ΓΙΔΡΔΤΝΗΗ ΣΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑΚΗ ΑΠΟΓΟΗ ΓΙΑΦΟΡΧΝ ΣΤΠΧΝ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΧΝ ΣΟΙΥΔΙΧΝ Δ ΥΔΗ ΜΔ ΣΟΝ ΣΟΠΟ ΔΓΚΑΣΑΣΑΗ ΓΙΠΛΧΜΑΣΙΚΗ ΔΡΓΑΙΑ

Transcript

1 ΓΙΔΡΔΤΝΗΗ ΣΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑΚΗ ΑΠΟΓΟΗ ΓΙΑΦΟΡΧΝ ΣΤΠΧΝ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΧΝ ΣΟΙΥΔΙΧΝ Δ ΥΔΗ ΜΔ ΣΟΝ ΣΟΠΟ ΔΓΚΑΣΑΣΑΗ ΓΙΠΛΧΜΑΣΙΚΗ ΔΡΓΑΙΑ Υαηδεζηεθάλνπ. Γξεγφξεο Δπηβιέπσλ : Καξαγηαλλφπνπινο Κσλζηαληίλνο Καζεγεηήο Δ.Μ.Π. Αζήλα, Μάξηηνο 2008

2

3 ΓΙΔΡΔΤΝΗΗ ΣΗ ΔΝΔΡΓΔΙΑΚΗ ΑΠΟΓΟΗ ΓΙΑΦΟΡΧΝ ΣΤΠΧΝ ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΧΝ ΣΟΙΥΔΙΧΝ Δ ΥΔΗ ΜΔ ΣΟΝ ΣΟΠΟ ΔΓΚΑΣΑΣΑΗ ΓΙΠΛΧΜΑΣΙΚΗ ΔΡΓΑΙΑ Υαηδεζηεθάλνπ. Γξεγφξεο Δπηβιέπσλ : Κσλζηαληίλνο Καξαγηαλλφπνπινο Καζεγεηήο Δ.Μ.Π. Δγθξίζεθε απφ ηελ ηξηκειή εμεηαζηηθή επηηξνπή ηελ 21 ε Μαξηίνπ Κσλ/λνο Καξαγηαλλφπνπινο Καζεγεηήο Δ.Μ.Π.... Νηθφιανο Θενδψξνπ Καζεγεηήο Δ.Μ.Π.... Πεξηθιήο Μπνχξθαο Καζεγεηήο Δ.Μ.Π. Αζήλα, Μάξηηνο 2008

4 .... Υαηδεζηεθάλνπ. Γξεγφξεο Γηπισκαηνχρνο Ηιεθηξνιφγνο Μεραληθφο θαη Μεραληθφο Τπνινγηζηψλ Δ.Μ.Π. Copyright Υαηδεζηεθάλνπ. Γξεγφξεο Με επηθχιαμε παληφο δηθαηψκαηνο. All rights reserved. Απαγνξεχεηαη ε αληηγξαθή, απνζήθεπζε θαη δηαλνκή ηεο παξνχζαο εξγαζίαο, εμ νινθιήξνπ ή ηκήκαηνο απηήο, γηα εκπνξηθφ ζθνπφ. Δπηηξέπεηαη ε αλαηχπσζε, απνζήθεπζε θαη δηαλνκή γηα ζθνπφ κε θεξδνζθνπηθφ, εθπαηδεπηηθήο ή εξεπλεηηθήο θχζεο, ππφ ηελ πξνυπφζεζε λα αλαθέξεηαη ε πεγή πξνέιεπζεο θαη λα δηαηεξείηαη ην παξφλ κήλπκα. Δξσηήκαηα πνπ αθνξνχλ ηε ρξήζε ηεο εξγαζίαο γηα θεξδνζθνπηθφ ζθνπφ πξέπεη λα απεπζχλνληαη πξνο ηνλ ζπγγξαθέα. Οη απφςεηο θαη ηα ζπκπεξάζκαηα πνπ πεξηέρνληαη ζε απηφ ην έγγξαθν εθθξάδνπλ ηνλ ζπγγξαθέα θαη δελ πξέπεη λα εξκελεπζεί φηη αληηπξνζσπεχνπλ ηηο επίζεκεο ζέζεηο ηνπ Δζληθνχ Μεηζφβηνπ Πνιπηερλείνπ. 4

5 Πεξίιεςε θνπφο ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο απηήο είλαη λα εκβαζχλνπκε ζε ηξεηο ηχπνπο Φ/, κνλνθξπζηαιιηθνχ, πνιπθξπζηαιιηθνχ θαη άκνξθνπ ππξηηίνπ θαη κέζα απφ αξηζκεηηθά δεδνκέλα λα απνθαλζνχκε ζε πνηεο δψλεο ηεο Διιάδνο αληηζηνηρεί θαιχηεξα ν θαζέλαο απφ απηνχο ηνπο ηξεηο ηχπνπο. ην πξψην κέξνο ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο αλαιχνπκε ηελ αξρή ιεηηνπξγίαο ησλ Φ/Β, δηαρσξίδνπκε ηνπο ηξεηο πξναλαθεξζέληεο ηχπνπο Φ/Β ζε αηνκηθφ επίπεδν θαη κειεηνχκε ην Φ/Β πιαίζην αξρηθά σο κνλάδα θαη χζηεξα ζε ζχζηεκα. Σέινο γίλεηαη θαη έλαο δηαρσξηζκφο ηνπ ειιαδηθνχ ρψνπ ζε δψλεο αλάινγα κε ηελ ηζρχ ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρνληαη απφ ηνλ ήιην. ην δεχηεξν κέξνο θάλνπκε ηε βηβιηνγξαθηθή καο έξεπλα θαη παξαζέηνπκε αξηζκεηηθά δεδνκέλα απφ άιιεο εξγαζίεο,ηα νπνία αληηθαηνπηξίδνπλ ηελ ελεξγεηαθή ζπκπεξηθνξά ησλ Φ/ απφ κνλνθξπζηαιιηθφ, πνιπθξπζηαιιηθφ θαη άκνξθν ππξίηην αληίζηνηρα. Έηζη ινηπφλ ζην ηέινο ηεο εξγαζίαο θαηαιήγνπκε ζηα ζπκπεξάζκαηά καο, πνπ πξνθχπηνπλ ζπλδπάδνληαο ηα δχν κέξε ηεο δηπισκαηηθήο εξγαζίαο. Λέμεηο θιεηδηά Φ/Β(θσηνβνιηατθφ), Φ/ (θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν), κνλνθξπζηαιιηθφ ππξίηην, πνιπθξπζηαιιηθφ ππξίηην ( mc-si), άκνξθν ππξίηην (a-si), έληαζε αθηηλνβνιίαο, έληαζε ξεχκαηνο, ηάζε ξεχκαηνο 5

6 Abstract The purpose of this paper is to clarify the terms of monocrystalline-silicon P/V, multicrystalline silicon P/V (or poly-si) and amorphous silicon P/V and through experimental database to decide which one of these three types suits best in different greek landzones. In the first part of the paper we explain how the photovoltaic phainomenon occurs, we point the difference between monocrystalline-si, multicrystalline-si and amorphous-si P/V in the molecular level.at this point we eplain how the single P/V panel works and after that how a whole system of P/V works and is connected to the grid.in the end of the first part we split the greek territory in different landzones depending on the light intensity in each zone. In the second part experimental database is included, which show us the performance of the three different P/V types under various circumstances. In conclusion, we can decide which type of P/V suits better in the different greek landzones. Key Words P/V (photovoltaic), monocrystalline silicon, multicrystalline silicon, amorphous silicon, light intensity, insolation, spectra, current, voltage 6

7 Πεξηερόκελα ΠΔΡΙΔΥΟΜΔΝΑ...7 ΔΙΑΓΧΓΗ...10 Α ΜΔΡΟ 1.ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΑ Γεληθά Υαξαθηεξηζηηθά ησλ Φ/Β ζπζηεκάησλ Κφζηνο ιεηηνπξγίαο Δθαξκνγέο Η θαηάζηαζε ζηελ Διιάδα ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΟ ΦΑΙΝΟΜΔΝΟ Γεληθά Η απνξξφθεζε ηεο αθηηλνβνιίαο ζηα θσηνβνιηατθά ζηνηρεία Η δεκηνπξγία θσηνξεχκαηνο Σα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ Ο ζπληειεζηήο πιήξσζεο Σα ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ-γεχηεξε Πξνζέγγηζε Η απνδνηηθή ιεηηνπξγία ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ-ζε ζηαζεξέο ζπλζήθεο Η απνδνηηθή ιεηηνπξγία ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ-ζε κεηαβαιιφκελεο πλζήθεο Αμηνιφγεζε ησλ εκηαγσγψλ γηα ειηαθέο θσηνβνιηατθέο εθαξκνγέο.37 3.ΑΣΟΜΙΚΗ ΚΑΙ ΚΡΤΣΑΛΛΙΚΗ ΓΟΜΗ ΣΗ ΤΛΗ Γεληθά Ηιηαθά ζηνηρεία ππξηηίνπ Η επηινγή θαη ε ζπκπεξηθνξά ηνπ ππξηηίνπ Η παξαζθεχε ηνπ ειηαθνχ ζηνηρείνπ Η δηακφξθσζε ηεο δηφδνπ Αληαγσληζηηθά κεγέζε Άκνξθν ππξίηην.50 4.ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΟ ΠΛΑΙΙΟ Γεληθά Η απφδνζε ηνπ θσηνβνιηατθνχ πιαηζίνπ Η επίδξαζε ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη ηεο ξχπαλζεο Η ηζρχο ηεο αηρκήο ηνπ θσηνβνιαητθνχ πιαηζίνπ Φσηνβνιηατθά πάλει θαη ζπζηνηρίεο Οη απψιεηεο ζηα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΑ ΤΣΗΜΑΣΑ Η ζπγθξφηεζε ηνπ ζπζηήκαηνο ρεδηαζκφο ηνπ ζπζηήκαηνο Βαζηθέο επηινγέο θαη πξνυπνζέζεηο Η δήηεζε : νη ειεθηξηθέο θαηαλαιψζεηο Η πξνζθνξά : ε ειηαθή ελέξγεηα Σν δεηνχκελν : ην πιήζνο ησλ θσηνβνιηατθψλ πιαηζίσλ Η ζπλδεζκνινγία ησλ ζπζηνηρηψλ

8 Β ΜΔΡΟ ΓΔΝΙΚΑ ΔΡΓΑΙΑ 1 Comparison of Photovoltaic Module Performance Measurements Δηζαγσγή Απνηειέζκαηα Μεηξήζεσλ Θεξκνθξαζία Αέξηα Μάδα Γσλία ΔΡΓΑΙΑ 2 The performance and modeling of 8 P/V materials under variable light intensity and spectra Δηζαγσγή Απνηειέζκαηα ΔΡΓΑΙΑ 3 Comparison of module performance characterization methods for energy Production Δηζαγσγή Απνηειέζκαηα Πνιπθξπζηαιιηθφ ππξίηην mc-si Άκνξθν ππξίηην dual junction a-si Άκνξθν ππξίηην triple junction a-si Μέζε εηήζηα παξαγφκελε ελέξγεηα ΔΡΓΑΙΑ 4 Comparison of 6 photovoltaic materials across 4 orders of magnitude intensity Δηζαγσγή Απνηειέζκαηα ΔΡΓΑΙΑ 5 P/V Compare:direct comparison of 11 PV technologies at two locations in southern and northern Europe Δηζαγσγή Απνηειέζκαηα ΔΡΓΑΙΑ 6 Comparison of energy production and performance from flat plate P/V module deployed at fixed tilt Δηζαγσγή Απνηειέζκαηα ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ ΠΡΟΣΑΔΙ ΓΙΑ ΠΔΡΑΙΣΔΡΧ ΔΡΔΤΝΑ.116 8

9 ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Α 1 ΤΠΟΛΟΓΙΜΟ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΣΙΝΟΒΟΛΙΑ Βαζηθέο γσλίεο πληζηψζεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο Τπνινγηζκφο ηεο άκεζεο θαη δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο ζε νξηδφληην επίπεδν φηαλ γλσξίδνπκε ηελ νιηθή αθηηλνβνιία Δθηίκεζε σξηαίαο αθηηλνβνιίαο απφ ηελ εκεξήζηα Δθηίκεζε ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε θεθιηκέλεο επηθάλεηεο κε δεδνκέλε ηελ αθηηλνβνιία ζε νξηδφληην επίπεδν Δθηίκεζε άκεζεο αθηηλνβνιίαο Δθηίκεζε δηάρπηεο αθηηλνβνιίαο Δθηίκεζε αλαθιψκελεο αθηηλνβνιίαο Μεζνδνινγία ππνινγηζκνχ ζπλνιηθήο αθηηλνβνιίαο ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

10 Δηζαγσγή Η ειηαθή ελέξγεηα είλαη πξαγκαηηθά κηα ηεξάζηηα πεγή ελέξγεηαο. ε ιηγφηεξν απφ κηα ψξα ε ελέξγεηα πνπ θηάλεη απφ ηνλ ήιην ζηε γε ζα κπνξνχζε λα θαιχςεη ηηο παγθφζκηεο ελεξγεηαθέο απαηηήζεηο γηα έλα ρξφλν αλ κπνξνχζε λα αμηνπνηεζεί. Οη πεξηζζφηεξεο απφ ηηο άιιεο κνξθέο Α.Π.Δ. εμαξηψληαη απφ ηνλ ήιην. Η πδξνειεθηξηθή, ε αηνιηθή θαη έλα κέξνο ηεο ελέξγεηαο ησλ θπκάησλ, νθείινληαη ζηελ ειηαθή ελέξγεηα. Η ηζηνξία ησλ θσηνβνιηατθψλ πεγαίλεη πίζσ πάλσ απφ 150 ρξφληα φηαλ ην 1839 ν Alexandre Edmund Becquerel παξαηήξεζε φηη παξάγεηαη ειεθηξηθφ ξεχκα απφ ζπγθεθξηκέλεο ρεκηθέο αληηδξάζεηο θαη ην ειηαθφ θσο. Έλα παξφκνην θαηλφκελν παξαηεξήζεθε θαη ζε έλα ζηεξεφ (ζειήλην) αξθεηέο δεθαεηίεο αξγφηεξα. Χζηφζν κηα πην νινθιεξσκέλε θαηαλφεζε ησλ θαηλνκέλσλ απηψλ έγηλε ζηηο αξρέο ηνπ 19 νπ αηψλα κε ηελ αλάπηπμε ηεο επηζηήκεο θαη ηεο θβαληηθήο ζεσξίαο. Η αλάπηπμε ηεο πξψηεο ζηεξεήο ζπζθεπήο ηε δεθαεηία ηνπ 1940 άλνημε ην δξφκν γηα ηελ αλαθνίλσζε ηεο πξψηεο ειηαθήο θπςέιεο ππξηηίνπ κε απφδνζε 6% (1954). Η παξαγσγή ελέξγεηαο απφ θσηνβνιηατθά είλαη αμηφπηζηε, δελ πεξηιακβάλεη θηλνχκελα κέξε θαη ην θφζηνο ζπληήξεζεο θαη ιεηηνπξγίαο είλαη πνιχ ρακειφ. Η ιεηηνπξγία ηνπο είλαη αζφξπβε θαη δελ κνιχλνπλ ην πεξηβάιινλ. Δπίζεο ε ελέξγεηα παξάγεηαη εθεί πνπ ρξεηάδεηαη ρσξίο λα είλαη αλαγθαίεο γξακκέο γηα ηε κεηαθνξά ηεο. ηε δηθή καο παξνπζίαζε ζα αζρνιεζνχκε κε ηηο ηξεηο θπξηφηεξεο ηερλνινγίεο Φ/Β, κνλνθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ,πνιπθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ θαη άκνξθνπ ππξηηίνπ.θα παξαζέζνπκε ζηνηρεία θαη κεηξήζεηο φζνλ αθνξά ηελ απφδνζε ησλ δηαθφξσλ Φ/Β ππφ δηάθνξεο ζπλζήθεο θαη ζα πξνβνχκε ζε ζπκπεξάζκαηα γηα ηελ ηδαληθφηεξε ρξήζε Φ/Β ζηνλ ειιαδηθφ ρψξν. Καξηθαηνύξα νηθνινγηθνύ ζπηηηνύ 10

11 Α ΜΔΡΟ 1.ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΑ 1.1 ΓΔΝΗΚΑ σ Σππηθό Φ/Β Η χπαξμε δσήο ζηε γε νθείιεηαη ζηνλ ήιην. Σα θπηά, γηα ηελ θσηνζχλζεζε, ρξεηάδνληαη ειηαθφ θσο. Σα θπηνθάγα δψα ηξέθνληαη κε θπηά, ηα ζαξθνθάγα κε θπηνθάγα, άξα φια εμαξηψληαη απφ ηνλ ήιην. Ο άλζξσπνο εθκεηαιιεχεηαη ηελ ειηαθή ελέξγεηα ρξεζηκνπνηψληαο ειηαθά ειεθηξηθά ζηνηρεία, πιαίζηα ειηαθψλ θπςειίδσλ θαη γηγαληηαία θάηνπηξα. Έηζη ζεξκαίλεηαη λεξφ θαη παξάγεηαη ειεθηξηθή ελέξγεηα. Η εθκεηάιιεπζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο έρεη πάξα πνιιά ζεηηθά ζηνηρεία, γηαηί ζα ππάξρεη γηα πάληα θαη δελ κνιχλεη θαζφινπ ηελ αηκφζθαηξα ηεο γεο. Η ελέξγεηα πνπ ζηέιλεη ζηε γε ν ήιηνο, ηζνδπλακεί κε ηελ ελέξγεηα πνπ ζα έπξεπε λα παξάγνπλ πεξηζζφηεξνη απφ 150 εθαηνκκχξηα κεγάινη ζηαζκνί παξαγσγήο. Σν θσηνβνιηατθφ θαηλφκελν πξσηναλαθαιχθζεθε ην 1839 αιιά ην πξψην ειηαθφ ειεθηξηθφ ζηνηρείν θαηαζθεπάζηεθε ην 1954 ζηα εξγαζηήξηα Mπέι ζηηο Ηλσκέλεο Πνιηηείεο γηα δηαζηεκηθέο εθαξκνγέο. 11

12 σ Αξρή ιεηηνπξγίαο Φ/Β Καζψο ην θφζηνο ησλ Φ/Β πιαηζίσλ ζπλερίδεη λα κεηψλεηαη, φιν θαη πεξηζζφηεξα είδε εθαξκνγψλ κε Φ/β ζπζηήκαηα γίλνληαη νηθνλνκηθά αληαγσληζηηθά, έλαληη ηεο ρξήζεο ζπκβαηηθψλ κνξθψλ ελέξγεηαο.παξάιιεια, ε απμαλφκελε επαηζζεζία ηεο θνηλήο γλψκεο, ιφγσ ησλ δπζκελψλ πεξηβαιινληηθψλ επηπηψζεσλ απφ ηηο ζπκβαηηθέο κεζφδνπο παξαγσγήο θαη ρξήζεο ελέξγεηαο, ζε ζπλδπαζκφ κε ηα πιενλεθηήκαηα ησλ Φ/β ζπζηεκάησλ, έρεη ζαλ απνηέιεζκα απηά λα απνηεινχλ κηα απφ ηηο πην πνιιά ππνζρφκελεο ελεξγεηαθέο ηερλνινγίεο Σν ζνβαξφηεξν εκπφδην, απηή ηε ζηηγκή, γηα ηε ζε κεγάιε θιίκαθα δηείζδπζε ησλ Φ/β ζεσξείηαη κφλν ην θφζηνο. Η Διιάδα παξνπζηάδεη αμηνζεκείσηεο πξνυπνζέζεηο, ηδίσο ζρεηηθά κε ηηο άιιεο Δπξσπατθέο ρψξεο, γηα αλάπηπμε θαη εθαξκνγή ησλ Φ/β ζπζηεκάησλ Τςειά επίπεδα ειηνθάλεηαο Πιήζνο-λεζησηηθψλ θπξίσο-πεξηνρψλ, κε ζπλδεδεκέλσλ κε ην δίθηπν ηεο ΓΔΗ. Παξφια απηά, ε Διιάδα εκθαλίδεηαη ζε κία απφ ηηο ρακειφηεξεο ζέζεηο κεηαμχ ησλ ρσξψλ κειψλ ηνπ Γηεζλνχο Οξγαληζκνχ Δλέξγεηαο απφ πιεπξάο εγθαηεζηεκέλσλ Φ/β ζπζηεκάησλ. 12

13 1.2 ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΣΩΝ Φ/Β ΤΣΖΜΑΣΩΝ Σα βαζηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ Φ/β ζπζηεκάησλ, πνπ ηα δηαθξίλνπλ από ηηο άιιεο κνξθέο ΑΠΔ είλαη: Απεπζείαο παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, αθφκε θαη ζε πνιχ κηθξή θιίκαθα, π.ρ ζε επίπεδν κεξηθψλ δεθάδσλ Watt ή θαη mwatt Δίλαη εχρξεζηα. ε κηθξά ζπζηήκαηα κπνξνχλ λα εγθαηαζηαζνχλ απφ ηνπο ίδηνπο ηνπο ρξήζηεο. Μπνξνχλ λα εγθαηαζηαζνχλ κέζα ζηηο πφιεηο θαη δελ πξνζβάιινπλ αηζζεηηθά ην πεξηβάιινλ Μπνξνχλ λα ζπλδπαζηνχλ κε άιιεο πεγέο ελέξγεηαο (πβξηδηθά ζπζηήκαηα) Μπνξνχλ λα επεθηαζνχλ αλά πάζα ζηηγκή γηα λα αληηκεησπίζνπλ ηηο απμεκέλεο αλάγθεο ησλ ρξεζηψλ. Έρνπλ αζφξπβε ιεηηνπξγία θαη κεδεληθέο εθπνκπέο ξχπσλ Οη απαηηήζεηο ζπληήξεζεο είλαη ζρεδφλ κεδεληθέο Έρνπλ κεγάιε δηάξθεηα δσήο θαη αμηνπηζηία Τςειφ θφζηνο επέλδπζεο. Η ελεξγεηαθή αλεμαξηεζία ηνπ ρξήζηε, φπνπ θαη λα βξίζθεηαη απηφο είλαη ην κεγαιχηεξν πιενλέθηεκα ησλ Φ/β ζπζηεκάησλ. Σν θφζηνο ησλ Φ/β πιαηζίσλ είλαη ζήκεξα ην κεγαιχηεξν κεηνλέθηεκα ησλ Φ/β ζπζηεκάησλ. Όκσο πξέπεη λα ηνληζηεί φηη ππάξρνπλ ζήκεξα αξθεηνί ρξήζηεο γηα ηνπο νπνίνπο ην Φ/β ζχζηεκα είλαη ε πιένλ ελδεδεηγκέλε νηθνλνκηθή ιχζε. Πξέπεη λα ηνληζηεί φηη ε Φ/β ηερλνινγία, φπσο άιισζηε θαη νη πεξηζζφηεξεο ηερλνινγίεο Αλαλεψζηκσλ Πεγψλ Δλέξγεηαο, παξνπζηάδεη ηδηαηηεξφηεηεο πνπ θάλνπλ δχζθνιε ηε ζχγθξηζε ηεο κε ηηο ζπκβαηηθέο ηερλνινγίεο π.ρ : Γελ ππάξρεη ζαθήο ηξφπνο απνηίκεζεο ηνπ πεξηβαιινληηθνχ θφζηνπο ησλ ζπκβαηηθψλ ηερλνινγηψλ. Σν θφζηνο ηεο ελέξγεηαο απφ Φ/β ζπζηήκαηα εμαξηάηαη πάξα πνιχ απφ ην θφζηνο ηνπ ρξήκαηνο 13

14 1.3 ΚΟΣΟ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ Μία ηππηθή Φ/β ζπζηνηρία απνηειείηαη απφ έλα ή πεξηζζφηεξα Φ/β πιαίζηα ειεθηξηθά ζπλδεδεκέλα κεηαμχ ηνπο. Όηαλ ηα Φ/β πιαίζηα εθηεζνχλ ζηελ ειηαθή αθηηλνβνιία, κεηαηξέπνπλ έλα 10% πεξίπνπ ηεο πξνζπίπηνπζαο ειηαθήο ελέξγεηαο ζε ειεθηξηθή. Δπηπιένλ, ε κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο ζε ειεθηξηθή γίλεηαη αζφξπβα, αμηφπηζηα θαη δίρσο θακία επηβάξπλζε ζην πεξηβάιινλ. Γεδνκέλνπ φηη ζηελ Διιάδα ε πξνζπίπηνπζα ειηαθή αθηηλνβνιία είλαη πεξίπνπ 1800 KWh αλά ηεηξαγσληθφ κέηξν ην έηνο, έλα Φ/β ζχζηεκα 3 KWp εγθαηεζηεκέλν ζε νξνθή θαηνηθίαο ζηε Κξήηε ζα κπνξνχζε λαα παξέρεη 4700 ΚWh/έηνο, φζε πεξίπνπ θαη ε κέζε θαηαλάισζε ειεθηξηθήο ελέξγεηαο κηαο ηεηξακεινχο νηθνγέλεηαο. Σν θφζηνο ελφο απηφλνκνπ νηθηαθνχ ζπζηήκαηνο κε απνζήθεπζε ζε κπαηαξίεο, είλαη ηεο ηάμεο ησλ E /KWp ζπκπεξηιακβαλνκέλνπ ηνπ ΦΠΑ. Δπίζεο απφ ππνινγηζκνχο ηνπ ΚΑΠΔ θαίλεηαη φηη ην επηπεδνπνηεκέλν θφζηνο ελέξγεηαο απφ Φ/β θπκαίλεηαη, απφ 0,5E/ΚWh (δηαζπλδεδεκέλν ζχζηεκα ) έσο 0,7E /KWh (Απηφλνκν ζχζηεκα AC) γηα Φ/β ζπζηήκαηα ηάμεσο κεγέζνπο νιίγσλ KWp. σ Σππηθό Φ/Β 14

15 1.4 ΔΦΑΡΜΟΓΔ Σα Φ/β ζπζηήκαηα απεπζχλνληαη ζε πεξηνρέο εθαξκνγψλ, φπνπ ην ζρεηηθά πςειφ θφζηνο ηνπο δελ απνηειεί ζεκαληηθφ εκπφδην. Οη εθαξκνγέο απηέο ζπλήζσο ραξαθηεξίδνληαη απφ: ρακειέο ελεξγεηαθέο αλάγθεο έιιεηςε ελαιιαθηηθψλ ηξφπσλ παξνρήο ελέξγεηαο ή, φπνπ ππάξρνπλ, απηνί είλαη πνιχ αθξηβνί (π.ρ. ζχλδεζε κε έλα απνκαθξπζκέλν δίθηπν) απαηηήζεηο πςειήο αμηνπηζηίαο ή θαη ρακειέο αλάγθεο ζπληήξεζεο αλ θπξηφηεξεο θαηεγνξίεο εθαξκνγψλ Φ/Β ζπζηεκάησλ κπνξνχλ λα ζεσξεζνχλ νη εμήο: α) Καηαλαισηηθά πξντόληα ( Wp) Σα ζπζηήκαηα ηεο θαηεγνξίαο απηήο ρξεζηκνπνηνχληαη ζε πεξηνρέο πνπ δελ είλαη ζπλδεδεκέλεο κε ην δίθηπν ή ζε ηξνρφζπηηα, ζθάθε αλαςπρήο, θιπ., γηα ηελ εμππεξέηεζε αλαγθψλ θσηηζκνχ θαη ςχμεο θαη γηα πξντφληα φπσο ειεθηξνληθνί ππνινγηζηέο, θαλνί θ.ά. β) Απηόλνκα ή απνκνλσκέλα ζπζηήκαηα (100Wp 200KWp) ηελ θαηεγνξία απηή ζπγθαηαιέγνληαη ζπζηήκαηα παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο γηα θαηνηθίεο θαη κηθξνχο νηθηζκνχο πνπ δελ είλαη ζπλδεδεκέλνη ζην δίθηπν. Αθφκε ρξεζηκνπνηνχληαη γηα : αθαιάησζε / άληιεζε / θαζαξηζκφ λεξνχ θσηηζκφ (δξφκσλ, πάξθσλ, αεξνδξνκίσλ) ζπζηήκαηα ηειεπηθνηλσληψλ, ηειεκεηξήζεσλ θαη ζπλαγεξκνχ ζπζηήκαηα ζεκαηνδφηεζεο (νδηθήο θπθινθνξίαο, λαπηηιίαο, αεξνλαπηηιίαο) ςχμε (αγξνηηθψλ πξντφλησλ, θαξκάθσλ θ.ιπ.) γ) πζηήκαηα ζπλδεδεκέλα κε ην δίθηπν ( 200 ΚWp - αξθεηά ΜWp) ηελ θαηεγνξία απηή, πνπ ζχκθσλα κε ηηο ζπκβαηηθέο ζεσξήζεηο πξνο ην παξφλ δελ αμηνινγείηαη ζαλ νηθνλνκηθά βηψζηκε, δηαθξίλνληαη δχν θαηεγνξίεο ζπζηεκάησλ. Φ/Β ζπζηήκαηα κεγέζνπο έσο κεξηθψλ εθαηνληάδσλ ΚWp πνπ ηξνθνδνηνχλ θαηνηθίεο, ζπγθξνηήκαηα θαηνηθηψλ ή άιια θηίξηα θαη φπνπ ε ηπρφλ πιενλάδνπζα ελέξγεηα ηξνθνδνηείηαη (πσιείηαη) πξνο ην δίθηπν Φ/Β ζηαζκνί παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, φπνπ ε παξαγφκελε ελέξγεηα δηνρεηεχεηαη απεπζείαο ζην δίθηπν 15

