας έτσι ισορροπία μεταξύ των δύο φορέων. Στην περίπτωση βέβαια που εφαρμόσουμε τάση στα άκρα του ημιαγωγού, τότε τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και οι οπές κινούνται προς αντίθετες κατευθύνσεις. Η αγωγιμότητα των ημιαγωγών οφείλεται τόσο στη συνεισφορά των ηλεκτρονίων όσο και των οπών [9, 10] Το μοντέλο των ενεργειακών ζωνών Όταν τα ηλεκτρόνια ενός κρυστάλλου υφίστανται την επίδραση ενός περιοδικού δυναμικού, χρησιμοποιούμε το μοντέλο των ενεργειακών ζωνών. Οι ενεργειακές ζώνες είναι περιοχές πιθανών ενεργειών των ηλεκτρονίων του στερεού. Τα ηλεκτρόνια μπορούμε να τα χωρίσουμε σε τρεις κατηγορίες : τα Κεφάλαιο 4

46 36 ηλεκτρόνια των εσωτερικών στοιβάδων, τα ηλεκτρόνια σθένους των ατόμων και τα ελεύθερα. Τα πρώτα είναι τα λιγότερο ενεργά και δε συμμετέχουν σε μηχανισμούς αγωγιμότητας. Η ζώνη η οποία περιέχει τα ηλεκτρόνια των εξωτερικών στοιβάδων των ατόμων (ηλεκτρόνια σθένους) καλείται ζώνη σθένους, και η αμέσως ανώτερη από τη ζώνη σθένους, είναι η ζώνη αγωγιμότητας (ή ζώνη αγωγής) στην οποία ανήκουν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια. Η απόσταση μεταξύ των δύο ενεργειακών ζωνών ονομάζεται ενεργειακό διάκενο ή χάσμα (gap) και εκφράζει την ελάχιστη απαιτούμενη ενέργεια για τη διέγερση ενός ηλεκτρονίου σθένους ώστε να μετατραπεί σε ελεύθερο ηλεκτρόνιο με ταυτόχρονη δημιουργία μιας οπής [1, 9, 10]. Σχήμα 4.3 : Απεικόνιση των ιδανικών αποδόσεων των πιο σημαντικών φωτοβολταϊκών στοιχείων, ως συνάρτηση του ενεργειακού χάσματος των αντίστοιχων ημιαγωγών στους 300 ο Κ. Η τιμή του ενεργειακού διακένου Eg χαρακτηρίζει το υλικό και σχετίζεται με την απόδοση των φωτοβολταϊκών στοιχείων όπως φαίνεται και από τον τύπο 4.1 (σχήμα 4.3). Σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, 300ο K, η τιμή του ενεργειακού χάσματος για το πυρίτιο είναι 1.12 ev. Κεφάλαιο 4

47 37 λc E g J 0 λ dλ ητ = 0 (4.1) J 0 λ h ν dλ 0 όπου J0(λ) η επιφανειακή πυκνότητα φωτονίων ανά μονάδα χρόνου και ανά μοναδιαίο διάστημα μήκους κύματος, h η σταθερά του Plank και ν η συχνότητα των φωτονίων [11] Η επαφή p n Οι σημαντικότερες ιδιότητες και εφαρμογές των διατάξεων ημιαγωγών δεν προέρχονται κυρίως από τη δημιουργία φορέων, αλλά οφείλονται περισσότερο στη διάχυση των φορέων τους. Βασική διάταξη για την εκδήλωση των ιδιοτήτων αυτών είναι η επαφή p-n (ονομάζεται επίσης σύνδεση, ένωση ή μετάβαση p-n) που μπορούμε να θεωρήσουμε ότι σχηματίζεται όταν έλθουν σε στενή επαφή ένα τεμάχιο ημιαγωγού τύπου p με ένα τεμάχιο ημιαγωγού τύπου n. Αμέσως τότε, ένα μέρος από τις οπές του τεμαχίου τύπου p διαχέεται προς το τεμάχιο τύπου n, όπου οι οπές είναι λιγότερες, και συγχρόνως ένα μέρος από τα ελεύθερα ηλεκτρόνια του τεμαχίου τύπου n διαχέεται προς το τεμάχιο τύπου p, όπου τα ελεύθερα ηλεκτρόνια είναι επίσης πολύ λιγότερα. Η ανάμιξη αυτή των φορέων και η αύξηση της συγκέντρωσης των φορέων μειονότητας στις περιοχές κοντά στη διαχωριστική επιφάνεια των τεμαχίων τύπου p και n, ανατρέπουν την κατάσταση ισορροπίας που υπήρχε πριν. Η αποκατάσταση των συνθηκών ισορροπίας γίνεται με επανασυνδέσεις των φορέων, μέχρι οι συγκεντρώσεις τους να πάρουν τιμές που να ικανοποιούν το νόμο δράσης των μαζών. Κεφάλαιο 4

48 38 Σχήμα 4.4 : Παράδειγμα της μεταβολής της συγκέντρωσης των οπών (p) και των ελεύθερων ηλεκτρονίων (n) κατά μήκος μιάς επαφής p-n, σε κατάσταση ισορροπίας. Γι' αυτό η περιοχή γύρω από μια ένωση p-n ονομάζεται ζώνη εξάντλησης των φορέων (περιοχή αραίωσης ή απογύμνωσης (depletion region ή depletion layer) ή φορτίων χώρου (space charge region)). Η διάταξη ημιαγωγών που αποτελείται από μία ένωση p-n και από μία ηλεκτρική σύνδεση στο κάθε τμήμα της ονομάζεται δίοδος ημιαγωγού ή απλά δίοδος. Σε αντίθεση με τους ευκίνητους φορείς των ημιαγωγών (ελεύθερα ηλεκτρόνια και οπές) που τείνουν να διαχέονται προς τις περιοχές με τη μικρότερη συγκέντρωση τους, η συγκέντρωση των αρνητικών ιόντων στα οποία μετατράπηκαν οι αποδέκτες στο τμήμα τύπου p, και η συγκέντρωση των θετικών ιόντων στα οποία μετατράπηκαν οι δότες στο τμήμα τύπου n, παραμένουν αμετάβλητες, αφού τα ιόντα, όπως συνήθως όλα τα άτομα στα στερεά, μένουν ακίνητα στο σώμα. Έτσι το υλικό χάνει τοπικά την ηλεκτρική ουδετερότητα και οι δύο πλευρές της ένωσης p-n φορτίζονται με αντίθετα ηλεκτρικά φορτία. Δημιουργείται λοιπόν μία διαφορά δυναμικού, που η τιμή της είναι σχετικά μικρή (συνήθως περίπου 0.3 μέχρι 0.5V, ανάλογα με τις συγκεντρώσεις των προσμίξεων) αλλά το ενσωματωμένο αυτό ηλεκτροστατικό Κεφάλαιο 4

49 39 πεδίο εμποδίζει την παραπέρα διάχυση των φορέων πλειονότητας προς το απέναντι τμήμα της ένωσης. Το αποτέλεσμα είναι ότι η δίοδος που περιέχει την ένωση p-n παρουσιάζει εντελώς διαφορετική συμπεριφορά στη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, ανάλογα με τη φορά του [9] Ορθή και ανάστροφη πόλωση της διόδου Η μία περίπτωση είναι να επιβληθεί στη δίοδο p-n ορθή πόλωση, δηλαδή ο αρνητικός πόλος της πηγής να συνδεθεί με το τμήμα τύπου n της διόδου, και ο θετικός πόλος με το τμήμα τύπου p (σχήμα 4.5). Τότε, τα ηλεκτρόνια ρέουν ανεμπόδιστα από την πηγή, διαμέσου του τμήματος τύπου n, προς την περιοχή της ένωσης όπου επανασυνδέονται με τις οπές που σχηματίζονται με την απομάκρυνση ηλεκτρονίων προς το θετικό πόλο της πηγής, διαμέσου του τμήματος τύπου p. Σχήμα 4.5 : Συνδεσμολογία ορθής και ανάστροφης πόλωσης. Αντίθετα, στην ανάστροφη πόλωση, δηλαδή αν ο αρνητικός πόλος της πηγής συνδεθεί με το τμήμα τύπου p και ο θετικός με το τμήμα τύπου n, γίνεται Κεφάλαιο 4

50 40 επανασύνδεση των οπών του τμήματος τύπου p με τα ηλεκτρόνια που έρχονται από την πηγή και από την άλλη μεριά, απομάκρυνση των ελεύθερων ηλεκτρονίων του τμήματος τύπου n προς το θετικό πόλο της πηγής. Έτσι, οι συγκεντρώσεις των φορέων μειώνονται πάρα πολύ, το πάχος της ζώνης εξάντλησης αυξάνει, και τα φορτισμένα άτομα των προσμίξεων δημιουργούν ένα ισχυρό εσωτερικό ηλεκτροστατικό πεδίο που είναι αντίθετο προς το πεδίο που επιβάλλει η πηγή. Το αποτέλεσμα είναι ότι τώρα η δίοδος προβάλει μεγάλη αντίσταση στο ηλεκτρικό ρεύμα. Δηλαδή μπορεί μια δίοδος που έχει σε ορθή πόλωση αντίσταση μόλις 10 Ω, να την αυξάνει στην αντίστροφη πόλωση σε 100 ΜΩ, δηλαδή να γίνεται δέκα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη. Σχήμα 4.6 : Χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος -τάσης διόδου p n. Το διάγραμμα του σχήματος 4.6 δείχνει ακριβώς την ιδιόμορφη μεταβολή της έντασης του ρεύματος που διαρρέει μια δίοδο ένωσης p-n, σε συνάρτηση με την τιμή της τάσης και το είδος της πόλωσης που εφαρμόζεται [9]. Κεφάλαιο 4

51 Η χρήση του πυριτίου στις φωτοβολταϊκές εφαρμογές Το πυρίτιο ήταν ένα από τα πρώτα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή φωτοβολταϊκών στοιχείων. Η γρήγορη ανάπτυξη της τεχνολογίας στην εξερεύνηση του διαστήματος διάνοιξε εξαιρετικές προοπτικές για τη χρήση φωτοβολταϊκών κυττάρων. Το 1958, 108 ηλιακά κύτταρα είχαν σταλεί στο διάστημα για δοκιμή. Η σύνδεση σε σειρά άρχισε αργότερα σε μικρότερο αριθμό. Η επίγεια χρήση ξεκίνησε στα μέσα της δεκαετίας του 70, εξαιτίας της πετρελαϊκής κρίσης του και έδωσε ερεθίσματα για την εκπόνηση πληθώρας ερευνητικών μελετών. Οι τεχνολογίες των φωτοβολταϊκών στοιχείων που συναντώνται σήμερα ποικίλουν ανάλογα με το υλικό κατασκευής, την ικανότητα μετατροπής και το κόστος. Τα ηλιακά κύτταρα χωρίζονται σε τρεις γενιές ανάλογα με τη σειρά που καθένα από αυτά έγιναν γνωστά. Στην πρώτη γενιά ανήκουν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία μονοκρυσταλλικού πυριτίου και στη δεύτερη φωτοβολταϊκά στοιχεία λεπτού φιλμ. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία τρίτης γενιάς στοχεύουν να ενισχύσουν την κακή απόδοση των φωτοβολταϊκών στοιχείων της δεύτερης γενιάς (τεχνολογία λεπτού φιλμ) διατηρώντας τις πολύ χαμηλές δαπάνες παραγωγής. Αυτή τη στιγμή υπάρχει έρευνα για τα στοιχεία όλων των γενιών, ενώ οι τεχνολογίες της πρώτης γενιάς είναι αυτές που αντιπροσωπεύονται περισσότερο στην εμπορική παραγωγή, αποτελώντας το 89.6% της συνολικής παραγωγής του 2007 [8]. Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία Πυριτίου διακρίνονται σε τέσσερις κατηγορίες, ανάλογα με τη δομή του βασικού υλικού ή τον ιδιαίτερο τρόπο παρασκευής. Οι διαφορετικοί τύποι είναι οι εξής: 1. φωτοβολταϊκά στοιχεία μονοκρυσταλλικού Πυριτίου (Single-Crystal Silicon): το βασικό υλικό είναι μονοκρυσταλλικό και το πάχος του υλικού είναι Κεφάλαιο 4

52 42 σχετικά μεγάλο (Wafer ~ 300 μm). Η διαδικασία κατασκευής φωτοβολταϊκών κυττάρων μονοκρυσταλλικού πυριτίου απεικονίζεται στο σχήμα 4.7. Τα μονοκρυσταλλικά φωτοβολταϊκά στοιχεία έχουν το πλεονέκτημα της καλύτερης σχέσης απόδοσης/επιφάνειας, η απόδοση τους κυμαίνεται από 21% με 24%, ενώ χαρακτηρίζονται από υψηλό κόστος κατασκευής και έχουν σκούρο χρώμα (σχήμα 4.8). Σχήμα 4.7: Κατασκευή φωτοβολταϊκών στοιχείων κρυσταλλικού πυριτίου. Σχήμα 4.8: Τυπικό φωτοβολταϊκό στοιχείο μονοκρυσταλλικού πυριτίου. 2. φωτοβολταϊκά στοιχεία πολυκρυσταλλικού Πυριτίου (multicrystalinne Silicon mc-si) : Στην επιφάνεια τους διακρίνονται οι Κεφάλαιο 4

53 43 διάφορες ενώσεις των κρυσταλλικών κόκκων από τους οποίους αποτελούνται (μονοκρυσταλλικές περιοχές). Γενικά, όσο μεγαλύτερες είναι οι διαστάσεις των μονοκρυσταλλικών περιοχών του πολυκρυσταλλικού φωτοβολταϊκού στοιχείου, τόσο υψηλότερη η απόδοσή του, η οποία κυμαίνεται από 17% έως 20% [1] σε εργαστηριακή μορφή κυψελίδας. Χαρακτηρίζονται από σχετικά υψηλή χρονική σταθερότητα και το κόστος παρασκευής τους είναι χαμηλότερο σε σχέση με το αντίστοιχο του μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Σχήμα 4.9:Τυπικό φωτοβολταϊκό στοιχείο πολυκρυσταλλικού πυριτίου. 3. φωτοβολταϊκά στοιχεία ταινίας (Ribbon Silicon) : Πρόκειται για τη δημιουργία λεπτής ταινίας από τηγμένο υλικό πολυκρυσταλλικού πυριτίου απόδοσης περίπου 13% [1] (σχήμα 4.10). Είναι μέθοδος υψηλού κόστους και προς το παρόν περιορίζεται μόνο σε βιομηχανική παραγωγή. Σχήμα 4.10 : Τυπικό φωτοβολταϊκό στοιχείο ταινίας πυριτίου. Κεφάλαιο 4

54 44 4. φωτοβολταϊκά στοιχεία άμορφου Πυριτίου(Amorphous-Thin Film Silicon): Τεχνολογία λεπτών επιστρώσεων ή υμενίων (films), θεωρητικά πολύ χαμηλού κόστους εξαιτίας της μικρής χρησιμοποιούμενης μάζας υλικού και η απόδοση των φωτοβολταϊκών στοιχείων αυτών μειώνεται έντονα, στα αρχικά στάδια φωτισμού τους, στα επίπεδα του 6% έως 8% (σχήμα 4.11). Σήμερα, η τεχνολογία αυτή χρησιμοποιείται για την παρασκευή σύνθετων φωτοβολταϊκών στοιχείων, με διαδοχικές ενώσεις δύο ή τριών στρωμάτων με διαφορετικό ενεργειακό χάσμα, με σκοπό την αύξηση του αξιοποιήσιμου τμήματος του ηλιακού φάσματος. Σχήμα 4.11:Τυπικό φωτοβολταϊκό στοιχείο άμορφου πυριτίου. Εκτός από τα φωτοβολταϊκά στοιχεία Πυριτίου, λεπτής επίστρωσης, τα οποία αποτελούν τα περισσότερο διαδεδομένα στον κόσμο, κατασκευάζονται φωτοβολταϊκά στοιχεία και από άλλα υλικά, όπως CIS, Cu2S/CdS, CuInSe2 ή CIGS, CdTe, GaAs. Γενικά τα φωτοβολταϊκά στοιχεία αυτά, παρά τα πολύ σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με το πυρίτιο, παρουσιάζουν ακόμη, μειονεκτήματα, τα οποία στην καλύτερη περίπτωση, περιορίζουν τη χρήση τους σε ειδικές εφαρμογές [1]. Κεφάλαιο 4

55 Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο αποτελεί τη βασική φυσική διαδικασία μέσω της οποίας ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο μετατρέπει την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρικό ρεύμα. Είναι γνωστό ότι τα ηλιακά κύτταρα είναι δίοδοι ημιαγωγού, με τη μορφή ενός δίσκου δηλαδή η επαφή p-n εκτείνεται σε όλο το πλάτος του δίσκου, που δέχονται την ηλιακή ακτινοβολία. Το ηλιακό φως είναι μικρά πακέτα ενέργειας που λέγονται φωτόνια, τα οποία περιέχουν διαφορετικά ποσά ενέργειας ανάλογα με το μήκος κύματος του ηλιακού φάσματος. Το γαλάζιο χρώμα ή το υπεριώδες πχ. έχουν περισσότερη ενέργεια από το κόκκινο ή το υπέρυθρο. Όταν λοιπόν τα φωτόνια προσκρούσουν σε ένα φωτοβολταϊκό στοιχείο, άλλα ανακλώνται, άλλα το διαπερνούν και άλλα απορροφώνται. Κάθε φωτόνιο της ακτινοβολίας με ενέργεια ίση ή μεγαλύτερη από το ενεργειακό διάκενο του ημιαγωγού, έχει τη δυνατότητα να απορροφηθεί σε ένα χημικό δεσμό και να ελευθερώσει ένα ηλεκτρόνιο. Δημιουργείται έτσι, όσο διαρκεί η ακτινοβολία, μία περίσσεια από ζεύγη φορέων (ελεύθερα ηλεκτρόνια και οπές), πέρα από τις συγκεντρώσεις που αντιστοιχούν στις συνθήκες ισορροπίας. Οι φορείς αυτοί, καθώς διαχέονται στο στερεό και εφόσον δεν επανασυνδεθούν με φορείς αντιθέτου πρόσημου, μπορεί να βρεθούν στην περιοχή της ένωσης p-n οπότε θα δεχθούν την επίδραση του ενσωματωμένου ηλεκτροστατικού πεδίου Τα φωτόνια της ακτινοβολίας, που δέχεται το στοιχείο στην εμπρός του όψη, τύπου n (σχήμα 4.12), παράγουν ζεύγη φορέων (ελεύθερα ηλεκτρόνια και οπές). Ένα μέρος από τους φορείς αυτούς διαχωρίζεται με την επίδραση του ενσωματωμένου πεδίου της διόδου και εκτρέπεται προς τα εμπρός (τα ελεύθερα ηλεκτρόνια, e-) ή προς τα πίσω (οι οπές), δημιουργώντας μια διαφορά δυναμικού ανάμεσα στις δυο όψεις του στοιχείου. Οι υπόλοιποι φορείς επανασυνδέονται και δεν υφίστανται σαν ελεύθεροι φορείς. Επίσης ένα μέρος της ακτινοβολίας ανακλάται στην επιφάνεια του στοιχείου, ενώ ένα άλλος μέρος της διέρχεται από το στοιχείο χωρίς να απορροφηθεί, μέχρι να συναντήσει το Κεφάλαιο 4

56 46 πίσω ηλεκτρόδιο. Σχήμα 4.12 : Το φωτοβολταϊκό φαινόμενο. Έτσι, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια εκτρέπονται προς το τμήμα τύπου n και οι οπές εκτρέπονται προς το τμήμα τύπου p, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί μια διαφορά δυναμικού ανάμεσα στους ακροδέκτες των δύο τμημάτων της διόδου. Δηλαδή, η διάταξη αποτελεί μία πηγή ηλεκτρικού ρεύματος που διατηρείται όσο Κεφάλαιο 4

57 47 διαρκεί η πρόσπτωση του ηλιακού φωτός πάνω στην επιφάνεια του στοιχείου. Η εκδήλωση της διαφοράς δυναμικού ανάμεσα στις δύο όψεις του φωτιζόμενου δίσκου, η οποία φωτοβολταϊκό αντιστοιχεί φαινόμενο. σε Η ορθή πόλωση αποδοτική της διόδου, λειτουργία των ονομάζεται ηλιακών φωτοβολταϊκών στοιχείων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στηρίζεται στην πρακτική εκμετάλλευση του παραπάνω φαινομένου [12, 13]. Κεφάλαιο 4

58 48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ Κεφάλαιο 5

59 49 5. ΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ ΤΟΥ 5.1. Ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου Για να αποδοθεί καλύτερα η λειτουργία του φωτοβολταϊκού κυττάρου, είναι χρήσιμο να παρασταθεί με το αντίστοιχο ηλεκτρικό του ισοδύναμο. Ένα ιδανικό ηλιακό κύτταρο μπορεί να παρασταθεί με μια πηγή σταθερού ρεύματος (IL) που ελέγχεται από μια δίοδο. Ωστόσο στην πράξη κανένα ηλιακό κύτταρο δεν είναι ιδανικό γι' αυτό τοποθετείται το μη ιδανικό τμήμα του φωτοβολταϊκού στοιχείου, το οποίο περιλαμβάνει, αφενός, την αντίσταση απωλειών διαρροής του ρεύματος μεταξύ των άκρων του φωτοβολταϊκού στοιχείου, που είναι παράλληλα συνδεδεμένη, στα άκρα της διόδου αφετέρου, την αντίσταση απωλειών στο δρόμο ροής του ρεύματος της διόδου, που αντιπροσωπεύεται από αντίσταση συνδεδεμένη σε σειρά με τη δίοδο (σχήμα 5.1) [1, 8]. Σχήμα 5.1 : (α) Απλό και (β) πλήρες ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα ενός ΦΒ στοιχείου. Η εσωτερική αντίσταση διαρροής της επαφής είναι η Rsh και η εσωτερική αντίσταση σε σειρά, η Rs. Κεφάλαιο 5

60 50 1. Παράλληλα συνδεδεμένη αντίσταση διαρροής, Rsh (Shunt resistance) Η αντίσταση αυτή σχετίζεται με τη διαρροή του ρεύματος μεταξύ των άκρων της επαφής p n. Αφορά διαδρομές ρεύματος διαρροής στο εσωτερικό της επαφής p n, μεταξύ σημείων που βρίσκονται σε διαφορά δυναμικού ίση με την τάση στα άκρα της διόδου. Αναλυτικότερα, οι διαδρομές αυτές αφορούν ρεύματα : 1. Διαμέσου του σώματος της διάταξης επαφής 2. Δια των εξωτερικών επιφανειών της επαφής, παράλληλα προς το ηλεκτρικό πεδίο της επαφής και 3. Διαμέσου ηλεκτρικής διάβασης που δημιουργούν οι προσμείξεις της επαφής. Σχήμα 5.2 : Επίδραση της σε σειρά αντίστασης Rs και της παράλληλα εμφανιζόμενης Rsh, σε ένα ΦΒ στοιχείο. Η τιμή της σε πολύ καλής απόδοσης ΦΒ στοιχεία είναι μεγαλύτερη των Κεφάλαιο 5

61 Ω. Τιμές χαμηλότερες των 500 Ω, προκαλούν έντονη κλίση του οριζόντιου τμήματος της χαρακτηριστικής I-V, δηλαδή έντονη ελάττωση του ρεύματος καθώς προχωρούμε προς την τάση ανοιχτού κυκλώματος, Voc. Η ελάττωση είναι εντονότερη όσο η RSH ελαττώνεται (σχήμα 5.2). Μικρή RSH χαρακτηρίζει καμπύλη I-V με αντίστοιχα αποδιδόμενης ισχύος Pm μικρό παραλληλόγραμμο Im*Vm μέγιστης και άρα χαμηλότερη τιμή του συντελεστή ποιότητας, ff, όπως θα αναφέρουμε σε κεφάλαιο που ακολουθεί. 2. Σειριακή αντίσταση RS (Series resistance) Η σειριακή αντίσταση αφορά στην αντίσταση που παρουσιάζει η επαφή : Κατά τη δίοδο του ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από το σώμα της διόδου Στις ωμικές αντιστάσεις των σημείων πρόσφυσης των ηλεκτροδίων της επαφής καθώς και κατά μήκος των μεταλλικών κλάδων τους. Ουσιαστικά παριστάνει σε συγκεντρωμένη μορφή όλα τα κατανεμημένα στοιχεία αντίστασης κατά τη ροή των φορέων στον κυρίως ημιαγωγό, την επιφανειακή ροή στον ημιαγωγό (συνήθως τύπου-n) που βρίσκεται στην πλευρά που προσπίπτει το φως και αποτελείται από πολύ λεπτό στρώμα, την ενδοεπιφάνεια μεταξύ ημιαγωγού-ωμικής επαφής και την ωμική επαφή. Αύξηση της RS περιορίζει την περιοχή τάσεων στην οποία αντιστοιχεί σταθερό ρεύμα βραχυκύκλωσης, ίσο με αυτό που αντιστοιχεί στην ιδανική περίπτωση. Άμεσο αποτέλεσμα της αύξησης της RS είναι η δραστική ελάττωση της αντίστοιχης μέγιστης ισχύος που αποδίδει το στοιχείο. Τυπικές τιμές της R S, για καλής ποιότητας ΦΒ στοιχεία : 0.1 Ω έως 0.3 Ω [1, 14]. Κεφάλαιο 5