16 Γηα ηα Φ/Β ζπζηήκαηα πνπ αλαξηψληαη ζε θηίξηα (ζε πξνζφςεηο, νξνθέο, θιπ.), ζε ζχλδεζε κε ην δίθηπν, ηειεπηαία έρεη εθδεισζεί ηδηαίηεξν ελδηαθέξνλ. Σα νθέιε πνπ πξνθχπηνπλ είλαη: ζπγρξνληζκφο Φπθηηθψλ θνξηίσλ θηηξίσλ κε κεγίζηε παξαγφκελε ηζρχ απφ Φ/Β απνθπγή ρξήζεο γεο απνθεληξσκέλε παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο Δπίζεο, γίλεηαη πξνζπάζεηα γηα ρξήζε ησλ Φ/Β θαη σο δνκηθψλ ζηνηρείσλ ζηα θηίξηα, απμάλνληαο έηζη ηα νηθνλνκηθά νθέιε, εθηφο απφ απηά πνπ ήδε αλαθέξζεθαλ. σ Φ/Β πάξθν [ πεγή ] 16

17 1.5 Ζ ΚΑΣΑΣΑΖ ΣΖΝ ΔΛΛΑΓΑ Τπάξρνπλ πάλσ απφ 550 ΚWp εγθαηεζηεκέλσλ Φ/Β ζπζηεκάησλ ζε φιε ηε ρψξα. Σα κεγαιχηεξα ζπζηήκαηα έρνπλ εγθαηαζηαζεί απφ ηε ΓΔΗ. Οη εθαξκνγέο απηέο αθνξνχλ ηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο γηα ην δίθηπν ησλ λεζηψλ θαη ηελ ειεθηξνδφηεζε κηθξψλ ρσξηψλ. Μεγαιχηεξν πιήζνο ζπζηεκάησλ, πάλσ απφ 350 άιιά κηθξφηεξεο ηζρχνο, έρεη εγθαηαζηήζεη ε Τπεξεζία Φάξσλ ηνπ Πνιεκηθνχ Ναπηηθνχ. Έλα αθφκα κεγαιχηεξν πιήζνο έρεη εγθαηαζηαζεί απφ ηδηψηεο γηα ειεθηξνδφηεζε εμνρηθψλ θαηνηθηψλ, κηθξψλ μελνδνρεηαθψλ κνλάδσλ, κνλαζηεξηψλ θ.ιπ. Οη εγθαηαζηάζεηο απηέο έρνπλ γίλεη ρσξίο θακία νηθνλνκηθή ελίζρπζε απφ ηελ Πνιηηεία. Δθηηκάηαη φηη ην ηξέρνλ κέγεζνο ηεο ειιεληθήο αγνξάο θπκαίλεηαη αλάκεζα ζε 20 θαη 40 KWp αλά έηνο. Δθηίκεζε γηα ην αμηνπνηήζηκν δπλακηθφ δελ είλαη δπλαηφλ λα δνζεί, γηαηί ε ειηαθή αθηηλνβνιία κπνξεί λα αμηνπνηεζεί παληνχ, θζάλεη λα πξνζθέξεη κηα νηθνλνκηθά βηψζηκε ιχζε.σν κέζν θφζηνο παξαγσγήο ηεο ΓΔΗ, ζε ηηκέο ηνπ 1994, γηα ην δηαζπλδεδεκέλν ζχζηεκα (Ηπεηξσηηθή Διιάδα) ήηαλ 12,5 δξρ./κwp, ελψ ην κέζν θφζηνο παξαγσγήο ζηα λεζηά θπκάλζεθε απφ 23 κέρξη 100 δξρ./ ΚWp. Αλ, ζπλεπψο, πξνζηεζεί ζηελ ηηκή ηεο ΚWh, ην εμσηεξηθφ θφζηνο πνπ παξάγεηαη λεζησηηθή ρψξα, απηή απμάλεηαη θαη ε ςαιίδα αλάκεζα ζηα Φ/Β θαη ζηα ζπκβαηηθά θαχζηκα θιείλεη. Όζν γηα νξηζκέλα απφ ηα λεζηά, ε ηηκή ηεο ηνπηθά παξαγφκελεο ελέξγεηαο είλαη ήδε ηέηνηα, πνπ ε Φ/Β ελέξγεηα είλαη ζήκεξα πηζαλφηαηα ε πιένλ ζπκθέξνπζα ιχζε ζηηο πεξηπηψζεηο πνπ πξνγξακκαηίδεηαη ελίζρπζε ηνπ ηνπηθνχ δηθηχνπ ηεο ΓΔΗ. Δπίζεο, πξέπεη λα ζεκεησζεί, φηη ην θφζηνο ειεθηξνπαξαγσγήο θαηά ηε δηάξθεηα σξψλ αηρκήο, γηα πνιιά απφ ηα λεζηά πνπ παξνπζηάδνπλ ζρεηηθά ρακειφ κέζν θφζηνο, είλαη δχν θαη ηξεηο θνξέο κεγαιχηεξν απφ απηφ, γεγνλφο πνπ ζεκαίλεη, φηη θαη ζε απηά ηα λεζηά ε ρξήζε Φ/Β ζπζηεκάησλ πηζαλφλ λα απνηειέζεη κηα αληαγσληζηηθή πξφηαζε ζην κέιινλ. 17

18 2.1 Γενικά 2.ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΟ ΦΑΙΝΟΜΔΝΟ Δίλαη γλσζηφ φηη ηα ειηαθά ζηνηρεία είλαη δίνδνη εκηαγσγνχ κε ηε κνξθή ελφο δίζθνπ, (δειαδή ε έλσζε p-n εθηείλεηαη ζε φιν ην πιάηνο ηνπ δίζθνπ), πνπ δέρεηαη ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία. Κάζε θσηφλην ηεο αθηηλνβνιίαο κε ελέξγεηα ίζε ή κεγαιχηεξε απφ ην ελεξγεηαθφ δηάθελν ηνπ εκηαγσγνχ, έρεη ηε δπλαηφηεηα λα απνξξνθεζεί ζε έλα ρεκηθφ δεζκφ θαη λα ειεπζεξψζεη έλα ειεθηξφλην. Γεκηνπξγείηαη έηζη, φζν δηαξθεί ε αθηηλνβφιεζε, κία πεξίζζεηα απφ δεχγε θνξέσλ (ειεχζεξα ειεθηξφληα θαη νπέο), πέξα απφ ηηο ζπγθεληξψζεηο πνπ αληηζηνηρνχλ ζηηο ζπλζήθεο ηζνξξνπίαο.οη θνξείο απηνί, θαζψο θπθινθνξνχλ ζην ζηεξεφ (θαη εθφζνλ δελ επαλαζπλδεζνχλ κε θνξείο αληηζέηνπ πξφζεκνπ), κπνξεί λα βξεζνχλ ζηελ πεξηνρή ηεο έλσζεο p-n νπφηε ζα δερζνχλ ηελ επίδξαζε ηνπ ελζσκαησκέλνπ ειεθηξνζηαηηθνχ πεδίνπ (ζρήκα 2.1-1). σ Ο κεραληζκόο ηεο εθδήισζεο ηνπ Φ/Β θαηλνκέλνπ ζε έλα ειηαθό ζηνηρείν.σα θσηόληα ηεο αθηηλνβνιίαο,πνπ δέρεηαη ην ζηνηρείν ζηε κπξνζηηλή ηνπ όςε ηύπνπ n, παξάγνπλ δεύγε θνξέσλ.έλα κέξνο από ηνπο θνξείο απηνύο δηαρσξίδεηαη κε ηελ επίδξαζε ηνπ ελζσκαησκέλνπ πεδίνπ ηεο δηόδνπ θαη εθηξέπεηαη πξνο ηα εκπξόο (e- ) ή πξνο ηα πίζσ (p+), δεκηνπξγώληαο κηα δηαθνξά δπλακηθνύ αλάκεζα ζηηο δύν όςεηο ηνπ ζηνηρείνπ.οη ππόινηπνη θνξείο επαλαζπλδένληαη θαη εμαθαλίδνληαη.έλα κέξνο ηεο αθηηλνβνιίαο αλαθιάηαη ζηελ επηθάλεηα ηνπ ζηνηρείνπ, ελώ έλα άιιν κέξνο ηεο δηέξρεηαη από ην ζηνηρείν ρσξίο λα απνξξνθεζεί, κέρξη λα ζπλαληήζεη ην πξώην ειεθηξόδην. 18

19 Έηζη, ηα ειεχζεξα ειεθηξφληα εθηξέπνληαη πξνο ην ηκήκα ηχπνπ Χ θαη νη νπέο εθηξέπνληαη πξνο ην ηκήκα ηχπνπ p, κε απνηέιεζκα λα δεκηνπξγεζεί κηα δηαθνξά δπλακηθνχ αλάκεζα ζηνπο αθξνδέθηεο ησλ δχν ηκεκάησλ ηεο δηφδνπ. Γειαδή, ε δηάηαμε απνηειεί κία πεγή ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο πνπ δηαηεξείηαη φζν δηαξθεί ε πξφζπησζε ηνπ ειηαθνχ θσηφο πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ ζηνηρείνπ. Η εθδήισζε ηεο δηαθνξάο δπλακηθνχ αλάκεζα ζηηο δχν φςεηο ηνπ θσηηδφκελνπ δίζθνπ, ε νπνία αληηζηνηρεί ζε νξζή πφισζε ηεο δηφδνπ, νλνκάδεηαη θσηνβνιηαηθφ θαηλφκελν. Η απνδνηηθή ιεηηνπξγία ησλ ειηαθψλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ζηεξίδεηαη ζηελ πξαθηηθή εθκεηάιιεπζε ηνπ παξαπάλσ θαηλνκέλνπ. Δθηφο απφ ηηο πξνζκίμεηο ησλ ηκεκάησλ p θαη n κηαο νκνέλσζεο, δειαδή πιηθνχ απφ ηνλ ίδην βαζηθά εκηαγσγφ, ην ελζσκαησκέλν ειεθηξνζηαηηθφ πεδίν, πνπ είλαη απαξαίηεηε πξνυπφζεζε γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε ελφο ειηαθνχ ζηνηρείνπ, αιιά θαη θάζε θσηνβνιηαηθήο δηάηαμεο, κπνξεί λα πξνέξρεηαη επίζεο θαη απφ δηφδνπο άιισλ. π.ρ. απφ δηφδνπο φηθπ πνπ ζρεκαηίδνληαη φηαλ έξζνπλ ζε επαθή έλαο εκηαγσγφο κε έλα κέηαιιν. σ Moscone Convention Center, San Francisco, CA kw [πεγή ] 19

20 2.2 Ζ ΑΠΟΡΡΟΦΖΖ ΣΖ ΑΚΣΗΝΟΒΟΛΗΑ ΣΑ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΗΚΑ ΣΟΗΥΔΗΑ ηα θσηνβνιηατθά ζηνηρεία δελ είλαη δπλαηή ε κεηαηξνπή ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα ηνπ ζπλφινπ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρνληαη ζηελ επηθάλεηά ηνπο. Έλα κέξνο απφ ηελ αθηηλνβνιία αλαθιάηαη πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ ζηνηρείνπ θαη δηαρέεηαη πάιη πξνο ην πεξηβάιινλ. ηε ζπλέρεηα, απφ ηελ αθηηλνβνιία πνπ δηεηζδχεη ζηνλ εκηαγσγφ, πξνθαλψο δελ κπνξεί λα απνξξνθεζεί ην κέξνο πνπ απνηειείηαη απφ θσηφληα κε ελέξγεηα κηθξφηεξε απφ ην ελεξγεηαθφ δηάθελν ηνπ εκηαγσγνχ. Γηα ηα θσηφληα απηά, ν εκηαγσγφο ζπκπεξηθέξεηαη ζαλ δηαθαλέο ζψκα. Έηζη, ε αληίζηνηρε αθηηλνβνιία δηαπεξλά άζηθηε ην εκηαγψγηκν πιηθφ ηνπ ζηνηρείνπ θαη απνξξνθάηαη ηειηθά ζην κεηαιιηθφ ειεθηξφδην πνπ θαιχπηεη ηελ πίζσ φςε ηνπ, κε απνηέιεζκα λα ην ζεξκαίλεη. Αιιά θαη απφ ηα θσηφληα πνπ απνξξνθά ν εκηαγσγφο, κφλν κε ην κέξνο εθείλν ηεο ελέξγεηάο ηνπο πνπ ηζνχηαη κε ην ελεξγεηαθφ δηάθελν ζπκβάιιεη, φπσο είδακε, ζηελ εθδήισζε ηνπ θσηνβνιηατθνχ θαηλνκέλνπ. Σν ππφινηπν κεηαθέξεηαη, ζαλ θηλεηηθή ελέξγεηα, ζην ειεθηξφλην πνπ ειεπζεξψζεθε απφ ηνλ δεζκφ, θαη ηειηθά κεηαηξέπεηαη επίζεο ζε ζεξκφηεηα. Όπσο ζα αλαιπζεί φκσο παξαθάησ, ε αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ επηδξά αξλεηηθά ζηελ απφδνζή ηνπο. Η ελέξγεηα ελφο θσηνλίνπ Δ ζπλδέεηαη κε ηε ζπρλφηεηα ηεο αθηηλνβνιίαο λ θαη κε ην κήθνο θχκαηνο ι κε ηηο ζρέζεηο : Δ=hλ=hc/ι φπνπ h είλαη ε ζηαζεξά δξάζεο ηνπ plank (h=6,3ρι0-34 JS) θαη c είλαη ε ηαρχηεηα ηνπ θσηφο (c = m/s). Δπνκέλσο, αλ ην ελεξγεηαθφ δηάθελν είλαη ζε κνλάδεο ειεθηξνληνβφιη (ev) θαη ην κήθνο θχκαηνο ζε κηθξφκεηξα (κm), ηφηε ην κέγηζην ρξεζηκνπνηήζηκν κήθνο θχκαηνο αθηηλνβνιίαο ζε έλα εκηαγσγφ, ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ Δ g, ζα είλαη : ι g =1,238/Δ g ζεσξψληαο ηψξα φηη ζηελ επηθάλεηα ελφο εκηαγσγνχ δηεηζδχεη κηα, κνλνρξσκαηηθή δέζκε αθηηλνβνιίαο απφ φκνηα θσηφληα ελέξγεηαο hv, πνπ έρεη ξνή (ε έληαζε ) ίζε κε Η κνλάδεο ηζρχνο αλά κνλάδα επηθαλείαο. Η ξνή ησλ θσηνλίσλ (Φ), δειαδή ην πιήζνο ησλ θσηνλίσλ αλά κνλάδα επηθαλείαο θαη ρξφλνπ, ζα είλαη : Φ=Η/hv=Ηι/hc Βιέπνπκε φπσο άιισζηε είλαη απηνλφεην φηη, γηα ζηαζεξή έληαζε Η ε ξνή Φ είλαη αληίζηξνθα αλάινγα κε ηελ ελέξγεηα ησλ θσηνλίσλ ή, πνπ είλαη ην ίδην, απμάλεη γξακκηθά κε ην ι. Αο ζπκβνιίζνπκε, ζηε ζπλέρεηα κε Φ ν ηελ αξρηθή ηηκή ηεο ξνήο ησλ θσηνλίσλ ζηελ επηθάλεηα ελφο εκηαγσγνχ, κε ρ ηελ απφζηαζε πνπ δηαλχεη ε αθηηλνβνιία κέζα 20

21 ζηνλ εκηαγσγφ, αξρίδνληαο απφ ηελ επηθάλεηά ηνπ, θαη κε Φ(ρ) ηελ ηηκή ηεο ξνήο ησλ θσηνλίσλ (δειαδή ην πιήζνο ησλ θσηνλίσλ πνπ δελ έρνπλ αθφκα απνξξνθεζεί) ζην βάζνο απηφ. Η επθνιία κε ηελ νπνία πξαγκαηνπνηείηε ε απνξξφθεζε ησλ θσηνλίσλ, πνπ είλαη κηα πνιχ ζεκαληηθή ηδηφηεηα γηα ηε ρξεζηκνπνίεζε ηνπ εκηαγσγνχ σο πιηθνχ θαηαζθεπήο ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ, ζα δίλεηαη απφ ην ξπζκφ ηεο κεηαβνιήο ηεο Φ κε ηελ αχμεζε ηεο απφζηαζεο πνπ δηαλχεη ε αθηηλνβνιία. Ο ξπζκφο απηφο έρεη αξλεηηθή ηηκή, αθνχ ε Φ κεηψλεηαη κε ηελ αχμεζε ηνπ ρ, θαη είλαη πξνθαλψο αλάινγνο κε ηε ζπγθεθξηκέλε ηηκή ηεο Φ ζην βάζνο ρ, δειαδή κε ηε Φ(ρ). Θα ηζρχεη επνκέλσο ε ζρέζε : dφ/dρ=αφ(ρ) θαη ε ζηαζεξά ηεο αλαινγίαο α, πνπ δίλεηαη ζε αληίζηξνθεο κνλάδεο κήθνπο, νλνκάδεηαη ζπληειεζηήο απνξξφθεζεο ηεο ππφςε αθηηλνβνιίαο. Γνζέληνο φηη γηα ρ=0 ε Φ(ρ) παίξλεη ηελ ηηκή Φ ν, ε ιχζε ηεο παξαπάλσ δηαθνξηθήο εμίζσζεο είλαη : πνπ νλνκάδεηαη λφκνο ηνπ ΒΔΔR (Μπεξ). ηε ζπλέρεηα βξίζθνπκαη εχθνια φηη : Φ(Υ)=Φ ν exp (-αρ) -dφ/dρ=αφ ν exp (-αρ) δειαδή φηη ν ξπζκφο ηεο απνξξφθεζεο ησλ θσηνλίσλ, επνκέλσο θαη ηεο δεκηνπξγίαο ησλ θνξέσλ απφ ηελ αθηηλνβνιία πνπ δέρεηαη ν εκηαγσγφο, είλαη κεγαιχηεξνο θνληά ζηελ επηθάλεηά ηνπ θαη εμαζζελίδεη κε ηελ απφζηαζε απφ απηή. 21

22 σ Η κεηαβνιή ηνπ ζπληειεζηή απνξξόθεζεο (α) ζε ζπλάξηεζε κε ην κήθνο θύκαηνο (ι) ή ηελ ελέξγεηα ησλ θσηνλίσλ (hv) ηεο αθηηλνβνιίαο, γηα ηνπο θπξηόηεξνπο εκηαγσγνύο ησλ Φ/Β δηαηάμεσλ Όπσο δείρλεηαη θαη ζην ζρήκα ε ηηκή ηνπ ζπληειεζηή απνξξφθεζεο κεηαβάιιεηαη ζε ζπλάξηεζε κε ην κήθνο θχκαηνο ηεο αθηηλνβνιίαο. πγθεθξηκέλα, κεδελίδεηαη φηαλ ην ι ππεξβαίλεη ην ιg ηνπ εκηαγσγνχ, αθνχ γηα απηά ηα κήθε θχκαηνο δελ πξαγκαηνπνηείηαη θακηά απνξξφθεζε θσηνλίσλ. Αληίζεηα, παίξλεη κεγάιεο ηηκέο πξνο ηελ πιεπξά ησλ κηθξψλ κεθψλ θχκαηνο πνπ ζεκαίλεη φηη ε απνξξφθεζε πξαθηηθά φισλ ησλ αληίζηνηρσλ θσηνλίσλ γίλεηαη πνιχ θνληά ζηελ επηθάλεηα ηνπ εκηαγσγνχ. 22

23 2.3 Ζ ΓΖΜΗΟΤΡΓΗΑ ΣΟΤ ΦΩΣΟΡΔΤΜΑΣΟ Όηαλ έλα θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν δέρεηαη κηα θαηάιιειε αθηηλνβνιία, δηεγείξεηαη παξάγνληαο ειεθηξηθφ ξεχκα, ην θσηφξεπκα Ι Φ, πνπ ε ηηκή ηνπ ζα είλαη αλάινγε πξνο ηα θσηφληα πνπ απνξξνθά ην ζηνηρείν. π.ρ. αο ππνζέζνπκε φηη έρνπλ εμαζθαιηζηεί νη δχν βαζηθέο πξνππνζέζεηο γηα έλα θαιφ θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν, δειαδή ε έλσζε p-n λα βξίζθεηαη ζε θαηάιιειε απφζηαζε απφ ηελ φςε ηνπ ζηνηρείνπ θαη ε κέζε δηάξθεηα δσήο ησλ θνξέσλ κεηνλφηεηαο ζηνλ εκηαγσγφ, απφ ηνλ νπνίν είλαη θαηαζθεπαζκέλν ην ζηνηρείν, λα είλαη αξθεηά κεγάιν. Σφηε, γηα ηελ ππθλφηεηα ηνπ θσηνξεχκαηνο, ηζρχεη ηθαλνπνηεηηθά ε ζρέζε : Ι Φ =eg(l n +L p ) φπνπ e είλαη ην ζηνηρεηψδεο ειεθηξηθφ θνξηίν, g είλαη ν ξπζκφο δεκηνπξγίαο δεπγψλ θνξέσλ απφ ηα θσηφληα ηεο αθηηλνβνιίαο (πιήζνο δεπγψλ ειεθηξνλίσλ-νπψλ αλά κνλάδα ρξφλνπ θαη κνλάδα φγθνπ ηνπ εκηαγσγνχ), θαη Ln, Lp είλαη ηα κέζα κήθε δηάρπζεο ησλ ειεθηξνλίσλ θαη ησλ νπψλ, αληίζηνηρα. Έλα ρξήζηκν κέγεζνο γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηνπ θσηνξεχκαηνο είλαη ε θαζκαηηθή απφθξίζε S (ή απφδνζε ζπιινγήο ή θβαληηθή απφδνζε), πνπ νξίδεηαη σο ην πιήζνο ησλ θνξέσλ πνπ ζπιιέγνληαη ζηα ειεθηξφδηα ηνπ θσηνβνιηαηθνχ ζηνηρείνπ, ζε ζρέζε κε ηε θσηνληθή ξνή Φ, δειαδή κε ην πιήζνο ησλ θσηνλίσλ ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη ην ζηνηρείν αλά κνλάδα επηθάλεηαο θαη ρξφλνπ. Γηα αθηηλνβνιία κήθνπο θχκαηνο ι, ε θαζκαηηθή απφθξηζε S(ι) ζα είλαη : S(ι)=Iθ(ι)/eΦ(ι) φπνπ Φ(ι) είλαη ην πιήζνο ησλ θσηνλίσλ κε ελέξγεηα πνπ αληηζηνηρεί ζε κήθνο θχκαηνο απφ ι κέρξη ι+dι, θαη επνκέλσο ην ζπλνιηθφ θσηφξεπκα ηνπ ζηνηρείνπ, φηαλ δέρεηαη πνιπρξσκαηηθή αθηηλνβνιία, ζα είλαη : Η ηηκή ηεο θαζκαηηθήο απφθξηζεο, θαη ζπλεπψο ηνπ θσηνξεχκαηνο ελφο θσηνβνιηαίθνχ ζηνηρείνπ, εμαξηάηαη απφ πνιινχο θαηαζθεπαζηηθνχο παξάγνληεο, φπσο ν ζπληειεζηήο αλάθιαζεο ζηελ επηθάλεηα ηνπ ζηνηρείνπ, ν ζπληειεζηήο απνξξφθεζεο θαη ην πάρνο ηνπ εκηαγσγνχ, ην πιήζνο ησλ επαλαζπλδέζεσλ ησλ θνξέσλ θιπ. ην ζρήκα δείρλεηαη ε κεηαβνιή ηεο θαζκαηηθήο απφθξηζεο ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηνηρεηνπ ηνπ εκπνξίνπ ζε ζπλάξηεζε κε ηελ ελέξγεηα ησλ θσηνλίσλ ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη. 23

24 σ Η κεηαβνιή ηεο θαζκαηηθήο απόθξηζεο S(v) ζε ζπλάξηεζε κε ηελ ελέξγεηα ησλ θσηνλίσλ ηεο αθηηλνβνιίαο, ζηηο ηξεηο πεξηνρέο ελόο Φ/ ππξηηίνπ:κπξνζηηλή όςε ηύπνπ n, δώλε εμάληιεζεο, πίζσ όςε ηύπνπ p. Όηαλ ην πνζνζηφ ηεο επηθάλεηα ηνπ ζηνηρείνπ δελ είλαη ακειεηέν γξάθεηαη : φπνπ R(ι) είλαη ν δείθηεο αλάθιαζεο γηα ηελ αθηηλνβνιία κήθνπο θχκαηνο ι. σ Φ/Β εγθαηάζηαζε ζε ζηέγε [ πεγή ] 24

25 2.4 ΣΑ ΖΛΔΚΣΡΗΚΑ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΣΟΝ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΗΚΩΝ ΣΟΗΥΔΗΩΝ -ΠΡΩΣΖ ΠΡΟΔΓΓΗΖ Γηα λα πξνρσξήζνπκε ζε κηα πξψηε εθηίκεζε ησλ ειεθηξηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ θαη ηεο ιεηηνπξγίαο ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ, κπνξνχκε λα ην ζεσξήζνπκε φηη απνηειεί κηα πεγή ξεχκαηνο πνπ ειέγρεηαη απφ κία δίνδν, θαη φηη πεξηγξάθεηαη απφ ην πνιχ απινπνηεκέλν δηάγξακκα ηνπ ζρήκαηνο σ Απινπνηεκέλν ηζνδύλακν ειεθηξηθό θύθισκα ελόο Φ/ ε ζπλζήθεο αλνηθηνχ θπθιψκαηνο, ζα απνθαηαζηαζεί κηα ηζνξξνπία φηαλ ε ηάζε, πνπ ζα αλαπηπρζεί αλάκεζα ζηηο δχν φςεηο ηνπ ζηνηρείνπ, ζα πξνθαιεί έλα αληίζεην ξεχκα πνπ ζα αληηζηαζκίδεη ην θσηφξεπκα. Γειαδή, ζχκθσλα κε απηά πνπ αλαθέξζεθαλ παξαπάλσ, ζα ηζρχεη ε ζρέζε : Ι Φ =Ιν[exp(eV/γkT)-1] απφ ηελ νπνία βξίζθνπκε φηη, ε ηηκή αλνηρηνθπθισκέλεο ηάζεο ηνπ ζηνηρείνπ V oc (απφ ηελ αγγιηθή έθθξαζε open circuit Voltage ) ζα είλαη : V oc =(γkt/e)ln[(ι Φ /Ι o )-1] Καηά ηε ιεηηνπξγία ησλ θσηνβνιηαίθψλ ζηνηρείσλ, ε ηηκή ηνπ Ι Φ είλαη πνιχ κεγαιχηεξε απφ ην Ι ν θαη επνκέλσο ε παξαπάλσ ζρέζε κπνξεί λα απινπνηεζεί ζηε : V oc =[(γkt/e)lnι Φ /Ι o ] 25

26 πνπ δείρλεη ηε ινγαξηζκηθή κεηαβνιή ηεο ηάζεο αλνηρηνχ θπθιψκαηνο ζε ζπλάξηεζε κε ην θσηφξεπκα, δειαδή κε ηελ έληαζε ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν. Απφ ηηο ζρέζεηο γηα ην I o πνπ αλαθέξζεθαλ κπνξνχκε λα βξνχκε ηελ εμάξηεζε ηεο V oc απφ ηηο δηάθνξεο ηδηφηεηεο ηνπ εκηαγσγνχ, φπσο ην ελεξγεηαθφ δηάθελν Δ g, ε ελδνγελήο ζπγθέληξσζε ησλ θνξέσλ ni, νη ζπγθεληξψζεηο ησλ πξνζκίμεσλ Ν Α θαη Ν D θιπ. ηελ άιιε αθξαία πεξίπησζε, δειαδή ζε ζπλζήθεο βξαρπθχθισζεο αλάκεζα ζηίο δχν φςεο ηνπ ζηνηρείνπ ην ξεχκα ΙSC (short-circuit current) ζα ηζνχηαη κε ην παξαγφκελν θσηφξεπκα : Isc=I Φ Όηαλ φκσο ην θχθισκα ηνπ θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ θιείζεη δηακέζνπ κηαο εμσηεξηθήο αληίζηαζεο RL ( απφ ηελ αγγιηθή έθθξαζε Load resistance), ην ξεχκα ζα πάξεη κηα κηθξφηεξε ηηκή IL πνπ βξίζθεηαη κε ηελ ιχζε ηεο εμίζσζεο : Ιl=IΦ-Ιo[exp(eI L R L /γkt)-1] Πξνθαλψο ζα ππάξρεη θάπνηα ηηκή ηεο αληίζηαζεο (δειαδή ηνπ θνξηίνπ ηνπ θπθιψκαηνο) γηα ηελ νπνία ε ηζρχο πνπ παξάγεη ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν ζα γίλεηαη κέγηζηε. ηηο ζπλζήθεο απηέο, ζα αληηζηνηρεί κηα βέιηηζηε ηάζε Vm, πνπ δίλεηαη απφ ηελ ιχζε ηεο εμίζσζεο : (Ι Φ /Ι ν )+1=[1+(eV m /γkσ)]exp(ev m /γ/kt) σ Φ/Β ζε ζρήκα ειηνηξνπίνπ 26

27 2.5 Ο ΤΝΣΔΛΔΣΖ ΠΛΖΡΩΖ Ο ιφγνο ηεο κέγηζηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο p m =Ι m V m πξνο ην γηλφκελν ηεο βξαρπθπθισκέλεο έληαζεο θαη ηεο αλνηθησθπθισκέλεο ηάζεο I sc V oc ελφο θσηνβνιηατθνπ ζηνηρείνπ, νλνκάδεηαη ζπληειεζηήο πιήξσζεο FF (απφ ηελ αγγιηθή έθθξαζε fill factor). Γειαδή : FF=I m V m /I sc V oc ην δηάγξακκα ηνπ ζρήκαηνο 2.5-1, ν FF δίλεηαη απφ ην ιφγν ηνπ εκβαδνχ ηνπ κέγηζηνπ νξζνγσλίνπ πνπ κπνξεί λα εγγξαθεί ζηε ραξαθηεξηζηηθή θακπχιε I-V ηνπ ζηνηρείνπ, ζε ζπλζήθεο αθηηλνβνιίαο, πξνο ην εκβαδφλ πνπ νξίδεηαη απφ ηηο ηηκέο I sc θαη V oc. σ Η ραξαθηεξηζηηθή θακπύιε έληαζεο (I) θαη ηάζεο (V) ελόο Φ/ ζην ζθνηάδη θαη ζην θσο.γηαθξίλνληαη ηα δύν νξζνγώληα πνπ ν ιόγνο ησλ εκβαδώλ ηνπο θαζνξίδεη ηελ ηηκή ηνπ ζπληειεζηή πιήξσζεο.ην δηάγξακκα,δελ δείρλεηαη ην αλάζηξνθν ξεύκα θόξνπ, ιόγσ ηεο αζήκαληα κηθ ξεο ηηκήο ηνπ, ζε ζύγθξηζε κε ην θσηνξεύκα ηνπ ζηνηρείνπ Οη ηξεηο παξαπάλσ παξάκεηξνη, δειαδή ν FF, I sc, θαη ε V oc είλαη ηα θπξηφηεξα κεγέζε γηα ηελ αμηνιφγεζε ηεο ζπκπεξηθνξάο θαη ηεο ιεηηνπξγίαο ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ θαη θαζνξίδνπλ ηελ απφδνζή ηνπο. Δπηζηξέθνληαο ζηνλ ζπληειεζηή απφδνζεο ζηνηρείσλ (ε) κπνξνχκε ηψξα λα ηνλ νξίζνπκε κε ηε ζρέζε : 27

28 ε=p m /HA=I m V m /HA=FFI sc V oc /HA φπνπ Η είλαη ε έληαζε ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη ε επηθάλεηα ηνπ Φ/β ζηνηρείνπ, εκβαδνχ Α. Όπσο βιέπνπκε, γηα ηελ πξαγκαηνπνίεζε απμεκέλσλ απνδφζεσλ, επηδηψθεηαη νη ηηκέο ησλ FF,I sc θαη V oc λα είλαη φζν ην δπλαηφλ κεγαιχηεξεο. Πξνθαλώο ζα ηζρύεη θαη ε ζρέζε : ε=φ(δ g )V m /ΦΔκ φπνπ Φ(Δ g ) είλαη ε ξνή ησλ θσηνλίσλ κε ελέξγεηα κεγαιχηεξε απφ ην ελεξγεηαθφ δηάθελν ηνπ εκηαγσγνχ, Φ είλαη ε ζπλνιηθή θσηνληθή ξνή ζηελ αθηηλνβνιία πνπ δέρεηαη ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν, θαη Δ κ είλαη ε κέζε ελέξγεηα ησλ θσηνλίσλ ηεο αθηηλνβνιίαο. ηελ ειηαθή αθηηλνβνιία, πεξίπνπ ηα 2/3 ησλ θσηνλίσλ έρνπλ ελέξγεηα κεγαιχηεξε απφ ην ελεξγεηαθφ δηάθελν ηνπ ππξηηίνπ (1,1eV). Δπίζεο, ε V m ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ ππξηηίνπ είλαη πεξίπνπ ίζε κε ην 1/3 ηεο Δ κ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Δπνκέλσο βξίζθνπκε πξφρεηξα φηη ε ζεσξεηηθή απφδνζε ησλ ειηαθψλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ ππξηηίνπ είλαη πεξίπνπ. ε=2/3 1/3=22% Ο ζπληειεζηήο απφδνζεο ελφο θσηνβνιηατθνπ ζηνηρείνπ δελ είλαη ζηαζεξφο αιιά επεξεάδεηαη ζεκαληηθά απφ ηε ζχζηαζε ηεο αθηηλνβνιίαο. Γειαδή, κηα δέζκε αθηηλνβνιίαο ζα πξνθαιέζεη ζε έλα ζηνηρείν ηελ παξαγσγή ιηγφηεξεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, ζε ζχγθξηζε κε κηα άιιε ίζεο ηζρχνο αιιά πινπζηφηεξε ζε θσηφληα κε επλντθφηεξε ελέξγεηα γηα ηνλ εκηαγσγφ, απφ ηνλ νπνίν είλαη θαηαζθεπαζκέλν ην ζηνηρείν. 28

29 2.6 ΣΑ ΖΛΔΚΣΡΗΚΑ ΥΑΡΑΚΣΖΡΗΣΗΚΑ ΣΩΝ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΗΚΩΝ ΣΟΗΥΔΗΩΝ - ΓΔΤΣΔΡΖ ΠΡΟΔΓΓΗΖ Σν ηζνδχλακν θχθισκα ηνπ ζρήκαηνο 4 πεξηγξάθεη ηδαληθέο ζπλζήθεο, πνπ δελ ππάξρνπλ ζηα πξαγκαηηθά θσηνβνιηατθά ζηνηρεία. Μηα ζσζηφηεξε πξνζέγγηζε απνηειεί ην ηζνδχλακν θχθισκα ηνπ ζρήκαηνο δηφηη πεξηέρεη θαη ηηο αλαπφθεπθηεο αληηζηάζεηο Rs (απφ ηελ αγγιηθή έθθξαζε series resistance) πνπ παξεκβάιινληαη ζηελ θίλεζε ησλ θνξέσλ κέζα ζηνλ εκηαγσγφ (θπξίσο ζην εκπξφο επηθαλεηαθφ ζηξψκα ηνπ) θαη ζηηο επαθέο κε ηα ειεθηξφδηα. Αθφκα, επεηδή ε αληίζηαζε δηακέζνπ ηεο δηφδνπ δελ έρεη άπεηξε ηηκή, αθνχ ιφγσ επίζεο αλαπφθεπθησλ θαηαζθεπαζηηθψλ ειαηησκάησλ γίλνληαη δηαξξνέο ξεχκαηνο, ην ηζνδχλακν θχθισκα πεξηέρεη θαη ηελ παξάιιειε αληίζηαζε Rsh (απφ ηελ αγγιηθή έθθξαζε shunt resistance). πλήζσο, ζηα θσηνβνιηατθά ζηνηρεία ηνπ εκπνξίνπ ε Rs είλαη κηθξφηεξε απφ 5Χ θαη ε Rsh είλαη κεγαιχηεξε απφ 500 Χ. σ Σν ηζνδύλακν ειεθηξηθό θύθισκα ελόο Φ/, πεξηιακβάλεη ηηο αληηζηάζεηο Rs, θαζώο θαη ηηο παξάιιειεο αληηζηάζεηο Rsh Πάλησο επεξεάδνπλ αηζζεηά ηελ ηάζε V L θαη ηνπ ξεχκαηνο I L πνπ δηαξξέεη ην θνξηίν ηνπ θπθιψκαηνο R L, κε απνηέιεζκα ηελ αληίζηνηρε κείσζε ηεο απφδνζεο ηνπ ζηνηρείνπ. ζηελ πεξίπησζε απηή ηζρχεη ε ζρέζε : Ι L [1+(R s /R sh )]=Ι Φ -Ι o {exp[e(v L -Ι L R s )/γkσ]-1}-v L /R sh Δθηφο απφ ηηο αληηζηάζεηο R s θαη R sh, έλαο άιινο παξάγνληαο πνπ επηδξά αξλεηηθά ζηελ απφδνζε ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ είλαη ε ζεξκνθξαζία ηνπο. πγθεθξηκέλα, κε ηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο πξνθαιεί αληίζηνηρε αχμεζε ηεο ελδνγελνχο ζπγθέληξσζε ησλ θνξέσλ ηνπ εκηαγσγνχ, κε απνηέιεζκα λα 29

30 πξαγκαηνπνηνχληαη πεξηζζφηεξεο επαλαζπλδέζεηο θνξέσλ. Έηζη, εθδειψλεηαη ηζρπξφ ξεχκα δηαξξνήο δηακέζνπ ηεο δηφδνπ, πνπ ζπλεπάγεηαη κείσζε ηεο Voc θαη ηνπ FF. Παξάιιεια κεηψλεηαη θαη ε απφδνζε ηνπ θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ (ρήκα 2.6-2). σ Σππηθή θακπύιε ηεο κεηαβνιήο ηεο απόδνζεο ησλ Φ/ ππξηηίνπ ζε ζπλάξηεζε κε ηε ζεξκνθξαζία ηνπο. Η θιίκαθα ηνπ άμνλα ησλ ηεηαγκέλσλ δίλεη ην πνζνζηό ηεο απόδνζεο ηνπ ζηνηρείνπ ζε ζρέζε κε ηελ απόδνζε ηνπ ζηε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία 20 C. Η θιίκαθα ηεο ζεξκνθξαζίαο είλαη ινγαξηζκηθή Αλ ν ζπληειεζηήο απφδνζεο ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ κεκηα ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία (π.ρ. 20 o C) είλαη (ε), ε ηηκή ηνπ ζε κηα δηαθνξεηηθή ζεξκνθξαζία (ζ) ζα είλαη : εζ=ερζζ φπνπ ζζ είλαη έλαο αδηάζηαηνο ζπληειεζηήο ηεο ζεξκνθξαζίαο δηφξζσζεο ηεο απφδνζεο. ηε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία, ν ζζ είλαη ίζνο κε ηε κνλάδα, θαη κεηψλεηαη θαηά πεξίπνπ 0,005 αλά βαζκφ αχμεζεο ζεξκνθξαζίαο, γηα ηα ζπλεζηζκέλα θσηνβνιηατθά ειηαθά ζηνηρεία ππξηηίνπ ηνπ εκπνξίνπ. 30

31 2.7 Ζ ΑΠΟΓΟΣΗΚΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΟΝ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΩΝ ΣΟΗΥΔΗΩΝ Δ ΣΑΘΔΡΔ ΤΝΘΖΚΔ Χο πεγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν έρεη κηα αξθεηά αζπλήζηζηε ζπκπεξηθνξά. Γειαδή, ζε αληίζεηε κε ηηο πεξηζζφηεξεο θνηλέο ειεθηξηθέο πεγέο (ζπζζσξεπηέο, μεξά ζηνηρεία, ειεθηξνπαξαγσγά δεχγε, κεγάια δίθηπα δηαλνκήο), νη νπνίεο δηαηεξνχλ πεξίπνπ ζηαζεξή ηάζε ζηελ πεξηνρή ηεο θαλνληθήο ηνπο ιεηηνπξγίαο, ε ηάζε ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ κεηαβάιιεηαη ξηδηθά (θαη κε γξακκηθά) ζε ζπλάξηεζε κε ηελ έληαζε ηνπ ξεχκαηνο πνπ δίλνπλ ζην θχθισκα, έζησ θαη αλ ε αθηηλνβνιία πνπ δέρνληαη παξακέλεη ζηαζεξή. Γηα ηελ θαιχηεξε θαηαλφεζε ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπ θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ, αο εμεηάζνπκε ηελ ζπκπεξηθνξά ηνπ φηαλ νη πφινη ηνπ ζπλδεζνχλ κε έλα θχθισκα πνπ πεξηέρεη κεηαβιεηή αληίζηαζε (ζρήκα 2.7-1). σ Πεηξακαηηθή δηάηαμε κε έλα βνιηόκεηξν, έλα ακπεξόκεηξν θαη κία κεηαβιεηή αληίζηαζε γηα ηε κειέηε ηεο ειεηξηθήο ζπκπεξηθνξάο ελόο Φ/ 31

32 Δίδακε παξαπάλσ φηη φηαλ ε ηηκή ηεο αληίζηαζεο είλαη κεδέλ, δειαδή ζηελ βξαρπθπθισκέλε θαηάζηαζε, ε έληαζε ηνπ ξεχκαηνο παίξλεη ηε κέγηζηε ηηκή Ιsc, ελψ ε ηάζε ζα κεδεληζηεί. Αληίζεηα, φηαλ ε ηηκή ηεο αληίζηαζεο ηείλεη ζην άπεηξν, δειαδή ζηελ αλνηθηνθπθισκέλε θαηάζηαζε, κεδελίδεηαη ε έληαζε ηνπ ξεχκαηνο αιιά ε ηάζε παίξλεη ηελ κέγηζηε ηηκή Voc. Δπνκέλσο, ζηε βξαρπθπθισκέλε θαη αλνηθηνθπθισκέλε θαηάζηαζε, ε ειεθηξηθή ηζρχο πνπ παξάγεη ην ζηνηρείν (P=IV) είλαη κεδέλ, αθνχ αληίζηνηρα είλαη κεδεληθή ε ηάζε, ζηελ πξψηε πεξίπησζε, θαη ε έληαζε ηνπ ξεχκαηνο ζηε δεχηεξε. Γηα ζηαζεξέο ζπλζήθεο αθηηλνβνιίαο αιιά κεηαβαιιφκελεο ηηκέο ηεο αληίζηαζεο ηνπ θπθιψκαηνο, αλάκεζα ζηηο παξαπάλσ αθξαίεο θαηαζηάζεηο, ε ηάζε θαη ε έληαζε ηνπ ξεχκαηνο παίξλνπλ ελδηάκεζεο ηηκέο, φπσο δείρλεηαη ζην ζρήκα Παξάιιεια, κεηαβάιιεηαη νκαιά θαη ε ηζρχο πνπ παξάγεη ην ζηνηρείν, κε κέγηζηε Ρ m ζε έλα νξηζκέλν δεχγνο ηηκψλ ηάζεο V m θαη έληαζεο Ι m. Όπσο αλαθέξζεθε πξνεγνπκέλσο, ην δεχγνο απηφ θαζνξίδεη, ζε ζρέζε κε ην δεχγνο ηηκψλ Voc θαη Isc, ην ζπληειεζηή απφδνζεο ηνπ ζηνηρείνπ (ε). σ Η ζπλερήο θακπύιε δείρλεη έλα παξάδεηγκα ηεο κεηαβνιήο ηεο ηάζεο ζε ζπλάξηεζε κε ηελ έληαζε ηνπ ξεύκαηνο πνπ παξάγεη έλα Φ/ ππξηηίνπ ζε ζπλζήθεο ζηαζεξήο αθηηλνβνιίαο θαη ζεξκνθξαζίαο θαη γηα κεηαβαιιόκελε αληίζηαζε ηνπ θπθιώκαηνο από κεδέλ κέρξη άπεηξε. Η αζπλερήο θακπύιε δείρλεη ηελ αληίζηνηρε κεηαβνιή ηεο ειεθηξηθήο ηζρύνο πνπ παξάγεη ην Φ/ (ε θιίκαθα ηζρύνο ζην δεμηό άμνλα). Vm θαη Im είλαη ε ηάζε θαη ε έληαζε πνπ αληηζηνηρνύλ ζηε κέγηζηε παξαγόκελε ηζρύ 32

33 Δπνκέλσο, απφ πξαθηηθή άπνςε, είλαη πνιχ ζεκαληηθφ ε αληίζηαζε ηνπ θπθιψκαηνο πνπ ηξνθνδνηείηαη απφ έλα θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν λα έρεη θαηάιιειε ηηκή ψζηε ζηηο ζπγθεθξηκέλεο ζπλζήθεο αθηηλνβνιίαο λα παξάγεηαη απφ ην ζηνηρείν ε κεγαιχηεξε δπλαηή ειεθηξηθή ηζρχο. σ Φ/Β ζε νξνθή θηηξίνπ [ πεγή ] 33

34 2.8 ΑΠΟΓΟΣΗΚΖ ΛΔΗΣΟΤΡΓΗΑ ΣΩΝ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΩΝ ΣΟΗΥΔΗΩΝ-Δ ΜΔΣΑΒΑΛΛΟΜΔΝΔ ΤΝΘΖΚΔ Σα παξαπάλσ αθνξνχλ ζε ζπλζήθεο ζηαζεξήο ηζρχνο ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν θαη ζηαζεξήο ζεξκνθξαζίαο ηνπ. Βιέπνπκε φκσο ην ζρήκα 2.8-1, φηη ε κεηαβνιή ηεο ππθλφηεηαο ηεο ηζρχνο ηεο αθηηλνβνιίαο ζπλεπάγεηαη αληίζηνηρε κεηαβνιή ηεο αλνηρηνθπθιψκελεο ηάζεο θαη ηεο βξαρπθπθιψκελεο έληαζεο ηνπ ξεχκαηνο απφ ην κεδέλ (γηα ην ζθνηάδη) κέρξη ηηο κέγηζηεο ηηκέο ηνπο, γηα ηε κέγηζηε έληαζε ηεο αθηηλνβνιίαο. Δπίζεο, φπσο αλαθέξζεθε πξνεγνπκέλσο, κε ηελ αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο παξαηεξείηαη αηζζεηή κείσζε αλνηρηνθπθισκέλεο ηάζεο ησλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ. Αληηιακβαλφκαζηε ινηπφλ φηη ζα δεκηνπξγείηαη πξφβιεκα γηα ηε δηαηήξεζε ηεο βειηηζηνπνίεζεο ηεο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ηζρχνο απφ έλα ειηαθφ θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο θαη ησλ επνρψλ ηνπ έηνπο. σ Η κεηαβνιή ηεο αλνηρηνθπθισκέλεο ηάζεο Voc θαη ηεο βξαρπθπθισκέλεο έληαζεο Isc ελόο Φ/ ππξηηίνπ ζε ζπλάξηεζε κε ηελ ηζρύ αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη αλά κνλάδα επηθάλεηαο 34

35 ην ζρήκα βιέπνπκε φηη γηα δηαθνξεηηθέο ππθλφηεηεο ηεο αθηηλνβνιίαο, ζρεκαηίδεηαη κηα νηθνγέλεηα κεηαηνπηζκέλσλ θακππιψλ έληαζεο - ηάζεο. Δίλαη θαλεξφ φηη π.ρ. γηα ηελ αθηηλνβνιία πνπ δίλεη I sc = 1,25 Α έρνπκε πεξίπνπ Ιm = 1,1 Α θαη Vm = 0,5 V θαη επνκέλσο ε θαηάιιειε αληίζηαζε ηνπ θπθιψκαηνο γηα λα παξάγεηαη ε κέγηζηε ειεθηξηθή ηζρχο απφ ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν ηνπ παξαδείγκαηνο είλαη R L =V m /I m = 0,5/1,1 = 0,455 Χ. Η αληίζηαζε φκσο απηή βιέπνπκε φηη είλαη εληειψο αθαηάιιειε γηα φιεο ηηο άιιεο ζπλζήθεο αθηηλνβνιίαο, αθνχ ε επζεία κε θιίζε 0,455 Χ ηέκλεη ηηο αληίζηνηρεο θακπχιεο I-V ζε ζεκείν δηαθνξεηηθφ απφ ην ζεκείν ηεο κέγηζηεο ηζρχνο. Πάλησο, ζε θάζε πεξίπησζε, ιφγσ ηεο πνιχ κηθξήο ηηκήο ηνπ αλάζηξνθνπ ξεχκαηνο θφξνπ Io, ε έληαζε ηνπ ξεχκαηνο πνπ παξέρεη ζην θχθισκα ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν είλαη πξαθηηθά είλαη πξαθηηθά αλάινγε πξνο ηελ πνζφηεηα ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη, δειαδή πξνο ην γηλφκελν ηεο έληαζεο (ηεο ππθλφηεηαο ηεο ηζρχνο) ηεο αθηηλνβνιίαο επί ην εκβαδφλ ηεο επηθάλεηαο ηνπ. Δπίζεο, απφ ηηο δηάθνξεο θακπχιεο I-V βιέπνπκε φηη, κε ηε κεηαβνιή ηεο αληίζηαζεο ηνπ θπθιψκαηνο, ε έληαζεο ηνπ ξεχκαηνο παξακέλεη πεξίπνπ ζηαζεξή γηα ην κεγαιχηεξν ηκήκα ηνπ δηαγξάκκαηνο, ελψ κεηαβάιιεηαη νπζηαζηηθά ε ηάζε. Γειαδή, ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν ζπκπεξηθέξεηαη, ζε κεγάιν βαζκφ, ζαλ πεγή πεξίπνπ ζηαζεξνχ ξεχκαηνο, κε ηελ πξνυπφζεζε φηη παξακέλεη ζηαζεξή ε ππθλφηεηα ηεο αθηηλνβνιίαο. σ Φ/Β πάξθν [ πεγή ] 35

36 σ Η κεηαηόπηζε ησλ ζεκείσλ ιεηηνπξγίαο (Λ) ελόο Φ/ ππξηηίνπ θαη ε απνκάθξπλζε ηνπ από ηα αληίζηνηρα ζεκεία ηεο κέγηζηεο ηζρύνο (ΜΡ) θαη ηεο θακπύιεο έληαζεο (Ι)-ηάζεο (V) γηα δηαθνξεηηθέο ζπλζήθεο αθηηλνβνιίαο αιιά γηα ζηαζεξή ηηκή ηεο αληίζηαζεο ηνπ θπθιώκαηνο Σν ηειηθφ ζπκπέξαζκα είλαη φηη ε ιεηηνπξγία ελφο θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ θαη ε πνζφηεηα ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο εμαξηψληαη απφ 3 κεηαβιεηνχο παξάγνληεο. α) ηελ έληαζε ηεο αθηηλνβνιίαο, β) ηε ζεξκνθξαζία ηνπ ζηνηρείνπ, γ) θαη ηελ αληίζηαζε ηνπ θπθιψκαηνο. Πξνθαλψο, ζην ζρεδηαζκφ θαη ηε ιεηηνπξγία ησλ θσηνβνιηατθψλ ζπζηεκάησλ επηδηψθεηαη νη παξάγνληεο απηνί λα παίξλνπλ επλντθέο ηηκέο, ψζηε λα παξάγεηαη ε κεγαιχηεξε δπλαηή ειεθηξηθή ηζρχο, φζν επηηξέπεη ν ζπληειεζηήο απφδνζεο ησλ ζηνηρείσλ. 36

37 2.9 ΑΞΗΟΛΟΓΖΖ ΣΟΝ ΖΜΗΑΓΩΓΩΝ ΓΗΑ ΖΛΗΑΚΔ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΔ ΔΦΑΡΜΟΓΔ Όπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ, έλαο εκηαγσγφο κπνξεί λα απνξξνθήζεη κφλν ηα θσηφληα πνπ έρνπλ ελέξγεηα κεγαιχηεξε απφ ην ελεξγεηαθφ ηνπ δηάθελν. Καη κάιηζηα, απφ ηα θσηφληα απηά αμηνπνηείηαη θσηνβνιηατθά ην κέξνο κφλν ηεο ελέξγεηαο ηνπο πνπ ηζνχηαη κε ην ελεξγεηαθφ δηάθελν ηνπ εκηαγσγνχ, ελψ ε ππφινηπε ελέξγεηα κεηαηξέπεηαη ζε ζπλήζσο αλεπηζχκεηε ζεξκφηεηα. Δπνκέλσο, ε ηηκή ηνπ ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ ησλ εκηαγσγψλ είλαη έλα απφ ηα θπξηφηεξα θξηηήξηα πνπ θαζνξίδνπλ ηελ θαηαιιειφηεηα ηνπο, γηα λα ρξεζηκνπνηεζνχλ σο πιηθά θαηαζθεπήο θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ. ην ζρήκα βιέπνπκε ινηπφλ φηη νη κεγαιχηεξεο ζεσξεηηθέο απνδφζεηο κεηαηξνπήο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο (πεξίπνπ 25%) κπνξνχλ λα πξαγκαηνπνηεζνχλ ζε θσηνβνιηατθά ζηνηρεία απφ εκηαγσγνχο κε ελεξγεηαθφ δηάθελν πεξίπνπ 1,5eV. σ Η ζεσξηηηθή απόδνζε (ε) ησλ ειηαθώλ Φ/ ζε ζπλάξηεζε κε ην ελεξγεηαθό δηάθελν (Eg) ηνπ εκηαγσγνύ από ηνλ νπνίν είλαη θαηαζθεπαζκέλα. Άιινη ζεσξηηηθνί ππνινγηζκνί δίλνπλ ειαθξά δηαθνξεηηθέο ηηκέο γηα ηελ απόδνζε ησλ ίδησλ ζηνηρείσλ. Έλα άιιν πνιχ ζεκαληηθφ θξηηήξην είλαη ην είδνο ηνπ ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ ηνπ εκηαγσγνχ, δειαδή αλ είλαη άκεζν ή έκκεζν. Σα θσηφληα απνξξνθνχληαη επθνιφηεξα ζηνπο εκηαγσγνχο άκεζνπ ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ θαη έηζη ην θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν δελ ρξεηάδεηαη λα έρεη κεγάιν πάρνο κε απνηέιεζκα λα κπνξεί λα γίλεη κεγάιε εμνηθνλφκεζε πιηθνχ. 37

38 π.ρ. ζην αξζεληθνχρν γάιιην (GaAs), πνπ είλαη εκηαγσγφο άκεζνπ ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ, γηα λα απνξξνθεζεί ην 80% ησλ θσηνλίσλ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ έρνπλ ελέξγεηα κεγαιχηεξε απφ ην ελεξγεηαθφ ηνπ δηάθελν (1,43 ev), αξθεί ζηξψκα πάρνπο 1κm. Απηφ άιισζηε δείρζεθε θαη ζην ζρήκα 23, φπνπ είλαη θαλεξφ φηη ν ζπληειεζηήο απνξξφθεζεο ζην GaAs, γηα ηα θσηφληα πνπ καο ελδηαθέξνπλ, είλαη πεξίπνπ 10 ή πεξηζζφηεξεο θνξέο κεγαιχηεξεο απφ ηνπ Si. Άιια ζεκαληηθά θξηηήξηα γηα ηελ αμηνιφγεζε ησλ εκηαγσγψλ, αιιά θαη ησλ ππνινίπσλ πιηθψλ θαηαζθεπήο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ, είλαη ην θφζηνο ηεο παξαγσγήο ηνπο, ε ζηαζεξφηεηά ηνπο ζηελ επίδξαζε ησλ εμσηεξηθψλ ζπλζεθψλ θαη θπξίσο ηεο πγξαζίαο θαη ηεο ζεξκφηεηαο, ε ηνμηθφηεηα ησλ δηαθφξσλ ζπζηαηηθψλ ην εηδηθφ βάξνο θ.ι.π. Απφ ηα πνιιά εκηαγψγηκα πιηθά πνπ έρνπλ σο ηψξα κειεηεζεί γηα ειηαθή θσηνβνιηατθή κεηαηξνπή, κεγάιε εθαξκνγή έρεη βξεη κφλν ην ππξίηην, αλ θαη άιινη εκηαγσγνί έρνπλ δψζεη θαιχηεξεο απνδφζεηο (πίλαθαο 5). Πνιχ ζεκαληηθέο πξννπηηθέο γηα ζχληνκε αλάπηπμε έρνπλ επίζεο ην ζεηνχρν θάδκην (CdS) ιφγσ ρακεινχ θφζηνπο, θαη ην αξζεληθνχρν γάιιην (GaΑS) ιφγσ κεγάιεο απφδνζεο. ΤΛΙΚΟ n-ga 0,3 Al 0,7 As/p-GaAs GaAs n-alas/p-gaas Si (κνλνθξπζηαιιηθό) Si (πνιπθξπζηαιιηθό) Αu/Si 3 N 4 /p-si p-cu x S/n-CdS ΣΤΠΟ ΣΟΙΥΔΙΧΝ Οκνέλσζε εηεξνδνκή Οκνέλσζε Δηεξνέλσζε Οκνέλσζε Οκνέλσζε όηθπ Δηεξνέλσζε Μέγηζηε απόδ. ζε αθηηλνβ. ΑΜ1 24% 22% 18,5 18% 16% 10% 10% Πάλησο ε εξεπλεηηθή αλαδήηεζε ζπλερίδεηαη έληνλε κε ζηφρν ηελ αλαθάιπςε θαη άιισλ πιηθψλ, ίζσο νξγαληθήο ζχζηαζεο, πνπ ελδερνκέλσο λα ζπλδπάδνπλ ρακειφ θφζηνο, εχθνιε εθαξκνγή θαη αμηφινγε απφδνζε. 38

39 3.ΑΣΟΜΙΚΗ ΚΑΙ ΚΡΤΣΑΛΛΙΚΗ ΓΟΜΗ ΣΗ ΤΛΗ 3.1 ΓΔΝΗΚΑ Κάζε ζηνηρείν απφ απηά πνπ ππάξρνπλ ζηε θχζε ραξαθηεξίδεηαη απφ δηαθνξεηηθή αηνκηθή δνκή. Γηα παξάδεηγκα ην αινπκίλην δηαθέξεη απφ ην ραιθφ γηαηί ε δνκή ηνπ αηφκνπ ηνπ πξψηνπ ζηνηρείνπ είλαη δηαθνξεηηθή απφ απηή ηνπ δεχηεξνπ. Χο πξνο ηε δνκή ηνπ, ην άηνκν κπνξεί λα ζεσξεζεί φηη απνηειείηαη απφ έλα ζεηηθά θνξηηζκέλν ππξήλα, γχξσ απφ ηνλ νπνίν πεξηθέξνληαη ηα ειεθηξφληα πνπ είλαη θνξηηζκέλα αξλεηηθά (ζρήκα 3.1-1). σ Σν άηνκν απνηειείηαη από ηνλ ππξήλα θαη ηα ειεθηξόληα πνπ πεξηθέξνληαη γύξσ από απηόλ Ο ππξήλαο δελ είλαη έλα απιφ ζσκαηίδην, απνηειείηαη απφ ηα ζεηηθά πξσηφληα θαη ηα νπδέηεξα λεηξφληα. Σα άηνκα είλαη ειεθηξηθψο νπδέηεξα πξάγκα πνπ ζεκαίλεη φηη ν αξηζκφο ησλ πξσηνλίσλ ηνπ ππξήλα είλαη ίζνο κε ηνλ αξηζκφ ησλ ειεθηξνλίσλ. Σα ειεθηξφληα πνπ πεξηθέξνληαη γχξσ απφ ηνλ ππξήλα βξίζθνληαη (δηαηάζζνληαη) ζε ζηνηβάδεο. Η εμσηεξηθή ζηνηβάδα ησλ ειεθηξνλίσλ νλνκάδεηαη ζηνηβάδα ζζέλνπο (ζρήκα 3.1-2) θαη είλαη ηα ειεθηξφληα ηεο ζηνηβάδαο απηήο (ειεθηξφληα ζζέλνπο) πνπ επεξεάδνπλ ηελ αγσγηκφηεηα ηνπ ειεθηξηθνχ ξεχκαηνο. Αλ ιφγσ θάπνηνπ εμσηεξηθνχ αηηίνπ (π.ρ ζέξκαλζεο ή αθηηλνβνιίαο), θάπνηα ειεθηξφληα ζζέλνπο απνθηήζνπλ αξθεηή ελέξγεηα γηα λα μεθχγνπλ απφ ηελ έιμε ηνπ ππξήλα, 39