62 Πρότυπες συνθήκες ελέγχου των χαρακτηριστικών των ΦΒ στοιχείων Τα βασικά χαρακτηριστικά, τα οποία ελέγχονται σε ένα ΦΒ στοιχείο παρασκευασμένο στο εργαστήριο καθώς επίσης και στο τελικά διατιθέμενο βιομηχανικό προϊόν, το φωτοβολταϊκό πλαίσιο, είναι η ενεργειακή απόδοση, η, ο παράγων πλήρωσης, ff, το ρεύμα βραχυκύκλωσης, ISC και η τάση ανοικτού κυκλώματος, VOC, σε συγκεκριμένες συνθήκες φωτισμού (πυκνότητα ισχύος και φάσμα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας ) και θερμοκρασίας του στοιχείου. Η γνώση των χαρακτηριστικών αυτών μεγεθών επιτρέπει τον έλεγχο της αποδοτικότητας του ΦΒ στοιχείου κάτω από συγκεκριμένες συνθήκες, που αντιπροσωπεύουν τυπικές συνθήκες της ηλιακής ακτινοβολίας. Για το σκοπό αυτό, καθορίστηκαν διεθνώς, οι ακόλουθες πρότυπες συνθήκες ελέγχου των χαρακτηριστικών ενός ΦΒ στοιχείου ή ΦΒ πλαισίου (Standard Test Conditions, STC). Πρότυπες συνθήκες ελέγχου Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία πυκνότητας ισχύος 1 kw/m2 και φάσματος αντίστοιχου του ηλιακού με AM1.5 (κάθετη πρόσπτωση) Θερμοκρασία του ΦΒ στοιχείου ίση με 250 C±20 C Στα ειδικά εργαστήρια ελέγχου και πιστοποίησης των χαρακτηριστικών των ΦΒ στοιχείων, θερμοκρασία των ο χώρος ελέγχου βρίσκεται στην προκαθορισμένη 250 C. Το φάσμα εκπομπής της χρησιμοποιούμενης πηγής φωτισμού, προσομοιάζεται προς το ηλιακό, του συγκεντρωμένου φάσματος (AM1.5). Η πηγή αυτή λειτουργεί στιγμιαία (Flash), ώστε η θερμοκρασία του υλικού του ΦΒ στοιχείου να παραμένει στα προκαθορισμένα όρια των πρότυπων συνθηκών. Επιπλέον, η ακτινοβολία από την τεχνητή πηγή προσπίπτει κάθετα στην επιφάνεια του ΦΒ πλαισίου. Συνεπώς οι πρότυπες συνθήκες αφορούν εργαστηριακό περιβάλλον. Στην πράξη, τα ΦΒ στοιχεία, ενσωματωμένα στη Κεφάλαιο 5

63 53 μονάδα που ονομάζεται ΦΒ πλαίσιο, λειτουργούν κάτω από φυσικό ηλιακό φως, του οποίου τα χαρακτηριστικά μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της ημέρας καθ' όλο το έτος. Επιπλέον, η αποδιδόμενη ημερήσια ηλεκτρική ενέργεια εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος και από τις ιδιαίτερες κλιματικές συνθήκες του τόπου εγκατάστασης. Σε ορισμένα εργαστήρια (πχ. στο National Renewable Energy Laboratory, NREL, USA) πραγματοποιούνται μετρήσεις χαρακτηριστικών των ΦΒ στοιχείων- πλαισίων χρησιμοποιώντας φυσικό ηλιακό φως με τα χαρακτηριστικά των πρότυπων συνθηκών Η καμπύλη I-V ενός ΦΒ στοιχείου Ως πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, το ΦΒ στοιχείο έχει μια αρκετά ασυνήθιστη συμπεριφορά. Δηλαδή σε αντίθεση με τις περισσότερες κοινές ηλεκτρικές πηγές οι οποίες διατηρούν περίπου σταθερή τάση στην περιοχή κανονικής λειτουργίας, η τάση των φωτοβολταϊκών στοιχείων μεταβάλλεται ριζικά και μη γραμμικά συναρτήσει της έντασης του ρεύματος που δίνουν στο κύκλωμα, έστω και αν η ακτινοβολία παραμένει σταθερή. Η γραφική παράσταση μεταξύ ρεύματος στην έξοδο (I) και τάσεως στην έξοδο (V) ενός ηλιακού κυττάρου καλείται I-V χαρακτηριστική και έχει επικρατήσει να παριστάνεται στο πρώτο τεταρτημόριο (σχήμα 5.3). Παρουσιάζει ένα μέγιστο, που όπως μπορούμε να διακρίνουμε στο κοινό διάγραμμα των I-V και P-V, εντοπίζεται στο γόνατο της καμπύλης I-V. Οι τιμές ρεύματος τάσης, στο σημείο μέγιστης ισχύος, συμβολίζονται με Im ή Impp και Vm ή Vmpp. Η δεδομένη μέγιστη ισχύς που μπορεί να δώσει το ΦΒ στοιχείο, υπό προσπίπτουσα πυκνότητα ακτινοβολίας Ε (1000 W/m2) και προκαθορισμένη θερμοκρασία (συνήθως 25ο C ή 28ο C), ισούται με : Pm=Im*Vm Κεφάλαιο 5 (5.1)

64 54 και είναι γνωστή σαν ισχύς αιχμής (peak power). Το μέγεθος ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου συνήθως χαρακτηρίζεται από τα Watt αιχμής (Wp, Watt Peak) που μπορεί να παράγει. Για σταθερές συνθήκες ακτινοβολίας (και θερμοκρασίας) και για μεταβαλλόμενες τιμές στην αντίσταση του κυκλώματος που τροφοδοτεί το ηλιακό κύτταρο, η τάση και η ένταση του ρεύματος του κυττάρου παίρνουν ενδιάμεσες τιμές ανάμεσα στις ακραίες που αντιστοιχούν σε μηδενική αντίσταση (βραχυκυκλωμένη κατάσταση με μέγιστη τιμή ρεύματος ISC και μηδενική τάση αν θεωρήσουμε την RS πολύ μικρή) και άπειρη αντίσταση (ανοιχτοκυκλωμένη κατάσταση με μηδενική τιμή ρεύματος και μέγιστη τιμή τάσης VOC αν θεωρήσουμε την RSH πολύ μεγάλη) [1, 15]. Σχήμα 5.3 : Ανεστραμμένη I-V ΦΒ στοιχείου, από το τέταρτο τεταρτημόριο που αυτό παρέχει ενέργεια. Στο ίδιο διάγραμμα σχεδιάστηκε η παρεχόμενη απ' αυτό και κάτω από σταθερό φωτισμό, ισχύς P, ως συνάρτηση της τάσης V στα άκρα του καταναλωτή. Η τάση ανοικτού κυκλώματος VOC καθορίζεται, αφενός από τα χαρακτηριστικά της επαφής p-n, όπως το βασικό υλικό, τη συγκέντρωση των προσμείξεων και τη θερμοκρασία, και αφετέρου από προσπίπτουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (σχήμα 5.4). Κεφάλαιο 5 την ένταση της

65 55 Σχήμα 5.4 : Μεταβολή της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και του ρεύματος βραχυκύκλωσης ενός ΦΒ στοιχείου, ως συνάρτηση της πυκνότητας ισχύος της προσπίπτουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, Ε (W/m2). Παρατηρούμε ότι : το ρεύμα βραχυκύκλωσης, ISC, του ΦΒ στοιχείου είναι ανάλογο της πυκνότητας ισχύος,ε, της ακτινοβολίας που προσπίπτει στην κυψελίδα η τάση ανοικτού κυκλώματος αρχικά αυξάνει, σχετικά απότομα, ως συνάρτηση της πυκνότητας ισχύος, Ε, της ακτινοβολίας, που προσπίπτει στην κυψελίδα παραμένοντας, στη συνέχεια, σχεδόν ανεξάρτητη της Ε. Δηλαδή, με το πρώτο φως της ημέρας, η τάση ανοικτού κυκλώματος παίρνει τιμή που μεταβάλλεται αργά (ποσοστιαία μεταβολή), μέσα στο υπόλοιπο χρονικό διάστημα μιας αίθριας ημέρας, σχεδόν, μέχρι τη δύση [1]. Στο σημείο αυτό πρέπει να τονιστεί ότι η I-V καμπύλη εξαρτάται τόσο από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (W/m2) όσο και από τη θερμοκρασία (0 C). Έχοντας δει τη μεταβολή της τάσης ανοικτού κυκλώματος VOC και του ρεύματος βραχυκυκλώσεως ISC συναρτήσει της ακτινοβολίας, μπορούμε να δούμε πως μεταβάλλεται και η I-V χαρακτηριστική του κυττάρου όταν μεταβάλλεται η ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας, διατηρώντας Κεφάλαιο 5

66 56 σταθερή τη θερμοκρασία του (σχήμα 5.5). Σχήμα 5.5 : Αλλαγή της χαρακτηριστικής Ι-V σε σχέση με αυξημένη πρόσπτωση ηλιακής ακτινοβολίας. Σχήμα 5.6 : Αλλαγή της χαρακτηριστικής Ι-V σε σχέση με αυξημένη θερμοκρασία στοιχείου. Όταν μεταβάλλεται η θερμοκρασία του κυττάρου, προκαλούνται κάποιες μεταβολές στις παραμέτρους της I-V χαρακτηριστικής (σχήμα 5.6). Συγκεκριμένα με αύξηση της θερμοκρασίας λειτουργίας του κυττάρου : i. το ρεύμα βραχυκύκλωσης ISC αυξάνεται ελαφρά (εξαρτάται βέβαια και από Κεφάλαιο 5

67 57 την ένταση της ακτινοβολίας και οφείλεται σε μεταβολή της δυνατότητας συλλογής των φορέων, αφού και το ενεργειακό χάσμα μειώνεται με αύξηση της θερμοκρασίας). ii. Η τάση ανοικτού κυκλώματος VOC μειώνεται (οφείλεται σε μεταβολή των χαρακτηριστικών αγωγής της διόδου). iii. Η ισχύς Pm (Pmpp ή Pmax) μειώνεται ενώ μεταβάλλεται και η μορφή της καμπύλης (το σημείο μέγιστης ισχύος της καμπύλης γίνεται πιο στρογγυλεμένο με αύξηση της θερμοκρασίας [15] Συντελεστής ποιότητας ή παράγοντας πληρότητας ή πλήρωσης (fill factor) Ο συντελεστής ποιότητας factor) (παράγοντας πληρότητας ή πλήρωσης) ff (fill είναι ο λόγος της μέγιστης ηλεκτρικής ισχύος Pm (=Im*Vm) ενός ΦΒ στοιχείου ή ΦΒ πλαισίου γενικότερα, προς το γινόμενο της τάσεως ανοικτού κυκλώματος VOC, επί το ρεύμα βραχυκύκλωσης, ISC, αντίστοιχα, για τη δεδομένη πυκνότητα ισχύος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (τύπος 5.2) και είναι ένα μέτρο του πόσο τετράγωνη είναι η I-V καμπύλη. ff = I m V m I sc V oc (5.2) Είναι ουσιαστικά συνάρτηση μόνο της τάσεως ανοικτού κυκλώματος VOC επειδή εξαρτάται κυρίως απ' αυτήν. Αν ορίσουμε μια κανονικοποιημένη τάση UOC=VOC/(AKT/q), η ιδανική (μέγιστη) τιμή του δίνεται από τον εμπειρικό τύπο 5.3: ff = U oc ln U oc 0.72 U oc 1 για UOC>10 (5.3) Οι τιμές του, που καθορίζονται από το υλικό του φωτοβολταϊκού στοιχείου Κεφάλαιο 5

68 58 και τις συνθήκες, είναι μεταξύ 0 και 1. Η τιμή αναφοράς του δίδεται σε πρότυπες συνθήκες ελέγχου STC). Όσο πιο κοντά στη μονάδα είναι οι τιμές του ff, τόσο περισσότερο η λειτουργία του ΦΒ στοιχείου πλησιάζει την ιδανική συμπεριφορά της πηγής σταθερού ρεύματος, στην περιοχή τάσεων 0-VOC. Σ' αυτές τις περιπτώσεις η διάταξη χαρακτηρίζεται αφενός από μικρή ισοδύναμη αντίσταση σε σειρά, αφετέρου από μεγάλη τιμή παράλληλης αντίστασης. Τυπικές τιμές 0.7 με 0.9 χαρακτηρίζουν ΦΒ στοιχεία με αποδεκτή έως πολύ καλή ενεργειακή απόδοση αντίστοιχα. Σχήμα 5.7 : Αλλαγή της χαρακτηριστικής Ι-V σε σχέση με αυξημένο συντελεστή ποιότητας. Στο σχήμα 5.7 φαίνεται η μεταβολή της χαρακτηριστικής I-V για μεταβαλλόμενες συνθήκες αυξημένου συντελεστή ποιότητας [1, 15] Η απόδοση του ΦΒ στοιχείου ή πλαισίου Κεφάλαιο 5

69 59 Ας θεωρήσουμε ότι πάνω στην επιφάνεια ενός ΦΒ στοιχείου (ή πλαισίου) εμβαδού S, προσπίπτει ισχύς ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, Pinc=E*S (incident), όπου E, η πυκνότητα ισχύος της. Το πηλίκο της ηλεκτρικής ισχύος Pm, που αποδίδεται από το ΦΒ στοιχείο (ή πλαίσιο), στο αντίστοιχο σημείο μέγιστης ισχύος, προς την προσπίπτουσα ισχύ ακτινοβολίας, P inc, καθορίζει την απόδοση ενεργειακής μετατροπής (energy conversion efficiency), η, του ΦΒ στοιχείου (ή πλαισίου) και δίνεται από τον τύπο 5.4. η= Η απόδοση του ΦΒ P m I m V m ff I sc V oc = = P inc P inc Pinc στοιχείου (ή πλαισίου) (5.4) εξαρτάται από το χρησιμοποιούμενο ημιαγωγό (σχήμα 5.8) και από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία όπως φαίνεται και από το σχήμα 5.9 (διατηρώντας τη θερμοκρασία του κυττάρου σταθερή) και μειώνεται [15] με αύξηση της θερμοκρασίας (σχήμα 5.10). Σχήμα 5.8 : Απεικόνιση των ιδανικών αποδόσεων των πιο σημαντικών ΦΒ στοιχείων, ως συνάρτηση του ενεργειακού χάσματος των αντίστοιχων ημιαγωγών, στους 300ο Κ και για AM1.5. Μέγιστος βαθμός απόδοσης συμβαίνει για ενεργειακό χάσμα στην περιοχή ev. Κεφάλαιο 5

70 60 Σχήμα 5.9 : Εξάρτηση της απόδοσης η και της μέγιστης ισχύος, Pm, ενός ΦΒ στοιχείου c-si, από την πυκνότητα ισχύος E, της προσπίπτουσας σ' αυτό ηλιακής ακτινοβολίας, σε τιμές που καλύπτουν ημερήσια μεταβολή κατά μια αίθρια ημέρα. Ο θεωρητικά μέγιστος δυνατός βαθμός απόδοσης εξαρτάται, σύμφωνα με την παραπάνω σχέση, από τις μέγιστες τιμές των ISC, VOC και ff, κυρίως όμως από τα δύο πρώτα, διότι όπως έχει αναφερθεί η μέγιστη τιμή του ff είναι συνάρτηση του VOC. Το ρεύμα βραχυκύκλωσης μεταβάλλεται γραμμικά με την ακτινοβολία σύμφωνα με τον τύπο 5.5 I =I ph I o [ exp [q V I Rs V I R s ] 1] Α K B T Rsh όπου: I: ρεύμα στην έξοδο του κυττάρου Iph :φωτόρευμα I0: ρεύμα κόρου διόδου q: φορτίο ηλεκτρονίου V: τάση στην έξοδο του κυττάρου Κεφάλαιο 5 (5.5)

71 61 RS: σε σειρά αντίσταση του κυττάρου A: σταθερά ιδανικότητας της διόδου με τιμές μεταξύ 1 και 2. Οφείλεται σε φαινόμενα επανασύνδεσης που συμβαίνουν στην περιοχή της επαφής. KB: σταθερά Boltzmann (1.38*10-23 J/K) T : απόλυτη θερμοκρασία Το Iph είναι ανάλογο της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας σύμφωνα με τον τύπο 5.6 όπου K είναι ένας συντελεστής αναλογίας και G η ηλιακή ακτινοβολία. I ph=k G (5.6) Η μέγιστη τιμή του ρεύματος βραχυκύκλωσης ISC εξαρτάται από το ενεργειακό χάσμα, και συγκεκριμένα αυξάνεται καθώς το ενεργειακό χάσμα μειώνεται (σχήμα 5.11). Σχήμα 5.10 : Ο βαθμός απόδοσης ηλιακού κυττάρου συναρτήσει της θερμοκρασίας για διάφορα υλικά. Κεφάλαιο 5

72 62 Σχήμα 5.11 : Η μέγιστη τιμή του ISC σαν συνάρτηση του ενεργειακού χάσματος, δηλαδή του υλικού του κυττάρου (το Si αντιστοιχεί στα 1.12 ev). Όσον αφορά τη μέγιστη τιμή του VOC η κατάσταση είναι πιο πολύπλοκη. Η τάση ανοιχτού κυκλώματος μένει πρακτικά σταθερή στις μεταβολές της ακτινοβολίας, αλλά μαθηματικά η εξάρτηση τάσης-ακτινοβολίας είναι λογαριθμική όπως φαίνεται από τον τύπο 5.7, V oc = A K B T I ln ph 1 q Io (5.7) Για μια χονδρική εκτίμηση φαίνεται ότι η VOC. είναι αντιστρόφως ανάλογη του ρεύματος κόρου διόδου και ένας τρόπος για να υπολογίσουμε τη μέγιστη τιμή της VOC είναι να δώσουμε κατάλληλες τιμές στις παραμέτρους του ημιαγωγού [1, 15] Παράγοντες που επηρεάζουν αρνητικά το βαθμό απόδοσης Οι παράγοντες που είναι υπεύθυνοι για τη σχετικά χαμηλή τιμή, τόσο Κεφάλαιο 5

73 63 θεωρητική όσο και πρακτική, του βαθμού απόδοσης είναι : 1. Ανάκλαση : Μη επεξεργασμένη επιφάνεια πυριτίου ανακλά ένα ποσοστό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας της τάξεως του 30%. Επεξεργασία της επιφάνειας με χημικά μέσα και/ή επίστρωση με αντιανακλαστικά υλικά περιορίζει δραστικά τις ανακλάσεις μέχρι την τάξη του 3%. 2. Σκίαση από τις επαφές : Η ανάγκη της κατασκευής ηλεκτροδίων τόσο στην επιφάνεια του υλικού τύπου -p όσο και του υλικού τύπου -n συνεπάγεται τη δημιουργία ενός μεταλλικού πλέγματος επαφών στην επιφάνεια του κυττάρου που εκτίθεται στο ηλιακό φως. Αυτό συμβαίνει επειδή η αντίσταση στην επιφανειακή κίνηση των φορέων στο πάνω επιφανειακό στρώμα του κυττάρου είναι μεγάλη και πρέπει να υπάρχουν πολλά σημεία απαγωγής των φορέων (ηλεκτρικές επαφές) με σκοπό να ελαχιστοποιηθούν τα ωμικά φαινόμενα. Το αποτέλεσμα για τα ηλεκτρόδια είναι μια γεωμετρία μεταλλικού πλέγματος στην πάνω επιφάνεια του κυττάρου, που έχει σαν συνέπεια ένα ποσοστό 5-15% της προσπίπτουσας ακτινοβολίας να εκτρέπεται. 3. Ατελής εκμετάλλευση της ενέργειας των φωτονίων : Όπως είναι γνωστό η ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο έδαφος έχει διαφορετικές εντάσεις σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος. Δηλαδή στον κρύσταλλο, προσπίπτουν φωτόνια που καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα τιμών ενέργειας τα οποία είναι δυνατόν ή να διαπεράσουν το κύτταρο, ή να απορροφηθούν παράγοντας μόνο θερμότητα υπό μορφή ταλαντώσεων των ατόμων, ή να δημιουργήσουν ζεύγος ηλεκτρονίων- οπών, ή να δημιουργήσουν ζεύγος ηλεκτρονίων- οπών και η επιπλέον ενέργεια τους να μετατραπεί σε θερμότητα. Αυτός ο παράγοντας με τους τέσσερις μηχανισμούς του και μόνο περιορίζει τη μέγιστη δυνατή απόδοση στο 44%. Κεφάλαιο 5

74 64 Σχήμα 5.12 : Χάραξη του ηλιακού φάσματος AM0 για ένα ηλιακό κύτταρο Si. Η ζώνη Α αντιστοιχεί στη χαμένη ενέργεια από τα φωτόνια τα μη απορροφώμενα. Η ζώνη Β αντιστοιχεί στην περίσσεια ενέργειας, μη χρησιμοποιούμενη, των φωτονίων ενέργειας ανώτερης από Eg. 4. Επανασύνδεση : Αυτή μπορεί να συμβεί με διάφορους μηχανισμούς στον κυρίως όγκο του ημιαγωγού στις επιφάνειες και στις ατέλειες του υλικού. 5. Αντίσταση : Μη ικανοποιητικές τιμές τόσο της εν σειρά αντίστασης RS όσο και της παράλληλης RSH τείνουν να ελαττώσουν το συντελεστή ff, ενώ σε ακραίες περιπτώσεις ακόμη και τα ISC, VOC (σχήμα 5.2) με τελική συνέπεια τη μείωση της απόδοσης. 6. Θερμοκρασία : Οι φυσικοί μηχανισμοί που καθορίζουν τη σχέση μεταξύ θερμοκρασίας και βαθμού απόδοσης είναι αρκετά πολύπλοκοι. Πάντως τόσο οι αρκετά υψηλές και οι αρκετά χαμηλές θερμοκρασίες τείνουν να μειώσουν σημαντικά το βαθμό απόδοσης (σχήμα 5.10). 7. Γήρανση : Προσδιορίζει την ελάττωση της απόδοσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου, άρα και της ισχύος αιχμής του, λόγω γενικότερης αλλοίωσης του φωτοβολταϊκού κυττάρου ως ενσωματωμένου τμήματος του ΦΒ πλαισίου. Οι αιτίες της γήρανσης είναι πολλές όπως αποχρωματισμός των Κεφάλαιο 5

75 65 κυττάρων, ράγισμα του γυαλιού κάλυψης, διαχωρισμός του ειδικού πλαστικού μόνωσης από την υγρασία της πίσω πλευράς, και κακή λειτουργία των καλωδιώσεων και του κιβωτίου συνδέσεων (σχήμα 5.13). (α) (β) Σχήμα 5.13 : (α) Παράδειγμα γήρανσης ΦΒ κυττάρου όπου φαίνεται ο αποχρωματισμός του και το ράγισμα του γυαλιού κάλυψης (β) Πίσω όψη του πλαισίου όπου φαίνεται σπασμένο το ειδικό πλαστικό υλικό προστασίας από την υγρασία Αν και μερικές από αυτές τις περιπτώσεις φαίνονται καταστροφικές για τη λειτουργία του ΦΒ πλαισίου, εντούτοις προκαλείται μονάχα μείωση της παραγωγής ισχύος και όχι ολική καταστροφή του. Συνεπώς κατά τον υπολογισμό ενός ΦΒ συστήματος σε ορισμένη εφαρμογή, επιβάλλεται να ληφθεί υπόψη η διαχρονική μείωση της αποδοτικότητας τους, με εκτίμηση ενός τυπικού συντελεστή γήρανσης. Μετρήσεις μακράς διάρκειας σε πλαίσια κρυσταλλικού πυριτίου, δίδουν μείωση της αποδοτικότητάς του κάτω από συνθήκες,~ 1% κατ' έτος χρήσης (ρυθμός γήρανσης) [1, 11, 15, 16]. Κεφάλαιο 5 πρότυπες

76 Συμπεριφορά φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου όταν αυτό σκιάζεται Η τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών πλαισίων γίνεται συνήθως σε πλαγιές λόφων, σε ελεύθερους χώρους, σε στύλους αλλά και σε κτίρια, αντικαθιστώντας ορισμένες φορές ακόμη και τα δομικά υλικά (κεραμοσκεπές ή υαλοστάσια σε προσόψεις σχήμα 5.14). Παρόλα αυτά κατά την τοποθέτηση τους απαραίτητη προϋπόθεση είναι να μη σκιάζονται από παρακείμενα κτίρια, δέντρα, βουνά κλπ. Σχήμα 5.14 : Διάφοροι τρόποι ενσωμάτωσης φωτοβολταϊκών πλαισίων σε κτίρια. Η σκίαση μέρους ή όλου του πλαισίου οδηγεί στην ανάστροφη πόλωση των σκιασμένων κυττάρων του και σε υπερθέρμανση, που πολλές φορές μπορεί να είναι καταστροφική. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται φαινόμενο θερμής κηλίδας (hot spot) του φωτοβολταϊκού στοιχείου. Τα σκιασμένα κύτταρα λειτουργούν ως μια μεγάλη αντίσταση, στην οποία καταναλώνεται, η ούτως ή άλλως Κεφάλαιο 5