40 κεηαπεδνχλ ζηε ζηνηβάδα αγσγηκφηεηαο πνπ είλαη ζηνηβάδα κεγαιχηεξεο ελέξγεηαο. Σα ειεθηξφληα απηά θηλνχληαη άηαθηα κεηαμχ ησλ αηφκσλ θαη ιέγνληαη ειεχζεξα ειεθηξφληα. ρ Σν άηνκν ηνπ ππξηηίνπ Με θξηηήξην ηελ ειεθηξηθή αγσγηκφηεηα ηα ζηνηρεία ρσξίδνληαη ζε ηξεηο βαζηθέο θαηεγνξίεο. α) Καινί αγσγνί. Σα ζηνηρεία πνπ είλαη θαινί αγσγνί έρνπλ άηνκα κε έλα ή δχν ειεθηξφληα ζηε ζηνηβάδα ζζέλνπο ηα νπνία κπνξνχλ λα ειεπζεξσζνχλ ζηε ζηνηβάδα αγσγηκφηεηαο θαη λα θηλνχληαη ζην ρψξν κεηαμχ ησλ αηφκσλ. Απηά είλαη ηα ειεθηξφληα (ειεχζεξα ειεθηξφληα) πνπ ζπλεηζθέξνπλ ζην ειεθηξηθφ ξεχκα πνπ δεκηνπξγείηαη ζηα κέηαιια. β) Μνλσηέο. Σα ζηνηρεία πνπ αλήθνπλ ζηελ θαηεγνξία απηή έρνπλ άηνκα κε 6 ή 7 ειεθηξφληα ζηε ζηνηβάδα ζζέλνπο. Σα ειεθηξφληα απηά παξακέλνπλ δέζκηα ζην άηνκν θαη έηζη δελ κπνξνχλ λα ζπλεηζθέξνπλ ζην ειεθηξηθφ ξεχκα. γ) Ηκηαγσγνί. Δίλαη ζηνηρεία πνπ βξίζθνληαη απφ πιεπξάο ειεθηξηθήο αγσγηκφηεηαο κεηαμχ θαιψλ αγσγψλ θαη κνλσηψλ. Σα άηνκά ηνπο έρνπλ 3, 4 ή 5 ειεθηξφληα ζηελ ζηνηβάδα ζζέλνπο θαη γηα απηφ κπνξνχλ λα ζπλεηζθέξνπλ θαηά κηθξά κεηαβιεηά πνζά ζην ειεθηξηθφ ξεχκα αλάινγα κε ηα αίηηα πνπ ην πξνθαινχλ. 40

41 Οη εκηαγσγνί είλαη ηα πιηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη ζηελ θαηαζθεπή ειεθηξνληθψλ ππνινγηζηψλ, ησλ θσηναληρλεπηψλ θαη ζηα ππφ κειέηε θσηνβνιηατθά ζηνηρεία. ε φια ηα ζηεξεά ηα άηνκα έρνπλ θαζνξηζκέλεο ζέζεηο θαη ηαιαληεχνληαη ιίγν αλάινγα κε ηελ ελέξγεηα πνπ ηνπο έρεη δνζεί. Γηα απηφ, ηα ζηεξεά έρνπλ θαζνξηζκέλν ζρήκα ην νπνίν πνιχ δχζθνια κπνξεί λα κεηαβιεζεί. Ο ηξφπνο κε ηνλ νπνίν ζπκπεξηθέξνληαη ηα ζηεξεά εμαξηάηαη απφ ηελ εζσηεξηθή δνκή ησλ αηφκσλ κεηαμχ ηνπο. Γηαθξίλνληαη ηξεηο θαηεγνξίεο ζηεξεψλ αλάινγα κε ηελ δνκή ηνπο. α ) Κξπζηαιιηθά θαη πνιπθξπζηαιιηθά ζηεξεά. σ Κξπζηαιιηθή θαη πνιπθξπζηαιιηθή δνκή ζην ππξίηην ηε θξπζηαιιηθή δνκή ππάξρεη θαλνληθφηεηα θαη ηα άηνκα θαηέρνπλ νξηζκέλεο ζέζεηο ζην ρψξν ψζηε λα ζρεκαηίδνπλ θξχζηαιιν γεσκεηξηθνχ ζρήκαηνο φπσο γηα παξάδεηγκα είλαη ην θξπζηαιιηθφ ππξίηην. ηε πνιπθξπζηαιιηθή δνκή ππάξρνπλ πνιινί κηθξνί θξχζηαιινη πξνζαλαηνιηζκέλνη θαηά δηαθνξεηηθέο δηεπζχλζεηο φπσο γηα παξάδεηγκα είλαη ηα κέηαιια θαη ην πνιπθξπζηαιιηθφ ππξίηην (ζρήκα 3.1-3). 41

42 β) Άκνξθα ζηεξεά ηα ζηεξεά απηά δελ ππάξρεη θαλνληθή εζσηεξηθή δνκή θαη παξνκνηάδνληαη κε πγξά πνπ έρνπλ πνιχ κεγάιε εζσηεξηθή ηξηβή ψζηε λα κε θηλνχληαη ζρεδφλ θαζφινπ φπσο γηα παξάδεηγκα ην γπαιί θαη ην άκνξθν ππξίηην (ζρήκα 3.1-4). σ Θέζεηο αηόκσλ ζην άκνξθν ππξίηην γ) Πνιπκεξή ζηεξεά σ (α) Μόξην πνιπαηζπιελίνπ, (β) ην ιάζηηρν ηα άηνκα ηνπ άλζξαθα ζρεκαηίδνπλ κεγάιεο αιπζίδεο πνπ κπιέθνληαη 42

43 ηα ζηεξεά απηά ηα κφξηα ζρεκαηίδνπλ κεγάιεο αιπζίδεο θαη θάζε κηα πεξηέρεη πνιχ κεγάιν αξηζκφ αηφκσλ πνπ κπνξεί λα θζάζνπλ θαη ζηα Παξάδεηγκα ηέηνησλ κνξίσλ είλαη ην πνιπαηζπιέλην (ζρήκα 3.1-5α) θαη ην ιάζηηρν (ζρήκα 3.1-5β). Οη αιπζίδεο ησλ κνξίσλ ζπγθξαηνχληαη κεηαμχ ηνπο κε δηάθνξνπο ηξφπνπο θαη αλάινγα κε ηε ζχλδεζε ηνπο έρνπλ θαη δηαθνξεηηθή αληνρή. σ Σν θηίξην απηό έιαβε ην Ννέκβξην ηνπ 2003 ηελ πςειόηεξε δπλαηή βαζκνινγία (platinum rating) κε βάζε ην πξόγξακκα πηζηνπνίεζεο LEEDS γηα ηα ζηνηρεία βηνθιηκαηηθήο αξρηηεθηνληθήο πνπ ελζσκαηώλεη, όπσο θσηνβνιηατθά παλέια, windtowers, θπηεκέλεο ζηέγεο, εμνηθνλόκεζε λεξνύ θα. Ηηαλ ην ηξίην θηίξην, θαη ην πξώην εθηόο ΗΠΑ, πνπ ηηκήζεθε κε απηή ηε δηάθξηζε. ηεγάδεη ηελ ζπλνκνζπνλδία βηνκεραληώλ ηεο Ιλδίαο, έλαλ κε θεξδνζθνπηθό νξγαληζκό κε θξαηηθά θαη ηδησηηθά θεθάιαηα θαη ηε ζηήξημε ηνπ USAID. [ πεγή USAID, India ] 43

44 3.2 ΖΛΗΑΚΑ ΣΟΗΥΔΗΑ ΠΤΡΗΣΗΟΤ Ζ επιλογή και η ζςμπεπιθοπά ηος πςπιηίος. Σν ππξίηην είλαη έλαο εκηαγσγφο κε άκεζν ελεξγεηαθφ δηάθελν 1,1eV. Αλ θαη νη δχν απηέο ηδηφηεηεο (έκκεζν θαη ζρεηηθά κηθξή ηηκή δηαθέλνπ) δελ είλαη ηδεψδεο γηα ηε θσηνβνιηατθή κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, ην ππξίηην είλαη ν εκηαγσγφο πνπ θπξηάξρεζε απφ ηελ αξρή κέρξη θαη ζήκεξα, ζαλ πιηθφ θαηαζθεπήο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ. Η αηηία είλαη ίζσο φηη ην ππξίηην έρεη ήδε έλα πινχζην παξειζφλ 3-4 δεθαεηηψλ ζαλ ην θχξην πιηθφ ησλ δηαηάμεσλ ησλ εκηαγσγψλ ηεο ειεθηξνληθήο. Δπνκέλσο νη ηδηφηεηέο ηνπ είλαη θαιά κειεηεκέλεο θαη ην πιηθφ θπθινθνξεί ζηελ αγνξά ζε αξθεηά κεγάιεο πνζφηεηεο, κε ηθαλνπνηεηηθή ρεκηθή θαζαξφηεηα θαη ηειεηφηεηα θξπζηαιιηθήο δνκήο, κε ηε ρξεζηκνπνίεζε ηερλνινγηθψλ κεζφδσλ δνθηκαζκέλσλ κε επηηπρία. Δπίζεο, ηα ειηαθά ζηνηρεία ππξηηίνπ έρνπλ ιεηηνπξγήζεη κε απνιχησο ηθαλνπνηεηηθή αμηνπηζηία ζε αθξαίεο ζπλζήθεο, ηφζν ζε δηαζηεκηθέο φζν θαη ζε επίγεηεο. π.ρ. ζε δηαζηεκφπινηα ζε ηξνρηά πξνο ηνλ πιαλήηε Γία κε έληαζε αθηηλνβνιίαο κφιηο 50 W/m 2 θαη ζεξκνθξαζία -120 ν C, ή ζε άιια δηαζηεκφπινηα ζε ηξνρία πξνο ηνλ Δξκή θαη ηελ Αθξνδίηε κε έληαζε αθηηλνβνιίαο 2,5 ΚW/M 2 θαη ζεξκνθξαζίαο 140 ν C, ή ζε ζπζηήκαηα ζπγθεληξσκέλνπ θσηφο, ζηελ επηθάλεηα ηεο γεο, ηζρχνο εθαηνληάδσλ ήιησλ. Δπίζεο, ζε πιαίζηα ηνπνζεηεκέλα ζε θνξπθέο βνπλψλ εθηεζεηκέλα ζε ρηνλνζχειιεο θαη ηαρχηεηεο αλέκνπ πάλσ απφ 100 Κm/h, ζην έληνλν δηαβξσηηθφ πεξηβάιινλ ηεο ζαιάζζηαο αηκφζθαηξαο, ζε πεξηνρέο κε κεγάιεο ζεξκνθξαζηαθέο κεηαβνιέο θιπ. Δλδεηθηηθφ ηεο επηηπρίαο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ ππξηηίνπ είλαη ν εληππσζηαθφο ξπζκφο ηεο αχμεζεο ηεο παξαγσγήο ηνπο. Πξηλ απφ είθνζη ρξφληα, ε εηήζηα παξαγσγή ησλ ειηαθψλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ ππξηηίνπ δελ μεπεξλνχζε, ζε ζπλνιηθή ηζρχ αηρκήο, ηα ιίγα KWp, θαη πξννξίδνληαλ απνθιεηζηηθά γηα ηειεπηθνηλσληαθνχο, κεηεσξνινγηθνχο θαη εξεπλεηηθνχο δνξπθφξνπο. ήκεξα ε εηήζηα παξαγσγή ηνπο έρεη θηάζεη ηα 10 ΜWp (αχμεζε πεξίπνπ 1000 θνξέο), απφ ηα νπνία ηα κφιηο ηα 150 KWp πξννξίδνληαη γηα δνξπθνξηθέο ή άιιεο δηαζηεκηθέο εθαξκνγέο, ελψ ην ππφινηπν ρξεζηκνπνηείηαη ζε επίγεηεο θσηνβνιηατθέο δηαηάμεηο. χκθσλα κε έλα ζεσξεηηθφ ππνινγηζκφ, ε απφδνζε ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ ππξηηίνπ κπνξεί λα θζάζεη κέρξη 23,92% γηα ζπλζήθεο ΑΜ1. ν ππνινγηζκφο έρεη γίλεη γηα ειηαθφ ζηνηρείν πάρνπο 100κm κε εκπξφο ηκήκα ηχπνπ ή πάρνπο 0,2κm θαη δψλε εμάληιεζεο πάρνπο 0,15 κm. Σν κήθνο δηάρπζεο ησλ θνξέσλ κεηνλφηεηαο ζεσξήζεθε 150 κm θαη ν κέζνο ρξφλνο δσήο ηνπο 20 κs, πεξίπνπ. Έλα ηέηνην ζηνηρείν ζα έδηλε αλνηρηνθπθισκέλε ηάζε V DC = 0,7 V θαη ππθλφηεηα βξαρπθπθισκέλνπ θσηνξεχκαηνο Ι Φ = 40 ma/cm 2, πεξίπνπ. Πεηξακαηηθά ε κεγαιχηεξε απφδνζε ειηαθνχ ζηνηρείνπ ππξηηίνπ ζε ζπλζήθεο ΑΜ1 κεηξήζεθε εξγαζηεξηαθά 19%, κε απψιεηεο αλάθιαζεο 3% θαη ζπληειεζηή πιήξσζεο 0,77.ηηο πξαθηηθέο εθαξκνγέο ηα ειηαθά ζηνηρεία κνλνθξπζηαιιηθνχ ή πνιπθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ κεγάιεο επηθάλεηαο έρνπλ απφδνζε πεξίπνπ 10-12% ή ιίγν κεγαιχηεξε. 44

45 3.2.2 Ζ παπαζκεςή ηος ηλιακού ζηοισείος Γηα λα έρεη ην ππξίηην, αιιά θαη θάζε άιινο θξπζηαιιηθφο εκηαγσγφο, ηθαλνπνηεηηθέο ηδηφηεηεο γηα θσηνβνιηατθέο θαη γεληθφηεξα γηα ειεθηξνληθέο εθαξκνγέο (π.ρ. κεγάιε θηλεηηθφηεηα, κεγάιν κήθνο δηάρπζεο θαη κεγάιν ρξφλν δσήο ησλ θνξέσλ θπξίσο ησλ θνξέσλ κεηνλφηεηαο - πξηλ απφ ηελ επαλαζχλδεζή ηνπο) πξέπεη λα είλαη πνιχ κεγάιεο θαζαξφηεηαο θαη ην θξπζηαιιηθφ ηνπο πιέγκα λα κελ έρεη αηαμίεο δνκήο. Η πξψηε θάζε ηνπ θαζαξηζκνχ ηνπ ππξηηίνπ γίλεηαη κε ηελ αλάηεμε θαη ζηε ζπλέρεηα κε ηελ κεηαηξνπή ηνπ "κεηαιινπξγηθνχ" ππξηηίνπ ζε αέξην ηξηρισξνζηιάλην (SiHCI 3 ) πνπ απνρσξίδεηαη απφ ηηο δηάθνξεο πξνζκίμεηο κε θιαζκαηηθή απφζηαμε. Σν "κεηαιινπξγηθφ" ππξίηην έρεη θαζαξφηεηα πεξίπνπ 99.6% πνπ είλαη πνιχ θαιή γηα ηηο ζπλεζηζκέλεο ηερληθέο ρξήζεηο, αιιά εληειψο αλεπαξθήο γηα ειεθηξνληθέο εθαξκνγέο. ηε ζπλέρεηα, ην ηξηρισξνζηιάλην αλάγεηαη κε πδξνγφλν θαη ζπκππθλψλεηαη ππξίηην πνηφηεηαο "εκηαγσγνχ" ή "ειεθηξνληθήο", πνπ ηήθεηαη θαη αλαθξπζηαιιψλεηαη κε αθφκε κεγαιχηεξε θαζαξφηεηα, π.ρ. ηεο ηάμεο ηνπ %, ζε θπιηλδξηθή κνλνθξπζηαιιηθή κνξθή, δηακέηξνπ πεξίπνπ 10cm. Απφ ηνλ θχιηλδξν θφβνληαη δίζθνη, πάρνπο πεξίπνπ 0.5mmη, νη νπνίνη ιεηαίλνληαη κε επηκέιεηα γηα ηελ απνκάθξπλζε ησλ ειαηησκάησλ ηεο θνπήο θαη ζηε ζπλέρεηα δηακνξθψλνληαη ζε δηφδνπο p - n κε επίηαμε, δηάρπζε ή εκθχηεπζε πξνζκίμεσλ. Σν ηειηθφ ζηάδην είλαη ε ζπγθφιιεζε ησλ ειεθηξνδίσλ ζηελ εκπξφο θαη πίζσ φςε ηνπ δίζθνπ, ε αιιεινζχλδεζε ησλ έηνηκσλ πηα ζηνηρείσλ, ε θάιπςε ηεο εκπξφο επηθάλεηαο ηνπο κε έλα αληηαλαθιαζηηθφ επίζηξσκα γηα ηε κείσζε ηεο αλάθιαζεο ηνπ θσηφο θαη ε ζηεγαλή ζπζθεπαζία ζε πιαίζηα (ζρήκα ). σ ρεκαηηθή απεηθόληζε ηεο ηνκήο ελόο ζπζθεπαζκέλνπ ειηαθνύ Φ/.Σν παξάδεηγκα αθνξά ζε ζηνηρείν ππξηηίνπ ηύπνπ n/p Σν ειεθηξφδην ηεο εκπξφο φςεο ηνπ ειηαθνχ ζηνηρείνπ απνηειείηαη απφ έλα αξαηφ κεηαιιηθφ δηθηπσηφ πιέγκα, ζε ζρήκα ζράξαο, ψζηε λα αθήλεη ειεχζεξν ην κεγαιχηεξν κέξνο ηεο επηθάλεηαο γηα λα δέρεηαη ην θσο. Σν πιέγκα είλαη ζπλήζσο απφ θξάκαηα αξγχξνπ θαη θαιχπηεη πεξίπνπ ην 15% ηεο επηθάλεηαο ηνπ ζηνηρείνπ. Σν ειεθηξφδην ηνπ πίζσ ηκήκαηνο ηνπ δίζθνπ, φπνπ δελ ππάξρεη πξφβιεκα θάιπςεο, αθνχ 45

46 δελ δέρεηαη αθηηλνβνιία, απνηειείηαη ζπλήζσο απφ έλα ιεπηφ θχιν αινπκηλίνπ, ζε φιν ην πιάηνο ηνπ ζηνηρείνπ. Καλνληθά, πεξίπνπ ην 30% ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, πέθηεη ζε κία επηθάλεηα ππξηηίνπ, αλαθιάηαη πάιη πξνο ην πεξηβάιινλ. Γηα λα κεησζεί ε κεγάιε απηή απψιεηα, επηθαιχπηνληαη ηα ειηαθά ζηνηρεία κε έλα ζηξψκα απφ θαηάιιεια αληηαλαθιαζηηθά πιηθά (π.ρ.siο,al 2 Ο 3, TiO 2, Ta 2 O 5, Si 3 Ν 4 )' πνπ πεξηνξίδνπλ ηελ αλάθιαζε πεξίπνπ ζην 5%. Η επίδξαζε ηεο πγξαζίαο ηνπ πεξηβάιινληνο κπνξεί λα πξνθαιέζεη πξφσξε θζνξά ζηα ειηαθά ζηνηρεία, θαη θπξίσο ζηηο ειεθηξηθέο ηνπο ζπλδέζεηο. Γη' απηφ, ηα ζπλαξκνινγεκέλα ζηνηρεία θαιχπηνληαη ζπλήζσο κε έλα ιεπηφ γπαιί, πνπ επηθνιιάηαη πάλσ ηνπο κε ηε βνήζεηα ελφο δηαθαλνχο πιαζηηθνχ θχιινπ, ζηεγαλνπνηνχληαη κε κηα πεξηκεηξηθή ειαζηηθή ηαηλία θαη ην ζχλνιν ζπγθξαηείηαη ηζρπξά θαη κφληκα κε ηε βνήζεηα κηαο άιιεο πεξηκεηξηθήο ηαηλίαο, κεηαιιηθήο, ζπλήζσο απφ αινπκίλην. Η δαπάλε γηα ηα πξφζζεηα απηά πιηθά θαη εξγαζίεο, πέξα απφ ην θφζηνο παξαγσγήο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ, είλαη κηα ζεκαληηθή επηβάξπλζε γηα ηα θσηνβνιηατθά ζπζηήκαηα. χκθσλα κε κηα εθηίκεζε, ην θφζηνο ηνπ εμνπιηζκνχ κηαο βηνκεραληθήο εγθαηάζηαζεο γηα ηελ παξαγσγή θαη ηνλ έιεγρν πιαηζίσλ κε ειηαθά ζηνηρεία ππξηηίνπ κε εηήζηα δπλακηθφηεηα ηζρχνο αηρκήο 150 KWp, πνπ θαίλεηαη φηη απνηειεί ην κηθξφηεξν νηθνλνκηθφ κέγεζνο βηνκεραληθήο κνλάδαο ππνινγίδεηαη ζε $ Η εγθαηάζηαζε απηή ζα απαζρνιεί 20 εξγαδφκελνπο θαη ε εηήζηα δαπάλε γηα πξνκήζεηα ησλ έηνηκσλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ απφ άιινλ θαηαζθεπαζηή ζα είλαη $ πεξίπνπ. Δπίζεο, ζα απαηηνχληαη πεξίπνπ άιια $ εηεζίσο γηα ηελ πξνκήζεηα ησλ πιηθψλ ζπλαξκνιφγεζεο ησλ πιαηζίσλ. Η ηερλνινγία πνπ πεξηγξάθηεθε παξαπάλσ ήηαλ κέρξη πξφζθαηα (1992) ε κνλαδηθή βηνκεραληθή, κέζνδνο θαηαζθεπήο ειηαθψλ θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ, θαη εμαθνινπζεί λα εθαξκφδεηαη απφ πνιινχο θαηαζθεπαζηέο. Δίλαη κηα δηαδηθαζία πνιχ ελεξγνβφξα θαη δαπαλεξή, κε απνηέιεζκα ην θφζηνο ηνπ δίζθνπ λα θηάλεη πεξίπνπ ηα $ 350 αλά m 2, θαη ην πιήξεο ειηαθφ πιαίζην ηα $ αλά m 2. Σα ηειεπηαία φκσο 2-3 ρξφληα άξρηζε λα αλαπηχζζεηαη παξαγσγηθά ε θαηαζθεπή ειηαθψλ ζηνηρείσλ απφ θζελφηεξα πιηθά θαη κε απινχζηεξεο κεζφδνπο, πνπ αλακέλεηαη φηη ζα νδεγήζεη ζε ζεκαληηθή κείσζε ηνπ θφζηνπο. Σν πξψην βήκα πξνήιζε απφ ηε δηαπίζησζε φηη, ζε αληίζεζε πξνο άιιεο ειεθηξνληθέο εθαξκνγέο, γηα ηελ θαηαζθεπή θαιψλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ δελ απαηηείηαη λα είλαη ην ππξίηην κνλνθξπζηαιιηθφ. Ιθαλνπνηεηηθέο απνδφζεηο δίλνπλ θαη ηα ειηαθά ζηνηρεία απφ πνιπθξπζηαιιηθφ ππξίηην, κε ηελ πξνυπφζεζε φηη ην κέγεζνο ησλ θφθθσλ ηνπ ζα είλαη αξθεηά κεγάιν, ηεο ηάμεο ηνπ 1mm, ψζηε λα εθηείλνληαη ζε νιφθιεξν ην πάρνο ηνπ δίζθνπ. 46

47 3.2.3 Ζ διαμόπθωζη ηηρ διόδος πλήζσο, ε δίνδνο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ ππξηηίνπ δηακνξθψλεηαη κε ηέηνην ηξφπν, ψζηε ε εκπξφο ηνπο φςε λα είλαη ηχπνπ n κε πξνζκίμεηο αηφκσλ θσζθφξνπ, θαη ην πίζσ ηκήκα λα είλαη ηχπνπ p κε πξνζκίμεηο αηφκσλ βνξίνπ. Καηαζθεπάδνληαη φκσο επίζεο ζηνηρεία κε αληίζεηε έλσζε, δειαδή εκπξφο ηχπνπ p θαη πίζσ ηχπνπ n, θπξίσο γηα δηαζηεκηθέο εθαξκνγέο, δηφηη έρνπλ κεγαιχηεξε αληνρή ζηηο ηζρπξέο αθηηλνβνιίεο.ην δηάγξακκα ηνπ ζρήκαηνο είδακε φηη, γηα ηνπο πεξηζζφηεξνπο εκηαγσγνχο, ν ζπληειεζηήο απνξξφθεζεο έρεη κία πεξίπνπ ζηαζεξή (θαη κεγάιε) ηηκή γηα φια ηα θσηφληα πνπ απνξξνθνχλ, ελψ γηα ην ππξίηην απμάλεη αξγά κε ηε κείσζε ηνπ κήθνπο θχκαηνο ησλ θσηνλίσλ. Έηζη, φηαλ έλα θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν ππξηηίνπ δέρεηαη πνιπρξσκαηηθή αθηηλνβνιία, φπσο είλαη ην ειηαθφ θσο, ην κέξνο ηεο εθείλν πνπ έρεη κηθξφ ζρεηηθά κήθνο θχκαηνο, απνξξνθάηαη νιφθιεξν ζε κηθξή απφζηαζε απφ ηελ επηθάλεηα. Αλ π.ρ. ην εκπξφο ηκήκα ηνπ ζηνηρείνπ είλαη ηχπνπ n, ππάξρεη κεγάιε πηζαλφηεηα νη νπέο πνπ δεκηνπξγνχληαη απφ ην θσο λα ζπλαληήζνπλ ακέζσο ειεχζεξα ειεθηξφληα (ηα νπνία αθζνλνχλ ζην ηκήκα ηνπ ηχπνπ n σο θνξείο πιεηνλφηεηαο) θαη λα επαλαζπλδεζνχλ, πξηλ πξνιάβνπλ λα δηαρπζνχλ πξνο ηε δψλε εμάληιεζεο ηεο δηφδνπ. Γηα απηφ, ην εκπξφο ηκήκα ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ ππξηηίνπ θαηαζθεπάδεηαη ζε πνιχ ιεπηφ πάρνο ( ηεο ηάμεο ηνπ κm) ψζηε νη πεξηζζφηεξνη θνξείο, πνπ δεκηνπξγνχληαη κε ηελ απνξξφθεζε ηεο αθηηλνβνιίαο, λα έρνπλ ηελ επθαηξία λα πιεζηάζνπλ πξνο ηε δψλε εμάληιεζεο θαη λα εθηξαπνχλ ππφ ηελ επίδξαζε ηνπ πεδίνπ ηεο. Έηζη, θαζψο νη νπέο νδεγνχληαη πξνο ηκήκα ηχπνπ p θαη ηα ειεχζεξα ειεθηξφληα πξνο ην ηκήκα ηχπνπ n, φπνπ θαη νη κελ θαη νη δε είλαη θνξείο πιεηνλφηεηαο, ε πηζαλφηεηα λα κελ ζπλαληήζνπλ αληίζεηνπο θνξείο θαη λα κελ επαλαζπλδεζνχλ (θαη επνκέλσο λα κπνξέζνπλ λα ζπκβάιινπλ ζηελ εθδήισζε ηνπ θσηνβνιηατθνχ θαηλνκέλνπ) είλαη κεγάιε. Όζν θαζαξφηεξνο είλαη έλαο εκηαγσγφο, ηφζν κεγαιχηεξν κήθνο δηάρπζεο έρνπλ νη θνξείο ηνπ θαη ηφζν κεγαιχηεξε πηζαλφηεηα έρνπλ, σο θνξείο κεηνλφηεηαο, λα θηάζνπλ ζηε δψλε εμάληιεζεο ηεο δηφδνπ. σ Σα θνξηία ησλ δηεξγεκέλσλ πξνζκίμεσλ ζηελ έλσζε p-n ελόο Φ/ ππξηηίνπ ηύπνπ n+/p. Με W ζπκνιίδεηαη ην πάρνο ηεο δώλεο εμάληιεζεο ηεο δηόδνπ 47

48 σ Η κεηαβνιή ηνπ ζπληειεζηή απνξξόθεζεο (α) ζε ζπλάξηεζε κε ην κήθνο θύκαηνο (ι) ή ηελ ελέξγεηα ησλ θσηνλίσλ (hv) ηεο αθηηλνβνιίαο, γηα ηνπο θπξηόηεξνπο εκηαγσγνύο ησλ Φ/Β δηαηάμεσλ Παξάιιεια, γηα ηελ αχμεζε ηεο παξαπάλσ πηζαλφηεηαο, επηδηψθεηαη λα απνθηήζεη κεγάιν πάρνο ε δψλε εμάληιεζεο ηεο δηφδνπ, πνπ πεηπραίλεηαη κε ηε δηακφξθσζε ηνπ εκπξφο ηκήκαηνο ζε ηχπνπ n + ( δειαδή κε κεγάιε ζπγθέληξσζε δνηψλ) ελψ ζην ηκήκα p ε ζπγθέληξσζε απνδεθηψλ είλαη ζρεηηθά κηθξή (ρήκα ). πλεζηζκέλεο ηηκέο γηα ηα ειηαθά ζηνηρεία ηνπ εκπνξίνπ είλαη Ν D =5ρΙ0 16 αλά cm 3 θαη Ν Α =10 16 αλά cm 3 πεξίπνπ. Όπσο δείρλεηαη ζην ζρήκα, ην κεγαιχηεξν κέξνο ηεο δψλεο εμάληιεζεο ηεο δηφδνπ εθηείλεηαη πξνο ην ηκήκα ηχπνπ p. 48

49 3.2.4 Ανηαγωνιζηικά μεγέθη Ο επηηπρεκέλνο ζρεδηαζκφο ελφο ειηαθνχ θσηνβνιηατθνχ ζηνηρείνπ πξνυπνζέηεη ηε κειέηε θαη επηινγή ησλ βέιηηζησλ κεγεζψλ γηα πνιιέο παξακέηξνπο πνπ επηδξνχλ αληαγσληζηηθά ζηελ επίδνζε ηνπ. π.ρ. φπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ, ην πάρνο ηνπ εκπξφο ηκήκαηνο ηνπ ζηνηρείνπ πξέπεη λα είλαη πνιχ ιεπηφ, δειαδή λα κελ μεπεξλά ην κήθνο δηάρπζεο ησλ θνξέσλ κεηνλφηεηαο ψζηε έρνπλ κεγάιε πηζαλφηεηα λα θηάζνπλ ζηελ πεξηνρή ηεο δψλεο εμάληιεζεο ηεο δηφδνπ. Απηφ, ζε έλα ζηνηρείν n + /p (δειαδή κε εκπξφο ηκήκα ηχπνπ n + θαη πίζσ ηκήκα ηχπνπ p) βνεζά ζηελ δηάζσζε ησλ νπψλ πνπ δεκηνχξγεζε ην θσο ζην εκπξφο ηκήκα ηνπ, δελ ηζρχεη φκσο ην ίδην θαη γηα ηνπο θνξείο κεηνλφηεηαο ηνπ πίζσ ηκήκαηνο. πγθεθξηκέλα, φζα θσηφληα απνξξνθνχληαη βαζχηεξα ζην ηκήκα p ηνπ ζηνηρείνπ, δεκηνπξγνχλ επίζεο δεχγε ειεχζεξσλ ειεθηξνλίσλ θαη νπψλ, κε θνξείο κεηνλφηεηαο ηψξα ηα ειεχζεξα ειεθηξφληα. Πάιη, φκσο ε δψλε εμάληιεζεο δελ πξέπεη, θαηά κέζν φξν, λα απέρεη απφ ηελ πεξηνρή απηή πεξηζζφηεξν απφ ην κήθνο δηάρπζεο ησλ ειεχζεξσλ ειεθηξνλίσλ. Δπνκέλσο, ε απφζηαζε ηεο δψλεο εμάληιεζεο απφ ηελ εκπξφο φςε ηνπ ζηνηρείνπ θαζνξίδεηαη απφ ην βέιηηζην ζπλδπαζκφ ησλ ηηκψλ ηνπ κήθνπο δηάρπζεο ησλ θνξέσλ θαη ηνπ ζπληειεζηή απνξξφθεζεο ηνπ εκηαγσγνχ. Δπίζεο, γηα λα παξάγεηαη κεγάιε αλνηρηνθπθιψκελε ηάζε Voc (πνπ ζπλεπάγεηαη κεγάιε απφδνζε) πξέπεη ην ελζσκαησκέλν ειεθηξνζηαηηθφ πεδίν ζηε έλσζε p-n ηνπ ζηνηρείνπ λα είλαη ηζρπξφ. Γειαδή πξέπεη λα ππάξρεη ζρεηηθά κεγάιε ζπγθέληξσζε πξνζκίμεσλ απνδεθηψλ ζην ηκήκα ηχπνπ p θαη δνηψλ ζην ηκήκα n. Οη κεγάιεο, φκσο ζπγθεληξψζεηο πξνζκίμεσλ κεηψλνπλ ηνλ ρξφλν δσήο ησλ θνξέσλ κεηνλφηεηαο θαη πξνθαινχλ πξφσξεο επαλαζπλδέζεηο, κεηψλνληαο έηζη ηελ έληαζε ην θσηνξεχκαηνο, κε άκεζε πάιη ( θαη αλάινγε) δπζκελή επίδξαζε ζηελ απφδνζε ηνπ ζηνηρείνπ. Μηα ζρεηηθά πξφζθαηε επηλφεζε, πνπ έδσζε πνιχ θαιά απνηειέζκαηα γηα ηελ παξεκπφδηζε ησλ πνιιψλ επαλαζπλδέζεσλ ησλ θνξέσλ, είλαη ε αλάπηπμε ελφο θαηάιιεινπ πεδίνπ ζην πίζσ ηκήκα ηνπ ζηνηρείνπ, γλσζηνχ κε ηελ νλνκαζία ΒSF(Back Surface Field, πεδίν ηεο πίζσ επηθάλεηαο). πγθεθξηκέλα ζε έλα ζηνηρείν π.ρ. n + /p, δεκηνπξγείηαη ζηελ αθξαία δψλε ηνπ ηκήκαηνο ηχπνπ p πνπ εθάπηεηαη κε ην πίζσ ειεθηξφδην, κηα ζηελή πεξηνρή ηχπνπ p +, κε απμεκέλε ζπγθέληξσζε απνδεθηψλ. Έηζη, ηα ειεχζεξα ειεθηξφληα (θνξείο κεηνλφηεηαο) πνπ δεκηνχξγεζε ε αθηηλνβνιία ζην ηκήκα ηνπ ηχπνπ p, εκπνδίδνληαη κε ηελ παξεκβνιή ηεο πεξηνρήο p + λα δηαρπζνχλ πξνο ην πίζσ ειεθηξφδην θαη λα επαλαζπλδεζνχλ. Αληίζεηα, εθηξέπνληαη πάιη πξνο ηα εκπξφο, πξνο ηε δψλε εμάληιεζεο ηεο δηφδνπ. ηα ειηαθά ζηνηρεία ππξηηίνπ ΒSF, πνπ κπνξνχλ λα είλαη ηχπνπ n + /p/p + ή ηχπνπ p + /n/n +, ε πίζσ πεξηνρή ηεο απμεκέλεο ζπγθέληξσζεο πξνζκίμεσλ είλαη πνιχ ιεπηή. π.ρ. ζε έλα ζηνηρείν n + /p/p +,ζπλνιηθνχ πάρνπο 250 κm, ην πάρνο ηεο πεξηνρήο ηχπνπ p + (κε απνδέθηεο αλά cm 3 ) δελ μεπεξλά ην 0,5 κm. Έλα άιιν πξνθαλέο αληηθείκελν ζπκβηβαζηηθήο επηινγήο ζηνλ ζρεδηαζκφ ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ είλαη νη δηαζηάζεηο ηεο κεηαιιηθήο ζράξαο πνπ απνηειεί ην εκπξφο 49

50 ειεθηξφδην. Έλα ζρεηηθά κεγάιν πιάηνο θαη κηα ππθλή δηάηαμε ησλ γξακκψλ ηνπ πιέγκαηνο ηεο ζράξαο είλαη θαηαξρήλ πιενλεθηηθφ δηφηη ζπλεπάγεηαη κηθξή κφλν αληίζηαζε γηα ηε ζπιινγή ησλ θνξέσλ ηνπ ξεχκαηνο, δειαδή κηθξή R s, θαη επνκέλσο κηθξή απψιεηα απφ ηελ ειεθηξηθή ηζρχ πνπ παξάγεη ην ζηνηρείν. πγρξφλσο, φκσο, απηφ απαηηεί ζρεηηθά κεγάιε θάιπςε ηεο εκπξφο φςεο ηνπ ζηνηρείνπ απφ ην αδηαθαλέο κεηαιιηθφ πιηθφ ηνπ ειεθηξνδίνπ, πνπ ζεκαίλεη κείσζε ηεο σθέιηκεο επηθάλεηαο ππνδνρήο ηεο αθηηλνβνιίαο θαη αληίζηνηρε κείσζε ηεο απφδνζεο ηνπ ζηνηρείνπ. πλήζσο επηιέγεηαη, κε ηε βνήζεηα ειεθηξνληθνχ ππνινγηζηή, έλα αξθεηά πνιχπινθν ζρήκα γηα ην εκπξφο ειεθηξφδην, κε θεληξηθνχο αγσγνχο θαη πιεπξηθά δάθηπια, ψζηε ζπκβηβάδνληαη ηθαλνπνηεηηθά νη δχν παξαπάλσ αληαγσληζηηθέο επηπηψζεηο. Όπσο δείρζεθε ζην ζρήκα 12, ην πιάηνο ησλ πιεπξηθψλ δαθηχισλ απμάλεη ζπλερψο, ζηε δηαδξνκή ηνπο απφ ηελ πεξίκεηξν πξνο ηνλ θεληξηθφ αγσγφ ηνπ εκπξφο ειεθηξνδίνπ, θαζψο ζπιιέγνληαη νη θνξείο θαη απμάλεη ε έληαζε ηνπ ξεχκαηνο. Με ηνλ ηξφπν απηφ, κεηψλεηαη ε αληίζηαζε ησλ δαθηχισλ παξάιιεια κε ηελ αχμεζε ηνπ ξεχκαηνο θαη επνκέλσο δελ κεγαιψλνπλ νη απψιεηεο ηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο (P=I 2 R) πνπ παξάγεη ην ειηαθφ ζηνηρείν. Άιινη θαηαζθεπαζηέο δηακνξθψλνπλ δηαθνξεηηθά ην εκπξφο ειεθηξφδην ηνπ ειηαθνχ ζηνηρείνπ, κε ηνλ ζθνπφ πάληα λα ειαρηζηνπνηήζνπλ ηηο απψιεηεο ηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο. π.ρ. έρνπλ θαηαζθεπαζηεί πιέγκαηα θπθιηθήο, νξζνγσληθήο ή αθηηλσηή κνξθή. ηελ πεξίπησζε πιέγκαηνο κε κ ηζνθαηαλεκεκέλνπο αγσγνχο, ε ηηκή ηεο αληίζηαζεο ζηελ φςε ηνπ ζηνηρείνπ δίλεηαη αξθεηά ηθαλνπνηεηηθά απφ ηε ζρέζε: R s =R S /8κ 2 φπνπ R s είλαη εδψ ε αληίζηαζε θχιινπ ηνπ εκηαγσγνχ, απφ ηνλ νπνίν είλαη θαηαζθεπαζκέλν ην ζηνηρείν. Π.ρ.ζε έλα ζπλεζηζκέλν ειηαθφ θσηνβνιηατθφ ζηνηρείν ππξηηίνπ ηχπνπ n + /p, κε αληίζηαζε θχιινπ R s = 50 Χ θαη κε πιέγκα ειεθηξνδίνπ απφ 6 αγσγνχο, ε αληίζηαζε ζεηξάο ζηελ εκπξφο φςε ηνπ είλαη πεξίπνπ : R s = 50/8 x 6 2 = 0,72 Χ Άμοπθο πςπίηιο Δίδακε παξαπάλσ φηη γηα λα έρεη ηθαλνπνηεηηθή ζπκπεξηθνξά σο πιηθφ θαηαζθεπήο θσηνβνιηατθψλ ζηνηρείσλ, ην ππξίηην πξέπεη λα είλαη κνλνθξπζηαιιηθφ ή έζησ πνιπθξπζηαιιηθφ αιιά λα απνηειείηαη απφ θφθθνπο κεγάινπ κεγέζνπο. Δίλαη επνκέλσο θαηαξρήλ παξάδνμν φηη ην άκνξθν ππξίηην, δειαδή έλα πιηθφ κε κεγάιε αηαμία ζηε δνκή ηνπ ψζηε λα κελ ππάξρνπλ δηαθξηηά φξηα θφθθσλ, ζα κπνξνχζε λα ήηαλ θαηάιιειν γηα ηελ θαηαζθεπή ειηαθψλ ζηνηρείσλ. Όπσο, φκσο, δηαπηζηψζεθε, ην άκνξθν ππξίηην (ζπκβνιίδεηαη ζπλήζσο α-sί) είλαη έλαο εκηαγσγφο πνπ δηαθέξεη νπζηαζηηθά απφ ην θξπζηαιιηθφ ππξίηην. Π.ρ.ην ελεξγεηαθφ δηάθελν δελ έρεη ζηαζεξή ηηκή αιιά θπκαίλεηαη, αλάινγα κε ηνλ ηξφπν ηεο 50

51 παξαζθεπήο ηνπ, απφ 1,2 κέρξη 1,6eV πεξίπνπ, ζε ζχγθξηζε κε 1,1eV ηνπ θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ. Σν κεγάιν πιενλέθηεκα ηνπ α-si γηα θσηνβνιηατθεο εθαξκνγέο ζε ειηαθά ζηνηρεία είλαη φηη ν ζπληειεζηήο απνξξφθεζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο μεπεξλά ην 10 4 cm -1, είλαη δειαδή πνιχ κεγαιχηεξνο απφ ηνπ θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ. Ώζηε, σο πξνο ηελ ηδηφηεηα απηή, ην α-si ζπκπεξηθέξεηαη ζρεδφλ ζαλ εκηαγσγφο άκεζνπ ελεξγεηαθνχ δηαθέλνπ θαη αξθεί έλα ιεπηφ ζηξψκα, πάρνπο ιίγσλ κm, γηα ηελ θαηαζθεπή ειηαθψλ ζηνηρείσλ. Σν α-si παξαζθεπάδεηαη κε ζρεηηθά αλέμνδεο κεζφδνπο, ζε ζχγθξηζε κε ην θξπζηαιιηθφ Si, π.ρ. κε ζπκπχθλσζε ησλ πξντφλησλ ζεξκηθήο δηάζπαζεο αέξησλ ππξηηηνχρσλ ελψζεσλ. Η άκνξθε φκσο θαηαζθεπή ηνπ, έρεη ζαλ απνηέιεζκα πνιινί απφ ηνπο ρεκηθνχο δεζκνχο ζην α-si λα είλαη αηειείο ή ζηξεβισκέλνη, πνπ ζπλεπάγεηαη κεηνλεθηηθέο ειεθηξηθέο ηδηφηεηεο γηα ην πιηθφ. Π.ρ. νη θνξείο ηνπ α-si έρνπλ κηθξή θηλεηηθφηεηα θαη κηθξφ κήθνο δηάρπζεο. σ ρεκαηηθή απεηθόληζε (α) ηνπ θξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ, (β) ηνπ άκνξθνπ ππξηηίνπ κε αηειείο θαη ζηξεβισκέλνπο δεζκνύο (γ) ηνπ πδξνγνλνύρνπ άκνξθνπ ππξηηίνπ κε ζπκπιεξσκέλνπο θαη ραιαξσκέλνπο ηνπο δεζκνύο ηνπ.οη καύξνη θύθινη δείρλνπλ ηηο ζέζεηο ησλ αηόκσλ Si θαη νη άζπξνη ηηο ζέζεηο ησλ αηόκσλ H. Πνιχ ζεκαληηθή βειηίσζε ησλ ειεθηξηθψλ ηδηνηήησλ ηνπ a-si γίλεηαη κε ηελ πξνζζήθε αηφκσλ πδξνγφλνπ, πνπ απνηεινχλ ηέξκαηα γηα ηνπο αηειείο δεζκνχο θαη ραιαξψλνπλ ηνλ ηζηφ ηνπ ζψκαηνο (ζρήκα ). Σν πδξνγνλνχρν a-si πεξηέρεη ζπλήζσο 10-40% πδξνγφλν, ζε αηνκηθή αλαινγία θαη κε ηε γεληθή έλλνηα, έλα άκνξθν θξάκα ππξηηίνπ θαη πδξνγφλνπ. πκβνιίδεηαη σο a-si:η. Αλάινγα, θαη ίζσο θαιχηεξα απνηειέζκαηα, έρεη ε πξνζζήθε αηφκσλ θζνξίνπ αληί γηα άηνκα πδξνγφλνπ. Η εκπνξηθή παξαγσγή ειηαθψλ ζηνηρείσλ απφ a-si:η έρεη ήδε αξρίζεη απφ ην 1983, θπξίσο ζηελ Ιαπσλία, ζε κνξθή δηφδσλ φηθπ κε απφζεζε ηνπ ππξηηίνπ πάλσ ζε ιεπηά θχιια αλνμείδσηνπ ράιπβα. Η απφδνζή ηνπο είλαη πεξίπνπ 5%, αιιά πηζηεχεηαη φηη κε ηηο θαηάιιειεο βειηηψζεηο ε απφδνζε ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ άκνξθνπ ππξηηίνπ ζα θζάζεη κειινληηθά ην 15%. Παξάιιεια, απφ αξθεηφ θαηξφ εμεηάδεηαη εξεπλεηηθά ε δπλαηφηεηα θαηαζθεπήο θζελψλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ θξπζηαιιηθνχ ή άκνξθνπ ππξηηίνπ κε δηάθνξεο λέεο ηερλνινγίεο, φπσο ν ζρεκαηηζκφο ηνπ ππξηηίνπ ζε κνξθή κεκβξάλεο 51

52 πνπ επηπιέεη ε ηξαβηέηαη θαηεπζείαλ απφ ην ηήγκα, ε απφζεζε πάλσ ζε θεξακηθά ππνζηξψκαηα ή ζε γξαθίηε θ.ι.π. σ Μεγάιν Φ/Β πάξθν [πεγή ] 52

53 4.1 ΓΔΝΗΚΑ 4.ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΟ ΠΛΑΙΙΟ Σν βαζηθφ θαη ραξαθηεξηζηηθφ θάζε θσηνβνιηατθήο εγθαηάζηαζεο είλαη ε Φ/β γελλήηξηα, πνπ απνηειείηαη απφ ηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο κε ηα Φ/β ειηαθά ζηνηρεία. Καη εδψ, φπσο είδακε φηη ζπκβαίλεη γεληθφηεξα ζηε Φ/β νξνινγία, ρξεζηκνπνηνχληαη θαη άιιεο νλνκαζίεο, φπσο, ειηαθή κπαηαξία, ειηαθή ειεθηξνγελλήηξηα θιπ. Η ηάζε φκσο θαη ε ηζρχο ησλ Φ/β ζηνηρείσλ είλαη πνιχ κηθξή γηα λα αληαπνθξηζεί ζηελ ηξνθνδφηεζε ησλ ζπλεζηζκέλσλ ειεθηξηθψλ θαηαλαιψζεσλ ή γηα ηε θφξηηζε ησλ ζπζζσξεπηψλ. Δηδηθφηεξα, ε ηάζε πνπ εθδειψλεη έλα ζπλεζηζκέλν Φ/β ζηνηρείν ππξηηίνπ ηνπ εκπνξίνπ, ζε θαλνληθή ειηαθή αθηηλνβνιία, είλαη κφιηο κέρξη 0,5V πεξίπνπ θαη φηη ε ειεθηξηθή ηζρχο πνπ παξάγεη είλαη κφιηο 0,4W πεξίπνπ. Γηα απηφ, ηα Φ/β ζηνηρεία πνπ πξννξίδνληαη γηα ηε ζπγθξφηεζε Φ/β γελλεηξηψλ ηνπνζεηνχληαη, αλά 10 σο 50 πεξίπνπ, ζε έλα πιαίζην, κε θνηλή ειεθηξηθή έμνδν. ην πιαίζην, ηα ζηνηρεία ζπλδένληαη ζηε ζεηξά ζε νκάδεο θαηάιιεινπ πιήζνπο γηα ηελ απφθηεζε κηαο επηζπκεηήο ηάζεο. π.ρ. ε ζχλδεζε 35 ζηνηρείσλ ζηε ζεηξά δίλεη πεξίπνπ V, πνπ είλαη θαηάιιειε, αλ αθαηξέζνπκε ηηο δηάθνξεο απψιεηεο, γηα ηελ θφξηηζε ησλ ζπλεζηζκέλσλ ζπζζσξεπηψλ κνιχβδνπ. Σα πιαίζηα είλαη θαηαζθεπαζκέλα κε κνξθή ζάληνπηηο. Γειαδή, ηα ειηαθά ζηνηρεία ζηεξεψλνληαη κε θνιιεηηθή νπζία ζε έλα αλζεθηηθφ θχιιν απφ κέηαιιν (ζπλήζσο αινπκίλην) ή απφ εληζρπκέλν πιαζηηθφ, πνπ απνηειεί ηελ πιάηε ηνπ πιαηζίνπ, ελψ ε εκπξφο φςε ηνπο θαιχπηεηαη απφ έλα πξνζηαηεπηηθφ θχιιν γπαιηνχ ή δηαθαλνχο πιαζηηθνχ. Σν εκπξφο θαη πίζσ θχιιν ζπγθξαηνχληαη κεηαμχ ηνπο, ζηεγαλά θαη κφληκα, κε ηελ βνήζεηα κηαο ηαηλίαο απφ θπζηθφ ή ζπλζεηηθφ ειαζηηθφ θαη ζπζθίγγνληαη κε έλα πεξηκεηξηθφ κεηαιιηθφ πεξίβιεκα. Γηακνξθψλεηαη έηζη ην Φ/β πιαίζην, πνπ είλαη ε δνκηθή κνλάδα πνπ θαηαζθεπάδεηαη βηνκεραληθά θαη θπθινθνξεί ζην εκπφξην γηα λα ρξεζηκνπνηεζεί σο ζπιιέθηεο ζηε ζπγθξφηεζε ησλ Φ/β γελλεηξηψλ. Λφγσ ησλ απαηηνχκελσλ πιηθψλ θαη εξγαζηψλ γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ, ην θφζηνο ησλ Φ/β πιαηζίσλ είλαη ζεκαληηθά κεγαιχηεξν απφ ην θφζηνο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ πνπ πεξηέρνπλ. 53

54 Σα Φ/β πιαίζηα ηνπ εκπνξίνπ δελ έρνπλ ηππνπνηεκέλεο δηαζηάζεηο θαη ηζρχεηο. ε ζπκβαηηθέο ζπλζήθεο αηρκήο έρνπλ ζπλήζσο, αλάινγα κε ηνλ ηχπν θαη ηνλ θαηαζθεπαζηή, ηάζε εμφδνπ απφ 4 V κέρξη 22 V, θαη έληαζε ξεχκαηνο απφ πεξίπνπ 0,5 Α κέρξη 2,5Α. Πξηλ βγνπλ ζην εκπφξην, ηα Φ/Β πιαίζηα ππνβάιινληαη ζπλήζσο ζε κηα ζεηξά απφ απζηεξέο δνθηκέο πνηνηηθνχ ειέγρνπ κε ζεξκηθέο θαη κεραληθέο θαηαπνλήζεηο, θαζψο θαη ζε δνθηκαζία 5ήκεξεο ζπλερνχο παξακνλήο ζε αηκφζθαηξα ζρεηηθήο πγξαζίαο 95% θαη ζεξκνθξαζίαο 95 ν C, γηα λα ειεγρζεί ε ζηεγαλφηεηά ηνπο. 54

55 4.2 Ζ ΑΠΟΓΟΖ ΣΟΤ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟΤ ΠΛΑΗΗΟΤ Σν θάζε Φ/Β πιαίζην παξνπζηάδεη ηα δηθά ηνπ ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά (απφδνζε, ηάζε, ηζρχ θιπ.), πνπ πξνθαλψο δηακνξθψλνληαη απφ ηα αληίζηνηρα κεγέζε ησλ ρσξηζηψλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ πνπ πεξηέρεη. Δπνκέλσο, φκνηα κε ηελ ζρέζε, πνπ νξίδεη ηνλ ζπληειεζηή πιήξσζεο ηελ νπνία ζπλαληήζακε ζε πξνεγνχκελε παξάγξαθν, ν ζπληειεζηήο απφδνζεο ηνπ Φ/β πιαηζίνπ (n π ) εθθξάδεη ηνλ ιφγν ηεο κέγηζηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο πνπ παξάγεη ην Φ/β πιαίζην (Ρ π ), πξνο ηελ ηζρχ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη ζηελ επηθάλεηα ηνπ S. Πξνθαλψο, ηελ ίδηα ηηκή ζα έρεη θαη ν ιφγνο ηεο κέγηζηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο Δ πνπ παξάγεη ην Φ/Β πιαίζην επί έλα νξηζκέλν ρξνληθφ, δηάζηεκα, πξνο ηελ πνζφηεηα ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρεηαη επί ην ίδην ρξνληθφ δηάζηεκα. Γειαδή : ε π =Ρ π /Η x S (W)/(w/m 2 )x(m 2 ) ε π =Δ/Π x S (ΚW)/(Κw/m 2 )x(m 2 ) φπνπ Π είλαη ε ππθλφηεηα ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο πνπ πέθηεη ζηελ επηθάλεηα ηνπ Φ/Β πιαηζίνπ. Η ηηκή ηνπ επ είλαη θαλεξφ φηη εμαξηάηαη φρη κφλν απφ ηε κέζε απφδνζε ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ (ε), αιιά θαη απφ ηνλ ζπληειεζηή θάιπςεο ηνπ πιαηζίνπ (ζ θ ), πνπ νξίδεηαη σο ν ιφγνο ηεο ζπλνιηθήο ελεξγνχ επηθάλεηαο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ, δειαδή ηεο επηθάλεηαο ηνπ εκηαγσγνχ φπνπ γίλεηαη ε απνξξφθεζε θαη κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, πξνο ηελ ζπλνιηθή επηθάλεηα ηνπ Φ/Β πιαηζίνπ. Βξίζθνπκε εχθνια φηη ζα ηζρχεη ε ζρέζε : ε π = ε x ζ θ σ Σξεηο ζπληζηζκέλνη ηξόπνη παξάζεζεο ησλ ειηαθώλ ζηνηρείσλ ζηα Φ/Β πιαίζηα.οη αληίζηνηρνη ζπληειεζηέο θάιπςεο είλαη πεξίπνπ 0,78 γηα ηελ πεξίπησζε (α), 0,88 γηα ηελ πεξίπησζε (β) θαη 0,98 γηα ηα εμαγσληθά ζηνηρεία ηεο πεξίπησζεο (γ) 55

56 Η ηηκή ηνπ ζ θ εμαξηάηαη θπξίσο απφ ην ζρήκα θαη ηελ ππθλφηεηα ηεο ηνπνζέηεζεο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ πάλσ ζην θ/β πιαίζην. πλήζσο θπκαίλεηαη απφ πεξίπνπ 0,78, γηα θπθιηθά ζηνηρεία ζε παξάιιειεο ζηνηρηζκέλεο ζεηξέο θηάλεη κέρξη ζρεδφλ 1,00 (πξαθηηθά κέρξη 0,98),γηα ηα κεγαιχηεξνπ θφζηνπο ηεηξαγσληθά ή εμαγσληθά ειηαθά ζηνηρεία (ζρήκα 4.2-1). σ Φ/Β κνλάδα παξαγσγήο ελέξγεηαο Pitjantjara,Απζηξαιία [ πεγή ] 56

57 4.3 Ζ ΔΠΗΓΡΑΖ ΣΖ ΘΔΡΜΟΚΡΑΗΑ ΚΑΗ ΣΖ ΡΤΠΑΝΖ Όπσο είδακε ε απφδνζε ησλ Φ/β ζηνηρείσλ επεξεάδεηαη ζεκαληηθά απφ ηε ζεξκνθξαζία. Όκσο, ν ζπληειεζηήο απφδνζεο πνπ δίλεηαη γηα ηα ειηαθά ζηνηρεία ή γηα ηα Φ/β πιαίζηα αληηζηνηρεί ζε κία ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία 20 ν C, πνπ ζπρλά, ηδίσο ζηνπο ζεξηλνχο κήλεο, δηαθέξεη αμηφινγα απφ ηελ πξαγκαηηθή ζεξκνθξαζία ηνπ ζηνηρείνπ. Έρεη κεηξεζεί φηη αθελφο, θαη θπξίσο, ιφγσ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ δέρνληαη, αιιά θαη ιφγσ ησλ ειεθηξηθψλ απσιεηψλ πνπ πξαγκαηνπνηνχληαη πάλσ ηνπο, ζηηο αληηζηάζεηο ζεηξάο, ηα ειηαθά ζηνηρεία απνθηνχλ θαηά ηελ ιεηηνπξγία ηνπο ζεξκνθξαζία κεγαιχηεξε απφ ηελ ζεξκνθξαζία ηνπ αέξα ηνπ πεξηβάιινληνο θαηά 25 σο 30 ν C, αλάινγα θαη κε ηελ ηαρχηεηα ηνπ αλέκνπ. Χο κέζν φξν ζηνπο ππνινγηζκνχο καο, παίξλνπκε ζπλήζσο αχμεζε ηεο ζεξκνθξαζίαο θαη 30 ν C.Δίδακε επίζεο φηη γηα ηε δηφξζσζε ηνπ παξαπάλσ ζθάικαηνο ρξεζηκνπνηείηαη έλαο αδηάζηαηνο ζπληειεζηήο ζ ζ κε ηνλ νπνίν πνιιαπιαζηάδνπκε ηνλ ζπληειεζηή απφδνζε ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ. Σν ίδην εθαξκφδνπκε θαη γηα ηα Φ/β πιαίζηα. Γειαδή, γηα ζεξκνθξαζίεο δηαθνξεηηθέο απφ ηε ζπκβαηηθή, σο ζπληειεζηή απφδνζεο ησλ Φ/β πιαηζίσλ παίξλνπκε ην γηλφκελν ε π x ζ ζ. ε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία ν ζ ζ είλαη ίζνο κε ηελ κνλάδα, θαη γηα ηα ζπλεζηζκέλα ειηαθά ζηνηρεία ππξηηίνπ ηνπ εκπνξίνπ κεηψλεηαη θαηά πεξίπνπ 0,005 αλά βαζκφ αχμεζεο ηεο ζεξκνθξαζίαο πάλσ απφ απηή. Π.ρ. ζηελ Αζήλα, ηνλ κήλα Ινχιην πνπ έρνπκε κέζε ζεξκνθξαζία ηνπ αέξα, ζηηο θσηεηλέο ψξεο ηεο εκέξαο, ζρεδφλ 30 ν C ε κέζε ζεξκνθξαζία ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ ηνπ Φ/β πιαηζίνπ ζα είλαη πεξίπνπ: ζ ζ = 1,00 - (60-20) ρ 0,005 =0.8 Σελ ίδηα πεξίπνπ ηηκή βξίζθνπκε θαη αλ ρξεζηκνπνηήζνπκε ην ινγαξηζκηθφ δηάγξακκα ηνπ ζρήκαηνο