77 67 μειωμένη ενέργεια που παράγουν τα υπόλοιπα μη σκιασμένα κύτταρα. Παρατεταμένος σκιασμός κάποιων κυττάρων, σε συνδυασμό με έντονο φωτισμό των υπόλοιπων κυψελίδων, μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή αυτού του στοιχείου και κατά συνέπεια στην αχρήστευση όλου του πλαισίου, επειδή δεν υπάρχει δυνατότητα αντικατάστασης ενός κατεστραμμένου στοιχείου του. Για να αποτραπεί μια τέτοια εξέλιξη, το φωτοβολταϊκό πλαίσιο εφοδιάζεται με διόδους παράκαμψης (Bypass diodes) που τοποθετούνται στο κιβώτιο συνδέσεων, το οποίο βρίσκεται στο πίσω μέρος του φωτοβολταϊκού πλαισίου, επιτρέποντας τη χρησιμοποίηση του φωτοβολταϊκού πλαισίου ακόμα κι αν κάποιο φωτοβολταϊκό στοιχείο του υστερεί ή καταστραφεί [1, 9, 15, 17]. Όπως έχει αποδειχθεί, στην περίπτωση φυσικής σκίασης φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου, όπως αυτή που φαίνεται στο σχήμα 5.15, η χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος τάσης παίρνει τη μορφή του σχήματος Στο διάγραμμα 5.16 απεικονίζονται οι αποδόσεις τριών διαφορετικών συστημάτων: το πρώτο αποτελείται από πέντε φωτοβολταϊκά πλαίσια μονοκρυσταλλικού πυριτίου υψηλής απόδοσης και 215 Wp το καθένα, το δεύτερο από έξι φωτοβολταϊκά πλαίσια μονοκρυσταλλικού πυριτίου με ισχύ αιχμής 175 Wp το καθένα και το τρίτο από δεκαέξι φωτοβολταϊκά πλαίσια τελουριούχου καδμίου CdTe με ισχύ αιχμής 65Wp [18]. Όσον αφορά στα δύο συστήματα των μονοκρυσταλλικών πλαισίων πυριτίου, παρατηρούμε ότι η καμπύλη που αντιστοιχεί στα σκιασμένα πλαίσια (διακεκομμένη κόκκινη και μπλε χαρακτηριστική) μειώνεται ανομοιόμορφα με κύματα, λίγο στην αρχή και πιο έντονα κοντά στην περιοχή του σημείου μέγιστης ισχύος, ενώ η διαφορά από το αντίστοιχο μη σκιασμένο σύστημα είναι ουσιαστική. Αντίθετα για τα σκιασμένα πλαίσια τελουριούχου καδμίου παρατηρείται και πάλι μείωση της παραγόμενης απόδοσης, χωρίς όμως να αλλάζει η γενικότερη μορφή της χαρακτηριστικής καμπύλης I-V. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων παρουσιάζει την επιρροή ακόμη και της μικρής σκιάς στην Κεφάλαιο 5

78 68 απόδοση μιας φωτοβολταϊκής συστοιχίας. Σχήμα 5.15 : Μερική φυσική σκίαση φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Σχήμα 5.16 : Σύγκριση της απόδοσης φωτοβολταϊκών πλαισίων όταν αυτά σκιάζονται μερικώς ή καθόλου. Στο πειραματικό μέρος, θα μελετήσουμε τη συμπεριφορά ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου ισχύος 80Wp. Σκιάζοντας το 1/3 της επιφάνειάς του περιμένουμε να λάβουμε παρόμοια γραφήματα με αυτά που παρουσιάστηκαν πιο πάνω. Η διαφορά με την περίπτωση που απεικονίζεται στο σχήμα 5.16 είναι ότι μελετάμε πλαίσιο μικρότερης ισχύος και όχι ένα σύστημα όπως είδαμε προηγουμένως. Κεφάλαιο 5

79 Σκίαση φωτοβολταϊκών πλαισίων συστοιχίας που είναι τοποθετημένα σε διαδοχικές σειρές Στην περίπτωση φωτοβολταϊκών συστημάτων μεγάλης κλίμακας, όπως συστοιχίες, καθώς και σε περιπτώσεις όπου ο χώρος εγκατάστασης των φωτοβολταϊκών πλαισίων είναι περιορισμένος, οι διατεταγμένοι φωτοβολταϊκοί συλλέκτες είναι πιθανό να σκιάζονται κατά τη διάρκεια της ημέρας από γειτονικές σειρές (σχήμα 5.17). Για να αποφευχθεί η λειτουργία των πλαισίων και η μειωμένη παραγωγή της ισχύος όπως περιγράφηκε στην προηγούμενη παράγραφο, θα πρέπει να βρεθεί η βέλτιστη απόσταση μεταξύ των σειρών. Σχήμα 5.17 : Σκίαση από γειτονικά φωτοβολταϊκά πλαίσια. Το πρώτο διάγραμμα του σχήματος 5.18 μας βοηθά στον προσδιορισμό της απόστασης ανάμεσα στις παράλληλες σειρές των ηλιακών συλλεκτών στις φωτοβολταϊκές συστοιχίες, ώστε η μια σειρά να μη σκιάζει την επόμενη. Συγκεκριμένα, ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου, μπορούμε να βρούμε την ελάχιστη απαιτούμενη τιμή του λόγου της ελεύθερης απόστασης α ανάμεσα στις δύο σειρές προς το ύψος κατασκευής στήριξης του συλλέκτη υ. Κεφάλαιο 5

80 70 Σχήμα 5.18 : Η καμπύλη του λόγου της ελεύθερης απόστασης α ανάμεσα στις γειτονικές σειρές των ηλιακών συλλεκτών μιας φωτοβολταϊκής συστοιχίας, προς την επικάλυψη του ύψους του υ, σε συνάρτηση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου π0, ώστε να μην εμποδίζεται ουσιαστικά η πρόσπτωση της ηλιακής ακτινοβολίας. β) Η έννοια των μηκών α, γ, δ και ε,και της γωνίας της κλίσης βσ,για τη διάταξη των ηλιακών συλλεκτών στις φωτοβολταϊκές συστοιχίες. Το διάγραμμα είναι εμπειρικό και προέρχεται από την έκδοση Stand alone Photovoltaic Systems της εταιρίας Monegon (1980). Αν γ είναι το πλάτος του στηρίγματος, που συμπίπτει με το πλάτος του πλαισίου, βσ είναι η κλίση του και δ είναι η υψομετρική διαφορά (αν υπάρχει) ανάμεσα στα στηρίγματα των δύο σειρών, τότε το υ δίνεται προφανώς από τον τύπο 5.8: υ = γημβσ ± δ (5.8) όπου το πρόσημο γίνεται ( - ) όταν η κλίση του εδάφους είναι ευμενής και ( + ) όταν είναι δυσμενής και δ=ε Κεφάλαιο 5 * κε (5.9)

81 71 όπου κε η κλίση του εδάφους και το ε υπολογίζεται από τον τύπο Βρίσκοντας από το διάγραμμα την αντίστοιχη τιμή του α, μπορούμε να υπολογίσουμε [9] την ελάχιστη απαιτούμενη απόσταση των σειρών ε από τον τύπο 5.10: ε = α + γσυνβσ Κεφάλαιο 5 (5.10)

82 72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Κεφάλαιο 6

83 73 6. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 6.1. Πειραματική Διάταξη Η διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για την πραγματοποίηση των μετρήσεων ρεύματος και τάσης ήταν η παρακάτω και το φωτοβολταϊκό είχε κατεύθυνση προς το Νότο μιας και η Ελλάδα είναι χώρα που ανήκει στο Βόρειο ημισφαίριο. Έγινε μια εκτενής προσπάθεια ώστε κάθε μέτρηση να γίνεται σε σύντομο χρονικό διάστημα (~ 1 min) και με όσο το δυνατόν μεγαλύτερη ακρίβεια για καλύτερα αποτελέσματα. Σχήμα 6.1 : Ηλεκτρολογικό σχέδιο πειραματικής διάταξης. Στο σχήμα 6.2 απεικονίζεται μια φωτογραφία της πειραματικής διάταξης που χρησιμοποιήθηκε για τη διεκπεραίωση των μετρήσεων. Κεφάλαιο 6

84 74 Σχήμα 6.2 : Φωτογραφία της πειραματικής διάταξης. Τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν για το σκοπό αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι τα παρακάτω: 1. Πυρανόμετρο (Kipp & Zonen SP LITE με ευαισθησία άλλοτε 70 ή 71 μv/wm-2) (α) (β) Σχήμα 6.3: (α) Πυρανόμετρο που χρησιμοποιήσαμε στην πειραματική διάταξη. (β) Στην εικόνα παρουσιάζονται τα κύρια χαρακτηριστικά του πυρανομέτρου. (1) Αισθητήρας πολλών θερμοηλεκτρικών ζευγών (Thermopile), (2,3) Θόλοι γυαλιού, (4) Οθόνη ακτινοβολίας, (5)Καλώδιο σημάτων, (8) Τυπωμένη πλακέτα κυκλώματος. Κεφάλαιο 6

85 75 Είναι ένα όργανο μέτρησης της πυκνότητας της ηλιακής ακτινοβολίας (σε W/m2) σε μια επίπεδη επιφάνεια, το οποίο ανήκει στους θερμικούς ανιχνευτές. Η αρχή λειτουργίας του βασίζεται στο θερμοηλεκτρικό φαινόμενο. Επιτρέπει τη διέλευση της ηλιακής ακτινοβολίας στην περιοχή μηκών κύματος 0,3-3 μm αποκόπτοντας την ακτινοβολία μεγάλων μηκών κύματος. Το μοντέλο του πυρανομέτρου που χρησιμοποιήθηκε στην πειραματική διάταξη μπορούσε να μετρήσει ακτινοβολία 2000 W/m2. Η προσπίπτουσα ακτινοβολία στο πλαίσιο υπολογίζεται από τον τύπο: E solar = U emf S (6.1) όπου S η ευαισθησία του πυρανομέτρου και Uemf η ολική τάση στα ελεύθερα άκρα των θερμοηλεκτρικών ζευγών του πυρανομέτρου που μετρείται με ένα πολύμετρο [1, 8]. 2. Ψηφιακά Πολύμετρα (Gw INSTEK) Σχήμα 6.4 : Ψηφιακό πολύμετρο. Το πολύμετρο (σχήμα 6.4) είναι ένα ηλεκτρολογικό/ηλεκτρονικό όργανο το οποίο μετράει την τάση, την ένταση και την αντίσταση σ ένα ηλεκτρικό κύκλωμα. Ένα πολύμετρο μπορεί να μετρήσει με έναν πολύ υψηλό βαθμό ακριβείας [1, 8]. Κεφάλαιο 6

86 76 3. Ψηφιακά Θερμόμετρα-Θερμοζεύγη (Mastech MS650 K Type) (α) (β) Σχήμα 6.5 : (α) Ψηφιακό θερμόμετρο. (β) Θερμοζεύγος. Το θερμόμετρο (σχήμα 6.5 (α)) είναι το κλασσικό όργανο για τη μέτρηση της θερμοκρασίας. Το θερμόμετρο που χρησιμοποιήθηκε πειραματικά έδινε θερμοκρασία με ακρίβεια ενός δεκαδικού ψηφίου. Ένα θερμοηλεκτρικό ζεύγος ή θερμοζεύγος (σχήμα 6.5 (β)) είναι μια σύνδεση μεταξύ δύο διαφορετικών μετάλλων που παράγει μια τάση που σχετίζεται με μια διαφορά θερμοκρασίας. Το θερμοηλεκτρικό ζεύγος είναι ένας ευρέως χρησιμοποιημένος τύπος αισθητήρα θερμοκρασίας. Είναι ανέξοδοι και ανταλλάξιμοι και μπορούν να μετρήσουν ένα ευρύ φάσμα των θερμοκρασιών. Τα θερμοηλεκτρικά ζεύγη χρησιμοποιούνται ευρέως στην επιστήμη και τη βιομηχανία όπως τη μέτρηση θερμοκρασίας για τους κλιβάνους, μέτρηση της θερμοκρασίας εξάτμισης των στροβίλων αερίου ή των μηχανών diesel, και πολλών άλλων βιομηχανικών διαδικασιών. Κατά τη διάρκεια των μετρήσεων χρησιμοποιήθηκαν τρία θερμόμετρα και τρία θερμοζεύγη για τη μέτρηση της θερμοκρασίας πάνω στο πλαίσιο στο μπροστινό και στο πίσω μέρος του και για τη μέτρηση της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος [8]. Κεφάλαιο 6

87 77 4. Ενεργό Φορτίο Σχήμα 6.6 : Ενεργό φορτίο Μεταβλητή χειροκίνητη αντίσταση η οποία αποτελείται από ένα θετικό (red) και ένα αρνητικό άκρο (black) πάνω στα οποία συνδέονταν τα καλώδια της συνδεσμολογίας (σχήμα 6.6). Περιλαμβάνει δύο ροδέλες οι οποίες καθώς περιστρέφονται μεταβάλλουν την αντίσταση. Η μια ροδέλα προκαλεί μεγάλες αλλαγές της αντίστασης, ενώ η άλλη μικρότερες. 5. Καλώδια Μπανάνες Η πειραματική διάταξη ολοκληρωνόταν με χρήση απλών καλωδίων με μπανάνες (σχήμα 6.7). Σχήμα 6.7 : Μπανάνες. Εκτός της βασικής πειραματικής διάταξης που περιγράφηκε πιο πάνω, χρησιμοποιήθηκε για μικρό αριθμό μετρήσεων μια συσκευή μέτρησης ισχύος αιχμής και I-V (Peak Power Measuring Device and I-V-Curve Tracer, PVPM Κεφάλαιο 6

88 C). Το φωτοβολταϊκό πλαίσιο Μονοκρυσταλλικού Πυριτίου Το φωτοβολταϊκό πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου που μελετήθηκε στην παρούσα διπλωματική φαίνεται στο σχήμα 6.8 και είναι 80W, αποτελούμενο από 36 κύτταρα τετραγωνικού σχήματος με κομμένες τις γωνίες, ώστε να ελαχιστοποιείται η μη αξιοποιήσιμη επιφάνεια του πλαισίου. (α) (β) Σχήμα 6.8: (α) Το πλαίσιο και οι διαστάσεις του έτσι όπως δίνονται από τον κατασκευαστή. (β) Φωτογραφία πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου που χρησιμοποιήθηκε στις μετρήσεις. Η μπροστινή όψη του φωτοβολταϊκού πλαισίου καλύπτεται από διαφανή ουσία η Κεφάλαιο 6 οποία χαρακτηρίζεται από δείκτη διάθλασης τέτοιο ώστε να

89 79 ελαχιστοποιείται η ανακλώμενη συνιστώσα του φωτός. Το πλέγμα που τοποθετείται στην όψη του φωτοβολταϊκού στοιχείου, όπου προσπίπτει το φως, πρέπει να έχει σχήμα αραιής μεταλλικής σχάρας, με μορφή χτενιού. Η κατάλληλη διαμόρφωση του πλέγματος έχει ως αποτέλεσμα, αφενός την αποτελεσματικότερη συλλογή των φωτορευμάτων απ' όλη την επιφάνεια της κυψελίδας, αφετέρου την ελαχιστοποίηση του αποκοπτόμενου απ' αυτό, ποσοστού του προσπίπτοντος φωτός. Σχήμα 6.9 : (α) Τρόπος σύνδεσης δυο διαδοχικών φωτοβολταϊκών στοιχείων μέσα σε ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο. (β) Εσωτερική δομή ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου όπου διακρίνονται και οι δίοδοι παράκαμψης. (γ) Σύμβολο της ηλεκτρολογικής σχεδίασης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Το φωτόρευμα οδεύει εσωτερικά από το (-) στο (+) και στο εξωτερικό κύκλωμα, από το (+) στο (-) του πλαισίου. Ο πίνακας 6.1 περιέχει όλα τα τυπικά χαρακτηριστικά του φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου που δίνονται από την κατασκευάστρια εταιρεία σε πρότυπες συνθήκες ελέγχου (Standard Test Conditions, STC ), δηλαδή υπό ακτινοβολία 1000 W/m2, φάσματος AM 1.5 (air mass) και θερμοκρασίας κυττάρου 250 C. Επιπλέον δίνεται απόδοση 12.4 %. Κεφάλαιο 6

90 80 Πίνακας 6.1 : Βασικά χαρακτηριστικά φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου (Conergy Q80MI). Το πίσω μέρος καλύπτεται από ειδικό πλαστικό υλικό για προστασία από την υγρασία. Η τελική κατασκευή πληροί ειδικές προδιαγραφές, ώστε να διαθέτει την απαραίτητη μηχανική αντοχή, τις κατάλληλες υποδοχές στήριξης και επιπλέον την αυξημένη στεγανότητα για προστασία από την υγρασία. Στην πίσω επιφάνεια βρίσκεται και ένα στεγανό κιβώτιο των συνδέσεων με τα καλώδια των απολήξεων. Στις μετρήσεις εργαστηριακού τύπου η επιφάνεια που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της απόδοσης, είναι το εμβαδόν της φωτιζόμενης ενεργού επιφάνειας του φωτοβολταϊκού στοιχείου, μη λαμβανομένης υπόψη της μεταλλικής εσχάρας [1]. Η ενεργή επιφάνεια είναι το γινόμενο των δύο διαστάσεων του κυττάρου (μήκος, πλάτος) επί του πλήθους των κυττάρων του πλαισίου, δηλαδή 36 κύτταρα *125 mm πλάτος * 125 mm μήκος= m2 και αυτή ήταν η επιφάνεια που χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό της απόδοσης κατά την επεξεργασία των μετρήσεων του πειραματικού μέρους. Τέλος, το φωτοβολταϊκό πλαίσιο ήταν καινούριο (1ος χρόνος λειτουργίας) και δεν χρειάστηκε στους υπολογισμούς να ληφθεί υπόψη κανένας παράγοντας γήρανσης. Κεφάλαιο 6

91 Διαδικασία μετρήσεων Αφού επιλέγαμε την κλίση του πλαισίου στην οποία θα παίρναμε μέτρηση, τοποθετούσαμε το πυρανόμετρο και τα θερμοζεύγη ώστε να σημειώσουμε τις τιμές της ακτινοβολίας και των θερμοκρασιών. Όσον αφορά τα θερμοζεύγη που έμπαιναν πάνω στο φωτοβολταϊκό πλαίσιο, προσπαθούσαμε κάθε φορά να τοποθετούνται στο ίδιο κύτταρο (μπροστά και πίσω) ώστε να παίρνουμε τη θερμοκρασία του κυττάρου. Πριν θέσουμε σε λειτουργία το φορτίο και ξεκινήσουμε τη μέτρηση, επιβεβαιώναμε ότι η τιμή του ήταν μηδενισμένη και ανοίγαμε τα πολύμετρα. Παίρναμε την πρώτη ένδειξη των πολυμέτρων η οποία αντιστοιχούσε στην αρχική τάση και στο ρεύμα βραχυκύκλωσης και αμέσως μετά μεταβάλλαμε τη μεγάλη κλίμακα του φορτίου μέχρι η τιμή του βολτομέτρου να αρχίσει να αλλάζει με πολύ γρήγορο ρυθμό. Το σημείο στο οποίο γινόταν αυτή η γρήγορη αλλαγή αντιστοιχούσε στο σημείο μέγιστης ισχύος της καμπύλης I-V. Πηγαίναμε λίγο πίσω το φορτίο μέχρι το σημείο που η μεταβολή της τάσης ήταν σταθερή και ρυθμίζαμε πλέον το φορτίο από τη ροδέλα μικρής κλίμακας ώστε να πάρουμε πολλές μετρήσεις κοντά στο σημείο μέγιστης ισχύος. Μόλις τερμάτιζε η μικρή ροδέλα, τερματίζαμε σταδιακά και τη μεγάλη για να πάρουμε την τελική τιμή του ρεύματος και την τιμή της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και ολοκληρώναμε τη μέτρηση Αποτελέσματα μετρήσεων Οι γραφικές παραστάσεις που θα ακολουθήσουν αφορούν μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στη διάρκεια του έτους , όλες τις εποχές φθινόπωρο, χειμώνα, άνοιξη και καλοκαίρι όπου εξετάζεται η επίδραση της κλίσης, των ηλιακών δεδομένων καθώς και της σκίασης κατά τη διάρκεια της Κεφάλαιο 6

92 82 ημέρας. Μετρήσεις παίρνονταν για γωνίες κλίσης 10, 30, 38, 45, 60 και 80 μοίρες, οι οποίες αντιστοιχούν σε τυποποιημένες γωνίες τοποθέτησης των πλαισίων και στο γεωγραφικό πλάτος της Πάτρας. Η εποχή του φθινοπώρου και του χειμώνα αντιπροσωπεύονται από μια ηλιόλουστη και μια συννεφιασμένη μέση ημερήσια καμπύλη, ενώ η θερινή περίοδος μόνο από μια ηλιόλουστη. Σε αυτήν την απόφαση καταλήξαμε στηριζόμενοι στις ήπιες καιρικές συνθήκες και την έντονη ηλιοφάνεια που επικρατούν στην Ελλάδα και κυρίως στην Πάτρα σχεδόν καθ' όλη τη διάρκεια του έτους. Η Πάτρα βρίσκεται στο νότιο τμήμα της Ελλάδας με γεωγραφικό πλάτος και γεωγραφικό μήκος Φθινόπωρο Η διάρκεια του φθινοπώρου κατά την οποία έγιναν οι μετρήσεις αυτές κυμαίνεται μεταξύ 36ης -48ης εβδομάδας του α). Ηλιόλουστη ημέρα φθινοπώρου Καθώς το ύψος του ήλιου αυξάνει, η απευθείας κάθετη ακτινοβολία που προσπίπτει στην επιφάνεια του φωτοβολταϊκού πλαισίου αυξάνει μέχρι το ηλιακό μεσημέρι, μετά το οποίο ελαττώνεται κατά συμμετρικό περίπου τρόπο, επηρεάζοντας κατά αντίστοιχο τρόπο και την ισχύ αιχμής. Η ημερήσια μεταβολή της μέγιστης ισχύος κατά μια τυπική αίθρια ημέρα του φθινοπώρου φαίνεται στο παρακάτω γράφημα για έξι διαφορετικές γωνίες κλίσης. Από το σχήμα 6.10 παρατηρούμε ότι το φωτοβολταϊκό πλαίσιο έχει μέγιστη παραγωγή περίπου 70 W για γωνία κλίσης 60 μοιρών, αρκετά πιο χαμηλή από την ονομαστική τιμή των 80 W που δίνει ο κατασκευαστής. Παρόλο που η παραγωγή ισχύος είναι μειωμένη, η κλίση αυτή είναι η καταλληλότερη καθώς Κεφάλαιο 6 τα ποσά της

93 83 προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας στο πλαίσιο είναι μεγαλύτερα, με αποτέλεσμα να παράγει τη μέγιστη δυνατή ισχύ P o w e r (W ) 60 degrees degrees degrees degrees degrees degrees H o u r s (h ) Σχήμα 6.10 :Ημερήσια καμπύλη μέγιστης ισχύος για τυπικές φθινοπωρινές ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (10 Νοεμβρίου 2008), για διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Παραθέτοντας τη χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος τάσης για τις 60 μοίρες, που αντιστοιχούν σε μια καλή κλίση τοποθέτησης των πλαισίων, διαπιστώνουμε ότι κάποιες από τις καμπύλες σχεδόν ταυτίζονται. Αυτό συμβαίνει εξαιτίας της συμμετρίας που παρουσιάζουν κάποιες ώρες μεταξύ τους λόγω της θέσης του ήλιου (σχήμα 6.10). Στο σχήμα 6.11 σημειώνεται η ώρα των μετρήσεων όπως επίσης και η ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας από την οποία κυρίως εξαρτάται το μέγιστο ρεύμα (ρεύμα βραχυκύκλωσης) που μπορεί να δώσει ένα φωτοβολταϊκό πλαίσιο [1]. Κεφάλαιο 6

94 : : : : : : : : degrees 5,5 5,0 4,5 C u r r e n t (A ) 4,0 3,5 --> W /m > W /m 2 --> W /m 2 --> W /m 2 --> ,7 W /m 2 --> W /m 2 --> W /m 2 --> W /m 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, V o lta g e (V ) Σχήμα 6.11: Τυπική ημερήσια καμπύλη ρεύματος τάσης για φθινοπωρινές ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (10 Νοεμβρίου) και για γωνία κλίσης 60 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 08: ο C, για τις 09: ο C, για τις 10: ο C, για τις 11: ο C, για τη 13: ο C, για τις 14: ο C, για τις 15:45 24ο C και για τις 16: ο C. Συντελεστής ποιότητας ff ΦΒ πλαισίου σε ηλιόλουστη φθινοπωρινή ημέρα Ο συντελεστής ποιότητας δε δίνεται απ' ευθείας απ' τον κατασκευαστή στον πίνακα με τα βασικά χαρακτηριστικά του φωτοβολταϊκού πλαισίου (πίνακας 6.1), αλλά υπολογίζεται βάσει του τύπου 6.2: ff = I m V m I sc V oc (6.2) Στη συνέχεια παραθέτουμε τις τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης και της τάσης ανοιχτού κυκλώματος για να υπολογίσουμε την τιμή του συντελεστή ποιότητας ff για κάθε καμπύλη του σχήματος Κεφάλαιο 6

95 85 Πίνακας 6.2 : Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης, της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και του συντελεστή ποιότητας για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο στις 10 Νοεμβρίου και διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) 8 Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) :15 10:30 11:30 13:00 14:15 15:45 16: Ρεύμα βραχυκύκλωσης Isc (A) Τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc (V) ff Απόδοση ΦΒ πλαισίου σε ηλιόλουστη φθινοπωρινή ημέρα Μετά από υπολογισμούς μπορούμε να βρούμε το σημείο μέγιστης ισχύος (Maximum Power Point, MPP) της καθεμίας καμπύλης ώστε να το χρησιμοποιήσουμε για τον υπολογισμό του βαθμού απόδοσης από τον τύπο 6.3: η= όπου S, το ενεργό P max S E εμβαδόν (6.3) του πλαισίου, δηλαδή S=36 κύτταρα*125*10-3*125*10-3= m2. Τα σημεία μέγιστης ισχύος σημειώνονται στον πίνακα 6.3 μαζί με το ποσοστό της απόδοσης. Κεφάλαιο 6

96 86 Πίνακας 6.3 : Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος και της απόδοσης για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο στις 10 Νοεμβρίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) 8 9:15 Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) Θερμοκρασία κυττάρου 0C Θερμοκρασία πίσω επιφάνειας 0C Απόδοση η% 10:30 11:30 13:00 14:15 15: : Η απόδοση που δίνει ο κατασκευαστής υπενθυμίζουμε ότι είναι 12.4 %. Από αυτήν την τιμή βλέπουμε ότι υπάρχουν μικρές διαφορές με τις αποδόσεις που υπολογίστηκαν πιο πάνω και κάποιες φορές μάλιστα την ξεπερνάμε. Η διαφοροποίηση της απόδοσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου, οφείλεται στη διαφορετική θερμοκρασία λειτουργίας του σε σχέση με τη θερμοκρασία σε πρότυπες συνθήκες (STC). Ο βαθμός απόδοσης ακόμα και υπό σταθερή ακτινοβολία μειώνεται με αύξηση της θερμοκρασίας και γι' αυτό έχουμε μεγαλύτερη απόδοση, όταν στο πλαίσιο δεν αναπτύσσονται μεγάλες θερμοκρασίες. Σκίαση του πλαισίου (υπό κλίση πλαισίου 60ο) σε ηλιόλουστη φθινοπωρινή ημέρα Εξετάζοντας την επίδραση της φυσικής σκίασης στο φωτοβολταϊκό πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου για τη βέλτιστη γωνία κλίσης και για την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας (13:00 h) παίρνουμε το γράφημα του σχήματος Η Κεφάλαιο 6