58 σ Σππηθή θακπύιε ηεο κεηαβνιήο ηεο απόδνζεο ησλ Φ/ ππξηηίνπ ζε ζπλάξηεζε κε ηε ζεξκνθξαζία ηνπο. Η θιίκαθα ηνπ άμνλα ησλ ηεηαγκέλσλ δίλεη ην πνζνζηό ηεο απόδνζεο ηνπ ζηνηρείνπ ζε ζρέζε κε ηελ απόδνζε ηνπ ζηε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία 20 C. Η θιίκαθα ηεο ζεξκνθξαζίαο είλαη ινγαξηζκηθή Έλαο άιινο παξάγνληαο πνπ κπνξεί λα κεηψζεη ηελ ειεθηξνπαξαγσγή ησλ Φ/β πιαηζίσλ, ηδίσο φηαλ έρνπλ κηθξή θιίζε, είλαη ε ξχπαλζε ηεο επηθάλεηαο ηνπ απφ ηελ επηθάζηζε ζθφλεο, θχιισλ, ρηνληνχ, αιαηηνχ απφ ηελ ζάιαζζα, εληφκσλ θαη άιισλ αθαζαξζηψλ. Η κείσζε είλαη ζεκαληηθφηεξε ζε αζηηθέο θαη βηνκεραληθέο πεξηνρέο ιφγσ ηεο αηζάιεο πνπ αησξείηαη ζηελ αηκφζθαηξα θαη πξνζθνιιάηαη ηζρπξά ζηελ γπάιηλε ή πιαζηηθή επηθάλεηα ησλ Φ/β πιαηζίσλ, ρσξίο λα κπνξεί ε βξνρή λα ηελ μεπιχλεη αξθεηά. ηηο πεξηπηψζεηο απηέο ρξεηάδεηαη λα γίλεη πεξηνδηθφο θαζαξηζκφο ηεο επηθάλεηαο ησλ Φ/β πιαηζίσλ κε απνξξππαληηθφ. Πάλησο, ζε πεξηνρέο ζε ζπρλέο ρηνλνπηψζεηο ή αλεκνζχειιεο, νη ειηαθνί ζπιιέθηεο ηνπνζεηνχληαη ζπλήζσο κε θιίζε 90 ν γηα ηελ απνθπγή ζπζζψξεπζεο ρηνληνχ ή ηνπιάρηζηνλ 45 ν γηα λα κελ ζπγθξαηείηαη ε ζθφλε. Όηαλ ε Φ/β γελλήηξηα βξίζθεηαη ζε κηα πεξηνρή φπνπ εθηηκάκε φηη ν βαζκφο ξχπαλζεο είλαη ζεκαληηθφο, είλαη ζθφπηκν λα πξνβιέπεηαη ζηνπο ππνινγηζκνχο καο ε αληίζηνηρε κείσζε ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο απφ ηα Φ/β πιαίζηα, κε ηελ ρξεζηκνπνίεζε ελφο αδηάζηαηνπ ζπληειεζηή θαζαξφηεηαο (ζ ξ ), ν νπνίνο νξίδεηαη σο ν ιφγνο ηεο ειεθηξηθήο ηζρχνο πνπ παξάγεη ην ξππαζκέλν Φ/β πιαίζην πξνο ηελ ειεθηξηθή 58

59 ηζρχ πνπ φηαλ ε επηθάλεηα ηνπ είλαη ηειείσο θαζαξή. Η ηηκή ηνπ ζ ξ είλαη ηφζν κηθξφηεξε απφ ηε κνλάδα, φζν εληνλφηεξε είλαη ε ξχπαλζε ηνπ πεξηβάιινληνο, φζν κηθξφηεξε είλαη ε θιίζε ηνπ Φ/β πιαηζίνπ, φζν ζπαληφηεξεο είλαη νη βξνρέο ζηελ πεξηνρή θηι. Έηζη, φπνηε είλαη απαξαίηεην, σο ζπληειεζηή απφδνζεο ησλ Φ/β πιαηζίσλ γηα ηνπο ππνινγηζκνχο καο, παίξλνπκε ην γηλφκελν ηνπ ελδεηθηηθνχ ζπληειεζηή απφδνζεο ε π, πνπ δίλεηαη γηα ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία θαη θαζαξή επηθάλεηα, επί ηνπο ζπληειεζηέο δηφξζσζεο γηα ηε ζεξκνθξάζηα ζ ζ θαη γηα ηε ξχπαλζε ζ ξ. Γειαδή, ε πξνεγνχκελε ζρέζε παίξλεη ηε γεληθφηεξε κνξθή : Δ = Π x S x ε π x ζ ζ x ζ ξ Γηα παξάδεηγκα αο πάξνπκε έλα Φ/β πιαίζην ηνπ εκπνξίνπ, κε επηθάλεηα δηαζηάζεσλ S = 121,9cm Υ 30,5cm = 0,37 m 2, κε ελδεηθηηθφ ζπληειεζηή απφδνζεο ε π = 10,76% ηνπνζεηεκέλν ζηελ Αζήλα κε θιίζε 20 o, θαη αο ππνζέζνπκε φηη ε ξχπαλζε ηεο επηθάλείαο ηνπ είλαη αζήκαληε δειαδή ζ ξ = 1,00. Η κέζε ειεθηξηθή ελέξγεηα Δ πνπ ζα παξάγεη ην θ/β πιαίζην ζε κία εκέξα π.ρ ηνπ Ινπιίνπ, πνπ αληηζηνηρεί κέζε ειηαθή αθηηλνβνιία Π = 6,70 KWh/m 2 d θαη κέζε ζεξκνθξαζία ηνπ αέξα ηνπ πεξηβάιινληνο 30 ν C, ζα είλαη, ζχκθσλα κε ηα παξαπάλσ: Δ=Π x S x ε π x ζ ζ x ζ ξ = 6,70 x 0,370 + (10,76/100) x 0,80 Υ 1,00 = 0,20 Kwh/d σ kw Yatsusugi Training Center, Japan [ πεγή ] 59

60 4.4 Ζ ΗXΤ ΑΗΥΜΖ ΣΟΤ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΟΤ ΠΛΑΗΗΟΤ πρλά, δελ είλαη δηαζέζηκα φια ηα ιεπηνκεξεηαθά θαηαζθεπαζηηθά δεδνκέλα θαη ειεθηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ Φ/β πιαηζίσλ (δηαζηάζεηο, ζπληειεζηήο θάιπςεο, ζπληειεζηήο απφδνζεο ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ θ.ιπ.), αιιά δίλεηαη κφλν κηα ελδεηθηηθή ηζρχο αηρκήο (Ρ α ), πνπ αληηζηνηρεί ζηελ παξαγφκελε κέγηζηε ειεθηξηθή ηζρχ φηαλ ην Φ/β πιαίζην δερηεί ειηαθή αθηηλνβνιία κε ππθλφηεηα ηζρχνο 1 ήιηνπ, δειαδή 1 ΚW/m 2. Οη κνλάδεο ηζρχνο πνπ εθθξάδνπλ ηελ ηζρχ αηρκήο ελφο Φ/β πιαηζίνπ κηαο oιφθιεξεο Φ/β εγθαηάζηαζεο ή ελφο ειηαθνχ ζηνηρείνπ νλνκάδνληαη ζπρλά βάη αηρκήο (Wp,Watt peak) θαη θηινβάη αηρκήο (ΚWp). Γειαδή ρξεζηκνπνηείηαη ν ίδηνο φξνο θαη ζπκβνιηζκφο (άιισζηε νπζηαζηηθά είλαη θαη ην ίδην πξάγκα) φπσο γηα ην κέηξν ηεο επηθάλεηαο ησλ Φ/β ζηνηρείσλ πνπ γλσξίζακε πξνεγνπκέλσο. Από ηελ ζρέζε πνπ δίλεη ηελ απόδνζε ε π είλαη θαλεξό όηη : Ρα(KWp)=1(KW/m 2 ) x S (m 2 ) x ε π θαη επνκέλσο βξίζθνπκε εχθνια φηη ζσζηά ν θαηαζθεπαζηήοηνπ Φ/β πιαηζίνπ ηνπ παξαδείγκαηνο καο ην ραξαθηεξίδεη κε ηζρχ αηρκήο 40 Wp θάλνληαο θαη έλα αλεθηφ ζηξνγγχιεκα πξνο ηα πάλσ, γηα πξνθαλείο εκπνξηθνχο ιφγνπο. ηελ πεξίπησζε, ινηπφλ, πνπ γλσξίδνπκε κφλν ηελ ηζρχ αηρκήο P α γηα ηνλ ππνινγηζκφ ηεο κέζεο εκεξήζηαο παξαγσγήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ηνπ Φ/β πιαηζίνπ, αληί γηα ηελ παξαπάλσ ζρέζε ρξεζηκνπνηνχκε ηελ ηζνδχλακε ζρέζε : Δ(ΚWh/d)= Π(KWh/m 2 d) x{p α (KWp)}/{1(KW/m 2 )} x ζ ζ x ζ ξ Πάλησο, κπνξνχκε λα πνχκε φηη γηα λα έρνπκε ηελ πιήξε εηθφλα ηεο ζπκπεξηθνξάο ελφο Φ/β πιαηζίνπ, ρξεηάδνληαη νη ηηκέο ησλ παξαθάησ 9 ηερληθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ ηνπ, φπσο πεξίπνπ είρακε δεη θαη γηα ηα ειηαθά ζηνηρεία : 1. Ιζρχο αηρκήο (P α ), ζε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία θαη αθηηλνβνιία. 2. Αλνηρηνθπθιψκελε ηάζε (V os ) ζε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία θαη αθηηλνβνιία. 3. Βξαρπθισκέλε έληαζε ξεχκαηνο (I sc ), ζε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία θαη αθηηλνβνιία. 4. Σάζε (Vm), ζηηο ζπλζήθεο ηεο κέγηζηεο απφδνζεο, ζε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία θαη αθηηλνβνιία. 5.Έληαζε ξεχκαηνο (Ι m ), ζηηο ζπλζήθεο ηεο κέγηζηεο απφδνζεο, ζε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία θαη αθηηλνβνιία. 60

61 6. πληειεζηήο πιήξσζεο (FF), πνπ νξίδεηαη σο ν ιφγνο ηνπ γηλνκέλνπ V m x I m πξφο ην γηλφκελν V oc x I sc. 7. πληειεζηήο απφδνζεο (ε π ), ζε ζπκβαηηθή ζεξκνθξαζία θαη ζπληειεζηήο δηφξζσζεο ηεο απφδνζεο (ζ ζ ). 8. πληειεζηήο θάιπςεο (ζ θ ). 9. Γηειεθηξηθή αληνρή δειαδή ε ειάρηζηε ηάζε πνπ πξνθαιεί ειεθηξηθή δηάζπαζε αλάκεζα ζηα ειηαθά ζηνηρεία θαη ζην κεηαιιηθφ πεξίβιεκα ηνπ Φ/β πιαηζίνπ. σ Φ/Β εγθαηάζηαζε 45 kw ζε νξνθή θπβεξλεηηθνύ θηηξίνπ ζηελ Ιαπσλία ( Σόθην) [ πεγή ] 61

62 4.5 ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΑ ΠΑΝΔΛ ΚΑΗ ΤΣΟΗΥΗΔ πλψλπκν ζρεδφλ κε ην θ/β πιαίζην είλαη ην Φ/β πάλει (PANEL). Όπσο θαη ην πιαίζην έρεη επίζεο ζπλαξκνινγεζεί θαη πξνθαηαζθεπαζζεί ζην εξγνζηάζην θαη είλαη έηνηκν γηα ηνπνζέηεζε ζηελ Φ/β εγθαηάζηαζε, αιιά κε ηε δηαθνξά φηη έλα πάλει κπνξεί λα απνηειείηαη απφ πεξηζζφηεξα ρσξηζηά πιαίζηα (ην έλα δίπια ζην άιιν), πνπ είλαη ζε θνηλή ζπζθεπαζία θαη θνηλή ειεθηξηθή ζχλδεζε κεηαμχ ηνπο. ν αξηζκφο ησλ πιαηζίσλ ελφο παλέι είλαη ηφζνο, ψζηε νη δηαζηάζεηο θαη ην βάξνο λα κελ είλαη εκπφδην γηα ηε κεηαθνξά θαη ηελ ηνπνζέηεζή ηνπ ζηε Φ/β εγθαηάζηαζε. π.ρ ην πάλει πνπ απνηειείηαη απφ 4 Φ/β πιαίζηα θαη έρεη ζπλνιηθέο δηαζηάζεηο 122 cm ρ 122 cm θαη ζπλνιηθφ βάξνο πεξίπνπ 23 kg. Γειαδή κπνξεί λα κεηαθεξζεί εχθνια απφ έλαλ ηερλίηε. Γηα ηελ αχμεζε ηεο αμηνπηζηίαο ελφο Φ/β ζπζηήκαηνο, είλαη ζθφπηκν νη ζπλδέζεηο ησλ Φ/β ζηνηρείσλ κέζα ζηα πιαίζηα, αιιά θαη ζηα πάλει ή αλάκεζα ζηα γεηηνληθά πιαίζηα θαη πάλει, λα κελ είλαη κφλν ζηε ζεηξά αιιά θαη παξάιιειεο. Έηζη, αλ έλα Φ/β ζηνηρείν ζθηαζηεί (π.ρ. απφ έλα πνπιί ή απφ ηηο αθαζαξζίεο πνπ κπνξεί λα αθήζεη) ή αλ πάζεη βιάβε (π.ρ. κία δηαθνπή ζηνπο ειεθηξηθνχο αγσγνχο) δελ ζα κεδεληζηεί ε ηζρχο πνπ παξάγεη ην ζχζηεκα, φπσο αλ ζπλέβαηλε αλ φια ηα Φ/β ζηνηρεία ήηαλ ζε ζχλδεζε ζε ζεηξά. Η Φ/β γελλήηξηα κηαο κηθξήο Φ/β εγθαηάζηαζεο κπνξεί λα απνηειείηαη απφ έλα κφλν πιαίζην ή παλέι. ε κεγαιχηεξεο φκσο εγθαηαζηάζεηο, νκάδεο πεξηζζνηέξσλ Φ/β πιαηζίσλ ή παλέι ηνπνζεηνχληαη ζε θνηλή θαηαζθεπή ζηήξημεο, π.ρ. μχιηλα ή κεηαιιηθά ηθξηψκαηα, θαη νλνκάδνληαη Φ/β ζπζηνηρίεο (arrays). Η ζχλδεζε ησλ Φ/Β πιαηζίσλ, ζηε ζεηξά ή παξάιιεια, γίλεηαη κε ηξφπν πνπ ε ηάζε εμφδνπ ηεο ζπζηνηρίαο λα απνθηά ηελ επηζπκεηή ηηκή. Δίλαη θαλεξφ φηη ε δηαθνξεηηθή ζπλδεζκνινγία ησλ πιαηζίσλ κηαο Φ/β γελλήηξηαο δελ κεηαβάιεη ηελ ηζρχ ηεο, αθνχ φπνηα αχμεζε ηεο ηάζεο εμφδνπ ηεο γελλήηξηαο ζπλεπάγεηαη αλάινγε κείσζε ηεο έληαζεο ηνπ ξεχκαηνο πνπ παξάγεη. ηηο κεγάιεο Φ/β εγθαηαζηάζεηο π.ρ. ζπλνιηθήο ηζρχνο αηρκήο πάλσ απφ 20 KWp, πνιιέο θ/β ζπζηνηρίεο ζρεκαηίδνπλ έλα ππνζπγθξφηεκα ζπζηνηρηψλ (arrays subfield) θαη ην ζχλνιν ησλ ππνζπγθξνηεκάησλ απνηειεί ην ζπγθξφηεκα ζπζηνηρηψλ (array field) ή ην Φ/β πάξθν ηνπ Φ/β ζηαζκνχ. Δδψ, εηδηθφηεξα ζα αζρνιεζνχκε κε ηηο ζπλεζηζκέλεο Φ/β εγθαηαζηάζεηο πνπ απνηεινχληαη απφ ζηαζεξνχο επίπεδνπο ζπιιέθηεο θαη δέρνληαη θπζηθφ ειηαθφ θσο, δειαδή ρσξίο ηε ρξεζηκνπνίεζε θαθψλ ή θαηφπηξσλ γηα ηε ζπγθέληξσζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. Βιέπνπκε φηη θάζε Φ/β εγθαηάζηαζε έρεη ζπνλδπισηή ζπγθξφηεζε απφ Φ/β πιαίζηα, παλέι ή ζπζηνηρίεο, πνπ ην πιήζνο ηνπο. (θαη ε ζπλνιηθή επηθάλεηά ηνπο) θαζνξίδεηαη απφ ηελ πνζφηεηα ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο πνπ επηδηψθεηαη λα παξαρζεί. Η δνκή απηή επηηξέπεη ηελ εχθνιε επέθηαζε ησλ Φ/β εγθαηαζηάζεσλ, κε ηελ πξνζζήθε λέσλ ζπιιεθηψλ, γηα ηελ αληηκεηψπηζε ησλ αλαγθψλ πνπ ζα πξνέιζνπλ απφ ελδερφκελε κειινληηθή αχμεζε ηεο ειεθηξηθήο θαηαλάισζεο. Η ηνπνζέηεζε ησλ Φ/β πιαηζίσλ θαη ησλ Φ/β παλέισλ, κφλσλ ηνπο ή ζε ζπζηνηρίεο.γίλεηαη ζε ζηέγεο θηηξίσλ, ζε ζηχινπο θαη ηθξηψκαηα, ζε γήπεδα θαη παξεηέο 62

63 ιφθσλ ή ζε άιινπο ειεχζεξνπο ρψξνπο, κε ηξφπν πνπ λα κε ζθηάδνληαη απφ ηα, γχξσ δέληξα, θηίξηα βνπλά θιπ. Κάζε Φ/β πιαίζην πξέπεη λα έρεη αλνηθηφ νξίδνληα. ε κία ηνπνζεζία κε γεσγξαθηθφ πιάηνο π ν, ε πξνυπφζεζε ηνπ αλνηθηνχ νξίδνληα ζεσξείηαη φηη εμαζθαιίδεηαη φηαλ ε,γσλία ηνπ χςνπο (β ε ) ησλ,γεηηνληθψλ ζπζηνηρηψλ, δέληξσλ, θηηξίσλ, ή άιισλ εκπνδίσλ ηθαλνπνηεί κέζα ζε κηα αδηκνχζηα γσλία απφ 60 ν κέρξη +60 ν πξνο ην Νφην, ηε ζρέζε : π.ρ ζηε Αζήλα, πνπ βξίζθεηαη ζε γεσγξαθηθφ πιάηνο 38 ν δηαθφξσλ εκπνδίσλ δελ πξέπεη λα μεπεξλά ηηο 10 ν. ε γσλία ηνπ χςνπο ησλ σ α) Η θακπύιε ηνπ ιόγνπ ηεο ειεύζεξεο απόζηαζεο α αλάκεζα ζηηο γεηηνληθέο ζεηξέο ησλ ειηαθώλ ζπιιεθηώλ κηαο θσηνβνιηατθήο ζπζηνηρείαο πξνο ηελ επηθάιπςε ηνπ ύςνπο ηνπ U ζε ζπλάξηεζε κε ην γεσγξαθηθό πιάηνο ηνπ ηόπνπ π, ώζηε λα κελ εκπνδίδεηαη νπζηαζηηθά ε πξόζπησζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. β) Η έλλνηα ησλ κεθώλ α,γ,δ θαη ε θαη ηεο γσλίαο θιίζεο βο γηα ηε δηάηαμε ησλ ειηαθώλ ζπιιεθηώλ ζηηο θσηνβνιηατθέο ζπζηνηρίεο. Σν δηάγξακκα είλαη εκπεηξηθό θαη πξνέξρεηαη από ηελ έθδνζε Stand-alone PV systems ηεο εηαηξίαο Morgan (1980) Δηδηθφηεξα ην δηάγξακκα ηνπ (ζρήκαηνο 4.5-1) καο βνεζά ζηνλ πξνζδηνξηζκφ ηεο απφζηαζεο αλάκεζα ζηηο παξάιιειεο ζεηξέο ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ ζηηο Φ/β ζπζηνηρίεο, ψζηε ε κηα ζεηξά λα κε ζθηάδεη αηζζεηά ηελ επφκελε. πγθεθξηκέλα, ην δηάγξακκα δίλεη αλάινγα κε ην γεσγξαθηθφ πιάηνο ηνπ ηφπνπ, ηελ ειάρηζηε απαηηνχκελε ηηκή ηνπ ιφγνπ ηεο ειεχζεξεο απφζηαζεο αλάκεζα ζηηο δχν ζεηξέο (α) πξνο ηελ επηθάιπςε ηνπ χςνπο ηεο θαηαζθεπήο ζηήξημεο ηνπ ζπιιέθηε (π). Αλ γ είλαη ην 63

64 πιάηνο ην ζηεξίγκαηνο (πνπ ζπκπίπηεη κε ην πιάηνο ηνπ ζπιιέθηε, δειαδή ηνπ Φ/β πιαηζίνπ,ή ηνπ παλέι), β ζ είλαη ε θιίζε ηνπ, θαη δ είλαη ε πςνκεηξηθή δηαθνξά αλάκεζα ζηα ζηεξίγκαηα ησλ δχν ζεηξψλ, ηφηε ην π δίλεηαη πξνθαλψο απφ ηελ ζρέζε : π =γ x sinβ ζ δ ηε ζπλέρεηα, βξίζθνπκε κε ηελ βνήζεηα ηνπ δηαγξάκκαηνο ηελ αληίζηνηρε ηνπ α, θαη απφ ηε ζρέζε : ε = α + γ x cosb ζ ππνινγίδνπκε ην ε, δειαδή ηελ ειάρηζηε απαηηνχκελε απφζηαζε ησλ ζεηξψλ. σ Σν κεγαιύηεξν Φ/Β πάξθν ζηελ Δπξώπε. Βξίζθεηαη θνληά ζηε Νάπνιε, Ιηαιία, θαη απαξηίδεηαη από πάλσ από Φ/Β ζπζηνηρίεο πξνζθέξσληαο πάλσ από 3,3 ΜW ζην δίθηπν. Η απόδνζε θπκαίλεηαη κεηαμύ 10-12% θαη θαιύπηεη έθηαζε 5,5 εθηαξίσλ 64

65 4.6 ΟΗ ΑΠΩΛΔΗΔ ΣΑ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΑ ΤΣΖΜΑΣΑ Πέξα απφ ηηο δηάθνξεο δηνξζψζεηο, πνπ αλαθέξακε παξαπάλσ φηη παίξλνπκε ζπλήζσο ππφςε ηνλ ππνινγηζκφ ηεο επηθάλεηαο ησλ Φ/β ζπιιεθηψλ (ζεξκνθξαζία, ξππαξφηεηαο), πξέπεη επίζεο λα πξνλνήζνπκε γηα ηηο κηθξέο ειεθηξηθέο απψιεηεο ζηνπο αγσγνχο πνπ ζπλδένπλ ηα Φ/β πιαίζηα ζηηο Φ/β ζπζηνηρίεο, θαζψο θαη ζηηο ζπλδέζεηο ηνπο κε ηα άιια κέξε ηνπ Φ/β ζπζηήκαηνο (δηαηάμεηο ξχζκηζεο, πξνζηαζίαο θαη ειέγρνπ, ζπζζσξεπηέο θιπ). Πξφζζεηεο θαη κάιηζηα ζεκαληηθφηεξεο απψιεηεο κπνξεί λα νθείινληαη ζηε ιεηηνπξγία απηψλ ησλ άιισλ κεξψλ ηνπ ζπζηήκαηνο θαη θπξίσο ζηε θφξηηζε θαη εθθφξηηζε ησλ ζπζζσξεπηψλ. Δμάιινπ, φπσο είδακε, ε ηηκή ηνπ ζπληειεζηή απφδνζε ησλ Φ/β πιαηζίσλ πνπ ρξεζηκνπνηείηαη ζηνπο ππνινγηζκνχο, αθνξά ζηηο ζπλζήθεο ηάζεο-έληαζεο πνπ αληηζηνηρνχλ ζηε κέγηζηε δπλαηή παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Δίλαη φκσο πνιχ πηζαλφ, ηδίσο φηαλ ην ζχζηεκα δελ έρεη αμηφπηζην ξπζκηζηή ηζρχνο, φηη θαηά ηελ ιεηηνπξγία ηνπ ζα ππάξρεη κηα αμηφινγε απφθιηζε απφ ηηο ηδαληθέο απηέο ζπλζήθεο, κε απνηέιεζκα ηελ έκθαζε αληίζηνηρήο απψιεηαο ζηελ παξαγσγή ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Δπνκέλσο, θαηά ηνλ ππνινγηζκφ ηεο απαηηνχκελεο επηθάλεηαο ησλ Φ/β ζπιιεθηψλ ελφο ζπζηήκαηνο πξέπεη λα γίλεηαη πξφβιεςε, αλάινγα κε ηε πεξίπησζε θαη ηελ θάιπςε φισλ απηψλ ησλ απσιεηψλ, πνπ κπνξεί λα είλαη ηεο ηάμεο π.ρ. πεξίπνπ ηνπ 20% σο 30% ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο ή θαη πεξηζζφηεξν. Σέινο, ιφγσ ηεο θζνξάο ζηα Φ/β πιαίζηα θαη ζηα άιια κέξε ηνπ ζπζηήκαηνο, αλακέλεηαη φηη κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξφλνπ ζα παξνπζηάδεηαη κηα κηθξή βαζκηαία πηψζε ζηελ πνζφηεηα ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, πνπ ζπλήζσο ππνινγίδεηαη ζην 1% σο 2% γηα θάζε έηνο. 65

66 5.ΦΧΣΟΒΟΛΣΑΨΚΑ ΤΣΗΜΑΣΑ 5.1 Ζ ΤΓΚΡΟΣΖΖ ΣΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ Η ζπλεζέζηεξε, αιιά θαη ίζσο ε πιεξέζηεξε, εθαξκνγή ηεο θσηνβνιηατθήο ηερλνινγίαο είλαη ε θαηαζθεπή απηφλνκσλ θσηνβνιηατθψλ Φ/Β ζπζηεκάησλ Γειαδή εγθαηαζηάζεσλ πνπ ιεηηνπξγνχλ απηνδχλακα γηα ηελ ηξνθνδφηεζε θαζνξηζκέλσλ θαηαλαιψζεσλ, ρσξίο λα ζπλδένληαη κε κεγάια θεληξηθά δίθηπα δηαλνκήο, απφ ηα νπνία ζα κπνξνχζαλ λα αληινχλ ζπκπιεξσκαηηθή ελέξγεηα ή λα ζηέιλνπλ ηελ ελδερφκελε πεξίζζεηα ηεο παξαγφκελεο θσηνβνιηατθήο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. σ Παξάδεηγκα γεληθνύ δηαγξάκκαηνο ελόο απηόλνκνπ Φ/Β ζπζηήκαηνο Σν βαζηθφ ζπζηαηηθφ ελφο απηφλνκνπ Φ/β ζπζηήκαηνο, φπσο άιισζηε θάζε Φ/β εγθαηάζηαζεο, είλαη ε Φ/β γελλήηξία, ζηνπο ειηαθνχο ζπιιέθηεο ηεο νπνίαο γίλεηαη ε κεηαηξνπή ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε ειεθηξηθή ελέξγεηα. πλήζσο, φπσο δείρλεη ην (ζρήκα 5.1-1), ην ζχζηεκα πεξηιακβάλεη επίζεο, αλάινγα κε ην είδνο ηεο θαηαλάισζεο θαη ην βαζκφ ηεο απαηηνχκελεο αμηνπηζηίαο, ζπζζσξεπηέο γηα ηελ απνζήθεπζε ηεο πεξίζζεηαο ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηα, ψζηε λα ρξεζηκνπνηεζεί φηαλ ε έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο είλαη αλεπαξθήο ή αλχπαξθηε, δηαηάμεηο γηα ξχζκηζε θαη ηε κεηαηξνπή ηεο ηάζεο θαη ηε ξχζκηζε ηεο ηζρχνο ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, ψζηε λα απμεζεί ε απφδνζε ηνπ ζπζηήκαηνο, άιιεο δηαηάμεηο πξνζηαζίαο θαη ειέγρνπ θαη ζπρλά κηα βνεζεηηθή γελλήηξία, ζπλήζσο έλα ειεθηξνπαξαγσγφ δεχγνο πνπ λα ιεηηνπξγεί κε θαχζε βελδίλεο, ή πεηξειαίνπ γηα ηελ αληηκεηψπηζε έθηαθησλ πεξηζηάζεσλ (ζπληήξεζε ή βιάβε ηνπ ζπζηήκαηνο, ηξνθνδφηεζε πξφζζεησλ θνξηίσλ θιπ). Ο ζπκπιεξσκαηηθφο εμνπιηζκφο ησλ Φ/β ζπζηεκάησλ πέξα απφ ηε Φ/β γελλήηξηα, νλνκάδεηαη ζπλήζσο B.O.S, απφ ηα αξρηθά ηεο αγγιηθήο έθθξαζεο Balance of the system (ππφινηπα ηνπ ζπζηήκαηνο). ηνλ ζρήκα δείρλεηαη πσο πεξίπνπ ζπκβάιινπλ ηα δηάθνξα κέξε πνπ ζπγθξνηνχλ έλα απηφλνκν Φ/β ζχζηεκα, ζηε 66

67 ζπλνιηθή δηακφξθσζε ηνπ θφζηνπο ηνπ. Γελ αλαγξάθνληαη νη δαπάλεο γηα ηελ αγνξά θαη ηε δηακφξθσζε ηεο απαηηνχκελεο εδαθηθήο έθηαζεο θαη γηα ηελ νηθνδφκεζε ηνπ θηηξίνπ ηνπνζέηεζεο ησλ ζπζζσξεπηψλ θιπ, θαζψο θαη ηα δηάθνξα κεηαθνξηθά, εξγαηηθά θαη ρξεκαηννηθνλνκηθά έμνδα, δηφηη θπκαίλνληαη πνιχ αλάινγα κε ηελ πεξίπησζε. Δπίζεο, δελ αλαθέξεηαη ε δαπάλε γηα ηελ εθηέιεζε ηεο κειέηε. χκθσλα κε ηνπο θαλνληζκνχο πνπ ηζρχνπλ ε ακνηβή γηα ηελ πξνκειέηε, κε ηνλ πξνθαηαξηηθφ ζρεδηαζκφ θαη ηελ εθηίκεζε ηνπ θφζηνπο ηεο εγθαηάζηαζεο, είλαη πεξίπνπ ην 1,75% κέρξη 2,5% ηεο ζπλνιηθήο δαπάλεο, αλάινγα θαη κε ην ηειηθφ χςνο ηεο. Έλα πξφζζεην πνζνζηφ πεξίπνπ 2,4% πξνβιέπεηαη γηα ηελ ακνηβή ηεο πιήξνπο κειέηεο θαη ηνπ ειέγρνπ ησλ πξνζθνξψλ γηα ηελ θαηαζθεπή ηνπ έξγνπ. Παξάγνληαο θόζηνπο Φ/β πιαίζηα ή πάλεια γηα ηε Φ/β γελλήηξηα ηεξίγκαηα ησλ Φ/β ζπιιεθηώλ θαη ειεθηξηθέο θαισδηώζεηο ησλ Φ/β ζηνηρείσλ. πζζσξεπηέο απνζήθεπζεο ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. Γηαηάμεηο ξπζκίζεσλ ηάζεο θαη ηζρύνο, κεηαηξνπήο ηάζεο, πξνζηαζίαο ειέγρνπ θ.ι.π Βνεζεηηθή γελλήηξηα πκβνιή ζην ζπλνιηθό θόζηνο 65% 5% 15% 12% 3% σ Παξάδεηγκα ηεο δηακόξθσζεο ηνπ θόζηνπο ελόο απηόλνκνπ Φ/Β ζπζηήκαηνο. σ Σππηθό Φ/Β ζύζηεκα 67

68 5.2 ΥΔΓΗΑΜΟ ΣΟΤ ΤΣΖΜΑΣΟ Η κειέηε θαη ζρεδηαζκφο ελφο απηφλνκνπ Φ/β ζπζηήκαηνο ζηνρεχεη ζην βέιηηζην ζπζρεηηζκφ ησλ πξνβιέςεσλ γηα ηα κεγέζε ηεο ειεθηξηθήο δήηεζεο απφ ην ζχζηεκα θαη ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο πνπ ζα δέρνληαη νη ζπιιέθηεο ηνπ. Γειαδή, επηδηψθεηαη ε απνθπγή ησλ ππεξβνιηθψλ δαπαλψλ πνπ ζα ζπλεπάγνληαλ ν ππεξζρεδηαζκφο ηνπ ζπζηήκαηνο π.ρ. κε ζπιιέθηεο θαη ζπζζσξεπηέο κεγαιχηεξνπ κεγέζνπο απφ ηα απνιχησο απαξαίηεηα. Γηα ηνλ πξνθαηαξηηθφ ζρεδηαζκφ ελφο απηφλνκνπ Φ/β ζπζηήκαηνο απαηηείηαη θαη ζπλήζσο επαξθεί, ε χπαξμε κηαο θαιήο εθηίκεζεο ηεο δήηεζεο πνπ πξέπεη λα ηθαλνπνηήζεη (π.ρ. ε κέζε εκεξήζηα ειεθηξηθή θαηαλάισζε ηνπο δηάθνξνπο κήλεο ηνπ έηνπο, θ.η.ι) θαη κηαο αμηφπηζηεο πιεξνθφξεζεο ζρεηηθά κε ηελ έληαζε θαη ηελ δηαθχκαλζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζηελ πεξηνρή (π.ρ. ε κέζε εκεξήζηα έληαζε ηεο αθηηλνβνιίαο αλα κνλάδα επηθαλείαο ηα δηαζηήκαηα ζπλερνχο ζπλλεθηάο θ.η.ι.). Έλα παξάδεηγκα νδεγφο ηνπ πξνθαηαξηηθνχ ζρεδηαζκνχ δίλεηαη ζην ζρήκα Δπηινγή ηεο θξίζηκεο ρξνληθήο πεξηόδνπ γηα ηελ αμηόπηζηε ιεηηνπξγία ηνπ ζπζηήκαηνο 2. Δθηίκεζε ηεο κέζεο ειεθηξηθήο θαηαλάισζεο πνπ δεηείηαη λα ηθαλνπνηεί ην ζύζηεκα 3. Τπνινγηζκόο ηεο κέζεο δηαζέζηκεο ειηαθήο ελέξγεηαο ζηελ ππόςε ηνπνζεζία, ζηελ επηιεγκέλε ρξνληθή πεξίνδν θαη γηα ηελ βέιηηζηε θιίζε ησλ ζπιιεθηώλ 4. Τπνινγηζκόο ηεο απαηηνύκελεο ζπλνιηθήο επηθάλεηαο ή ηεο ζπλνιηθήο ηζρύνο αηρκήο ησλ Φ/β ζπιιεθηώλ θαη εύξεζε ηνπ αληίζηνηρνπ πιήζνπο θαη ηεο θαηάιιειεο ζπλδεζκνινγίαο ησλ ηππνπνηεκέλσλ Φ/β πιαηζίσλ ή παλέισλ. 5. Καζνξηζκόο ησλ επηζπκεηώλ εκεξώλ απηνδπλακίαο ηνπ ζπζηήκαηνο θαη εύξεζε ηεο αληίζηνηρεο ρσξεηηθόηεηαο ησλ ζπζζσξεπηώλ απνζήθεπζεο ηεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο γηα ηελ αληηκεηώπηζε ηεο δήηεζεο ζην δηάζηεκα ησλ πηζαλώλ εκεξώλ ζπλερνύο ζπλλεθηάο. 6. Τπόδεημε ησλ δηαθόξσλ αλαγθαίσλ δηαηάμεσλ ξύζκηζεο θαη ειέγρνπ, θαη ηεο ηζρύνο ηεο βνεζεηηθήο ελεξγεηαθήο πεγήο σ Παξάδεηγκα ππνδείγκαηνο ησλ δηαδνρηθώλ βεκάησλ γηα ηνλ πξνθαηαξθηηθό ζρεδηαζκό ελόο απηόλνκνπ θσηνβνιηατθνύ ζπζηήκαηνο 68

69 Γηα ηελ πιήξε φκσο νηθνλνκηθνηερληθή κειέηε, κε ιεπηνκεξεηαθφ ζρεδηαζκφ ηνπ ζπζηήκαηνο θαη ζπγθξηηηθή αμηνιφγεζε κε άιιεο ελαιιαθηηθέο ελεξγεηαθέο πεγέο (δειαδή, αληί γηα ηελ εγθαηάζηαζε Φ/β γελλήηξηαο, ηελ επηινγή ελφο ειεθηξνπαξαγσγνχ, δεχγνπο ή κίαο αλεκνγελλήηξηαο ή ηελ ηνπνζέηεζε ελαέξηαο ή ππνβξχρηαο γξακκήο κεηαθνξάο γηα ηελ ζχλδεζε κε ην θεληξηθφ ειεθηξηθφ δίθηπν ηεο ρψξαο θ.η.ι.), ρξεηάδνληαη πνιιά άιια ηερληθά θαη νηθνλνκηθά δεδνκέλα. π.ρ. ε εθηίκεζε γηα ελδερφκελεο κειινληηθέο επεθηάζεηο ηεο εγθαηάζηαζεο ε απαηηνχκελε αμηνπηζηία ηνπ ζπζηήκαηνο, ν ιεπηνκεξήο ππνινγηζκφο ησλ ειεθηξηθψλ απσιεηψλ, ην θφζηνο ησλ Φ/β πιαηζίσλ θαη πάλει θαη νη δαπάλεο γηα ηελ θαηαζθεπή ησλ ζηεξηγκάησλ ηνπο ζην έδαθνο ή πάλσ ζηε ζηέγε ελφο ζπηηηνχ νη δαπάλεο δηακφξθσζεο ηνπ ρψξνπ θαη πξνζηαζίαο ησλ ζπιιεθηψλ απφ αλέκνπο, ραιάδη, θεξαπλνχο, ή θαη βαλδαιηζκνχο. Δπίζεο, ηα ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά ην κέγεζνο θαη ην θφζηνο ησλ άιισλ ζπζηαηηθψλ ηνπ ζπζηήκαηνο (ζπζζσξεπηέο, δηαηάμεηο ξχζκηζεο,πξνζηαζίαο θαη ειέγρνπ, βνεζεηηθή γελλήηξηα) θαη ν θαζνξηζκφο ησλ απαηηνχκελσλ αληαιιαθηηθψλ. Γηα ηε ζπγθξηηηθή αμηνιφγεζε ρξεηάδεηαη ην θφζηνο θαη ε αμηνπηζηία ησλ ελαιιαθηηθψλ ιχζεσλ, νη δαπάλεο ζπληήξεζεο ησλ εγθαηαζηάζεσλ, ην θφζηνο πξνκήζεηαο θαη κεηαθνξάο πεηξειαίνπ θ.η.ι. Δκείο εδψ, ζα αζρνιεζνχκε θπξίσο κε ηνλ πξνθαηαξθηηθφ ζρεδηαζκφ ησλ απηφλνκσλ Φ/β ζπζηεκάησλ, πνπ καο εηζάγεη ζηνλ πξνβιεκαηηζκφ θαη ηε κειέηε ησλ Φ/β εγθαηαζηάζεσλ θαη δίλεη κηα θαιή εηθφλα ησλ δπλαηνηήηψλ ηνπο. σ Φ/Β ζε ειηθνδξόκην ζηε Κνξέα [ πεγή ] 69

70 5.3 ΒΑΗΚΔ ΔΠΗΛΟΓΔ ΚΑΗ ΠΡΟΫΠΟΘΔΔΗ ην ζρεδηαζκφ ελφο απηφλνκνπ Φ/β ζπζηήκαηνο πξέπεη λα έρνπλ γίλεη απφ πξηλ νξηζκέλεο βαζηθέο επηινγέο, φπσο αλ ε Φ/β γελλήηξηα θαη νη ζπζζσξεπηέο ζα πξέπεη λα θαιχπηνπλ πιήξσο ηηο αηρκέο ηεο δήηεζεο ηζρχνο αλ ζα ππάξρεη ηεξάξρεζε ζηελ ηθαλνπνίεζε ησλ θαηαλαιψζεσλ, αλ ην ξεχκα πνπ παξέρεη ην ζχζηεκα ζα είλαη ζπλερέο ή ελαιιαζζφκελν θαη ζε πνηα ηάζε θιπ. Κπξίσο, ζα πξέπεη λα έρεη θαζνξηζηεί ε επνρή ηνπ έηνπο, ζηε δήηεζε ηεο νπνίαο λα αληαπνθξίλεηαη αμηφπηζηα ην ζχζηεκα. Γειαδή, ζην εκβαδφλ ηεο επηθάλεηαο ησλ ειηαθψλ ζπιιεθηψλ θαη ζηα κεγέζε ησλ άιισλ ζπζηαηηθψλ ηνπ ζπζηήκαηνο (θπξίσο ζηε ρσξεηηθφηεηα ησλ ζπζζσξεπηψλ) δίλνληαη ηέηνηεο ηηκέο, ψζηε ζε ζπλδπαζκφ κε ηελ έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζηε ζπγθεθξηκέλε επνρή, λα θαιχπηνληαη ηθαλνπνηεηηθά νη αληίζηνηρεο ειεθηξηθέο θαηαλαιψζεηο. Οη αηηίεο γηα αμηφπηζηε ζπκπεξηθνξά ηνπ ζπζηήκαηνο κπνξνχλ λα έρνπλ θπζηθή πξνέιεπζε ή λα νθείινληαη ζε θαθφ ζρεδηαζκφ ηελ πεξίπησζε, πνπ ην ζχζηεκα ζρεδηάδεηαη γηα λα ιεηηνπξγεί νιφθιεξε ηε δηάξθεηα ηνπ έηνπο, ηα κεγέζε ησλ ζπιιεθηψλ θαη ησλ άιισλ ζπζηαηηθψλ θαη δηαηάμεσλ πξνζαξκφδνληαη ζηηο ζπλζήθεο ηνπ κήλα κε ηελ κηθξφηεξε ειηαθή αθηηλνβνιία (Γεθέκβξηνο ή Ιαλνπάξηνο) θαη αθνινπζεί δηεξεχλεζε γηα ηνλ έιεγρν ηεο επάξθεηαο ηνπο ζηνπο ππφινηπνο κήλεο ηνπ έηνπο. π.ρ. αλ πξφθεηηαη λα ηξνθνδνηεζεί κηα θαηνηθία, ζα πξέπεη λα εμεηαζηεί αλ ε απμεκέλε θσηνβνιηατθή ειεθηξηθή παξαγσγή ην θαινθαίξη, ιφγσ ηεο ηζρπξφηεξεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, θαιχπηεη ηελ ελδερνκέλσο απμεκέλε θαηαλάισζε. Η εγθαηάζηαζε ησλ απηφλνκσλ Φ/β ζπζηεκάησλ γίλεηαη ζπλήζσο ζε απνκνλσκέλεο πεξηνρέο, πνπ δελ ππάξρεη ηδηαίηεξα εηδηθεπκέλν ηερληθφ πξνζσπηθφ γηα λα ηα ιεηηνπξγήζεη θαη λα ηα ζπληεξήζεη, νχηε εχθνιε πξφζβαζε ζε νξγαλσκέλα επηζθεπαζηηθά θέληξα κε απνζέκαηα αληαιιαθηηθψλ, εμεηδηθεπκέλα κεραλνπξγεία θιπ, γηα ηελ αληηκεηψπηζε ελδερνκέλσλ βιαβψλ. Δπνκέλσο, ζην ζρεδηαζκφ πξέπεη λα έρεη ιεθζεί κέξηκλα ψζηε ε ιεηηνπξγία ησλ ζπζηεκάησλ λα είλαη απιή ή εληειψο απηνκαηνπνηεκέλε θαη επίζεο λα έρνπλ εμαζθαιηζηεί ηνπιάρηζηνλ νη παξαθάησ πξνυπνζέζέηο γηα ηελ ειαρηζηνπνίεζε ηνπ ρξφλνπ κέρξη ηελ επηζθεπή κηαο βιάβεο θαη ηελ απνθαηάζηαζε ηεο θαιήο ιεηηνπξγίαο ηνπ ζπζηήκαηνο. 1 Δχθνινο εληνπηζκφο ηεο αηηίαο ηεο ειαηησκαηηθήο ιεηηνπξγίαο θαη ηνπ ζεκείνπ πνπ έρεη εθδεισζεί ε βιάβε. 2. Δχθνιε θαη αζθαιή πξφζβαζε ζηηο ζέζεηο πνπ πξέπεη λα γίλεη επέκβαζε γηα ηελ επηζθεπή. 3. Σα αληαιιαθηηθά λα είλαη ζε ζρεηηθά κηθξέο δηζηάζεηο θαη βάξε (π.ρ. κέρξη 40 θg), ψζηε λα κπνξνχλ λα κεηαθεξζνχλ θαη λα ηνπνζεηεζνχλ απφ έλα άλζξσπν, xσξίο άιια ηερληθά κέζα. 4. Σα δηάθνξα εμαξηήκαηα λα είλαη ηππνπνηεκέλσλ κεγεζψλ, ψζηε λα βξίζθνληαη εχθνια ζηελ αγνξά. 70

71 5.4 H ΕΖΣΖΖ : ΟΗ HΛEΚΣΡΗΚΔ ΚΑΣΑΝΑΛΩΔΗ Όπσο αλαθέξζεθε ν ζρεδηαζκφο μεθηλά κε ηελ εθηίκεζε ησλ ειεθηξηθψλ θαηαλαιψζεσλ ηνπ ζπζηήκαηνο. Έλα απηφλνκν Φ/β ζχζηεκα κπνξεί λα ηξνθνδνηεί κία κφλν θαηαλάισζε ή πεξηζζφηεξεο. Παξάδεηγκα ηεο πξψηεο πεξίπησζεο είλαη έλαο θάξνο ή έλαο ηειεπηθνηλσληαθφο αλακεηαδφηεο. Σεο δεχηεξεο πεξίπησζεο κηα θαηνηθία ή έλαο νιφθιεξνο νηθηζκφο. Ύζηεξα απφ πξνζεθηηθή έξεπλα, απαξηζκνχληαη νη δηάθνξεο ελδερφκελεο ρξήζεηο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο θαη θαηαγξάθνληαη φιεο νη ειεθηξηθέο ζπζθεπέο, ε ηζρχο ηνπο θαη ν πηζαλφο ρξφλνο ηεο ιεηηνπξγίαο ηνπο ζηε δηάξθεηα ελφο 24ψξνπ (ζρήκα 5.4-1). Δπίζεο, ζπρλά είλαη ρξήζηκν λα θαηαγξάθεηαη ε πηζαλφηεηα ηεο ηαπηφρξνλεο ιεηηνπξγίαο πεξηζζφηεξσλ ζπζθεπψλ, ψζηε λα ππνινγηζηεί ε κέγηζηε ηζρχο ζηε δήηεζε ειεθηξηθήο ελέξγεηαο. ε νξηζκέλεο πεξηπηψζεηο είλαη ζθφπηκν λα γίλεηαη πξνγξακκαηηζκέλε θαηαλνκή θαη ηεξάξρεζε ηεο δήηεζεο απφ ηηο δηάθνξεο ζπζθεπέο, γηα ηελ απνθπγή ππεξβνιηθψλ αηρκψλ. Πάλησο, ε πείξα έρεη δείμεη φηη είλαη παξάινγε ρξεζηκνπνίεζε Φ/β γελλεηξηψλ γηα ηελ ηξνθνδφηεζε ειεθηξηθψλ ζπζθεπψλ κε κεγάιε ζεξκηθή θαηαλάισζε. Έηζη απνθεχγεηαη π.ρ. ην καγείξεκα κε ειεθηξηθέο θνπδίλεο, ε ζέξκαλζε ρψξνπ κε ειεθηξηθά θαινξηθέξ ή αεξφζεξκα, ε ζέξκαλζε λεξνχ κε ειεθηξηθνχο ζεξκνζίθσλεο θιπ. Γηα ηηο αλάγθεο απηέο είλαη ζθφπηκν λα ρξεζηκνπνηνχληαη άιιεο ζπζθεπέο, φπσο θνπδίλεο θαη ζεξκάζηξεο πγξαεξίνπ ή πεηξειαίνπ, ειηαθνί ζεξκνζίθσλεο θιπ. 71

72 πζθεπή Ιζρύο Ώξεο ιεηηνπξγ. Ηιεθηξηθή θαηαλάι. Φώηα 1,0 ΚW 3,0 h 3,0 KWh Φπγείν 0,3 KW 9,0 h 2,7 KWh Σειεόξαζε 0,2 KW 4,0 h 0,8 KWh Ηιεθηξηθή ζθνύπα 0,6 KW 0,5 h 0,3 KWh ηεγλσηήξαο καιιηώλ 0,4 KW 0,5 h 0,2 KWh Φξπγαληέξα 1,5 KW 0,2 h 0,3 KWh Πιπληήξην ξνύρσλ 3,5 KW 0,2 h 0,7 KWh ύλνιν 7,5 KW 8,0 KWh σήμα Παξάδεηγκα ησλ εκεξήζησλ ειεθηξηθώλ θαηαλαιώζεσλ ζε κηα θαηνηθία κε κηα νηθνγέλεηα. σ Φ/Β εγθαηάζηαζε 2,65 kw ζε νηθία ζην Καλαδά ( Οηάβα,Οληάξην ) [πεγή ] 72

73 5.5 Ζ ΠΡΟΦΟΡΑ :Ζ ΖΛΗΑΚΖ ΔΝΔΡΓΔΗΑ σ Καηαλνκή ηεο κέζεο ζπλνιηθήο εηήζηαο έληαζεο ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο, ζε νξηδόληην επίπεδν, ζηηο δηάθνξεο πεξηνρέο ηεο Διιάδαο. Όπσο δείρλεηαη ζην έλζεην πίλαθα ε δώλε Α δέρεηαη πάλσ από 1650 kwh/m^2 ε δώλε Β από 1600 εώο 1649 kwh/m^2 θ.ι.π. ηε ζπλέρεηα, βξίζθνπκε ζε πίλαθεο, ράξηεο ή δηαγξάκκαηα, ηε κέζε έληαζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο αλά κνλάδα επηθαλείαο (νξηδφληηαο ή ζε δηάθνξεο θιίζεηο), ζηε ζπγθεθξηκέλε ηνπνζεζία θαη ζηελ επηιεγκέλε ρξνληθή πεξίνδν. Γηα παξάδεηγκα, ζηνλ ράξηε ηνπ (ζρήκαηνο 5.5-1) δίλνληαη νη κέζεο ηηκέο ηεο εηήζηαο έληαζεο ηεο 73

74 αθηηλνβνιίαο γηα δηάθνξεο πεξηνρέο ηεο Διιάδαο. Έλαο ηξφπνο ππνινγηζκνχ παξαηίζεηαη ζην παξάξηεκα Α. Αλ δελ ππάξρνπλ ηηκέο γηα ηελ ηνπνζεζία ή ηε ρξνληθή πεξίνδν πνπ καο ελδηαθέξεη, θαηαθεχγνπκε αλαγθαζηηθά ζε πξνζεγγηζηηθφ ππνινγηζκφ κε ηε βνήζεηα ησλ ηηκψλ ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο ζε γεηηνληθέο ή φκνηεο ηνπνζεζίεο. ηελ Διιάδα ε θιίζε ησλ ζπιεθηψλ β ζ είλαη ζπλήζσο πεξίπνπ 45 ν. Όηαλ ελδηαθέξεη πεξηζζφηεξν ε Φ/β παξαγσγή ησλ ζεξηλψλ κελψλ, επηιέγεηαη κηθξφηεξε θιίζε, κέρξη πεξίπνπ 20 ν. Αληίζεηα, γηα ηηο ρεηκεξηλέο εθαξκνγέο, ε βέιηηζηε θιίζε ησλ ζπιιεθηψλ κπνξεί λα θηάζεη κέρξη πεξίπνπ 60 ν, αιιά ην θέξδνο ζε ζχγθξηζε κε ηελ θιίζε 45 ν είλαη κηθξφ. σ Αεξνθσηνγξαθία Φ/Β πάξθνπ Tuscon Electric Power's Springerville Generating Station Solar System (SGSSS)[ πεγή ] 74

75 5.6 ΣΟ ΕΖΣΟΤΜΔΝΟ : ΣΟ ΠΛΖΘΟ ΣΟΝ ΦΩΣΟΒΟΛΣΑΪΚΩΝ ΠΛΑΗΗΩΝ Σψξα κπνξνχκε λα πξνρσξήζνπκε ζηνλ ππνινγηζκφ ηνπ πην θαίξηνπ κεγέζνπο, πνπ αλαδεηάκε γηα ηνλ ζρεδηαζκφ ελφο Φ/β ζπζηήκαηνο. Γειαδή ην απαηηνχκελν πιήζνο ησλ Φ/β πιαηζίσλ ή πάλει. Η πξψηε ζθέςε ζα ήηαλ λα βξνχκε ην ζπλνιηθφ εκβαδφλ ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ πνπ ζα καο δψζνπλ ηε δεηνχκελε ειεθηξηθή ελέξγεηα. Δίλαη θαλεξφ φηη ε ειεθηξηθή ελέξγεηα Δ πνπ παξάγεη έλα πιήζνο Φ/β ζηνηρείσλ κε ζπληειεζηή απφδνζεο ε θαη ζπλνιηθή επηθάλεηα Αm 2 φηαλ δερηεί κία ππθλφηεηα ειηαθήο αθηηλνβνιίαο Π,ΚW/m 2, είλαη: E=Π x A x ε (ΚWh) θαη επνκέλσο φηαλ ηα άιια κεγέζε είλαη γλσζηά ή έρνπλ εθηηκεζεί κπνξνχκε λα βξνχκε ηελ απαηηνχκελε ζπλνιηθή επηθάλεηα ησλ Φ/β ζηνηρείσλ: Α=E/(Π x ε) (m 2 ) Γηα παξάδεηγκα, αο ζεσξήζνπκε φηη νη ηηκέο ηνπ πίλαθα 9 αθνξνχλ ζηε κέζε εκεξήζηα ρεηκεξηλή ειεθηξηθή θαηαλάισζε κηα αζηηθήο θαηνηθίαο ζηε Ρφδν. Γηα ηελ πεξίπησζε ζπιιέθηε απφ Φ/β ζηνηρεία ππξηηίνπ ηνπ εκπνξίνπ κε κέζν ζπληειεζηή απφδνζεο 12%, ηνπνζεηεκέλα ζηε Ρφδν κε θιίζε 45 o, φπνπ ηνλ Ιαλνπάξην αληηζηνηρεί κέζε εκεξήζηα θαηαλάισζε ησλ 8KWh είλαη: Α = 8 (ΚWh/d) / {3,32 (ΚWh/m 2 d) x 0,12} = 20,08 Γηα κεγαιχηεξε αθξίβεηα, ζα κπνξνχζακε λα είρακε θάλεη ηε ζεξκνθξαζηαθή δηφξζσζε ηεο απφδνζεο. ηε Ρφδν, ην Ιαλνπάξην, ε κέζε ζεξκνθξαζία ηνπ αέξα ζηε δηάξθεηα ηεο εκέξαο είλαη 12,6 o C, πνπ αληηζηνηρεί ζε κέζε ζεξκνθξαζία ειηαθψλ ζηνηρείσλ πεξίπνπ 12, =42,6 o C Δπνκέλσο ε ηηκή ηνπ ζπληειεζηή ζεξκνθξαζηαθήο δηφξζσζεο είλαη : ζζ= 1,00-(42,6-20) Υ 0,005=0,89 θαη, ππνζέηνληαο φηη ε ξχπαλζε είλαη αζήκαληε (ζξ=100), βξίζθνπκε αληίζηνηρε επηθάλεηα : Α=8/3,32 x 0,12 x 0,89=22,56 m 2 Σα απνηειέζκαηα φκσο απηά είλαη, νπζηαζηηθά,ρσξίο πξαθηηθή αμία δηφηη φηαλ αλαδεηήζνπκε ζηε βηνκεραλία ή ζην εκπφξην ηα απαηηνχκελα Φ/β πιαίζηα γηα ηε ζπζηνηρία ηεο εγθαηάζηαζεο καο, βιέπνπκε φηη ζπλήζσο νη θαηαζθεπαζηέο ηνπο δελ 75

76 επηζπκνχλ ή δελ ελδηαθέξνληαη λα αλαθνηλψζνπλ αλαιπηηθά ηνλ κέζν ζπληειεζηή απφδνζεο θαη ηε ζπλνιηθή επηθάλεηα ησλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ ηνπ θάζε Φ/β πιαηζίνπ, νχηε ην ζπληειεζηή, θάιπςήο ηνπ. Όπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ, ηηο πεξηζζφηεξεο θνξέο ηα κφλα ραξαθηεξηζηηθά πνπ δίλνληαη είλαη ε επηθάλεηα (S) θαη ε απφδνζε (ε n ) ηνπ Φ/β πιαηζίνπ ή ε ηζρχο αηρκήο (Ρα). Έηζη, ζηελ πξψηε πεξίπησζε εθαξκφδνπκε ηε ζρέζε πνπ καο ππνινγίδεη ηελ Δ θαη παίξλνληαο ζαλ παξάδεηγκα ην δηαζέζηκνπ Φ/B πιαηζίνπ κε S=37m 2, επ =10,76%, Ρα=40Wp, βξίζθνπκε ηελ ηδαληθά απαηηνχκελε νιηθή επηθάλεηα ησλ Φ/B πιαηζίσλ : Sνι=Δ/( Π x επ x ζζ x ζξ) = 8/(3,32 x 0,1076 x 0,89 x 1,00)=>Sνι=25,16m 2 Δδψ κπνξνχκε λα θάλνπκε κηα δηαζηαχξσζε ησλ απνηειεζκάησλ. Αλ νη παξαπάλσ ηηκέο είλαη ζπκβηβαζηέο, ζα πξέπεη λα θαηαιήγνπλ ζε ζπληειεζηή θάιπςεο ηνπ Φ/β πιαηζίνπ πνπ λα επηβεβαηψλεηαη απφ φζα αλαθέξνληαη ζην (ζρήκα 5.6-1) πξάγκαηη βξίζθνπκε : ζθ = Α /Sνι = 22,56 / 25,16 = 0,9 σ α) Η θακπύιε ηνπ ιόγνπ ηεο ειεύζεξεο απόζηαζεο α αλάκεζα ζηηο γεηηνληθέο ζεηξέο ησλ ειηαθώλ ζπιιεθηώλ κηαο θσηνβνιηατθήο ζπζηνηρείαο πξνο ηελ επηθάιπςε ηνπ ύςνπο ηνπ U ζε ζπλάξηεζε κε ην γεσγξαθηθό πιάηνο ηνπ ηόπνπ π, ώζηε λα κελ εκπνδίδεηαη νπζηαζηηθά ε πξόζπησζε ηεο ειηαθήο αθηηλνβνιίαο. β) Η έλλνηα ησλ κεθώλ α,γ,δ θαη ε θαη ηεο γσλίαο θιίζεο βο γηα ηε δηάηαμε ησλ ειηαθώλ ζπιιεθηώλ ζηηο θσηνβνιηατθέο ζπζηνηρίεο. Σν δηάγξακκα είλαη εκπεηξηθό θαη πξνέξρεηαη από ηελ έθδνζε Stand-alone PV systems ηεο εηαηξίαο Morgan (1980) 76

77 πνπ ζπκθσλεί ηθαλνπνηεηηθά κε ηελ αλακελφκελε ηηκή γηα ππθλή ηνπνζέηεζε θπθιηθψλ ειηαθψλ ζηνηρείσλ, ηε δηάηαμε ησλ Φ/β πιαηζίσλ ηνπ παξαδείγκαηνο καο. Τπνζέηνληαο ζηε ζπλέρεηα φηη νη πξφζζεηεο ειεθηξηθέο απψιεηεο ζην ζχζηεκα (ζπζζσξεπηέο, κεηαηξνπείο ηζρχνο θιπ) είλαη πεξίπνπ ην 30% ηεο παξαγφκελεο ειεθηξηθήο ελέξγεηαο, δειαδή φηη ν ζπληειεζηήο απφδνζεο ηνπ ζπζηήκαηνο απφ ηελ έμνδν ηεο Φ/β γελλήηξηαο κέρξη ηελ έμνδν πξνο ηελ θαηαλάισζε είλαη α=0.7,βξίζθνπκε φηη ηειηθά απαηηνχκελε επηθάλεηα Φ/β πιαηζίσλ είλαη : Sνι = Sνι/α = 25,16 / 0,7 = 35,94 m 2 Σν Φ/β πιαίζην ηνπ παξαδείγκαηφο καο έρεη εκβαδφλ επηθάλεηαο,0.37 m 2. Δπνκέλσο ζα ρξεηαζηνχκε : 35,94 / Ο,37 = 98 Φ/B πιαίζία ηε δεχηεξε πεξίπησζε φηαλ γλσξίδνπκε ηελ ηζρχ αηρκήο ηνπ Φ/Β πιαηζίνπ ζην παξάδεηγκα Ρα=40 Wp εθαξκφδνπκε ηελ ζρέζε γηα ηελ Δ ε νπνία ζηεξίδεηαη ζηελ γλψζε ηεο ηζρχο αηρκήο θαη βξίζθνπκε φηη, ππνινγίδνληαο θαη ηηο πξφζζεηεο ειεθηξηθέο απψιεηεο κε α=0.7 ρξεηαδφκαζηε ζπλνιηθή ηζρχ αηρκήο ίζε κε: πνπ αληηζηνηρεί ζε : P α = P α /α = 8 / (3,32 x 0,89 x 1,00 x 0,7) = 3,87 KWp = 3870Wp 3870/40= 97 Φ/Β πιαίζηα δειαδή πεξίπνπ θαηαιήγνπκε πάιη ζε 98 πιαίζηα. 77