97 87 εμφανής απόκλιση ήταν αναμενόμενη και αντικατοπτρίζει το πόσο έντονα μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία ενός τέτοιου πλαισίου ένα φυσικό εμπόδιο στην προσπίπτουσα ακτινοβολία. Τέλος, εκτός απ' τη μείωση που παρουσιάζεται στην παραγωγή ισχύος, φαίνεται και ότι η I-V του σκιασμένου πλαισίου δεν είναι τόσο λεία όσο αυτή του μη σκιασμένου (σχήμα 6.13) και κατά κάποιο τρόπο συμφωνεί με δεδομένα ερευνητικών εργασιών που αναφέρονται σε τέτοια θέματα [18]. A u tu m n 6 0 d e g r e e s A u tu m n 6 0 d e g r e e s s h a d o w e d 5 C u r r e n t (A ) V o lta g e (V ) Σχήμα 6.12 :Χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος τάσης για γωνία κλίσης 60 μοιρών στις 10 Νοεμβρίου την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας (13:00 h και W/m2) όταν το πλαίσιο λειτουργεί κανονικά (Θερμοκρασία κυττάρου 38.9o C) και όταν σκιάζεται φυσικά (Θερμοκρασία κυττάρου 37.4o C). Παρατηρούμε ότι η παράμετρος που επηρεάζεται περισσότερο είναι το ρεύμα. Όταν ένα τμήμα ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου σκιάζεται, τα στοιχεία που υφίστανται σκίαση δεν είναι ικανά να παράγουν το ίδιο ρεύμα με εκείνα που δέχονται ομοιόμορφη ακτινοβολία. Τα σκιασμένα κύτταρα είναι αυτά που καθορίζουν το ρεύμα που θα περάσει από το πλαίσιο βραχυκύκλωσης. Κεφάλαιο 6 άρα και το ρεύμα

98 88 60 d e g re e s sh a d o w e d 0,8 0,7 C u r r e n t (A ) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, V o lt a g e (V ) Σχήμα 6.13: Χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος τάσης για γωνία κλίσης 60 μοιρών στις 10 Νοεμβρίου την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας (13:00 h και W/m2) όταν το πλαίσιο σκιάζεται φυσικά (Θερμοκρασία κυττάρου 37.4o C). Συντελεστής ποιότητας ff σκιασμένου πλαισίου σε ηλιόλουστη φθινοπωρινή ημέρα Αντίστοιχα, μπορούμε να υπολογίσουμε και το ff όταν το πλαίσιο σκιάζεται. Η ισχύς αιχμής υπολογίστηκε πριν και βρέθηκε W, το ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι ISC=0.698 A και η τάση ανοιχτού κυκλώματος είναι VOC=20.16V. Η τιμή του ff που υπολογίζεται είναι σε αντίθεση με την τιμή που έχουμε όταν το πλαίσιο λειτουργεί κανονικά. Απόδοση σκιασμένου πλαισίου σε ηλιόλουστη φθινοπωρινή ημέρα Υπολογίζοντας τις τιμές Im και Vm που αντιστοιχούν στο σημείο μέγιστης ισχύος της καμπύλης στην περίπτωση που το πλαίσιο σκιάζεται, βρίσκουμε Κεφάλαιο 6

99 89 μέγιστη ισχύ W και μπορούμε να υπολογίσουμε την απόδοση του, χρησιμοποιώντας και πάλι τον τύπο 6.3. Η απόδοση του σκιασμένου πλαισίου είναι 1.34 %, ενώ η αντίστοιχη όταν τον πλαίσιο δε σκιαζόταν ήταν %. Αν αναλογιστούμε το γεγονός ότι μονάχα το 1/3 του πλαισίου σκιαζόταν, μπορούμε να διαπιστώσουμε πόσο πολύ επηρεάζεται ο συγκεκριμένος τύπος πλαισίου από τη σκίαση. β). Συννεφιασμένη ημέρα φθινοπώρου Παρακάτω ακολουθούν τα αντίστοιχα γραφήματα P-h και I-V για μια τυπική συννεφιασμένη ημέρα. Οι συννεφιασμένες ημέρες του φθινοπώρου χαρακτηρίζονται από υψηλή νεφοκάλυψη, δηλαδή από αραιά σύννεφα λευκού χρώματος που βρίσκονται ψηλά στην ατμόσφαιρα P o w e r (W ) 60 degrees degrees degrees degrees degrees degrees H o u r s (h ) Σχήμα 6.14 :Ημερήσια καμπύλη μέγιστης ισχύος για τυπικές φθινοπωρινές ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Νοεμβρίου 2008), για διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Κεφάλαιο 6

100 90 Η ημερήσια μεταβολή της ισχύος απεικονίζεται σχήμα 6.14, όπου το μέγιστο παρατηρείται και πάλι για τις 60 μοίρες. Η μέγιστη ισχύς του κατασκευαστή για μια ακόμα φορά δεν επιτυγχάνεται. Επιπλέον διαπιστώνουμε την ύπαρξη έντονων αυξομειώσεων οι οποίες οφείλονται στη γρήγορη μεταβολή της ακτινοβολίας εξαιτίας της διέλευσης των ακτίνων του ήλιου μέσα από τα σύννεφα, σε αντίθεση με την αντίστοιχη γραφική για την αίθρια μέρα η οποία είναι ομαλή (σχήμα 6.10). Από τη γραφική του σχήματος 6.14 διαπιστώνουμε ότι μέγιστη παραγωγή ισχύος έχει το φωτοβολταϊκό πλαίσιο όταν είναι τοποθετημένο στις 60ο. Παρακάτω παραθέτουμε τη χαρακτηριστική ρεύματος τάσης όταν το φωτοβολταϊκό πλαίσιο είναι τοποθετημένο σε αυτήν την κλίση (σχήμα 6.15). Παρατηρούμε ότι καθώς αυξάνεται η ηλιακή ακτινοβολία, μεγαλύτερη μεταβολή σημειώνεται στο ρεύμα, ενώ η μεταβολή της τάσης είναι πολύ μικρή. 1 1 : : : : > W /m --> W /m2 2 --> W /m 2 --> W /m C u r r e n t (A ) V o lta g e (V ) Σχήμα 6.15 :Τυπική ημερήσια καμπύλη ρεύματος τάσης για φθινοπωρινές ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Νοεμβρίου) και για γωνία κλίσης 60 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 11: ο C, για τη 13: ο C, για τις 14: ο C και για τις 16: ο C. Κεφάλαιο 6

101 91 Συντελεστής ποιότητας ff ΦΒ πλαισίου σε συννεφιασμένη φθινοπωρινή ημέρα Θα υπολογίσουμε το συντελεστή ποιότητας για τυπική συννεφιασμένη ημέρα φθινοπώρου και για τη βέλτιστη κλίση τοποθέτησης του πλαισίου από τον τύπο 6.2. Πίνακας 6.4 : Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης, της τάση ανοιχτού κυκλώματος και του συντελεστής ποιότητας για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο στις 20 Νοεμβρίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) 11:30 13:00 14:30 16: Ρεύμα βραχυκύκλωσης Isc (A) Τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc (V) ff Απόδοση ΦΒ πλαισίου σε συννεφιασμένη φθινοπωρινή ημέρα Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία με αυτήν που ακολουθήσαμε για την ηλιόλουστη ημέρα μπορούμε να υπολογίσουμε τις αποδόσεις σύμφωνα με τον τύπο 6.3. Τα σημεία μέγιστης ισχύος σημειώνονται στον πίνακα 6.5 μαζί με το ποσοστό της απόδοσης. Κεφάλαιο 6

102 92 Πίνακας 6.5 : Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος και της απόδοσης για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο στις 20 Νοεμβρίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) 11:30 13:00 14:30 16:00 Τιμή Μέγιστης Ισχύος(W) Θερμοκρασία κυττάρου 0C Θερμοκρασία πίσω 0C Απόδοση η% Και πάλι όπως προηγουμένως ένας από τους υπολογισμός μας ξεπερνάει την ονομαστική τιμή της απόδοσης η (12.4 %) γεγονός που εξηγείται από την απόκλιση της θερμοκρασίας από την τιμή που χρησιμοποιήθηκε εργαστηριακά. Εξετάζοντας και πάλι τον παράγοντα φυσικής σκίασης για τη βέλτιστη γωνία τοποθέτησης για το φθινόπωρο και για την ώρα όπου έχουμε τη μεγαλύτερη ακτινοβολία του ήλιου, καταλήγουμε στη γραφική παράσταση του σχήματος degrees 60 d e g re e s_sh a d o w e d 5 C u r r e n t (A ) V o lta g e (V ) Σχήμα 6.16 : Χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος τάσης για φθινοπωρινές ημέρες μικρής ηλιοφάνειας, για γωνία κλίσης 60 μοιρών στις 20 Νοεμβρίου την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας (13:00 h και W/m2), όταν το πλαίσιο λειτουργεί κανονικά (Θερμοκρασία κυττάρου 34.2o C) και όταν σκιάζεται φυσικά (Θερμοκρασία κυττάρου 35.3o C). Κεφάλαιο 6

103 93 Όμοια και εδώ παρατηρούμε ότι η παράμετρος που επηρεάζεται περισσότερο είναι το ρεύμα του πλαισίου. Συντελεστής ποιότητας ff σκιασμένου πλαισίου σε συννεφιασμένη φθινοπωρινή ημέρα Θα υπολογίσουμε το συντελεστή ποιότητας για τυπική συννεφιασμένη ημέρα φθινοπώρου όταν το 1/3 της επιφάνειας του πλαισίου σκιάζεται.η τιμή του σημείου μέγιστης ισχύος υπολογίστηκε πριν και βρέθηκε W, το ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι ISC=0.896 A και η τάση ανοιχτού κυκλώματος είναι VOC= Μετά από αντικατάσταση στον τύπο 6.2 υπολογίζουμε ff= Η τιμή αυτή είναι μεγαλύτερη από αυτή του κατασκευαστή γιατί δουλεύουμε σε ακτινοβολία μεγαλύτερη αυτής των πρότυπων συνθηκών (1000 W/m2). Απόδοση σκιασμένου πλαισίου σε συννεφιασμένη φθινοπωρινή ημέρα Το σημείο της μέγιστης ισχύος της καμπύλης όταν το πλαίσιο σκιάζεται είναι W. Ύστερα από αντικατάσταση των δεδομένων στον τύπο 6.3 βρίσκουμε απόδοση 2.43 %. Η τιμή αυτή είναι λίγο μεγαλύτερη από την αντίστοιχη που είχαμε υπολογίσει για ηλιόλουστη μέση φθινοπωρινή μέρα, γιατί εξαιτίας της συννεφιάς οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στο πλαίσιο είναι χαμηλότερες. Παρόλα αυτά ο συντελεστής απόδοσης είναι και πάλι πολύ μικρότερος απ' την τιμή 12.4 του κατασκευαστή. Κεφάλαιο 6

104 Χειμώνας Η διάρκεια του χειμώνα κατά την οποία έγιναν οι μετρήσεις αυτές κυμαίνεται μεταξύ 49ης και 52ης εβδομάδας του 2008 και 1ης με 9ης εβδομάδας του α). Ηλιόλουστη ημέρα χειμώνα Κατά τις ηλιόλουστες ημέρες του χειμώνα ο ουρανός δεν είναι τελείως καθαρός, όπως συμβαίνει την άνοιξη ή το καλοκαίρι, με αποτέλεσμα τυχόν σύννεφα που μπορεί να υπάρχουν στον ορίζοντα να επηρεάζουν τις τιμές της ακτινοβολίας και κατ' επέκταση των διαγραμμάτων P o w e r (W ) 60 d egrees d egrees d egrees d egrees d egrees d egrees H o u r s (h ) Σχήμα 6.17 :Ημερήσια καμπύλη μέγιστης ισχύος για τυπικές χειμωνιάτικες ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (8 Δεκεμβρίου), για διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Παρόλο που εξαιτίας της συννεφιάς η καμπύλη P (h) δεν έχει την Κεφάλαιο 6

105 95 χαρακτηριστική μορφή της, έχουμε τη μεγαλύτερη μπορούμε ακόμα να ξεχωρίσουμε υπό ποια γωνία παραγωγή ισχύος. Από τις γωνίες στις οποίες τοποθετούσαμε το πλαίσιο, η βέλτιστη είναι αυτή των 60 μοιρών γιατί είναι αυτή που περικλείει όλες τις άλλες καμπύλες. Ομοίως στο σχήμα 6.18 παρουσιάζονται οι καμπύλες I-V για γωνία κλίσης του πλαισίου 60 ο για ώρες κοντά στο μεσημέρι, όπου και ο ήλιος έχει θέση πιο ψηλά στον ορίζοντα :3 0 --> 1 3 :0 0 --> 1 4 :3 0 --> 1 6 :0 0 --> W /m W /m W /m W /m C u r r e n t (A ) V o lta g e (V ) Σχήμα 6.18 : Τυπική ημερήσια καμπύλη ρεύματος τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (8 Δεκεμβρίου) για γωνία κλίσης 60 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 11: ο C, για τη 13: ο C, για τις 14: ο C και για τις 16: ο C. Παρατηρούμε από το σχήμα 6.18 ότι για τη 13:00 h έχουμε τη μεγαλύτερη ακτινοβολία και κατά συνέπεια τη μεγαλύτερη παραγωγή ισχύος από το φωτοβολταϊκό πλαίσιο. Μια άλλη γραφική που μπορεί να δείξει πιο ξεκάθαρα τη βέλτιστη κλίση τοποθέτησης των πλαισίων είναι αυτή του σχήματος Από το σχήμα 6.18 βλέπουμε ότι μέγιστη ακτινοβολία έχουμε γύρω στη 13:00 h. Επιλέγοντας τη Κεφάλαιο 6

106 96 συγκεκριμένη ώρα για να δουλέψουμε, καταγράφουμε τις ακτινοβολίες και την ισχύ αιχμής για κάθε γωνία (σχήμα 6.19). R a d ia t io n Po w er P o w e r (W ) R a d ia t io n (W /m ) A n g le (d e g r e e s ) Σχήμα 6.19 : Μεταβολή μέγιστης ισχύος και ακτινοβολίας συναρτήσει της γωνίας κλίσης για χειμωνιάτικες ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (8 Δεκεμβρίου). Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για γωνία κλίσης του πλαισίου 10 ο 31.2ο C, για 30ο 31.3ο C, για 38ο 32.8ο C, για 45ο 34.2ο C, για 60ο 34.5ο C και για 80ο 33.9ο C. Πάλι για τη βέλτιστη κλίση και για την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας μπορούμε να υπολογίσουμε την ισχύ που παρέχει το φωτοβολταϊκό πλαίσιο σε συνάρτηση με την τάση στα άκρα του. Όπως αναμέναμε, η καμπύλη P=f (V) εμφανίζει κάποιο μέγιστο (σχήμα 6.20), το οποίο παρουσιάζεται κοντά στο σημείο όπου αρχίζει η έντονη πτώση του ρεύματος [1]. Το μέγιστο της καμπύλης αντιστοιχεί στην μέγιστη ισχύ Pm, που όμως δε φτάνει την ονομαστική τιμή των 80 W. Επιπλέον, παρατηρούμε ότι η γραφική δεν ξεκινάει από το 0 όπως ξέρουμε θεωρητικά. Αυτό συμβαίνει γιατί η τιμή της τάσης όταν ξεκινάμε τη μέτρηση μπορεί να είναι πολύ κοντά στο μηδέν, αλλά ποτέ ίση με αυτό, με αποτέλεσμα όταν πολλαπλασιάζεται με το ρεύμα βραχυκύκλωσης, να προκύπτει Κεφάλαιο 6

107 97 ένα σχετικά μεγάλο νούμερο. Το σημείο τομής της καμπύλης με τον άξονα των τάσεων, αντιστοιχεί στην τάση ανοιχτού κυκλώματος VOC και εκεί η παρεχόμενη ισχύς είναι μηδέν. Power P o w e r (W ) V o lt a g e (V ) Σχήμα 6.19 : Μεταβολή ισχύος συναρτήσει της τάσης για χειμωνιάτικη ημέρα μεγάλης ηλιοφάνειας (8 Δεκεμβρίου), για τη βέλτιστη κλίση του πλαισίου (60ο) και για την ώρα μέγιστης ηλιοφάνειας (13:00 h). Συντελεστής ποιότητας ff σε ηλιόλουστη χειμωνιάτικη ημέρα Θα υπολογίσουμε το συντελεστή ποιότητας σύμφωνα με τον τύπο 6.2. Στον πίνακα 6.6 παραθέτονται οι τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης και της τάσης ανοιχτού κυκλώματος για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο, που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του συντελεστή ποιότητας. Κεφάλαιο 6

108 98 Πίνακας 6.6 : Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης, της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και του συντελεστή ποιότητας για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο στις 8 Δεκεμβρίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) 11:30 13:00 14:30 16: Ρεύμα βραχυκύκλωσης Isc (A) Τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc (V) ff Απόδοση σε ηλιόλουστη χειμωνιάτικη ημέρα Τα σημεία μέγιστης ισχύος σημειώνονται στον Πίνακα 6.7 και η απόδοση η υπολογίζεται σύμφωνα με τον τύπο 6.3 όπου παρατηρείται η μέγιστη τιμή αυτού ίση με κατά την 13η ώρα. Πίνακας 6.7 : Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος και της απόδοσης για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο στις 8 Δεκεμβρίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) 11:30 13:00 14:30 16:00 Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) Θερμοκρασία κυττάρου 0C Θερμοκρασία πίσω 0C Απόδοση η% β). Συννεφιασμένη ημέρα χειμώνα (Μαύρη Συννεφιά) Κατά τη διάρκεια του χειμώνα, οι ημέρες που είναι ηλιόλουστες ή έστω αραιά συννεφιασμένες είναι πολύ λιγότερες από εκείνες όπου ο ουρανός γεμίζει Κεφάλαιο 6

109 99 από μαύρα σύννεφα. Αν και στο ανθρώπινο μάτι, αυτό το μαύρο σύννεφο που συνήθως καλύπτει τον ουρανό, αυτήν την εποχή του χρόνου, φαίνεται σαν ένα ενιαίο σύνολο, στην πραγματικότητα δεν συμβαίνει κάτι τέτοιο. Η ακτινοβολία περνάει μέσα από σύννεφα διαφορετικής ηλιακή πυκνότητας, με αποτέλεσμα να αλλάζει συνεχώς η πυκνότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολίας που οδηγεί στη γρήγορη εναλλαγή των ενδείξεων ακτινοβολίας που παίρνουμε από το πυρανόμετρο και κατ' επέκταση της μέγιστης ισχύος που παράγει το πλαίσιο. Ακριβώς αυτή η εναλλαγή της μέγιστης ισχύος φαίνεται στο σχήμα P o w e r (W ) 60 d eg re es d eg re es d eg re es d eg re es d eg re es d eg re es H o u r s (h ) Σχήμα 6.21 : Ημερήσια καμπύλη μέγιστης ισχύος για τυπικές χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου), για διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Αν και παρόμοιες διακυμάνσεις υπήρχαν και στη μέση ημερήσια καμπύλη ισχύος για χειμωνιάτικες μέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (σχήμα 6.17), εν τούτοις οι μεταβολές δεν ήταν τόσο έντονες ούτε τόσο απότομες. Από τη γραφική παράσταση του σχήματος 6.21 δεν είναι τόσο εύκολο να διακρίνουμε σε ποια γωνία έχουμε μεγαλύτερη παραγωγή ισχύος. Βγάζοντας τις Κεφάλαιο 6

110 100 συνολικές I-V για κάθε ώρα μπορούμε να δούμε ποία κλίση τοποθέτησης των πλαισίων είναι η καλύτερη :0 0 h 30 4, ,5 60 C u r r e n t (A ) 3,0 80 d e g re e s --> W /m 2 d e g re e s--> W /m 2 d e g re e s-->7 5 0 W /m 2 d e g re e s--> W /m 2 d e g re e s--> W /m 2 d e g re e s-->5 8 0 W /m 2 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, V o lt a g e (V ) Σχήμα 6.22 : Τυπική ημερήσια καμπύλη ρεύματος τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου) για τις 10:00 h. Η θερμοκρασία κυττάρου είναι για τις 10 μοίρες 21.4ο C, για τις 30 μοίρες 24.8ο C, για τις 38 μοίρες 31.8ο C, για τις 45 μοίρες 30ο C, για τις 60 μοίρες 32.2ο C και για τις 80 μοίρες 26ο C. 1 2 :4 5 h 3,0 2,8 2,6 2,4 2, d e g re e s --> d e g re e s --> d e g re e s --> d e g re e s --> d e g re e s W /m W /m W /m W /m > W /m d e g re e s --> W /m 2 C u r r e n t (A ) 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, V o lta g e (V ) Σχήμα 6.23 : Τυπική ημερήσια καμπύλη ρεύματος τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου) για τις 12:45 h. Η θερμοκρασία κυττάρου είναι για τις 10 μοίρες 20.8ο C, για τις 30 μοίρες 20.5ο C, για τις 38 μοίρες 21.1ο C, για τις 45 μοίρες 19.9ο C, για τις 60 μοίρες 19.7ο C και για τις 80 μοίρες 20ο C. Κεφάλαιο 6

111 o :4 5 h 1,8 1,6 1,4 d e g re e s d e g re e s d e g re e s d e g re e s d e g re e s d e g re e s --> > > > > > W W W W W W /m /m /m /m /m /m C u r r e n t (A ) 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0, V o lta g e (V ) Σχήμα 6.24 : Τυπική ημερήσια καμπύλη ρεύματος τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου) για τις 14:45 h. Η θερμοκρασία κυττάρου είναι για τις 10 μοίρες 18.8ο C, για τις 30 μοίρες 18.9ο C, για τις 38 μοίρες 18.4ο C, για τις 45 μοίρες 18.6ο C, για τις 60 μοίρες 19.4ο C και για τις 80 μοίρες 19.2ο C. Παρατηρώντας το σχήμα 6.22 και 6.24 διαπιστώνουμε ότι η καλύτερη κλίση τοποθέτησης του πλαισίου είναι οι 60 μοίρες, ενώ από το σχήμα 6.23 προκύπτει καλύτερη κλίση τοποθέτησης οι 38 μοίρες. Από τα σχήματα 6.22, 6.23, 6.24 δεν μπορούμε εύκολα να καταλήξουμε στην καλύτερη κλίση τοποθέτησης του φωτοβολταϊκού πλαισίου, λόγω των μεγάλων διακυμάνσεων της ηλιακής ακτινοβολίας κατά τη διάρκεια μιας συννεφιασμένης χειμωνιάτικης ημέρας. Για να βγάλουμε ένα σαφές συμπέρασμα επιλέγουμε την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας (10:00 h) και φτιάχνοντας ένα διάγραμμα όπου παριστάνεται η κλίση τοποθέτησης συναρτήσει της ακτινοβολίας και της παραγόμενης μέγιστης ισχύος (σχήμα 6.25), καταλήγουμε ότι η καλύτερη κλίση για το χειμώνα είναι οι 60 μοίρες. Κεφάλαιο 6

112 M a x im u m P o w e r (W P ) R a d ia t io n (W /m ) R a d ia t io n M a x im u m P o w e r A n g le (d e g r e e s ) Σχήμα 6.25 : Μεταβολή ισχύος και ακτινοβολίας συναρτήσει της γωνίας κλίσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας. Η θερμοκρασία κυττάρου είναι για τις 10 μοίρες 21.4ο C, για τις 30 μοίρες 24.8ο C, για τις 38 μοίρες 31.8ο C, για τις 45 μοίρες 30ο C, για τις 60 μοίρες 32.2ο C και για τις 80 μοίρες 26ο C. Γενικά, με αύξηση της ακτινοβολίας έχουμε και αύξηση της μέγιστης ισχύος και ανάλογα και με τη μείωσή της. Μοναδική εξαίρεση στο σχήμα 6.25 αποτελεί η μετάβαση από τις 30 μοίρες στις 38, καθώς ενώ έχουμε αύξηση της ακτινοβολίας μειώνεται η παραγόμενη ισχύς. Το φαινόμενο αυτό παρατηρείται εξαιτίας της αύξησης της θερμοκρασίας κατά 7 0C που επηρεάζουν την απόδοση και κατ' επέκταση την ισχύ αιχμής. Το μέγιστο αντιστοιχεί στις 60 μοίρες η οποία είναι και η βέλτιστη κλίση. Το συμπέρασμα στο οποίο καταλήγουμε είναι λογικό, γιατί εξαιτίας της θέσης του ήλιου που κινείται χαμηλά στον ορίζοντα το φωτοβολταϊκό πλαίσιο λειτουργεί καλύτερα τοποθετημένο σε μεγάλες γωνίες. Αντίστοιχα με την προηγούμενη περίπτωση θα υπολογίσουμε την ισχύ που παρέχει το φωτοβολταϊκό πλαίσιο σε συνάρτηση με την τάση στα άκρα του, για τη βέλτιστη κλίση και για την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας. Κεφάλαιο 6

113 103 Pow er P o w e r (W ) V o lta g e (V ) Σχήμα 6.26: Μεταβολή ισχύος συναρτήσει της τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου), για τη βέλτιστη κλίση τοποθέτησης (60ο) και για την ώρα μέγιστης ηλιοφάνειας (10:00). Για τη βέλτιστη γωνία τώρα θα υπολογίσουμε το συντελεστή ποιότητας και την απόδοση για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Συντελεστής ποιότητας ff ΦΒ πλαισίου σε συννεφιασμένη χειμωνιάτικη ημέρα Θα υπολογίσουμε το συντελεστή ποιότητας για συννεφιασμένη ημέρα του χειμώνα χρησιμοποιώντας τον τύπο 6.2. Στον πίνακα 6.8 παραθέτονται οι τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης και της τάσης ανοιχτού κυκλώματος για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο, που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του συντελεστή ποιότητας. Κεφάλαιο 6

114 104 Πίνακας 6.8 : Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης, της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και ο συντελεστής ποιότητας για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο στις 20 Ιανουαρίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) 10:00 12:45 14:45 Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) Ρεύμα βραχυκύκλωσης Isc (A) Τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc (V) ff Απόδοση ΦΒ πλαισίου σε συννεφιασμένη χειμωνιάτικη ημέρα Τα σημεία μέγιστης ισχύος σημειώνονται στον πίνακα 6.9 μαζί με το ποσοστό της απόδοσης που υπολογίζονται από τον τύπο 6.3. Πίνακας 6.9 : Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος και της απόδοσης για γωνία κλίσης πλαισίου 60ο στις 20 Ιανουαρίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) 10:00 12:45 14:45 Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) Θερμοκρασία κυττάρου 0C Θερμοκρασία πίσω C Απόδοση η% Δύο από τις αποδόσεις που υπολογίσαμε ξεπερνούν κατά πολύ το βαθμό απόδοσης του κατασκευαστή, επειδή τω φωτοβολταϊκό πλαίσιο λειτουργεί σε πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία απ' αυτή των πρότυπων συνθηκών (STC). Για τον ίδιο λόγο που υπήρχε η απόκλιση στο συντελεστή ποιότητας που υπολογίσαμε πιο πάνω, εμφανίζονται οι αποκλίσεις και στο βαθμό απόδοσης. Κεφάλαιο 6

115 Άνοιξη Η διάρκεια της άνοιξης κατά την οποία έγιναν οι μετρήσεις αυτές κυμαίνεται μεταξύ και 10ης με 22ης εβδομάδας του α). Ηλιόλουστη ημέρα άνοιξης Για κάθε ώρα διεξαγωγής των μετρήσεων βρίσκουμε τη μέγιστη ισχύ για κάθε γωνία και κατασκευάζουμε το διάγραμμα μέγιστης ισχύος συναρτήσει των ωρών P ( h) που ακολουθεί (σχήμα 6.27) P o w e r (W ) 60 d egrees d egrees d egrees d egrees d egrees d egrees H o u r s (h ) Σχήμα 6.27 : Ημερήσια καμπύλη ισχύος για ανοιξιάτικες διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. μέρες (8 Απριλίου), για Από την παραπάνω γραφική παράσταση βλέπουμε πως τη μέγιστη Κεφάλαιο 6

116 106 παραγωγή ισχύος την έχουμε κάπου ανάμεσα στις 30 και στις 38 μοίρες, σε αντίθεση με το φθινόπωρο και το χειμώνα όπου μεγαλύτερη ισχύ είχαμε στις 60 μοίρες, όπου και ήταν μεγαλύτερη η ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Αυτό το αποτέλεσμα είναι αναμενόμενο αφού πλέον ο ήλιος βρίσκεται σε υψηλότερο επίπεδο απ' ότι το χειμώνα και το πλαίσιο αποδίδει περισσότερο σε χαμηλότερες γωνίες κλίσης. Πιο κάτω παραθέτονται οι χαρακτηριστικές καμπύλες ρεύματος τάσης για τις 30 μοίρες (σχήμα 6.28) και για τις 38 (σχήμα 6.29) απ' όπου διαπιστώνουμε ότι πετυχαίνουμε μεγαλύτερη ακτινοβολία για τις 38 μοίρες, που αντιστοιχούν και στο γεωγραφικό πλάτος του τόπου στον οποίο διεξάγονται οι μετρήσεις, καθώς επίσης και το διάγραμμα μεταβολής της ισχύος και της ακτινοβολίας συναρτήσει της γωνίας για την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας (σχήμα 6.30). 0 9 : : : : > W /m 2 --> W /m 2 --> W /m 2 --> W /m C u r r e n t (A ) V o lta g e (V ) Σχήμα 6.28:Τυπική ημερήσια καμπύλη ρεύματος τάσης για ανοιξιάτικες ημέρες (8 Απριλίου) και για γωνία κλίσης 30 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 9: ο C, για τις 10:00 28ο C, για τις 11: ο C και για τη 13: ο C. Κεφάλαιο 6

117 : : : : >2 3 8 W /m 2 --> W /m 2 --> W /m 2 --> W /m C u r r e n t (A ) V o lta g e (V ) Σχήμα 6.29 :Τυπική ημερήσια καμπύλη ρεύματος τάσης για ανοιξιάτικες ημέρες (8 Απριλίου) και για γωνία κλίσης 38 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 9: ο C, για τις 10: ο C, για τις 11: ο C και για τη 13: ο C. R a d ia t io n Po w er P o w e r (W ) R a d ia t io n (W /m ) A n g le (d e g r e e s ) Σχήμα 6.30 : Μεταβολή μέγιστης ισχύος και ακτινοβολίας συναρτήσει της γωνίας κλίσης για ανοιξιάτικες ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (8 Απριλίου). Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για γωνία κλίσης του πλαισίου 10ο 42.5ο C, για 30ο 42.3ο C, για 38ο 43.4ο C, για 45ο 43.3ο C, για 60ο 43ο C και για 80ο 39.1ο C. Κεφάλαιο 6

118 108 Θα υπολογίσουμε το συντελεστή ποιότητας και την απόδοση και για τις δύο γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου, 30 και 38 μοίρες. Συντελεστής ποιότητας ff για κλίση ΦΒ πλαισίου 30 μοιρών για ανοιξιάτικη ημέρα Για τον υπολογισμό του συντελεστή ποιότητας για την άνοιξη χρησιμοποιούμε το τύπο 6.2. Πίνακας 6.10: Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης, της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και του συντελεστή ποιότητας για γωνία κλίσης πλαισίου 30ο στις 8 Απριλίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) Ρεύμα βραχυκύκλωσης Isc (A) 9:00 10:0 11:45 13: Τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc (V) ff Απόδοση για κλίση ΦΒ πλαισίου 30 μοιρών για ανοιξιάτικη ημέρα Τα σημεία μέγιστης ισχύος σημειώνονται στον πίνακα 6.11 μαζί με το ποσοστό της απόδοσης. Επιπλέον σημειώνονται και οι θερμοκρασίες πάνω στο κύτταρο και πίσω από αυτό, ώστε να δούμε καθαρά το γεγονός ότι η αύξηση της θερμοκρασίας επηρεάζει αρνητικά το βαθμό απόδοσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. Κεφάλαιο 6

119 109 Πίνακας 6.11: Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος και της απόδοσης για γωνία κλίσης πλαισίου 30ο στις 8 Απριλίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) 9:00 Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) 10:00 11:45 13: Θερμοκρασία κυττάρου 0C Θερμοκρασία πίσω επιφάνειας 0C Απόδοση η% Συντελεστής ποιότητας ff για κλίση ΦΒ πλαισίου 38 μοιρών για ανοιξιάτικη ημέρα Θα υπολογίσουμε το συντελεστή ποιότητας για την άνοιξη και για κλίση ίση με το γεωγραφικό πλάτος (38 μοίρες). Πίνακας 6.12: Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης, της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και του συντελεστής ποιότητας για γωνία κλίσης πλαισίου 38 ο στις 8 Απριλίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) Ρεύμα βραχυκύκλωσης Isc (A) 9:00 10:00 11: Τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc (V) ff 13: Απόδοση για κλίση ΦΒ πλαισίου 38 μοιρών για ανοιξιάτικη ημέρα Τα σημεία μέγιστης ισχύος σημειώνονται στον παρακάτω πίνακα μαζί με το Κεφάλαιο 6

120 110 ποσοστό της απόδοσης. Πίνακας 6.13: Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος και της απόδοσης για γωνία κλίσης πλαισίου 38ο στις 8 Απριλίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) 9:00 10:00 11: : Θερμοκρασία κυττάρου 0C Θερμοκρασία πίσω επιφάνειας 0C Απόδοση η% Καλοκαίρι Η διάρκεια του καλοκαιριού κατά την οποία έγιναν οι μετρήσεις αυτές κυμαίνεται μεταξύ 23ης και 35ης εβδομάδας του Οι μετρήσεις του καλοκαιριού πραγματοποιήθηκαν με φωτοβολταϊκό πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου 85W (Conergy Q 8MI) αλλά λόγω ατυχών συνθηκών δεν ήταν δυνατή η πραγματοποίηση περισσότερων μετρήσεων ώστε να έχουμε ολοκληρωμένα αποτελέσματα. Στο σχήμα 6.31 απεικονίζεται η χαρακτηριστική ρεύματος τάσης για τις 38 μοίρες και στο σχήμα 6.32 η αντίστοιχη P-V για ώρα κοντά στο ηλιακό μεσημέρι. Κεφάλαιο 6

121 :1 5 --> W /m 2 4,0 3,5 C u r r e n t (A ) 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, V o lt a g e (V ) Σχήμα 6.31 :Τυπική ημερήσια καμπύλη ρεύματος τάσης για καλοκαιρινές ημέρες (21 Ιουλίου) και για γωνία κλίσης 38 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι 43ο C. Pow er P o w e r (W ) V o lta g e (V ) Σχήμα 6.32 : Μεταβολή ισχύος συναρτήσει της τάσης για καλοκαιρινές ημέρες (21 Ιουλίου), για τη βέλτιστη κλίση τοποθέτησης (38ο) για τις (11:15 h). Κεφάλαιο 6

122 112 Συντελεστής ποιότητας ff ΦΒ πλαισίου για τις 38 μοίρες για καλοκαιρινή ημέρα Βάσει του τύπου 6.2 και χρησιμοποιώντας τα τεχνικά χαρακτηριστικά που δίνει ο κατασκευαστής για το συγκεκριμένο φωτοβολταϊκό πλαίσιο υπολογίζουμε την τιμή του συντελεστή ποιότητας ίση με Πίνακας 6.14: Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος, του ρεύματος βραχυκύκλωσης, της τάσης ανοιχτού κυκλώματος και του συντελεστής ποιότητας για γωνία κλίσης πλαισίου 38 ο στις 21 Ιουλίου. Ώρα (h) 11:15 Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) Ρεύμα βραχυκύκλωσης Isc (A) Τάση ανοιχτού κυκλώματος Voc (V) ff Απόδοση για κλίση ΦΒ πλαισίου 38 μοιρών για καλοκαιρινή ημέρα Το φωτοβολταϊκό πλαίσιο που χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού έχει βαθμό απόδοσης 13.14%. Τα σημεία μέγιστης ισχύος σημειώνονται στον πίνακα 6.15 μαζί με το ποσοστό της απόδοσης. Παρατηρούμε ότι ο βαθμός απόδοσης το καλοκαίρι, είναι μειωμένος σε σχέση με την ονομαστική του τιμή. Αυτό κυρίως οφείλεται στο γεγονός ότι κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, που η πυκνότητα της ηλιακής ακτινοβολίας είναι αυξημένη, προκαλείται παράλληλα αύξηση της θερμοκρασίας του κυττάρου που έχει αρνητική επίδραση στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού πλαισίου, με αποτέλεσμα να μειώνεται ο βαθμός απόδοσης του. Κεφάλαιο 6

123 113 Πίνακας 6.15: Τιμές του σημείου μέγιστης ισχύος και της απόδοσης για γωνία κλίσης πλαισίου 38ο στις 8 Απριλίου και για διαφορετικές ώρες της ημέρας. Ώρα (h) 11:15 Τιμή Μέγιστης Ισχύος (W) Θερμοκρασία κυττάρου 0C 48 Θερμοκρασία πίσω επιφάνειας 0C 43 Απόδοση η% Επειδή το φωτοβολταϊκό πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου που χρησιμοποιήθηκε το καλοκαίρι είχε διαφορετικά τεχνικά χαρακτηριστικά από το πλαίσιο που χρησιμοποιήθηκε το υπόλοιπο διάστημα, δεν μπορούμε να έχουμε σαφή συμπεράσματα για το πως αυτό συμπεριφέρεται το καλοκαίρι Υπολογισμός βέλτιστης κλίσης λειτουργίας μετά την επεξεργασία των πειραματικών μετρήσεων Στις συνηθισμένες περιπτώσεις τα φωτοβολταϊκά πλαίσια τοποθετούνται σε σταθερή κλίση που επιλέγεται έτσι ώστε η γωνία πρόσπτωσης της ηλιακής ακτινοβολίας (γωνία ηλιακών ακτίνων με το ζενίθ) να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη κατά τη διάρκεια του έτους. Στο Βόρειο ημισφαίριο, στο οποίο βρίσκεται και η Ελλάδα, η βέλτιστη κλίση του συλλέκτη, για τη διάρκεια ολόκληρου του έτους, είναι ίση με το γεωγραφικό πλάτος του τόπου. Αλλά λόγω της μεταβολής της απόκλισης του ήλιου στη διάρκεια του έτους, η βέλτιστη κλίση του συλλέκτη είναι διαφορετική για κάθε εποχή. Ωστόσο, υπάρχουν και εφαρμογές, όπου κρίνεται σκόπιμη η αναπροσαρμογή της κλίσης του συλλέκτη δύο ή περισσότερες φορές στη διάρκεια του έτους, ώστε να Κεφάλαιο 6

124 114 παρακολουθεί κάπως την απόκλιση του ήλιου [9]. Κατά την επεξεργασία των πειραματικών μετρήσεων καταλήξαμε στη βέλτιστη γωνία τοποθέτησης των πλαισίων ανά εποχή. Αν επιδιώκεται να παράγει το πλαίσιο όσο το δυνατόν περισσότερη ενέργεια στη διάρκεια του φθινοπώρου και του χειμώνα η κλίση του πλαισίου επιλέγεται στις 60 μοίρες, ενώ για την άνοιξη και το καλοκαίρι η κλίση επιλέγεται στις 38. Ωστόσο, οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν για έξι διαφορετικές γωνίες (10, 30, 38, 45, 60 και 80 μοίρες) και μπορεί η ιδανικά βέλτιστη κλίση να βρίσκεται κάπου μεταξύ των παραπάνω γωνιών. Επειδή ουσιαστικά καταλήξαμε σε δύο βέλτιστες γωνίες καθ' όλη τη διάρκεια του έτους, η περαιτέρω ανάλυση και σύγκριση των αποτελεσμάτων, θα πραγματοποιηθεί ανάμεσα σε χειμώνα, καλοκαίρι και των στοιχείων που δίνονται απ' τον κατασκευαστή Διαφορές στη λειτουργία του φωτοβολταϊκού πλαισίου τη χειμερινή από τη θερινή περίοδο Μέχρι τώρα παρουσιάστηκαν τα γενικά αποτελέσματα των μετρήσεων και καταλήξαμε σε δύο βέλτιστες κλίσεις ανά έτος (60ο για φθινόπωρο και χειμώνα και 38ο για άνοιξη και καλοκαίρι). Στο γράφημα του σχήματος 6.33 παρίσταται η μέση μέγιστη ισχύς για κάθε ώρα κατά τη διάρκεια της ημέρας, για τη χειμερινή και τη θερινή περίοδο, για τη βέλτιστη κλίση κάθε εποχής. Βλέπουμε ξεκάθαρα ότι η καμπύλη που αντιστοιχεί στο θέρος περιέχει ουσιαστικά την αντίστοιχη της χειμερινής περιόδου, κάτι που είναι λογικό, αφού τη θερινή περίοδο έχουμε μεγαλύτερη παραγωγή ισχύος απ' ότι τη χειμερινή, λόγω των καιρικών συνθηκών που επικρατούν και της έντονης ηλιακής ακτινοβολίας. Επιπλέον η γραφική της χειμερινής περιόδου μηδενίζεται πιο γρήγορα απ' αυτήν της θερινής, εξαιτίας της μικρότερης διάρκειας της ημέρας. Τέλος, παρατηρείται μια διαφορά στη μέγιστη μέση ισχύ των δύο περιόδων, επειδή τη θερινή περίοδο Κεφάλαιο 6

125 115 έχουμε πιο έντονη ηλιακή ακτινοβολία, χωρίς όμως να καταφέρνουμε ούτε τότε να προσεγγίσουμε την ονομαστική τιμή που έχει επιτευχθεί εργαστηριακά (80W), λόγω αυξημένης θερμοκρασίας κυττάρου που μειώνει την ικανότητα μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρική. Όσο για τη χειμερινή περίοδο, αν και έχουμε χαμηλότερες θερμοκρασίες κυττάρου συγκριτικά με τη θερινή, οι ώρες ηλιοφάνειας είναι λιγότερες, με αποτέλεσμα να μην παράγεται η ονομαστική ισχύς του φωτοβολταϊκού πλαισίου. W in tr y p e r io d A e s tiv a l p e r io d P e a k P o w e r (W p ) H o u r s (h ) Σχήμα 6.33 : Σύγκριση μέσης καμπύλης ισχύος για θερινή και χειμερινή περίοδο φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Υπολογίζοντας τη μέση ισχύ που παρέχει το φωτοβολταϊκό πλαίσιο χειμώνα και καλοκαίρι σε αντίσταση R σε συνάρτηση με την τάση στα άκρα του φωτοβολταϊκού πλαισίου, κατασκευάζουμε το γράφημά της σε συνάρτηση με την τάση (σχήμα 6.34). Από αυτό μπορούμε να βρούμε μια μέση ετήσια τιμή της παρεχόμενης ισχύος για το φωτοβολταϊκό πλαίσιο του μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Κεφάλαιο 6

126 A v e r a g e W in t e r A v era ge S um m er A v e r a g e A n n u a lly P o w e r A v e r a g e A n n u a lly P o w e r 70 P o w e r (W ) V o lt a g e (V ) Σχήμα 6.34 : Μέση παρεχόμενη ισχύς P του φωτοβολταϊκού πλαισίου ως συνάρτηση της τάσης V για χειμερινή και θερινή περίοδο, καθώς και μέση ετήσια ισχύς. Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τον ήλιο είναι εξαιρετικά προβλέψιμη. Αυτό ωστόσο που μας ενδιαφέρει, είναι πόσες κιλοβατώρες (kwh) θα μας δώσει το πλαίσιό μας σε ετήσια βάση. Έχοντας βρει πιο πάνω τη μέση ημερήσια μέγιστη ισχύ για τη χειμερινή και τη θερινή περίοδο (σχήμα 6.33), μπορούμε να προχωρήσουμε στον υπολογισμό της ετήσιας παραγωγής ενός φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου 80 W εγκατεστημένο στην Πάτρα με τη μέθοδο των τραπεζίων. Από τις πειραματικές μετρήσεις υπολογίζεται λοιπόν η μέση ημερήσια παραγόμενη ενέργεια: Μέση ημερήσια παραγόμενη ενέργεια για χειμερινή περίοδο= Wh/day Η χειμερινή περίοδος έχει διάρκεια 181 ημέρες (Σεπτέμβριος-Φεβρουάριος), άρα Κεφάλαιο 6

127 117 προκύπτει: Μέση παραγόμενη ενέργεια κατά τη χειμερινή περίοδο, Wh/day*181 days= kwh Μέση ημερήσια παραγόμενη ενέργεια για θερινή περίοδο Wh/day Η θερινή περίοδος έχει διάρκεια 184 ημέρες (Μάρτιος-Αύγουστος), άρα προκύπτει: Wh/day*184 days= kwh Άρα η ετήσια παραγόμενη ενέργεια στην έξοδο του πλαισίου είναι: kwh kwh= kwh/έτος. Η ετήσια παραγόμενη ενέργεια ανά τετραγωνικό μέτρο (kwh/m2) είναι: 171/ kwh/m2 Η ετήσια παραγόμενη ενέργεια ανάγεται στη συνέχεια σε kwh/έτος/kwp: 171/0.08= kwh/έτος/kwp Αυτή η τιμή αντιπροσωπεύει την παραγωγή ενέργειας του πλαισίου που μελετάμε για το έτος στη διάρκεια του οποίου πραγματοποιήθηκαν οι μετρήσεις, και αντίστοιχοι υπολογισμοί σε κάποια άλλη χρονιά ίσως θα κατέληγαν σε διαφορετικά αποτελέσματα. Στη συνέχεια κάνουμε έναν θεωρητικό υπολογισμό [19] για τη μέση παραγόμενη ενέργεια για τη χειμερινή και τη θερινή περίοδο όπου χρησιμοποιούνται δεδομένα για τη συνολική μηνιαία ακτινοβολία (kwh/m2) για την Πάτρα, σε επίπεδο με κλίση 60ο και 38ο αντίστοιχα και προσανατολισμό προς το Νότο [9]. Κεφάλαιο 6

128 118 Κατά τον θεωρητικό υπολογισμό, προκύπτει ότι για τη χειμερινή περίοδο η παραγόμενη ενέργεια είναι kwh και για τη θερινή 75.8 kwh. Η παρατηρούμενη διαφορά μεταξύ των πειραματικών και των θεωρητικών υπολογισμών της παραγόμενης ενέργειας ανά περίοδο, οφείλεται στο γεγονός ότι η συνολική ηλιακή ακτινοβολία που χρησιμοποιήθηκε θεωρητικά, αποκλίνει από τις αντίστοιχες τιμές που σημειώθηκαν πειραματικά. Συγκεκριμένα, πειραματικά έχουμε για τη χειμερινή περίοδο kwh/m 2 και για τη θερινή kwh/m2, που αντιστοιχούν σε kwh ετήσιας παραγόμενης ενέργειας Αποκλίσεις των μετρήσεων από τις τιμές υπό STC Θέλοντας να εξακριβώσουμε κατά πόσο μπορεί να προσεγγιστεί η χαρακτηριστική ρεύματος τάσης σε πρότυπες συνθήκες λειτουργίας, επιλέγουμε από τις μετρήσεις που έχουμε κάνει αυτές που αποκλίνουν όσο το δυνατόν λιγότερο από τις πρότυπες συνθήκες λειτουργίας. Η μέτρηση που προσεγγίζει περισσότερο τη λειτουργία σύμφωνα με τα τεχνικά χαρακτηριστικά πραγματοποιήθηκε υπό θερμοκρασία κυττάρου C και ακτινοβολία W/m2. Στο σχήμα 6.35 παρουσιάζονται στο ίδιο γράφημα οι χαρακτηριστικές καμπύλες I-V των πειραματικών και εργαστηριακών συνθηκών. Συγκρίνοντας τις δύο καμπύλες παρατηρούμε πως η τιμή της τάσης ανοικτού κυκλώματος είναι μειωμένη σε σχέση με αυτή που αναφέρεται στα τεχνικά χαρακτηριστικά του φωτοβολταϊκού πλαισίου από τον κατασκευαστή. Αυτή η μείωση οφείλεται στο γεγονός ότι η θερμοκρασία του κυττάρου στην πειραματική μέτρηση ήταν μεγαλύτερη από αυτή στις Πρότυπες Συνθήκες Αναφοράς. Όσο για την τιμή του ρεύματος βραχυκύκλωσης, σημειώνει μια μικρή αύξηση σε σχέση με την ονομαστική του τιμή. Η μειωμένη τιμή της τάσης είναι αρκετή ώστε η τιμή της παραγόμενης ηλεκτρικής ισχύος που δύναται να παράξει το φωτοβολταϊκό Κεφάλαιο 6

129 119 πλαίσιο να είναι επίσης μειωμένη. Ενώ η ονομαστική τιμή ισχύος αναφέρεται στα 80W υπό πραγματικές συνθήκες σημειώνεται στα W. L a b o r a to r ia l E x p e r im e n ta l M e a s u r e m e n t s 6 5 C u r r e n t (A ) V o lt a g e (V ) Σχήμα 6.35 : Χαρακτηριστική καμπύλη I-V του φωτοβολταϊκού πλαισίου σε STC όπως δίνεται απ' τον κατασκευαστή και αντίστοιχη πειραματική καμπύλη που προσέγγιζε περισσότερο τις Πρότυπες Συνθήκες Αναφοράς. Ενώ ο συντελεστής απόδοσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου που δίνει ο κατασκευαστής είναι 12.4% πειραματικά, κάτω από συνθήκες που πλησιάζουν τις πρότυπες συνθήκες αναφοράς υπολογίζεται 12.6%. Είναι δύσκολο, υπό πραγματικές συνθήκες να πετύχουμε τις Πρότυπες Συνθήκες Αναφοράς. Ακόμα και οι περιβαλλοντικές συνθήκες κάτω από τις οποίες πραγματοποιήθηκε η μέτρηση που χρησιμοποιήσαμε για τη σύγκριση αυτή, σπάνια συμβαίνει Εξάρτηση του συντελεστή ποιότητας του φωτοβολταϊκού πλαισίου από την ακτινοβολία και τη θερμοκρασία Οι τιμές που παίρνει ο συντελεστής ποιότητας εξαρτώνται από το υλικό του Κεφάλαιο 6

130 120 φωτοβολταϊκού πλαισίου και από τις συνθήκες που επικρατούν. Η μεταβολή της θερμοκρασίας επηρεάζει τις τιμές του ρεύματος (μέγιστου και βραχυκυκλώσεως) και της τάσης (μέγιστης και ανοιχτού κυκλώματος) και έχει ως επακόλουθο την αλλαγή του παράγοντα πλήρωσης (τύπος 6.2). Η εξάρτηση του fill factor από τη θερμοκρασία είναι σχεδόν γραμμική (όπως και της απόδοσης) και μειώνεται με αύξηση της θερμοκρασίας [20]. Ωστόσο η εξάρτηση του από την ακτινοβολία δεν είναι τόσο εμφανής αφού δεν έχει μια ενιαία συμπεριφορά. Για να μπορέσουμε να βγάλουμε πιο ξεκάθαρα συμπεράσματα προσπαθήσαμε να διατηρήσουμε τη θερμοκρασία σταθερή στους C με μια απόκλιση ± 20 C. ff 0,7 5 0,7 0 0,6 5 ff 0,6 0 0,5 5 0,5 0 0,4 5 0, R a d ia t io n (W /m ) Σχήμα 6.36: Εξάρτηση του συντελεστή ποιότητας φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου από την ακτινοβολία υπό σταθερή θερμοκρασία. Για ακτινοβολίες μέχρι τα 800W/m2 περίπου, υπάρχει αύξηση του συντελεστή ποιότητας με γρήγορο ρυθμό στην αρχή και μικρότερο στη συνέχεια και μετά από αυτήν, μειώνεται ελαφρώς. Κεφάλαιο 6

131 Επίδραση της ακτινοβολίας και της θερμοκρασίας στην απόδοση ΦΒ πλαισίου Στην περίπτωση των φωτοβολταϊκών πλαισίων η απόδοση εκφράζεται από το πηλίκο της παραγόμενης ηλεκτρικής ισχύος, προς το γινόμενο της ενεργού επιφάνειας με την προσπίπτουσα σε αυτή ηλιακή ακτινοβολία. Η απόδοση εξαρτάται από τον χρησιμοποιούμενο ημιαγωγό, την ακτινοβολία και τη θερμοκρασία. Ενώ η εξάρτηση της απόδοσης από την ακτινοβολία είναι εμφανής (τύπος 6.3) η επίδραση της θερμοκρασίας στο συντελεστή απόδοσης δεν είναι τόσο ξεκάθαρη. Ουσιαστικά η θερμοκρασία επηρεάζει την απόδοση μέσω του Pmax. Η μέγιστη ισχύς αυξάνεται μέχρι κάποιο μέγιστο, περίπου στους C και έπειτα μειώνεται σχεδόν γραμμικά [20, 21]. Για το γράφημα του σχήματος 6.37 ενδεικτικά επελέγησαν κάποιες μετρήσεις ώστε να αναπαρασταθεί η εξάρτηση του συντελεστή απόδοσης από τη θερμοκρασία και την ακτινοβολία, χωρίς οι μεταβολές αυτές της απόδοσης να είναι αντιπροσωπευτικές της λειτουργίας του φωτοβολταϊκού πλαισίου. R a d ia t io n T e m p e ra t u re c 2 d b a T e m p e ra tu re ( C ) R a d i a t i o n (W /m ) E f f ic ie n c y (% ) Σχήμα 6.37: Απεικόνιση της εξάρτησης της απόδοσης από την ακτινοβολία που προσπίπτει στο φωτοβολταϊκό πλαίσιο και από τη θερμοκρασία του κυττάρου του. Κεφάλαιο 6

132 122 Από αυτό διαπιστώνουμε ότι για σταθερή θερμοκρασία και αύξηση της ακτινοβολίας (μετάβαση από το σημείο 1 στο 2 για τη θερμοκρασία και από το a στο b για την ακτινοβολία) αυξάνεται σημαντικά η απόδοση (περίπου 10% αύξηση του βαθμού απόδοσης). Από το σημείο 2 στο 3 και αντίστοιχα από το b στο c, αυξάνονται και τα δύο μεγέθη με αποτέλεσμα ναι μεν να έχουμε αύξηση της απόδοσης (αύξηση 3.3%), αλλά σε μικρότερο βαθμό απ' ότι πριν. Από το σημείο 3 στο 4 και αντίστοιχα από το c στο d, παρατηρείται μικρή αύξηση της θερμοκρασίας με ταυτόχρονη πτώση της ακτινοβολίας που οδηγεί σε μηδαμινή αύξηση της απόδοσης. Για να ελέγξουμε τι συμβαίνει με την απόδοση στα υπόλοιπα σημεία, επειδή είναι πολύ κοντά το ένα στο άλλο, θα τα παραστήσουμε ξεχωριστά (σχήμα 6.38). R a d ia t io n T e m p e ra t u re e 38 d g f 1 2,4 1 2,6 1 2,8 1 3, , T e m p e ra tu re ( C ) R a d i a t i o n (W /m ) ,4 1 3,6 1 3,8 22 E f f ic ie n c y (% ) Σχήμα 6.38: Διευκρίνηση κάποιων σημείων του Σχήματος Από το σημείο 4 στο 5 και αντίστοιχα από το d στο e έχουμε πολύ μικρή αύξηση της απόδοσης, εξαιτίας της απότομη ανόδου της θερμοκρασίας με ελάχιστη αύξηση της ακτινοβολίας. Μείωση της ακτινοβολίας (κατά 372 W/m2), Κεφάλαιο 6

133 123 με αντίστοιχη μείωση της θερμοκρασίας (κατά 15.4ο C) μπορεί να επιδράσει θετικά (αύξηση 4.76%) στην απόδοση του φωτοβολταϊκού πλαισίου (από το 5 στο 6 και από το e στο f). Τέλος, αύξηση της απόδοσης παρατηρείται και για μείωση της θερμοκρασίας με ταυτόχρονη αύξηση της ακτινοβολίας ( 6 7 και από f g). Κεφάλαιο 6

134 124 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Κεφάλαιο 7

135 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας μελετήθηκαν οι διαφορετικές μορφές που παίρνει η χαρακτηριστική καμπύλη ρεύματος τάσης ανάλογα με τις επικρατούσες περιβαλλοντικές συνθήκες και τη γωνία κλίσης, καθώς και η παραγόμενη ηλεκτρική ισχύς, ο συντελεστής ποιότητας και η απόδοση φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Από το πειραματικό μέρος διαπιστώσαμε την επίδραση της ακτινοβολίας, της κλίσης, της θερμοκρασίας και της μερικής σκίασης του φωτοβολταϊκού πλαισίου στην απόδοση του. Ύστερα από ένα μεγάλο πλήθος μετρήσεων υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας, και για έξι διαφορετικές τυπικές γωνίες τοποθέτησης των πλαισίων, (10, 30, 38 45, 60 και 80 μοίρες) καταλήξαμε σε ρυθμιζόμενη κλίση δύο θέσεων ετησίως. Για τη θερινή περίοδο βέλτιστη κλίση, από τις γωνίες που παίρναμε μετρήσεις, ήταν οι 38ο και αντίστοιχα για τη χειμερινή περίοδο βέλτιστη κλίση ήταν οι 60ο. Η απόδοση του φωτοβολταϊκού πλαισίου επηρεαζόταν πολύ από τη φυσική σκίαση ακόμα και αν μονάχα το 1/3 της επιφάνειας του (12 κύτταρα) σκιαζόταν. Η μέγιστη παραγόμενη ηλεκτρική ισχύς στην περίπτωση της σκίαση για μια τυπική ηλιόλουστη μέρα, την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας και για τη βέλτιστη κλίση τοποθέτησης, μειωνόταν περίπου κατά 88% συγκρινόμενη με την αντίστοιχη όταν το πλαίσιο δε σκιαζόταν. Αυτό αποδεικνύει πόσο σημαντικό ρόλο παίζει η εξασφάλιση του ανοιχτού ορίζοντα κατά την τοποθέτηση φωτοβολταϊκών πλαισίων μονοκρυσταλλικού πυριτίου ώστε να μη σκιάζονται μεταξύ τους ή από παρακείμενα αντικείμενα. Επιπλέον, έχοντας υπολογίσει τη μέση μέγιστη ισχύ για κάθε ώρα κατά τη διάρκεια της ημέρας για τη χειμερινή και τη θερινή περίοδο και για τη βέλτιστη κλίση κάθε εποχής, προχωρήσαμε στον υπολογισμό της παραγόμενης ενέργειας. Για τη χειμερινή περίοδο είχαμε μέση παραγωγή kwh και για τη θερινή Κεφάλαιο 7

136 kwh, δηλαδή η ετήσια παραγόμενη ενέργεια στην έξοδο του φωτοβολταϊκού πλαισίου για το έτος ήταν περίπου 171 kwh/έτος ή ανάγοντάς το ανά εγκατεστημένο kwp 2139 σε kwh/έτος/kwp. Τέλος, διαπιστώσαμε ότι σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας αν και ήταν δύσκολο να επιτευχθεί η μέγιστη ισχύς (ισχύς αιχμής) που δίνει ο κατασκευαστής, ακόμα και όταν οι τιμές της ακτινοβολίας και της θερμοκρασίας ήταν κοντά στις πρότυπες συνθήκες ελέγχου, αρκετές φορές, υπολογίσαμε βαθμό απόδοσης ακόμη και πάνω από τον εργαστηριακά επιτευχθέντα. Οι αποκλίσεις αυτές από τα εργαστηριακά δεδομένα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο σχεδιασμό φωτοβολταϊκών συστημάτων ιδίως όταν πρόκειται για αυτόνομο σύστημα, έτσι ώστε να είναι δυνατή η κάλυψη του φορτίου του καταναλωτή σε κάθε περίπτωση. Για τη συνέχεια θα μπορούσε κανείς να συνεχίσει τη μελέτη για να προκύψει η ακριβής βέλτιστη γωνία του συλλέκτη, άρα επιβάλλεται να καταγραφούν στοιχεία σχετικά με την ολική ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει πάνω σε αυτόν, σε διάφορες γωνίες κλίσης. Στην παρούσα εργασία οι μετρήσεις ρεύματος και τάσης περιορίστηκαν σε μερικές τυποποιημένες γωνίες κλίσης. Έχοντας καταλήξει στις καλύτερες γωνίες τοποθέτησης ανά περίοδο (60ο για τη χειμερινή και 38ο για τη θερινή) από τις πειραματικές μετρήσεις, θα μπορούσε να γίνει μια διερεύνηση σε μια περιοχή τιμών κοντά στις γωνίες αυτές, ώστε να βρεθούν οι δύο βέλτιστες γωνίες για φωτοβολταϊκό πλαίσιο μονοκρυσταλλικού πυριτίου στην Πάτρα όταν έχουμε δύο κλίσεις ανά έτος. Σε επόμενο στάδιο, αφού δηλαδή θα προέκυπταν οι δύο τελικές βέλτιστες γωνίες τοποθέτησης, εμπλουτιστεί με πραγματοποιηθεί το χρησιμοποιούμενο συσσωρευτές μια και εκτενέστερη σύστημα θα μπορούσε Μετατροπέα AC μελέτη πραγματικής της (Inverter) ώστε να να λειτουργίας φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου. Σ' αυτή την μελέτη θα Κεφάλαιο 7

137 127 λαμβάνονταν υπόψη οι απώλειες στις μπαταρίες και στον Inverter όπως και ο παράγοντας γήρανσης του πλαισίου. Κάτι τέτοιο θα έδειχνε τη σταδιακή μείωση της παραγωγής ισχύος με το πέρασμα του χρόνου ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος. Παρόμοιος έλεγχος θα μπορούσε να γίνει για φωτοβολταϊκό πλαίσιο τοποθετημένο υπό βέλτιστη κλίση πάνω σε Solar Tracker στροφής γύρω από έναν άξονα. Κεφάλαιο 7

138 128 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Παράρτημα

139 129 Παράρτημα Μετρήσεων Στη συνέχεια παραθέτονται κάποιοι ενδεικτικοί πίνακες μετρήσεων που χρησιμοποιήθηκαν για να προκύψουν οι γραφικές παραστάσεις της διπλωματικής εργασίας. Πίνακας Π.1 : Τιμές για ημερήσια καμπύλη μέγιστης ισχύος για τυπικές φθινοπωρινές ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (10 Νοεμβρίου 2008), για διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. (Σχήμα 6.10) Παράρτημα

140 130 Πίνακας Π.2 : Τιμές τυπικής ημερήσιας καμπύλης ρεύματος τάσης για φθινοπωρινές ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (10 Νοεμβρίου) και για γωνία κλίσης 60 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 08: ο C, για τις 09: ο C, για τις 10: ο C, για τις 11: ο C, για τη 13: ο C, για τις 14: ο C, για τις 15:45 24ο C και για τις 16: ο C. (Σχήμα 6.11) Πίνακας Π.3 : Τιμές της χαρακτηριστικής καμπύλης ρεύματος τάσης για γωνία κλίσης 60 μοιρών στις 10 Νοεμβρίου την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας (13:00 h και W/m 2) όταν το πλαίσιο λειτουργεί κανονικά (Θερμοκρασία κυττάρου 38.9o C) και όταν σκιάζεται φυσικά (Θερμοκρασία κυττάρου 37.4o C). (Σχήμα 6.12) Παράρτημα

141 131 Πίνακας Π.4 : Ημερήσια καμπύλη μέγιστης ισχύος για τυπικές φθινοπωρινές ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Νοεμβρίου 2008), για διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. (Σχήμα 6.14) Πίνακας Π.5 : Τιμές Τυπικής ημερήσιας καμπύλης ρεύματος τάσης για φθινοπωρινές ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Νοεμβρίου) και για γωνία κλίσης 60 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 11: ο C, για τη 13: ο C, για τις 14: ο C και για τις 16: ο C. (Σχήμα 6.15) Παράρτημα

142 132 Πίνακας Π.6 : Τιμές χαρακτηριστικής καμπύλης ρεύματος τάσης για φθινοπωρινές ημέρες μικρής ηλιοφάνειας, για γωνία κλίσης 60 μοιρών στις 20 Νοεμβρίου την ώρα της μέγιστης ακτινοβολίας (13:00 h και W/m2), όταν το πλαίσιο λειτουργεί κανονικά (Θερμοκρασία κυττάρου 34.2o C) και όταν σκιάζεται φυσικά (Θερμοκρασία κυττάρου 35.3 o C). (Σχήμα 6.16) Πίνακας Π.7: Τιμές ημερήσιας καμπύλης μέγιστης ισχύος για τυπικές χειμωνιάτικες ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (8 Δεκεμβρίου), για διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. (Σχήμα 6.17) Παράρτημα

143 133 Πίνακας Π.8 :Τιμές τυπικής ημερήσιας καμπύλης ρεύματος τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (8 Δεκεμβρίου) για γωνία κλίσης 60 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 11: ο C, για τη 13: ο C, για τις 14: ο C και για τις 16: ο C. (Σχήμα 6.18) Πίνακας Π.9 : Τιμές μεταβολής μέγιστης ισχύος και ακτινοβολίας συναρτήσει της γωνίας κλίσης για χειμωνιάτικες ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (8 Δεκεμβρίου). Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για γωνία κλίσης του πλαισίου 10ο 31.2ο C, για 30ο 31.3ο C, για 38ο 32.8ο C, για 45ο 34.2ο C, για 60ο 34.5ο C και για 80ο 33.9ο C. (Σχήμα 6.19) Παράρτημα

144 134 Πίνακας Π.10 : Τιμές ημερήσιας καμπύλης μέγιστης ισχύος για τυπικές χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου), για διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. (Σχήμα 6.21) Πίνακας Π.11 : Τιμές τυπικής ημερήσιας καμπύλης ρεύματος τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου) για τις 10:00 h. Η θερμοκρασία κυττάρου είναι για τις 10 μοίρες 21.4ο C, για τις 30 μοίρες 24.8ο C, για τις 38 μοίρες 31.8ο C, για τις 45 μοίρες 30ο C, για τις 60 μοίρες 32.2ο C και για τις 80 μοίρες 26ο C. (Σχήμα 6.22) Παράρτημα

145 135 Πίνακας Π.12 : Τιμές τυπικής ημερήσιας καμπύλη ρεύματος τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου) για τις 12:45 h. Η θερμοκρασία κυττάρου είναι για τις 10 μοίρες 20.8ο C, για τις 30 μοίρες 20.5ο C, για τις 38 μοίρες 21.1ο C, για τις 45 μοίρες 19.9ο C, για τις 60 μοίρες 19.7ο C και για τις 80 μοίρες 20ο C. (Σχήμα 6.23) Πίνακας Π.13 : Τιμές τυπικής ημερήσιας καμπύλη ρεύματος τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου) για τις 14:45 h. Η θερμοκρασία κυττάρου είναι για τις 10 μοίρες 18.8ο C, για τις 30 μοίρες 18.9ο C, για τις 38 μοίρες 18.4ο C, για τις 45 μοίρες 18.6ο C, για τις 60 μοίρες 19.4ο C και για τις 80 μοίρες 19.2ο C. (Σχήμα 6.24) Παράρτημα

146 136 Πίνακας Π.14 :Τιμές μεταβολής ισχύος και ακτινοβολίας συναρτήσει της γωνίας κλίσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας. Η θερμοκρασία κυττάρου είναι για τις 10 μοίρες 21.4ο C, για τις 30 μοίρες 24.8ο C, για τις 38 μοίρες 31.8ο C, για τις 45 μοίρες 30ο C, για τις 60 μοίρες 32.2ο C και για τις 80 μοίρες 26ο C. (Σχήμα 6.25) Πίνακας Π.15 : Τιμές μεταβολής ισχύος συναρτήσει της τάσης για χειμωνιάτικες ημέρες μικρής ηλιοφάνειας (20 Ιανουαρίου), για τη βέλτιστη κλίση τοποθέτησης (60ο) και για την ώρα μέγιστης ηλιοφάνειας (10:00). (Σχήμα 6.26) Παράρτημα

147 137 Πίνακας Π.16 : Τιμές ημερήσιας καμπύλης ισχύος για ανοιξιάτικες μέρες (8 Απριλίου), για διάφορες γωνίες κλίσης του φωτοβολταϊκού πλαισίου. (Σχήμα 6.27) Πίνακας Π.17 :Τιμές τυπικής ημερήσιας καμπύλης ρεύματος τάσης για ανοιξιάτικες ημέρες (8 Απριλίου) και για γωνία κλίσης 30 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 9: ο C, για τις 10:00 28ο C, για τις 11: ο C και για τη 13: ο C. (Σχήμα 6.28) Παράρτημα

148 138 Πίνακας Π.18 : Τιμές τυπικής ημερήσιας καμπύλης ρεύματος τάσης για ανοιξιάτικες ημέρες (8 Απριλίου) και για γωνία κλίσης 38 μοιρών. Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για τις 9: ο C, για τις 10: ο C, για τις 11: ο C και για τη 13: ο C. (Σχήμα 6.29) Πίνακας Π.19 : Τιμές μεταβολής μέγιστης ισχύος και ακτινοβολίας συναρτήσει της γωνίας κλίσης για ανοιξιάτικες ημέρες μεγάλης ηλιοφάνειας (8 Απριλίου). Η θερμοκρασία του κυττάρου είναι για γωνία κλίσης του πλαισίου 10ο 42.5ο C, για 30ο 42.3ο C, για 38ο 43.4ο C, για 45ο 43.3ο C, για 60ο 43ο C και για 80ο 39.1ο C. (Σχήμα 6.30 ) Παράρτημα

149 139 Πίνακας Π.20 : Τιμές σύγκρισης μέσης καμπύλης ισχύος για θερινή και χειμερινή περίοδο φωτοβολταϊκού πλαισίου μονοκρυσταλλικού πυριτίου. (Σχήμα 6.33) Παράρτημα

150 140 Πίνακας Π.21 : Τιμή μέσης παρεχόμενης ισχύος P του φωτοβολταϊκού πλαισίου ως συνάρτηση της τάσης V για χειμερινή και θερινή περίοδο, καθώς και μέση ετήσια ισχύς. (Σχήμα 6.34) Παράρτημα

ΥΛΙΚΑ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

ΥΛΙΚΑ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΛΙΚΑ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΗΛΙΑΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ Μάθημα 2o Διδάσκων: Επ. Καθηγητής Ε. Αμανατίδης ΔΕΥΤΕΡΑ 6/3/2017 Τμήμα Χημικών Μηχανικών Πανεπιστήμιο Πατρών Περίληψη Ηλιακή

Διαβάστε περισσότερα

ΗλιακήΓεωµετρία. Γιάννης Κατσίγιαννης

ΗλιακήΓεωµετρία. Γιάννης Κατσίγιαννης ΗλιακήΓεωµετρία Γιάννης Κατσίγιαννης ΗηλιακήενέργειαστηΓη Φασµατικήκατανοµήτηςηλιακής ακτινοβολίας ΗκίνησητηςΓηςγύρωαπότονήλιο ΗκίνησητηςΓηςγύρωαπότονήλιοµπορεί να αναλυθεί σε δύο κύριες συνιστώσες: Περιφορά

Διαβάστε περισσότερα

«ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΡΙΞΗΣ»

«ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΡΙΞΗΣ» ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ «ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΣΤΗΡΙΞΗΣ» Φώτης

Διαβάστε περισσότερα

Μετεωρολογία Κλιματολογία (ΘΕΩΡΙΑ):

Μετεωρολογία Κλιματολογία (ΘΕΩΡΙΑ): Μετεωρολογία Κλιματολογία (ΘΕΩΡΙΑ): Μιχάλης Βραχνάκης Αναπληρωτής Καθηγητής ΤΕΙ Θεσσαλίας ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 6 ΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Η ΓΗ ΚΑΙ Η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ

Διαβάστε περισσότερα

Β ΑΡΣΑΚΕΙΟ ΛΥΚΕΙΟ ΨΥΧΙΚΟΥ

Β ΑΡΣΑΚΕΙΟ ΛΥΚΕΙΟ ΨΥΧΙΚΟΥ Β ΑΡΣΑΚΕΙΟ ΛΥΚΕΙΟ ΨΥΧΙΚΟΥ ΠΕΡΑΜΑΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ ΜΕ ΘΕΜΑ ΤΗ ΒΕΛΤΙΣΤΗ ΓΩΝΙΑ ΚΛΙΣΗΣ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΣΥΝΤΟΝΙΣΤΗΣ: ΚΑΛΛΗΣ ΚΩΝ/ΝΟΣ ΠΕ17. Πειραματικός προσδιορισμός της βέλτιστης γωνίας κλίσης ενός φωτοβολταϊκού

Διαβάστε περισσότερα

Φωτοβολταϊκά συστήματα και σύστημα συμψηφισμού μετρήσεων (Net metering) στην Κύπρο

Φωτοβολταϊκά συστήματα και σύστημα συμψηφισμού μετρήσεων (Net metering) στην Κύπρο Ενεργειακό Γραφείο Κυπρίων Πολιτών Φωτοβολταϊκά συστήματα και σύστημα συμψηφισμού μετρήσεων (Net metering) στην Κύπρο Βασικότερα τμήματα ενός Φ/Β συστήματος Τα φωτοβολταϊκά (Φ/Β) συστήματα μετατρέπουν

Διαβάστε περισσότερα

Ήπιες Μορφές Ενέργειας

Ήπιες Μορφές Ενέργειας Ήπιες Μορφές Ενέργειας Ενότητα 2: Ελευθέριος Αμανατίδης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών Περιεχόμενα ενότητας Ο Ήλιος ως πηγή ενέργειας Κατανομή ενέργειας στη γη Ηλιακό φάσμα και ηλιακή σταθερά

Διαβάστε περισσότερα

ΝEODΟΜI CONSTRUCTION ENERGY REAL ESTATE

ΝEODΟΜI CONSTRUCTION ENERGY REAL ESTATE ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΟΥ ΠΑΡΚΟΥ ΓΙΑ ΚΑΛΥΨΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΕ ΠΑΡΑΓΩΓΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ Π. Γκουλιάρας, Ηλεκτρολόγος μηχανικός Δ. Γκουλιάρας, Υδραυλικός Μηχανικός

Διαβάστε περισσότερα

Ηλιακήενέργεια. Ηλιακή γεωµετρία. Εργαστήριο Αιολικής Ενέργειας Τ.Ε.Ι. Κρήτης. ηµήτρης Αλ. Κατσαπρακάκης

Ηλιακήενέργεια. Ηλιακή γεωµετρία. Εργαστήριο Αιολικής Ενέργειας Τ.Ε.Ι. Κρήτης. ηµήτρης Αλ. Κατσαπρακάκης Ηλιακήενέργεια Ηλιακή γεωµετρία Εργαστήριο Αιολικής Ενέργειας Τ.Ε.Ι. Κρήτης ηµήτρης Αλ. Κατσαπρακάκης Ηλιακήγεωµετρία Ηλιακήγεωµετρία Η Ηλιακή Γεωµετρία αναφέρεται στη µελέτη της θέσης του ήλιου σε σχέση

Διαβάστε περισσότερα

Ειδικά κεφάλαια παραγωγής ενέργειας

Ειδικά κεφάλαια παραγωγής ενέργειας Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Ειδικά κεφάλαια παραγωγής ενέργειας Ενότητα 3 (β): Μη Συμβατικές Πηγές Ενέργειας Αν. Καθηγητής Γεώργιος Μαρνέλλος (Γραφείο 208) Τηλ.: 24610 56690,

Διαβάστε περισσότερα

ΗΛΙΑΚΗ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ Δ. Κουζούδης Πανεπιστήμιο Πατρών

ΗΛΙΑΚΗ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ Δ. Κουζούδης Πανεπιστήμιο Πατρών ΗΛΙΑΚΗ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑ Δ. Κουζούδης Πανεπιστήμιο Πατρών Συντεταγμένες του τόπου (γεωγραφικό μήκος και πλάτος) Π.χ. το Google Maps δίνει για το Παν. Πατρών 38.3, 21.8. Προσοχή, το πρώτο είναι το γεωγραφικό πλάτος

Διαβάστε περισσότερα

1. ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

1. ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 1. ΠΗΓΕΣ ΚΑΙ ΜΟΡΦΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η ενέργεια είναι κύρια ιδιότητα της ύλης που εκδηλώνεται με διάφορες μορφές (κίνηση, θερμότητα, ηλεκτρισμός, φως, κλπ.) και γίνεται αντιληπτή (α) όταν μεταφέρεται

Διαβάστε περισσότερα

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΗΛΙΑΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΤΗΝ ΚΡΗΤΗ

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΗΛΙΑΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΤΗΝ ΚΡΗΤΗ ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ-ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2006 ΤΕΧΝΙΚΑ ΧΡΟΝΙΚΑ 1 ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΗΛΙΑΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΣΤΗΝ ΚΡΗΤΗ Γ. ΖΗΔΙΑΝΑΚΗΣ, Μ. ΛΑΤΟΣ, Ι. ΜΕΘΥΜΑΚΗ, Θ. ΤΣΟΥΤΣΟΣ Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνείο Κρήτης ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην εργασία

Διαβάστε περισσότερα

Άσκηση 5 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ

Άσκηση 5 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ Άσκηση 5 ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ 1. ΓΕΝΙΚΑ Τα ηλιακά στοιχεία χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή του φωτός (που αποτελεί μία μορφή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας) σε ηλεκτρική ενέργεια. Κατασκευάζονται από

Διαβάστε περισσότερα

Περιβαλλοντική Διάσταση των Τεχνολογιών ΑΠΕ

Περιβαλλοντική Διάσταση των Τεχνολογιών ΑΠΕ Περιβαλλοντική Διάσταση των Τεχνολογιών ΑΠΕ Ομιλητές: Ι. Νικολετάτος Σ. Τεντζεράκης, Ε. Τζέν ΚΑΠΕ ΑΠΕ και Περιβάλλον Είναι κοινά αποδεκτό ότι οι ΑΠΕ προκαλούν συγκριτικά τη μικρότερη δυνατή περιβαλλοντική

Διαβάστε περισσότερα

Εργασία Πρότζεκτ β. Ηλιακή Ενέργεια Γιώργος Αραπόπουλος Κώστας Νταβασίλης (Captain) Γεράσιμος Μουστάκης Χρήστος Γιαννόπουλος Τζόνι Μιρτάι

Εργασία Πρότζεκτ β. Ηλιακή Ενέργεια Γιώργος Αραπόπουλος Κώστας Νταβασίλης (Captain) Γεράσιμος Μουστάκης Χρήστος Γιαννόπουλος Τζόνι Μιρτάι Εργασία Πρότζεκτ β Τετραμήνου Ηλιακή Ενέργεια Γιώργος Αραπόπουλος Κώστας Νταβασίλης (Captain) Γεράσιμος Μουστάκης Χρήστος Γιαννόπουλος Τζόνι Μιρτάι Λίγα λόγια για την ηλιακή ενέργεια Ηλιακή ενέργεια χαρακτηρίζεται

Διαβάστε περισσότερα

Μελέτη και οικονομική αξιολόγηση φωτοβολταϊκής εγκατάστασης σε οικία στη νήσο Κω

Μελέτη και οικονομική αξιολόγηση φωτοβολταϊκής εγκατάστασης σε οικία στη νήσο Κω Μελέτη και οικονομική αξιολόγηση φωτοβολταϊκής εγκατάστασης σε οικία στη νήσο Κω ΙΩΑΝΝΙΔΟΥ ΠΕΤΡΟΥΛΑ /04/2013 ΓΑΛΟΥΖΗΣ ΧΑΡΑΛΑΜΠΟΣ Εισαγωγή Σκοπός αυτής της παρουσίασης είναι μία συνοπτική περιγραφή της

Διαβάστε περισσότερα

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.) Ενότητα 1: Εισαγωγή Σπύρος Τσιώλης Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών ΤΕ Άδειες Χρήσης Το παρόν

Διαβάστε περισσότερα

4. γεωγραφικό/γεωλογικό πλαίσιο

4. γεωγραφικό/γεωλογικό πλαίσιο 4. ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟ γεωγραφικό/γεωλογικό πλαίσιο 4. ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟ γεωγραφικό/γεωλογικό πλαίσιο 4. ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟ γεωγραφικό/γεωλογικό πλαίσιο /Ελληνικός χώρος Τα ελληνικά βουνά (και γενικότερα οι ορεινοί όγκοι της

Διαβάστε περισσότερα

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Εισηγητές : Βασιλική Σπ. Γεμενή Διπλ. Μηχανολόγος Μηχανικός Δ.Π.Θ Θεόδωρος Γ. Μπιτσόλας Διπλ. Μηχανολόγος Μηχανικός Π.Δ.Μ Λάρισα 2013 1 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΑΠΕ 2. Ηλιακή ενέργεια

Διαβάστε περισσότερα

ΟΝΟΜΑΤΑ ΜΑΘΗΤΩΝ Δέσποινα Δημητρακοπούλου Μαρία Καραγκούνη Δημήτρης Κασβίκης Θανάσης Κατσαντώνης Νίκος Λουκαδάκος

ΟΝΟΜΑΤΑ ΜΑΘΗΤΩΝ Δέσποινα Δημητρακοπούλου Μαρία Καραγκούνη Δημήτρης Κασβίκης Θανάσης Κατσαντώνης Νίκος Λουκαδάκος ΟΝΟΜΑΤΑ ΜΑΘΗΤΩΝ Δέσποινα Δημητρακοπούλου Μαρία Καραγκούνη Δημήτρης Κασβίκης Θανάσης Κατσαντώνης Νίκος Λουκαδάκος ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Αιολική Ενέργεια Βιομάζα Γεωθερμική Ενέργεια Κυματική Ενέργεια

Διαβάστε περισσότερα

Μεταφορά Ενέργειας με Ακτινοβολία

Μεταφορά Ενέργειας με Ακτινοβολία ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΠΙΣΤΗΜΗ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ Εργαστηριακή Άσκηση: Μεταφορά Ενέργειας με Ακτινοβολία Σκοπός της Εργαστηριακής Άσκησης: Να προσδιοριστεί ο τρόπος με τον οποίο μεταλλικά κουτιά με επιφάνειες διαφορετικού

Διαβάστε περισσότερα

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΙ ΕΙΝΑΙ?

ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΙ ΕΙΝΑΙ? ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΙ ΕΙΝΑΙ? Η ηλιακή ενέργεια που προσπίπτει στην επιφάνεια της γης είναι ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία που παράγεται στον ήλιο. Φτάνει σχεδόν αµετάβλητη στο ανώτατο στρώµατηςατµόσφαιρας του

Διαβάστε περισσότερα

Η κατακόρυφη ενός τόπου συναντά την ουράνια σφαίρα σε δύο υποθετικά σηµεία, που ονοµάζονται. Ο κατακόρυφος κύκλος που περνά. αστέρα Α ονοµάζεται

Η κατακόρυφη ενός τόπου συναντά την ουράνια σφαίρα σε δύο υποθετικά σηµεία, που ονοµάζονται. Ο κατακόρυφος κύκλος που περνά. αστέρα Α ονοµάζεται Sfaelos Ioannis Τα ουράνια σώµατα φαίνονται από τη Γη σαν να βρίσκονται στην εσωτερική επιφάνεια µιας γιγαντιαίας σφαίρας, απροσδιόριστης ακτίνας, µε κέντρο τη Γη. Τη φανταστική αυτή σφαίρα τη λέµε "ουράνια

Διαβάστε περισσότερα

Β.Π. Ουράνιος Ισηµερινός Ν.Π.

Β.Π. Ουράνιος Ισηµερινός Ν.Π. Β.Π. Ουράνιος Ισηµερινός Ν.Π. Ανάδροµη Φορά Ορθή Φορά Η ορθή και ανάδροµη φορά περιστροφής της Ουράνιας Σφαίρας, όπως φαίνονται από το Βόρειο και το Νότιο ηµισφαίριο, αντίστοιχα Κύκλος Απόκλισης Μεσηµβρινός

Διαβάστε περισσότερα

Ηλιακή Θέρμανση Ζεστό Νερό Χρήσης Ζ.Ν.Χ

Ηλιακή Θέρμανση Ζεστό Νερό Χρήσης Ζ.Ν.Χ Ηλιακή Θέρμανση Ζεστό Νερό Χρήσης Ζ.Ν.Χ Τα θερμικά ηλιακά συστήματα υποβοήθησης θέρμανσης χώρων και παραγωγής ζεστού νερού χρήσης (Ηλιοθερμικά Συστήματα) είναι ιδιαίτερα γνωστά σε αρκετές Ευρωπαϊκές χώρες.

Διαβάστε περισσότερα

Υπεύθυνη για τη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας. Εξατμίζει μεγάλες μάζες νερού. Σχηματίζει και διαμορφώνει το κλίμα της γης.

Υπεύθυνη για τη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας. Εξατμίζει μεγάλες μάζες νερού. Σχηματίζει και διαμορφώνει το κλίμα της γης. 3 Ηλιακή και γήινη ακτινοβολία Εισαγωγή Η κύρια πηγή ενέργειας του πλανήτη μας. Δημιουργεί οπτικά φαινόμενα (γαλάζιο ουρανού, άλως κ.α) Υπεύθυνη για τη γενική κυκλοφορία της ατμόσφαιρας. Εξατμίζει μεγάλες

Διαβάστε περισσότερα

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Ορισμός «Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) είναι οι μη ορυκτές ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, δηλαδή η αιολική, η ηλιακή και η γεωθερμική ενέργεια, η ενέργεια κυμάτων, η παλιρροϊκή ενέργεια, η υδραυλική

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ενότητα 3: Ηλιακοί Συλλέκτες: Μέρος Α. Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ενότητα 3: Ηλιακοί Συλλέκτες: Μέρος Α. Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ Εργαστήριο ΑΠΕ I Ενότητα 3: Ηλιακοί Συλλέκτες: Μέρος Α Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ Ηλιακή Ενέργεια ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε. 2 Αλληλεπίδραση

Διαβάστε περισσότερα

1 ΕΠΑΛ Αθηνών. Β` Μηχανολόγοι. Ειδική Θεματική Ενότητα

1 ΕΠΑΛ Αθηνών. Β` Μηχανολόγοι. Ειδική Θεματική Ενότητα 1 ΕΠΑΛ Αθηνών Β` Μηχανολόγοι Ειδική Θεματική Ενότητα ΘΕΜΑ Ανανεώσιμες πήγες ενεργείας ΣΚΟΠΟΣ Η ευαισθητοποίηση των μαθητών για την χρήση ήπιων μορφών ενεργείας. Να αναγνωρίσουν τις βασικές δυνατότητες

Διαβάστε περισσότερα

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΡΥΘΜΙΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ. Δρ. Λυκοσκούφης Ιωάννης

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΡΥΘΜΙΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ. Δρ. Λυκοσκούφης Ιωάννης ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΡΥΘΜΙΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ Δρ. Λυκοσκούφης Ιωάννης 1 Ισόθερμες καμπύλες τον Ιανουάριο 1 Κλιματικές ζώνες Τα διάφορα μήκη κύματος της θερμικής ακτινοβολίας

Διαβάστε περισσότερα

Ειδικά κεφάλαια παραγωγής ενέργειας

Ειδικά κεφάλαια παραγωγής ενέργειας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Ειδικά κεφάλαια παραγωγής ενέργειας Ενότητα 3 (γ): Ηλιακή ενέργεια. Φωτοβολταϊκά συστήματα, διαστασιολόγηση και βασικοί υπολογισμοί, οικονομική ανάλυση. Αν. Καθηγητής Γεώργιος

Διαβάστε περισσότερα

Α Τοσίτσειο Αρσκάκειο Λύκειο Εκάλης. Αναγνωστάκης Νικόλας Γιαννακόπουλος Ηλίας Μπουρνελάς Θάνος Μυλωνάς Μιχάλης Παύλοβιτς Σταύρος

Α Τοσίτσειο Αρσκάκειο Λύκειο Εκάλης. Αναγνωστάκης Νικόλας Γιαννακόπουλος Ηλίας Μπουρνελάς Θάνος Μυλωνάς Μιχάλης Παύλοβιτς Σταύρος Α Τοσίτσειο Αρσκάκειο Λύκειο Εκάλης Αναγνωστάκης Νικόλας Γιαννακόπουλος Ηλίας Μπουρνελάς Θάνος Μυλωνάς Μιχάλης Παύλοβιτς Σταύρος Εισαγωγή στις ήπιες μορφές ενέργειας Χρήσεις ήπιων μορφών ενέργειας Ηλιακή

Διαβάστε περισσότερα

3. ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΕ ΚΕΚΛΙΜΕΝΟ ΕΠΙΠΕ Ο

3. ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΕ ΚΕΚΛΙΜΕΝΟ ΕΠΙΠΕ Ο Σηµειώσεις ΑΠΕ Ι Κεφ. 3 ρ Π. Αξαόπουλος Σελ. 1 3. ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΣΕ ΚΕΚΛΙΜΕΝΟ ΕΠΙΠΕ Ο Η γνώση της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται ένα κεκλιµένο επίπεδο είναι απαραίτητη στις περισσότερες εφαρµογές

Διαβάστε περισσότερα

ΚΛΙΜΑΤΙΚH ΑΛΛΑΓH Μέρος Α : Αίτια

ΚΛΙΜΑΤΙΚH ΑΛΛΑΓH Μέρος Α : Αίτια ΚΛΙΜΑΤΙΚH ΑΛΛΑΓH Μέρος Α : Αίτια Με τον όρο κλιματική αλλαγή αναφερόμαστε στις μεταβολές των μετεωρολογικών συνθηκών σε παγκόσμια κλίμακα που οφείλονται σε ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Η κλιματική αλλαγή

Διαβάστε περισσότερα

συν[ ν Από τους υπολογισμούς για κάθε χαρακτηριστική ημέρα του χρόνου προκύπτει ότι η ένταση της ηλιακής ενέργειας στη γη μεταβάλλεται κατά ± 3,5%.

συν[ ν Από τους υπολογισμούς για κάθε χαρακτηριστική ημέρα του χρόνου προκύπτει ότι η ένταση της ηλιακής ενέργειας στη γη μεταβάλλεται κατά ± 3,5%. 1. ΗΛΙΑΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ Το θεωρητικό δυναμικό, δηλαδή το ανώτατο φυσικό όριο της ηλιακής ενέργειας που φθάνει στη γή ανέρχεται σε 7.500 Gtoe ετησίως και αντιστοιχεί 75.000 % του παγκόσμιου ενεργειακού ισοζυγίου.

Διαβάστε περισσότερα

ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΤΑΞΗ Β ΤΜΗΜΑΤΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ, ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ

ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΤΑΞΗ Β ΤΜΗΜΑΤΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ, ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ 1 ο ΕΠΑΛ ΜΕΣΟΛΟΓΓΙΟΥ ΣΧΟΛΙΚΟ ΕΤΟΣ 2012-13 ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΤΑΞΗ Β ΤΜΗΜΑΤΑ: ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ, ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟΣ: ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΓΚΑΝΑΤΣΟΣ ΦΥΣΙΚΟΣ-ΡΑΔΙΟΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΟΣ ΟΜΑΔΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ: 1.

Διαβάστε περισσότερα

Μελέτη και κατανόηση των διαφόρων φάσεων του υδρολογικού κύκλου.

Μελέτη και κατανόηση των διαφόρων φάσεων του υδρολογικού κύκλου. Ζαΐμης Γεώργιος Κλάδος της Υδρολογίας. Μελέτη και κατανόηση των διαφόρων φάσεων του υδρολογικού κύκλου. Η απόκτηση βασικών γνώσεων της ατμόσφαιρας και των μετεωρολογικών παραμέτρων που διαμορφώνουν το

Διαβάστε περισσότερα

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ - ΦΒ συστήµατα σε κτιριακές εγκαταστάσεις (1/5) Υψηλή τιµολόγηση παραγόµενης ενέργειας (έως και 0.55 /kwh για ΦΒ συστήµατα <10 kwp) Αφορολό

ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ - ΦΒ συστήµατα σε κτιριακές εγκαταστάσεις (1/5) Υψηλή τιµολόγηση παραγόµενης ενέργειας (έως και 0.55 /kwh για ΦΒ συστήµατα <10 kwp) Αφορολό ιαµόρφωση θερµοκρασιακών συνθηκών σε φωτοβολταϊκά (ΦΒ) συστήµατα σε δώµα κτιρίου Καρτέρης Μ., Παπαδόπουλος Α. Μ. Ηµερίδα ΤΕΕ/ΤΚΜ: «Φωτοβολταϊκά Συστήµατα: Τεχνολογίες - Προβλήµατα - Προοπτικές» - 20 Μαΐου

Διαβάστε περισσότερα

Άσκηση 3: Εξατμισοδιαπνοή

Άσκηση 3: Εξατμισοδιαπνοή Άσκηση 3: Εξατμισοδιαπνοή Ο υδρολογικός κύκλος ξεκινά με την προσφορά νερού από την ατμόσφαιρα στην επιφάνεια της γης υπό τη μορφή υδρομετεώρων που καταλήγουν μέσω της επιφανειακής απορροής και της κίνησης

Διαβάστε περισσότερα

Φωτοβολταϊκά κελιά. «Τεχνολογία, προσδιορισµός της απόδοσής, νοµικό πλαίσιο»

Φωτοβολταϊκά κελιά. «Τεχνολογία, προσδιορισµός της απόδοσής, νοµικό πλαίσιο» Φωτοβολταϊκά κελιά «Τεχνολογία, προσδιορισµός της απόδοσής, νοµικό πλαίσιο» Το ενεργειακό πρόβληµα ιατυπώθηκε πρώτη φορά τη δεκαετία του 1950, και αφορούσε την εξάντληση των ορυκτών πηγών ενέργειας. Παράγοντες

Διαβάστε περισσότερα

H κατανομή του Planck για θερμοκρασία 6000Κ δίνεται στο Σχήμα 1:

H κατανομή του Planck για θερμοκρασία 6000Κ δίνεται στο Σχήμα 1: ΗΛΙΑΚΑ ΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Διδάσκων: Δ. Βαλουγεώργης, Εαρινό εξάμηνο 216-217 ΕΡΓΑΣΙΑ 2: Ηλιακή ακτινοβολία Ημερομηνία ανάρτησης (ιστοσελίδα μαθήματος): 2-4-217 Ημερομηνία παράδοσης: 26-4-217 Επιμέλεια λύσεων:

Διαβάστε περισσότερα

ΥΛΙΚΑ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

ΥΛΙΚΑ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΥΛΙΚΑ ΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΘΕΡΜΙΚΑ ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ 5o Μάθημα Διδάσκων: Επ. Καθηγητής Ε. Αμανατίδης ΤΡΙΤΗ 2/5/2017 Τμήμα Χημικών Μηχανικών Πανεπιστήμιο Πατρών Περίληψη Ηλιακά θερμικά συστήματα: Ορισμοί

Διαβάστε περισσότερα

Θέμα : Παραγωγή ενέργειας μέσω του ήλιου

Θέμα : Παραγωγή ενέργειας μέσω του ήλιου 1ο ΓΕ.Λ. Ελευθερίου-Κορδελιού Ερευνητική εργασία Α Λυκείου 2011-2012. Τμήμα PR4 ΠΡΑΣΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ. ΜΙΑ ΕΥΚΑΙΡΙΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΛΑΝΗΤΗ Θέμα : Παραγωγή ενέργειας μέσω του ήλιου Όνομα Ομάδας : Ηλιαχτίδες Σεϊταρίδου

Διαβάστε περισσότερα

ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΕΣ

ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΕΣ ΕΙΔΙΚΗ ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΑ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΕ ΚΑΤΟΙΚΙΕΣ Τι είναι οι Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας; Ως Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) ορίζονται οι ενεργειακές πηγές, οι οποίες

Διαβάστε περισσότερα

1.1 Ηλεκτρονικές ιδιότητες των στερεών. Μονωτές και αγωγοί

1.1 Ηλεκτρονικές ιδιότητες των στερεών. Μονωτές και αγωγοί 1. Εισαγωγή 1.1 Ηλεκτρονικές ιδιότητες των στερεών. Μονωτές και αγωγοί Από την Ατομική Φυσική είναι γνωστό ότι οι επιτρεπόμενες ενεργειακές τιμές των ηλεκτρονίων είναι κβαντισμένες, όπως στο σχήμα 1. Σε

Διαβάστε περισσότερα

1. Τα αέρια θερµοκηπίου στην ατµόσφαιρα είναι 2. Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας Ra σε ένα τόπο εξαρτάται:

1. Τα αέρια θερµοκηπίου στην ατµόσφαιρα είναι 2. Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας στο εξωτερικό όριο της ατµόσφαιρας Ra σε ένα τόπο εξαρτάται: 1. Τα αέρια θερµοκηπίου στην ατµόσφαιρα είναι 1. επικίνδυνα για την υγεία. 2. υπεύθυνα για τη διατήρηση της µέσης θερµοκρασίας του πλανήτη σε επίπεδο αρκετά µεγαλύτερο των 0 ο C. 3. υπεύθυνα για την τρύπα

Διαβάστε περισσότερα

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ: ΤΙ ΑΛΛΑΖΕΙ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΚΑΙ ΤΙΣ ΣΥΝΗΘΕΙΕΣ ΜΑΣ ΜΕ ΤΗ ΜΕΓΑΛΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΤΩΝ ΑΠΕ?

ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ: ΤΙ ΑΛΛΑΖΕΙ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΚΑΙ ΤΙΣ ΣΥΝΗΘΕΙΕΣ ΜΑΣ ΜΕ ΤΗ ΜΕΓΑΛΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΤΩΝ ΑΠΕ? ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ: ΤΙ ΑΛΛΑΖΕΙ ΣΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΤΟ ΔΙΚΤΥΟ ΚΑΙ ΤΙΣ ΣΥΝΗΘΕΙΕΣ ΜΑΣ ΜΕ ΤΗ ΜΕΓΑΛΗ ΔΙΕΙΣΔΥΣΗ ΤΩΝ ΑΠΕ? Αντώνης Θ. Αλεξανδρίδης Καθηγητής Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών

Διαβάστε περισσότερα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ 1 η ΟΜΑΔΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ Κεφάλαιο 2 ο Συστήματα αστρονομικών συντεταγμένων και χρόνος ΑΣΚΗΣΗ 1 η (α) Να εξηγηθεί γιατί το αζιμούθιο της ανατολής και της δύσεως του Ηλίου σε ένα τόπο,

Διαβάστε περισσότερα

Καύση υλικών Ηλιακή ενέργεια Πυρηνική ενέργεια Από τον πυρήνα της γης Ηλεκτρισμό

Καύση υλικών Ηλιακή ενέργεια Πυρηνική ενέργεια Από τον πυρήνα της γης Ηλεκτρισμό Ενεργειακή Μορφή Θερμότητα Φως Ηλεκτρισμός Ραδιοκύματα Μηχανική Ήχος Τι είναι; Ενέργεια κινούμενων σωματιδίων (άτομα, μόρια) υγρής, αέριας ή στερεάς ύλης Ακτινοβολούμενη ενέργεια με μορφή φωτονίων Ενέργεια

Διαβάστε περισσότερα

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ νέες κατασκευές ανακαίνιση και µετασκευή ιστορικών κτιρίων αναδιαµόρφωση καινούριων κτιρίων έργα "εκ του µηδενός" σε ιστορικά πλαίσια

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ νέες κατασκευές ανακαίνιση και µετασκευή ιστορικών κτιρίων αναδιαµόρφωση καινούριων κτιρίων έργα εκ του µηδενός σε ιστορικά πλαίσια ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ νέες κατασκευές ανακαίνιση και µετασκευή ιστορικών κτιρίων αναδιαµόρφωση καινούριων κτιρίων έργα "εκ του µηδενός" σε ιστορικά πλαίσια 2 Ο φυσικός φωτισµός αποτελεί την τεχνική κατά την οποία

Διαβάστε περισσότερα

ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Περιβάλλον και συμπεριφορά ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Δρ Κώστας Αθανασίου Επίκουρος Καθηγητής Εργαστήριο Μη-συμβατικών Πηγών Ενέργειας Τμ. Μηχανικών Περιβάλλοντος Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Τηλ.

Διαβάστε περισσότερα

ΧΡΙΣΤΟΣ ΑΝΔΡΙΚΟΠΟΥΛΟΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΚΑΝΕΛΛΟΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΔΙΒΑΡΗΣ ΠΑΠΑΧΡΗΣΤΟΥ ΣΤΙΓΚΑ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΣΩΤΗΡΙΑ ΓΑΛΑΚΟΣ ΚΑΖΑΤΖΙΔΟΥ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΜΠΙΣΚΟΣ ΚΥΡΙΑΚΟΣ ΚΟΡΝΕΖΟΣ

ΧΡΙΣΤΟΣ ΑΝΔΡΙΚΟΠΟΥΛΟΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΚΑΝΕΛΛΟΣ ΓΙΩΡΓΟΣ ΔΙΒΑΡΗΣ ΠΑΠΑΧΡΗΣΤΟΥ ΣΤΙΓΚΑ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΣΩΤΗΡΙΑ ΓΑΛΑΚΟΣ ΚΑΖΑΤΖΙΔΟΥ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΜΠΙΣΚΟΣ ΚΥΡΙΑΚΟΣ ΚΟΡΝΕΖΟΣ ΚΑΡΑΔΗΜΗΤΡΙΟΥΧΡΙΣΤΟΣ ΝΙΚΟΛΑΣΑΝΔΡΙΚΟΠΟΥΛΟΣ ΓΙΩΡΓΟΣΚΑΝΕΛΛΟΣ ΘΑΝΑΣΗΣΔΙΒΑΡΗΣ ΚΩΣΤΑΝΤΙΝΟΣΠΑΠΑΧΡΗΣΤΟΥ ΑΛΕΞΑΝΔΡΟΣΣΤΙΓΚΑ ΠΑΠΑΓΕΩΡΓΙΟΥΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΖΗΝΤΡΟΥΣΩΤΗΡΙΑ ΝΙΚΗΦΟΡΟΣΓΑΛΑΚΟΣ ΣΟΦΙΑΚΑΖΑΤΖΙΔΟΥ ΣΠΥΡΟΠΟΥΛΟΥΔΕΣΠΟΙΝΑ

Διαβάστε περισσότερα

4.1 Εισαγωγή. Μετεωρολογικός κλωβός

4.1 Εισαγωγή. Μετεωρολογικός κλωβός 4 Θερμοκρασία 4.1 Εισαγωγή Η θερμοκρασία αποτελεί ένα μέτρο της θερμικής κατάστασης ενός σώματος, δηλ. η θερμοκρασία εκφράζει το πόσο ψυχρό ή θερμό είναι το σώμα. Η θερμοκρασία του αέρα μετράται διεθνώς

Διαβάστε περισσότερα

ΥΠΕΥΘΥΝΕΣ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΕΣ: Κωνσταντινιά Τσιρογιάννη. Βασιλική Χατζηκωνσταντίνου (ΠΕ04)

ΥΠΕΥΘΥΝΕΣ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΕΣ: Κωνσταντινιά Τσιρογιάννη. Βασιλική Χατζηκωνσταντίνου (ΠΕ04) ΥΠΕΥΘΥΝΕΣ ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΕΣ: Κωνσταντινιά Τσιρογιάννη (ΠΕ02) Βασιλική Χατζηκωνσταντίνου (ΠΕ04) Β T C E J O R P Υ Ν Η Μ Α Ρ Τ ΤΕ Α Ν Α Ν Ε Ω ΣΙ Μ ΕΣ Π Η ΓΕ Σ ΕΝ Ε Ρ ΓΕ Ι Α Σ. Δ Ι Ε Ξ Δ Σ Α Π ΤΗ Ν Κ Ρ Ι ΣΗ 2 Να

Διαβάστε περισσότερα

Πράσινο & Κοινωνικό Επιχειρείν

Πράσινο & Κοινωνικό Επιχειρείν Πράσινο & Κοινωνικό Επιχειρείν 1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) Eίναι οι ενεργειακές πηγές (ο ήλιος, ο άνεμος, η βιομάζα, κλπ.), οι οποίες υπάρχουν σε αφθονία στο φυσικό μας περιβάλλον Το ενδιαφέρον

Διαβάστε περισσότερα

4 ο ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ:

4 ο ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ: 4 ο ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ: Με ποιους τρόπους συμβάλει ο βιοκλιματικός σχεδιασμός των κτιρίων, στην βελτίωση των συνθηκών διαβίωσης των ανθρώπων. Ομάδα Εργασίας : Αλεξόπουλος Πέτρος, Δημαρά Κατερίνα, Καλεμάκη

Διαβάστε περισσότερα

ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου

ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΕΔΑΦΟΥΣ ΤΕΙ Καβάλας, Τμήμα Δασοπονίας και Διαχείρισης Φυσικού Περιβάλλοντος Μάθημα Μετεωρολογίας-Κλιματολογίας Υπεύθυνη : Δρ Μάρθα Λαζαρίδου Αθανασιάδου 3. ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΑΕΡΑ ΚΑΙ ΕΔΑΦΟΥΣ

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ενότητα 2: Ηλιακή Γεωμετρία και Ηλιακό Δυναμικό: Μέρος Β. Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ενότητα 2: Ηλιακή Γεωμετρία και Ηλιακό Δυναμικό: Μέρος Β. Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ Εργαστήριο ΑΠΕ I Ενότητα 2: Ηλιακή Γεωμετρία και Ηλιακό Δυναμικό: Μέρος Β Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ Με δεδομένο ότι η Ένταση της Ηλιακής ακτινοβολίας εκτός της ατμόσφαιρας

Διαβάστε περισσότερα

Γεωθερμία Εξοικονόμηση Ενέργειας

Γεωθερμία Εξοικονόμηση Ενέργειας GRV Energy Solutions S.A Γεωθερμία Εξοικονόμηση Ενέργειας Ανανεώσιμες Πηγές Σκοπός της GRV Ενεργειακές Εφαρμογές Α.Ε. είναι η κατασκευή ενεργειακών συστημάτων που σέβονται το περιβάλλον με εκμετάλλευση

Διαβάστε περισσότερα

Θέρμανση θερμοκηπίων με τη χρήση αβαθούς γεωθερμίας γεωθερμικές αντλίες θερμότητας

Θέρμανση θερμοκηπίων με τη χρήση αβαθούς γεωθερμίας γεωθερμικές αντλίες θερμότητας Θέρμανση θερμοκηπίων με τη χρήση αβαθούς γεωθερμίας γεωθερμικές αντλίες θερμότητας Η θερμοκρασία του εδάφους είναι ψηλότερη από την ατμοσφαιρική κατά τη χειμερινή περίοδο, χαμηλότερη κατά την καλοκαιρινή

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ηλιακή Γεωμετρία και Ηλιακό Δυναμικό: Μέρος Α

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ηλιακή Γεωμετρία και Ηλιακό Δυναμικό: Μέρος Α Εργαστήριο ΑΠΕ I Ηλιακή Γεωμετρία και Ηλιακό Δυναμικό: Μέρος Α Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία Φάσμα Ηλεκτρομαγνητικής Ακτινοβολίας Γενικά για την Ηλιακή Ακτινοβολία Ο Ήλιος είναι ένα τυπικό αστέρι, αποτελούμενο

Διαβάστε περισσότερα

ΤΟΠΙΚΟΣ ΠΡΟΚΡΙΜΑΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗΣ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ - EUSO Σάββατο 7 Δεκεμβρίου Εξέταση στη Φυσική

ΤΟΠΙΚΟΣ ΠΡΟΚΡΙΜΑΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗΣ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ - EUSO Σάββατο 7 Δεκεμβρίου Εξέταση στη Φυσική ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΑ ΕΝΩΣΗ ΥΠΕΥΘΥΝΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΚΕΝΤΡΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ - «ΠΑΝΕΚΦE» 1ο και 2ο ΕΚΦΕ Ηρακλείου ΤΟΠΙΚΟΣ ΠΡΟΚΡΙΜΑΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗΣ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑΣ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ - EUSO 2014 Σάββατο 7 Δεκεμβρίου

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Ενεργειακές Ζώνες και Στατιστική Φορέων Φορτίου Required Text: Microelectronic Devices, Keith Leaver (2 nd Chapter) Εισαγωγή Στο προηγούμενο κεφάλαιο προσεγγίσαμε τους ημιαγωγούς

Διαβάστε περισσότερα

V Περιεχόμενα Πρόλογος ΧΙΙΙ Κεφάλαιο 1 Πηγές και Μορφές Ενέργειας 1 Κεφάλαιο 2 Ηλιακό Δυναμικό 15

V Περιεχόμενα Πρόλογος ΧΙΙΙ Κεφάλαιο 1 Πηγές και Μορφές Ενέργειας 1 Κεφάλαιο 2 Ηλιακό Δυναμικό 15 V Περιεχόμενα Πρόλογος ΧΙΙΙ Κεφάλαιο 1 Πηγές και Μορφές Ενέργειας 1 1.1 Εισαγωγή 1 1.2 Η φύση της ενέργειας 1 1.3 Πηγές και μορφές ενέργειας 4 1.4 Βαθμίδες της ενέργειας 8 1.5 Ιστορική αναδρομή στην εξέλιξη

Διαβάστε περισσότερα

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Project Τμήμα Α 3

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Project Τμήμα Α 3 Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Project Τμήμα Α 3 Ενότητες εργασίας Η εργασία αναφέρετε στις ΑΠΕ και μη ανανεώσιμες πήγες ενέργειας. Στην 1ενότητα θα μιλήσουμε αναλυτικά τόσο για τις ΑΠΕ όσο και για τις μη

Διαβάστε περισσότερα

Ανανεώσιμες Μορφές Ενέργειας

Ανανεώσιμες Μορφές Ενέργειας Ανανεώσιμες Μορφές Ενέργειας Ενότητα 5: Ελευθέριος Αμανατίδης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών Περιεχόμενα ενότητας Σχεδιασμός ΦΒ Πάρκων Χωροθέτηση - Διαμορφώσεις χώρων Σκιάσεις Ηλεκτρομηχανολογικός

Διαβάστε περισσότερα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΥΤΙΚΗΣ ΜΑΚΕ ΟΝΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Από που προέρχονται τα αποθέµατα του πετρελαίου. Ποια ήταν τα βήµατα σχηµατισµού ; 2. Ποια είναι η θεωρητική µέγιστη απόδοση

Διαβάστε περισσότερα

Ήπιες µορφές ενέργειας

Ήπιες µορφές ενέργειας ΕΒ ΟΜΟ ΚΕΦΑΛΑΙΟ Ήπιες µορφές ενέργειας Α. Ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής Επιλέξετε τη σωστή από τις παρακάτω προτάσεις, θέτοντάς την σε κύκλο. 1. ΥΣΑΡΕΣΤΗ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΗ ΣΥΝΕΠΕΙΑ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ

Διαβάστε περισσότερα

Επίδραση του συνδυασμού μόνωσης και υαλοπινάκων στη μεταβατική κατανάλωση ενέργειας των κτιρίων

Επίδραση του συνδυασμού μόνωσης και υαλοπινάκων στη μεταβατική κατανάλωση ενέργειας των κτιρίων Επίδραση του συνδυασμού μόνωσης και υαλοπινάκων στη μεταβατική κατανάλωση ενέργειας των κτιρίων Χ. Τζιβανίδης, Λέκτορας Ε.Μ.Π. Φ. Γιώτη, Μηχανολόγος Μηχανικός, υπ. Διδάκτωρ Ε.Μ.Π. Κ.Α. Αντωνόπουλος, Καθηγητής

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Εισαγωγικά στοιχεία: Δομή εργαστηρίου. Τεχνολογίες ΑΠΕ. Πολυζάκης Απόστολος Καλογήρου Ιωάννης Σουλιώτης Εμμανουήλ

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Εισαγωγικά στοιχεία: Δομή εργαστηρίου. Τεχνολογίες ΑΠΕ. Πολυζάκης Απόστολος Καλογήρου Ιωάννης Σουλιώτης Εμμανουήλ Εργαστήριο ΑΠΕ I Εισαγωγικά στοιχεία: Δομή εργαστηρίου. Τεχνολογίες ΑΠΕ. Πολυζάκης Απόστολος Καλογήρου Ιωάννης Σουλιώτης Εμμανουήλ Ενότητες Εργαστηρίου ΑΠΕ Ι και Ασκήσεις Ενότητα 1 - Εισαγωγή: Τεχνολογίες

Διαβάστε περισσότερα

Εισαγωγή Στις ΑΠΕ. 2 η Εργαστηριακή Άσκηση. Γ. ΒΙΣΚΑΔΟΥΡΟΣ Ηλεκτρονικός Μηχανικός & Μηχανικός Η/Υ

Εισαγωγή Στις ΑΠΕ. 2 η Εργαστηριακή Άσκηση. Γ. ΒΙΣΚΑΔΟΥΡΟΣ Ηλεκτρονικός Μηχανικός & Μηχανικός Η/Υ Εισαγωγή Στις ΑΠΕ 2 η Εργαστηριακή Άσκηση Γ. ΒΙΣΚΑΔΟΥΡΟΣ Ηλεκτρονικός Μηχανικός & Μηχανικός Η/Υ Μέση Τιμή Πυκνότητας Ισχύος Ακτινοβολίας Γενικά, η μέση τιμή ενός μεγέθους στο χρονικό διάστημα Τ, δίδεται

Διαβάστε περισσότερα

αρχές περιβαλλοντικού σχεδιασμού Κλειώ Αξαρλή

αρχές περιβαλλοντικού σχεδιασμού Κλειώ Αξαρλή αρχές περιβαλλοντικού σχεδιασμού Κλειώ Αξαρλή ..κατοικία ελαχίστων απαιτήσεων ξεκινώντας τη σύνθεση κτιριολογικό πρόγραμμα οικόπεδο (μορφολογία, προσβάσεις.) κανονισμοί (όροι δόμησης.) κόστος Εξοικονόμηση

Διαβάστε περισσότερα

Εκπαιδευτικές και ερευνητικές δραστηριότητες του Το εργαστήριο «Φωτοβολταϊκό Πάρκο»

Εκπαιδευτικές και ερευνητικές δραστηριότητες του Το εργαστήριο «Φωτοβολταϊκό Πάρκο» εκπαίδευση ενηµέρωση Εκπαιδευτικές και ερευνητικές δραστηριότητες του εργαστηρίου «Φωτοβολταϊκό Πάρκο» Το εργαστήριο «Φωτοβολταϊκό Πάρκο» Στο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα (Τ.Ε.Ι.) Κρήτης λειτουργεί

Διαβάστε περισσότερα

Θερμική νησίδα», το πρόβλημα στις αστικές περιοχές. Παρουσίαση από την Έψιλον-Έψιλον Α.Ε.

Θερμική νησίδα», το πρόβλημα στις αστικές περιοχές. Παρουσίαση από την Έψιλον-Έψιλον Α.Ε. Θερμική νησίδα», το πρόβλημα στις αστικές περιοχές. Παρουσίαση από την Έψιλον-Έψιλον Α.Ε. Η ένταση της Θερμικής νησίδας στον κόσμο είναι πολύ υψηλή Ένταση της θερμικής νησίδας κυμαίνεται μεταξύ 1-10 o

Διαβάστε περισσότερα

Τ Ε Χ Ν Ο Λ Ο Γ Ι Α Κ Λ Ι Μ Α Τ Ι Σ Μ Ο Υ ( Ε ) - Φ Ο Ρ Τ Ι Α 1

Τ Ε Χ Ν Ο Λ Ο Γ Ι Α Κ Λ Ι Μ Α Τ Ι Σ Μ Ο Υ ( Ε ) - Φ Ο Ρ Τ Ι Α 1 Τ Ε Χ Ν Ο Λ Ο Γ Ι Α Κ Λ Ι Μ Α Τ Ι Σ Μ Ο Υ ( Ε ) - Φ Ο Ρ Τ Ι Α 1 ΦΟΡΤΙΑ Υπό τον όρο φορτίο, ορίζεται ουσιαστικά το πoσό θερµότητας, αισθητό και λανθάνον, που πρέπει να αφαιρεθεί, αντίθετα να προστεθεί κατά

Διαβάστε περισσότερα

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ενότητα 2: Ηλιακή Γεωμετρία και Ηλιακό Δυναμικό: Μέρος Α. Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ

Εργαστήριο ΑΠΕ I. Ενότητα 2: Ηλιακή Γεωμετρία και Ηλιακό Δυναμικό: Μέρος Α. Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ Εργαστήριο ΑΠΕ I Ενότητα 2: Ηλιακή Γεωμετρία και Ηλιακό Δυναμικό: Μέρος Α Πολυζάκης Απόστολος / Καλογήρου Ιωάννης / Σουλιώτης Εμμανουήλ Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία ΤΕΙ ΔΥΤΙΚΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ

Διαβάστε περισσότερα

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΜΗ ΕΝΙΣΜΟΥ ΣΚΙΑΣΗΣ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ ΚΩ ΙΚΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ» Επιβλέπων καθηγητής: Κ. Αντωνόπουλος

Διαβάστε περισσότερα

ηλιακού μας συστήματος και ο πέμπτος σε μέγεθος. Ηρακλή, καθώς και στην κίνηση του γαλαξία

ηλιακού μας συστήματος και ο πέμπτος σε μέγεθος. Ηρακλή, καθώς και στην κίνηση του γαλαξία Sfaelos Ioannis 1. ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΓΗΣ Η Γη είναι ο τρίτος στη σειρά πλανήτης του ηλιακού μας συστήματος και ο πέμπτος σε μέγεθος. έ θ Η μέση απόστασή της από τον Ήλιο είναι 149.600.000 km.

Διαβάστε περισσότερα

Ηλιακή ενέργεια. Φωτοβολταϊκά Συστήματα

Ηλιακή ενέργεια. Φωτοβολταϊκά Συστήματα Ηλιακή ενέργεια Είναι η ενέργεια που προέρχεται από τον ήλιο και αξιοποιείται μέσω τεχνολογιών που εκμεταλλεύονται τη θερμική και ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του ήλιου με χρήση μηχανικών μέσων για τη

Διαβάστε περισσότερα

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ. Εισαγωγή στη Φυσική της Ατμόσφαιρας: Ασκήσεις Α. Μπάης

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ. Εισαγωγή στη Φυσική της Ατμόσφαιρας: Ασκήσεις Α. Μπάης ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΑΣΗ 1. Να υπολογιστούν η ειδική σταθερά R d για τον ξηρό αέρα και R v για τους υδρατμούς. 2. Να υπολογιστεί η μάζα του ξηρού αέρα που καταλαμβάνει ένα δωμάτιο διαστάσεων 3x5x4 m αν η πίεση

Διαβάστε περισσότερα

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ «ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΜΗ ΕΝΙΣΜΟΥ ΣΚΙΑΣΗΣ ΗΛΙΑΚΩΝ ΣΥΛΛΕΚΤΩΝ ΚΩ ΙΚΑΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ» Επιβλέπων καθηγητής: Κ. Αντωνόπουλος

Διαβάστε περισσότερα

Μετεωρολογία Κλιματολογία (ΘΕΩΡΙΑ):

Μετεωρολογία Κλιματολογία (ΘΕΩΡΙΑ): Μετεωρολογία Κλιματολογία (ΘΕΩΡΙΑ): Μιχάλης Βραχνάκης Αναπληρωτής Καθηγητής ΤΕΙ Θεσσαλίας ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 4 ΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1. Η ΓΗ ΚΑΙ Η ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ 2.1 Γενικά 2.2

Διαβάστε περισσότερα

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ. Εύη Τζανακάκη Αρχιτέκτων Μηχ. MSc

ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ. Εύη Τζανακάκη Αρχιτέκτων Μηχ. MSc ΒΙΟΚΛΙΜΑΤΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΤΗΡΙΩΝ Εύη Τζανακάκη Αρχιτέκτων Μηχ. MSc Αρχές ενεργειακού σχεδιασμού κτηρίων Αξιοποίηση των τοπικών περιβαλλοντικών πηγών και τους νόμους ανταλλαγής ενέργειας κατά τον αρχιτεκτονικό

Διαβάστε περισσότερα

οικονομία- Τεχνολογία ΜΑΘΗΜΑ: : OικιακήO : Σχολικό έτος:2011 Β2 Γυμνασίου Νεάπολης Κοζάνης

οικονομία- Τεχνολογία ΜΑΘΗΜΑ: : OικιακήO : Σχολικό έτος:2011 Β2 Γυμνασίου Νεάπολης Κοζάνης ΜΑΘΗΜΑ: : OικιακήO οικονομία- Τεχνολογία Σχολικό έτος:2011 :2011-20122012 Β2 Γυμνασίου Νεάπολης Κοζάνης ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΥΜΒΑΤΙΚΕΣ ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΜΑΘΗΤΕΣ ΠΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΚΑΝ: J ΧΡΗΣΤΟΣ ΣΑΝΤ J ΣΤΕΡΓΙΟΣ

Διαβάστε περισσότερα

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΑΡΧΕΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Ενεργειακές Ζώνες και Στατιστική Φορέων Φορτίου Required Text: Microelectronic Devices, Keith Leaver (2 nd Chapter) Εισαγωγή Στο προηγούμενο κεφάλαιο προσεγγίσαμε τους ημιαγωγούς

Διαβάστε περισσότερα

ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΑΠΕ

ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΑΠΕ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΑΠΕ ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Γ. ΒΙΣΚΑΔΟΥΡΟΣ Ι. Φραγκιαδάκης Φ. Μαυροματάκης ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Ταχύτητα ανέμου Παράγοντες που την καθορίζουν Μεταβολή ταχύτητας ανέμου με το ύψος από το έδαφος Κατανομή

Διαβάστε περισσότερα

Φύλλο Εργασίας 1: Μετρήσεις μήκους Η μέση τιμή

Φύλλο Εργασίας 1: Μετρήσεις μήκους Η μέση τιμή Φύλλο Εργασίας 1: Μετρήσεις μήκους Η μέση τιμή Φυσικά μεγέθη: Ονομάζονται τα μετρήσιμα μεγέθη που χρησιμοποιούμε για την περιγραφή ενός φυσικού φαινομένου. Τέτοια μεγέθη είναι το μήκος, το εμβαδόν, ο όγκος,

Διαβάστε περισσότερα

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Εργαστήριο Φυσικής IΙ. Μελέτη της απόδοσης φωτοβολταϊκού στοιχείου με χρήση υπολογιστή. 1. Σκοπός. 2. Σύντομο θεωρητικό μέρος

ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ. Εργαστήριο Φυσικής IΙ. Μελέτη της απόδοσης φωτοβολταϊκού στοιχείου με χρήση υπολογιστή. 1. Σκοπός. 2. Σύντομο θεωρητικό μέρος ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ 1. Σκοπός Το φωτοβολταϊκό στοιχείο είναι μία διάταξη ημιαγωγών η οποία μετατρέπει την φωτεινή ενέργεια που προσπίπτει σε αυτήν σε ηλεκτρική.. Όταν αυτή φωτιστεί με φωτόνια κατάλληλης συχνότητας

Διαβάστε περισσότερα

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Κέντρο Περιβαλλοντικής Εκπαίδευσης Καστρίου 2013 Ενέργεια & Περιβάλλον Το ενεργειακό πρόβλημα (Ι) Σε τι συνίσταται το ενεργειακό πρόβλημα; 1. Εξάντληση των συμβατικών ενεργειακών

Διαβάστε περισσότερα

Τεχνική Προστασίας Περιβάλλοντος Αρχές Αειφορίας

Τεχνική Προστασίας Περιβάλλοντος Αρχές Αειφορίας ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ Τεχνική Προστασίας Περιβάλλοντος Αρχές Αειφορίας Ενότητα 8: Αειφορία στην Παραγωγή Ενέργειας Μουσιόπουλος Νικόλαος Άδειες Χρήσης Το παρόν

Διαβάστε περισσότερα

Η ατμόσφαιρα και η δομή της

Η ατμόσφαιρα και η δομή της 1 Η ατμόσφαιρα και η δομή της Ατμόσφαιρα λέγεται το αεριώδες στρώμα που περιβάλλει τη γη και το οποίο την ακολουθεί στο σύνολο των κινήσεών της. 1.1 Έκταση της ατμόσφαιρας της γης Το ύψος στο οποίο φθάνει

Διαβάστε περισσότερα

Άσκηση Η15. Μέτρηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου της γής. Γήινο μαγνητικό πεδίο (Γεωμαγνητικό πεδίο)

Άσκηση Η15. Μέτρηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου της γής. Γήινο μαγνητικό πεδίο (Γεωμαγνητικό πεδίο) Άσκηση Η15 Μέτρηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου της γής Γήινο μαγνητικό πεδίο (Γεωμαγνητικό πεδίο) Το γήινο μαγνητικό πεδίο αποτελείται, ως προς την προέλευσή του, από δύο συνιστώσες, το μόνιμο μαγνητικό

Διαβάστε περισσότερα

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ 2. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ 2. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΡΑΔΙΟΧΗΜΕΙΑ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΑΠΟΒΛΗΤΩΝ ΤΟΞΙΚΟΤΗΤΑ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΙΣΟΤΟΠΩΝ Τμήμα Χημικών Μηχανικών Ιωάννα Δ. Αναστασοπούλου Βασιλική Δρίτσα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7. ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ 2. ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ

Διαβάστε περισσότερα

Τεχνολογία Φωτοβολταϊκών Συστημάτων και Δυνατότητες Ανάπτυξης των Εφαρμογών στην Ελλάδα

Τεχνολογία Φωτοβολταϊκών Συστημάτων και Δυνατότητες Ανάπτυξης των Εφαρμογών στην Ελλάδα Τεχνολογία Φωτοβολταϊκών Συστημάτων και Δυνατότητες Ανάπτυξης των Εφαρμογών στην Ελλάδα Ευστράτιος Θωμόπουλος Δρ Ηλεκτρολόγος Μηχανικός Χρήστος Πρωτογερόπουλος Δρ Μηχανολόγος Μηχανικός Εισαγωγή Η ηλιακή

Διαβάστε περισσότερα

Οι κλιματικές ζώνες διακρίνονται:

Οι κλιματικές ζώνες διακρίνονται: Οι κλιματικές ζώνες διακρίνονται: την τροπική ζώνη, που περιλαμβάνει τις περιοχές γύρω από τον Ισημερινό. Το κλίμα σε αυτές τις περιοχές είναι θερμό και υγρό, η θερμοκρασία είναι συνήθως πάνω από 20 βαθμούς

Διαβάστε περισσότερα

ΗΛΙΑΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ. 1. Ηλιακή ακτινοβολία

ΗΛΙΑΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ. 1. Ηλιακή ακτινοβολία ΗΛΙΑΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ 1. Ηλιακή ακτινοβολία Ο ήλιος ενεργεί σχεδόν, ως μια τέλεια πηγή ακτινοβολίας σε μια θερμοκρασία κοντά στους 5.800 Κ Το ΑΜ=1,5 είναι το τυπικό ηλιακό φάσμα πάνω

Διαβάστε περισσότερα

Ήπιες Μορφές Ενέργειας

Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα Ήπιες Μορφές Ενέργειας Ενότητα 1: Εισαγωγή Καββαδίας Κ.Α. Τμήμα Μηχανολογίας Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται

Διαβάστε περισσότερα

Προσδιορισµός της Ηλιοφάνειας. Εργαστήριο 6

Προσδιορισµός της Ηλιοφάνειας. Εργαστήριο 6 Προσδιορισµός της Ηλιοφάνειας Εργαστήριο 6 Ηλιοφάνεια Πραγµατική ηλιοφάνεια είναι το χρονικό διάστηµα στη διάρκεια της ηµέρας κατά το οποίο ο ήλιος δεν καλύπτεται από σύννεφα. Θεωρητική ηλιοφάνεια ο χρόνος

Διαβάστε περισσότερα

Κεφάλαιο 5: Ηλιακή γεωμετρία και ακτινοβολία Εισαγωγή

Κεφάλαιο 5: Ηλιακή γεωμετρία και ακτινοβολία Εισαγωγή Κεφάλαιο 5: 5.1. Εισαγωγή Η ηλιακή γεωμετρία περιγράφει τη σχετική κίνηση γης και ήλιου και αποτελεί ένα σημαντικό παράγοντα που υπεισέρχεται στον ενεργειακό ισολογισμό κτηρίων. Ανάλογα με τη γεωμετρία

Διαβάστε περισσότερα