78 5.7 Ζ ΤΝΓΔΜΟΛΟΓΗΑ ΣΟΝ ΤΣΟΗΥΔΗΩΝ σ Γηαθνξεηηθέο ζπλδεζκνινγίεο ησλ Φ/Β πιαηζίσλ γηα ηελ παξαγσγή ζπλερνύο ειεθηξηθήο ηάζεο (α) 17 V, (β) 153 V,(γ) 187 V. Σα Φ/β πιαίζηα ηνπ παξαδείγκαηνο καο δίλνπλ ηάζε πεξίπνπ 17V ηάζε.αλ ζέινπκε λα θνξηίδνπκε ζπλεζηζκέλνπο ζπζζσξεπηέο ησλ 12V, ηφηε ηα θ/β πιαίζηα ζα ζπλδεζνχλ παξάιιεια ψζηε ε Φ/β ζπζηνηρία λα δίλεη επίζεο ηάζε πεξίπνπ 17V, πνπ είλαη αξθεηά θαηάιιειε γηα ηελ θφξηηζε ζπζζσξεπηψλ νλνκαζηηθήο ηάζεο 12V. Έρνπκε φκσο ηε δπλαηφηεηα, κε θαηάιιειε δηάηαμε θαη ζχλδεζε, λα παξάγνπκε πςειφηεξε ηάζε γηα ηε θφξηηζε ζπζζσξεπηψλ ή γηα ηελ ηξνθνδφηεζε ηεο θαηαλάισζεο. π.ρ. πξνζζέηνπκε έλα αθφκα Φ/β πιαίζην ζηε ζπζηνηρία, ψζηε ην ζχλνιν ηνπ λα θηάζεη ηα 99 θαη ηα κνηξάδνπκε ζε 33 παξάιιεινπο θιάδνπο κε 3 πιαίζηα ζηε ζεηξά ζε θάζε θιάδν. Σφηε, ε ζπζηνηρία ζα δίλεη ηάζε πεξίπνπ 3 ρ 17 = 51V. Δπίζεο κπνξνχκε λα ζρεκαηίζνπκε 9 παξάιιεινπο θιάδνπο κε 11 πιαίζηα 9 ρ 17 = 153 V, ή λα ζρεκαηίζνπκε 9 παξάιιεινπο θιάδνπο κε 11 πιαίζηα ζηε ζεηξά ζε θάζε θιάδν θαη λα πάξνπκε ηάζε πεξίπνπ 11 x 17 = 187 V (ζρήκα 5.7-1). Αθφκα π.ρ. κπνξνχκε κε κηθξή δαπάλε λα απμήζνπκε ηα Φ/β πιαίζηα ζε 100, πνπ είλαη έλαο πεξηζζφηεξν εχρξεζηνο αξηζκφο γηα θαηαλνκή ζε νκάδεο, ψζηε λα έρνπκε κηα κεγαιχηεξε δπλαηφηεηα επηινγήο γηα ηελ παξαγφκελε ηάζε. 78

79 Β ΜΔΡΟ ΓΔΝΗΚΑ ην θεθάιαην απηφ παξαηίζεληαη επηιεθηηθά ελδηαθέξνληα ζηνηρεία πνπ πξνέθπςαλ απφ επξχηαηε βηβιηνγξαθηθή έξεπλα θαζψο θαη απφ έξεπλα ζην δηαδίθηπν. θνπφο είλαη λα δηεξεπλεζνχλ πιήξσο νη δηαθνξέο πνπ ππάξρνπλ κεηαμχ Φ/Β απφ κνλνθξπζηαιιηθφ ππξίηην, πνιπθξπζηαιιηθφ ππξίηην θαη άκνξθν ππξίηην θαη εμ απηνχ λα πξνθχςεη ε ζθνπηκφηεηα εγθαηάζηαζεο ησλ δηαθνξεηηθψλ ηχπσλ Φ/ αλάινγα κε ηνλ ηφπν εγθαηάζηαζεο ( γεσγξαθηθά ). ηε ζπλέρεηα ζα παξαζέζνπκε πεηξακαηηθά δεδνκέλα απφ δεκνζηεπκέλεο εξγαζίεο. Σα ζηνηρεία πνπ καο ελδηαθέξνπλ ζηηο εξγαζίεο απηέο είλαη αξηζκεηηθά δεδνκέλα πνπ αθνξνχλ ηελ απφδνζε θαη ηελ παξαγσγή ελέξγεηαο δηαθφξσλ Φ/Β ζπζηνηρηψλ. σ. Β1 Πίλαθαο όπνπ θαίλνληαη νη απνδόζεηο Φ/ δηάθνξσλ ηύπσλ ζηε πάξνδν ηνπ ρξόλνπ ( από ην 1975 εώο 2005 ). [ πεγή NREL ] 79

80 ΣΗΣΛΟ 1. ΔΡΓΑΙΑ 1 : COMPARISON OF P/V MODULE PERFORMANCE MEASURMENTS ΤΠΔΤΘΤΝΟΙ : A. Hunter Fanney Hunter.Fanney@nist.gov Mark W. Davis Brian P. Dougherty National Institute of Standards and Technology, 100 Bureau Drive, Gaithersburg, MD David L. King William E. Boyson Jay A. Kratochvil Sandia National Laboratories, PO Box 5800, MS 1033, Albuquerque, NM ΔΗΑΓΩΓΖ Οη επηζηηκνληθέο νκάδεο ζε απηή ηελ εξγαζία ζέιεζαλ λα ζπγθξίλνπλ κεζφδνπο κέηξεζεο ηεο απφδνζεο Φ/Β.Δκείο ζπκπεξηιακβάλνπκε θάπνηεο απφ ηηο κεηξήζεηο πνπ έγηλαλ θαηά ηε δηάξθεηα απηψλ ησλ εξεπλψλ πνπ ζα καο βνεζήζνπλ λα εμάγνπκε ηα δηθά καο ζπκπεξάζκαηα. Σα Φ/Β πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ θαη νη παξακέηξνη ησλ ζπκπεξηιακβάλνληαη ζηνπο δχν επφκελνπο πίλαθεο. σ. Β1.1-1 Σερληθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ Φ/Β πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ 80

81 σ. Β1.1-2 Σηκέο ησλ παξακέηξσλ ησλ Φ/Β πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ σ. Β1.1-3 Οη πεηξακαηηθέο δηαηάμεηο (α) ηνπ NIST, (β) ηνπ SNL 81

82 1.2 ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ ΜΔΣΡΖΔΩΝ : Θεπμοκπαζία : σ. Β πγθξίζεηο κεηαμύ (α) Current Temperature Coefficient, (β) Voltage Temperature Coefficient. Η κπιε ζηήιεο αληηζηνηρνύλ ζηηο κεηξήζεηο ηνπ NIST θαη νη θόθθηλεο ηνπ SNL.Οη ζπγθξίζεηο γίλνληαη γηα δηάθνξα Φ/ ππξηηίνπ σ. Β Πξνβιεπόκελε απόδνζε ρξεζηκνπνηώληαο NIST θαη SNL temperature coefficients 82

83 1.2.2 Αέπια μάζα : σ. Β (α) Πξνβιεπόκελν ξεύκα βξαρπθπθιώζεσο (Isc) ζε ζρέζε κε ηε αέξηα κάδα γηα κνλνθξπζηαιιηθό,πνιπθξπζηαιιηθό θαη άκνξθν ππξίηην, (β) Πξνβιεπόκελν ξεύκα βξαρπθπιώζεσο κε NIST & SNL coefficients ζε ζπλάξηεζε κε ηελ αέξηα κάδα γηα Φ/ κνλνθξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ, (γ) Η ίδηα δηαδηθαζία κε ην (β) γηα Φ/ άκνξθνπ ππξηηίνπ 83

84 1.2.3 Γωνία : σ. Β (α) Ρεύκα ζε ζπλάηεζε κε ηε γσλία όπσο ππνινγίζηεθε από NIST θαη SNL αληίζηνηρα γηα Φ/ κνλνθξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ, (β) ) Ρεύκα ζε ζπλάηεζε κε ηε γσλία όπσο ππνινγίζηεθε από NIST θαη SNL αληίζηνηρα γηα Φ/ ιεπηνύ πκελίνπ, (γ) ) Ρεύκα ζε ζπλάηεζε κε ηε γσλία όπσο ππνινγίζηεθε από NIST θαη SNL αληίζηνηρα γηα Φ/ άκνξθνπ πηξηηίνπ 84

85 ΣΗΣΛΟ 2. ΔΡΓΑΙΑ 2 : THE PERFORMANCE AND MODELLING OF 8 PHOTOVOLTAIC MATERIALS UNDER VARIABLE LIGHT INTENSITY AND SPECTRA ΤΠΔΤΘΤΝΟΙ : J. F. RANDALL, J. JACOT LPM, IPR, STI, EPFL, CH-1015 Lausanne, Switzerland Telephone: Fax: Julian.Randall@epfl.ch 2.1. ΔΗΑΓΩΓΖ Σν ελδηαθέξνλ ησλ εξεπλήησλ ζε απηή ηελ εξγαζία είλαη λα αλαδεηήζνπλ ην ζσζηφ ζρεδηαζκφ γηα εζσηεξηθέο Φ/Β ζπζηνηρίεο. Δίλαη γλσζηφ φηη έλα Φ/Β πάλει ζε εζσηεξηθφ ρψξν δέρεηαη κηθξφηεξε έληαζε αθηηλνβνιίαο, αιιά ιεηηνπξγεί ζε ζεξκνθξαζίεο πεξηζζφηεξν ζηαζεξέο. Μειεηψληαη 21 δηαθνξεηηθά Φ/Β,8 δηαθνξεηηθψλ ηερλνινγηψλ Φ/Β ηα νπνία ιεηηνπξγνχλ θάησ απφ ΑΜ1.5 (1 sun;spectrum 1000 W/m^2) θαη θάησ απφ παξφκνηεο ζπλζήθεο ζεξκνθξαζίαο. ηε δηθή καο πεξίπησζε καο ελδηαθέξνπλ νη κεηξήζεηο πνπ έρνπλ γίλεη ζηε ζπγθεθξηκέλε δηαδηθαζία. σ. Β2.1-1 Πεηξακαηηθή δηάηαμε 85

86 Σα Φ/Β πάλει πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ παξαηίζεληαη ζην ζρήκα Β2.1-2 σ. Β2.1-2 Σα Φ/ πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ ζε απηή ηελ εξγαζία σ. Β2.1-3 Πεηξακαηηθό αεξνζθάθνο ηεο NASA ην νπνίν κεηαηξέπεη ηελ ειηαθή ελέξγεηα ζε ειεθηξηθή κε ρξήζε Φ/Β ζηα πηεξύγηα ηνπ αεξνζθάθνπο θαη κε ειεθηξηθνύο θηλεηήξεο δίλεηαη ε θίλεζε ζηνπο έιηθεο 86

87 2.2 ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ σ. Β2.2-1 Η απόδνζε ησλ Φ/ ππό ΑΜ1.5 ζε ζπλάξηεζε ηεο έληαζεο αθηηλνβνιίαο.ηα αξηζηεξά ε έληαζε αθηηλνβνιίαο είλαη ζε ινγαξηζκηθή κνξθή κε βάζε ην 10, ελώ ζηα δεμία ζε ινγαξηζκηθή κνξθή κε βάζε ην e (θπζηθόο ινγάξηζκνο ). ηα 4 απηά δηαγξάκκαηα βιέπνπκε ηελ απόδνζε όισλ ησλ Φ/ ( ζην κεζαίν πηλαθάθη γίλεηαη ε αληηζηνίρεζε γξαθεκάησλ θαη Φ/ ) 87

88 ΣΗΣΛΟ 3. ΔΡΓΑΙΑ 3 : COMPARISON OF MODULE PERFORMANCE CHARACTERIZATION METHODS FOR ENERGY PRODUCTION ΤΠΔΤΘΤΝΟΙ : B. Kroposki and W. Marion National Renewable Energy Laboratory D. King, W. Boyson, and J. Kratochvil Sandia National Laboratories 3.1 ΔΗΑΓΩΓΖ ηηο αξρέο ηεο δεθαεηίαο ηνπ 1990 έιαβε ρψξα ε έξεπλα απφ ην NREL θαη απφ SNL κε ζθνπφ λα βξεζεί κέζνδνο πνπ ζα πξνζσκνηψλεη ηηο επηδφζεηο κίαο Φ/Β ζπζηνηρίαο θάησ απφ πξαγκαηηθέο ζπλζήθεο. Λακβάλνληαο ππφςηλ ηε παξάκεηξν ηνπ θαηξνχ έγηλε ν εμήο δηαρσξηζκφο κεηαμχ ησλ θάησζη θαηεγνξηψλ : α. δεζηή ειηφινπζηε εκέξα, β.δεζηή ζπλλεθηαζκέλε εκέξα, γ. ςπρξή ειηφινπζηε εκέξα, δ. ςπρξή ζπλλεθηαζκέλε εκέξα θαη ε. δξνζεξή ειηφινπζηε εκέξα. Οη Φ/Β ζπζηνηρίεο πνπ απαζρφιεζαλ ηνπο εξεπλεηέο είλαη πνιπθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ ( mc-si ) θαη άκνξθνπ ππξηηίνπ (a-si/a-si: d e & a-si/a-si/a-si : d e ) Η έξεπλα απηή ζπγθξίλεη ηηο δχν κεζφδνπο,θάηη ην νπνίν δελ καο απαζρνιεί, αιιά καο δίλεη θαη κεηξήζεηο ζε εμσηεξηθφ πεξηβάιινλ ησλ παξαπάλσ Φ/Β ζπζηνηρηψλ πνπ ζα καο θαλνχλ ρξήζηκεο λα θάλνπκε ηηο δηθέο καο ζπγθξίζεηο. 88

89 3.2 ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ Πολςκπςζηαλλικό πςπίηιο mc-si : σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( ςπρξή ειηόινπζηε εκέξα ) σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( ςπρξή ζπλλεθηαζκέλε εκέξα ) 89

90 σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( δξνζεξή ειηόινπζηε εκέξα ) σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( δεζηή ζπλλεθηαζκέλε εκέξα ) 90

91 σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( δεζηή ειηόινπζηε εκέξα ) σ. Β Η Sanyo ηεο Ιαπσλίαο θαηαζθεύαζε απηό ην εθπιεθηηθό θηίξην. Σν επνλνκαδόκελν Solar Ark έρεη παξαπάλσ από Φ/Β παλέια θαη παξάγεη kwh.μεηαμύ ησλ Φ/Β παλέισλ έρνπλ ηνπνζεηεζεί γύξσ ζηηο 500 πνιύρξσκεο κνλάδεο θσηηζκνύ δίλνληαο έλαλ πην εκθαηηθό ηόλν ζην θηίξην απηό.[ πεγή ] 91

92 3.2.2 Άμοπθο πςπίηιο Dual-junction a-si : σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο (ςπρξή ειηόινπζηε εκέξα ) σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( ςπρξή ζπλλεθηαζκέλε εκέξα ) 92

93 σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( δξνζεξή ειηόινπζηε εκέξα ) σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( δεζηή ζπλλεθηαζκέλε εκέξα ) 93

94 σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( δεζηή ειηόινπζηε εκέξα ) σ. Β Οη δηαζηάζεηο ηνπ Solar Ark ηεο Sanyo. Έρεη κνπζείν κε ζέκα ηελ ειηαθή ελέξγεηα, εξγαζηήξηα πνπ αζρνινύληαη κε ηελ αμηνπνίεζε ηεο ειηαθήο ελέξγεηαο θαη δηάθνξεο αίζνπζεο ζπλεδξηάζεσλ όπνπ ιακβάλνπλ ρώξα ζπλέδξηα πνπ αθνξνύλ νηθνινγηθά πξνγξάκκαηα.σν θηίξην έρεη απηό ην ζρήκα ώζηε λα δέρεηαη ηε κέγηζηε ειηαθή αθηηλνβνιία..[ πεγή ] 94

95 3.2.3 Άμοπθο πςπίηιοtriple junction a- Si : σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο (ςπρξή ειηόινπζηε εκέξα ) σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( ςπρξή ζπλλεθηαζκέλε εκέξα ) 95

96 σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( δξνζεξή ειηόινπζηε εκέξα ) σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( δεζηή ζπλλεθηαζκέλε εκέξα ) 96

97 σ. Β Μεηξνύκελε ηζρύο έλαληη ζεσξηηηθήο ( δεζηή ειηόινπζηε εκέξα ) σ.β Μία λπρηεξηλή ιήςε ηνπ Solar Ark ηεο Sanyo..[ πεγή ] 97

98 3.2.4 Μέζη εηήζια παπαγόμενη ενέπγεια : σ. Β Μέζε παξαγόκελε ελέξγεηα θαηά ηε δηάξθεηα ελόο έηνπο ( κήλεο 1 εώο 12 ) γηα πνιπθξπζηαιιηθό ππξίηην mc-si. σ. Β Μέζε παξαγόκελε ελέξγεηα θαηά ηε δηάξθεηα ελόο έηνπο ( κήλεο 1 εώο 12 ) γηα άκνξθν ππξίηην dual junction a-si. 98

99 σ. Β Μέζε παξαγόκελε ελέξγεηα θαηά ηε δηάξθεηα ελόο έηνπο ( κήλεο 1 εώο 12 ) γηα άκνξθν ππξίηην triple junction a-si. σ. Β Σηκέο παξαγόκελεο ελέξγεηαο πέληε επηιεγκέλσλ εκέξσλ,πέληε δηαθνξεηηθώλ ηύπσλ Φ/ 99

100 4. ΔΡΓΑΙΑ 4 ΣΗΣΛΟ : COMPARISON OF 6 PHOTOVOLTAIC MATERIALS ACROSS 4 ORDERS OF MAGNITUDE OF INTENSITY ΤΠΔΤΘΤΝΟΙ : J. F. RANDALL*, C. DROZ**, M. GOETZ#, A. SHAH**, J. JACOT* * IPM, DMT, EPFL, CH-1015 Lausanne, Switzerland Telephone: Fax: Julian.Randall@epfl.ch ** IMT, Université de Neuchâtel, Rue Breguet 2, 2000 Neuchâtel, Switzerland Telephone: Fax: corinne.droz@unine.ch # Rue Matile 71, 2000 Neuchâtel Tel. & Fax: cuisine.solaire@suisse.ch 4.1 ΔΗΑΓΩΓΖ ε απηή ηε κειέηε εμεηάδνληαη Φ/Β ζε εζσηεξηθφ ρψξν ππφ STC θαη αιιά φρη ππφ αθηηλνβνιία 1 ειίνπ ( ΑΜ1.5, 1000t/m^2 ).ηα εμεηαδφκελα ππνθείκελα παξαηείζνληαη ζην ζρήκα Β4.1-1, φπνπ θαίλεηαη ην είδνο ηνπ Φ/Β, ε θαηαζθεπάζηξηα εηαηξία είηε αλ είλαη εξγαζηεξηαθφ, ε ελεξγή επηθάλεηα θαη ν αξηζκφο ησλ θπςειψλ. ηε δηθή καο πεξίπησζε ην ελδηαθέξνλ καο εζηηάδεηαη ζε θάπνηεο ιακβαλφκελεο κεηξήζεηο θαη ζε θάπνηα εμαγψκελα ζπκπεξάζκαηα. 100

101 σ. Β4.1-1 Πίλαθαο ησλ ππό κειέηε Φ/ σ. Β4.1-2 Δλαέξηα θσηνγξαθία Φ/Β πάξθνπ ζηε Βαπαξία, λόηην Γεξκαλία. [πεγή ] 101

102 4.2 ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ Σα απνηειέζκαηα παξαηείζνληαη ζηα παξαθάησ ζρήκαηα σ.β4.2-1 ύγθξηζε θξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ ππό 4 δηαθνξεηηθέο πεξηπηώζεηο αθηηλνβνιίαο ζε ζπλζήθεο θάησ από ΑΜ

103 σ. Β4.2-2 ύγθξηζε άκνξθνπ ππξηηίνπ ππό 4 δηαθνξεηηθέο πεξηπηώζεηο αθηηλνβνιίαο ζε ζπλζήθεο θάησ από ΑΜ1.5 Σα εμαγψκελα ζπκπεξάζκαηα πνπ καο ελδηαθέξνπλ : - Γηα ηα Φ/Β κνλνθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ κε απφδνζε 11% ή κεγαιχηεξε γηα αθηηλνβνιία ΑΜ1.5 (1 ειίνπ), ζε ρακειφηεξεο αθηηβνιίεο ε απφδνζε πέθηεη ζην πεξίπνπ 1% - Γηα ηα Φ/Β πνιπθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ κε απφδνζε 11% ή κεγαιχηεξε γηα αθηηλνβνιία ΑΜ1.5 (1 ειίνπ), ζερακειφηεξεο αθηηβνιίεο ε απφδνζε πέθηεη θάησ απφ 2% - Γηα ηα Φ/Β άκνξθνπ ππξηηίνπ ε απφδνζε ζε αθηηλνβνιία ΑΜ1.5 (1 ειίνπ) πνηθίιεη απφ 2% εψο 8%, ζε ρακειφηεξεο αθηηλνβνιίεο ε απφδνζε πέθηεη κε πνιχ κηθξφηεξνπο ξπζκνπο απφ φηη ζηηο 2 πξνεγνχκελεο πεξηπηψζεηο.ηε ρεηξφηεξε πεξίπησζε πέθηεη απφ 7% ζε 3.5%, ελψ ζην κνληέιιν ηεο Sanyo έρνπκε κία πνιχ κηθξή άλνδν 103

104 5.ΔΡΓΑΙΑ 5 ΣΗΣΛΟ : PV-COMPARE: DIRECT COMPARISON OF 11 PV TECHNOLOGIES AT TWO LOCATIONS ΤΠΔΤΘΤΝΟΙ 5.1 ΔΗΑΓΩΓΖ IN NOTHERN AND SOUTHERN EUROPE : Christian N. Jardine,1 Gavin J. Conibeer2 and Kevin Lane.1 1Environmental Change Institute, University of Oxford, 5, South Parks Road, Oxford, OX1 3UB. 2Department of Physics, University of Oxford, Parks Road, Oxford, OX1 3PU. ε απηή ηελ εξγαζία νη εξεπλεηέο έθαλαλ κία επζεία ζχγθξηζε έληεθα δηαθνξεηηθψλ Φ/ σο πξνο ηε ηερλνινγία θαηαζθεπήο ηνπο (κνλν-,πνιχ- άκνξθνππξίηην).οη ζπζηνηρίεο ηνπνζεηήζεθαλ ε κία ζηε Μεγάιε Βξεηαλία ζην Oxforfshire ζηελ νξνθή ηνπ παλεπηζηεκίνπ (51 ν 46 Ν, 1 ν 15 W ) κε θιίζε 13 ν σο πξνο ηε γε θαη πξνζαλαηνιηζκφ 5 ν W σο πξνο ην λφην.η δεχηεξε ηνπνζεηίζεθε ζηε Μαγηφξθα (39 ν 57 N, 2o 67 E ) ζηελ νξνθή ελφο ηδηφθηεηνπ θηηξίνπ κε θιίζε 25 ν σο πξνο ηε γε θαη πξνζαλαηνιηζκφ 15 ν W σο πξνο ην λφην. Σα Φ/ πνπ κειεηήζεθαλ εκθαλίδνληαη ζην ζρήκα Β σ. Β5.1-1 Σα ππό κειέηε Φ/ 104

105 5.2 ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ σ. Β5.2-1 Μέζε κεληαία kwh/kwp ζηε Μεγάιε Βξεηαλία θαη Μαγηόξθα αληίζηνηρα σ. Β5.2-2 Δηήζηα kwh/kwp γηα ηα δηάθνξα Φ/ ζηε Βξεηαλία θαη Μαγηόξθα αληίζηνηρα 105

106 σ. Β5.2-3 ρεηηθή παξαγόκελε ηζρύο ησλ δηαθόξσλ Φ/ ζηε Βξεηαλία θαη Μαγηόξθα αληίζηνηρα [δειαδή π.ρ. γηα ην us64 είλαη (UK)/ 1429 (Mal) = 0.58=58% ] σ. Β5.2-4 Απνδηδόκελε ηζρύο ησλ δηαθόξσλ Φ/ γηα δηαθνξεηηθέο εληάζεο αθηηλνβνιίαο W/m^2 106

107 σ. Β5.2-5 Απνδηδόκελε ελέξγεηα ησλ δηαθόξσλ Φ/ γηα δηαθνξεηηθέο εληάζεο αθηηλνβνιίαο W/m^2.Η θακπύιε hours of insolation καο δίλεη ηηο ώξεο όπνπ αληηζηνηρνύλ ζηηο εληάζεηο αθηηλνβνιίαο εηεζίσο.γειαδή έρνπκε έληαζε αθηηλνβνιίαο 900 W/m^2 γηα ιηγόηεξεο από 200 ώξεο εηεζίσο.δπνκέλσο εύθνια ππνινγίδεηαη ε ελέξγεηα. [ ελέξγεηα = ηζρύο * ρξόλνο ] σ. Β5.2-6 Απόδνζε δηαθόξσλ Φ/ ππό ζύλλεθηά.ηνλ άμνλα ησλ Υ έρνπκε ρξεζηκνπνηήζεη έλαλ ζπληειεζηή Κ κε δηαβάζκηζε 0 ( πιήξεο ζπλλεθηαζκέλνο νπξαλόο ) ζε 1 ( θαζαξόο νπξαλόο ) 107

108 Έηζη ινηπφλ εμάγνληαη ηα εμήο ζπκπεξάζκαηα : 1. ρεηηθή απόδνζε : ηε Μαγηφξθα φπσο θαη ζηε Μεγάιε Βξεηαλία ηα Φ/ άκνξθνπ ππξηηίνπ ( multi-junction) θαη CIS (copper indium ) δίλνπλ πεξηζζφηεξα kwh/kwp. Ύζηεξα αθνινπζνχλ ηα Φ/ πνιπθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ θαη ηέινο ηα Φ/ άκνξθνπ ππξηηίνπ ( single junction ) θαη CdTe.Με κία αθφκε παξαηήξεζε ζην ζρήκα Β5.2-3 βιέπνπκε φηη ε ζρεηηθή απφδνζε ησλ Φ/ θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ είλαη πςειφηεξε απφ φηη ηνπ άκνξθνπ ππξηηίνπ.απηφ ζπκβαίλεη γηαηί ζην ςπρξφ θιίκα ηεο Μεγάιεο Βξεηαλίαο ηα Φ/ πνιπθξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ έρνπλ κεγαιχηεξε απφδνζε ζε ζρέζε κε πςειφηεξεο ζεξκνθξαζίεο 2. Ιζρύο ζε ζπλάξηεζε κε ηελ αθηηλνβνιία : Απφ ην ζρήκα Β5.2-4 βιέπνπκε ηε γξακκηθή εμάξηεζε ηεο ηζρχνο ησλ Φ/ άκνξθνπ ππξηηίνπ απφ ηελ αθηηλνβνιία.αληηζέησο ην θξπζηαιιηθφ ππξίηην(είηε κνλν-, είηε πνιχ- ) θαη ην CdTe έρνπλ έλα γξάθεκα ηχπνπ s. Γηα ην CIS αξρηθά είλαη γξακκηθε ε εμάξηεζε αιιά ζε επίπεδα πάλσ απφ 800 W/m^2 κεηψλεηαη. Απηφ ζπκβαίλεη γηαηί ε αθηηλνβνιία έρεη λα θάλεη ζε κεγάιν βαζκφ θαη κε ηε ζεξκνθξαζία( πςειε αθηηλνβνιία πςειφηεξε ζεξκνθξαζία ) θάηη πνπ επλλνεί ηα Φ/ άκνξθνπ ππξηηίνπ. Αθφκε ζε ζπλζήθεο ρακειήο αθηηλνβνιίαο ηα Φ/ άκνξθνπ ππξηηίνπ θαη CIS είλαη πην απνδνηηθά απφ ηα αληίζηνηρα θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ.απηφ ζπκβαίλεη γηαηί ζε ηέηνηεο ζπλζήθεο ην θσο είλαη ζε κεγάιν βαζκφ δηάρπην θαη πην πινχζην ζε κπιε κήθε θχκαηνο. 3. Δπίδξαζε ζπλλεθηαζκέλνπ νπξαλνύ : Απφ ην ζρήκα Β2.5-6 θαίλεηαη φηη ηα Φ/ θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ θαη CdTe έρνπλ κεγαιχηεξε απφδνζε ζε θαζαξφ νπξαλφ.αληηζέησο ε απφδνζε ησλ Φ/ άκνξθνπ ππξηηίνπ θαίλεηαη λα απμάλεη ζε ζπλζήθεο ζπλλεθηαζκέλνπ νπξαλνχ ελψ ηα Φ/ CIS απνδίδνπλ θαιχηεξα θάησ απφ έλαλ κέηξηα ζπλλεθηαζκέλν νπξαλφ 108

109 ΣΗΣΛΟ 6. ΔΡΓΑΙΑ 6 : COMPARISON OF ENERGY PRODUCTION AND PERFORMANCE FROM FLAT-PLATE P/V MODULE TECHNOLOGIES DEPLOYED AT FIXED TILT ΤΠΔΤΘΤΝΟΙ : J.A. del Cueto NREL 6.1 ΔΗΑΓΩΓΖ ε απηή ηελ εξγαζία νη εξεπλεηέο θάλνπλ κία ζχγθξηζε δηάθνξεηηθψλ ηχπσλ Φ/ σο πξνο ηελ θαηαζθεπή ( κνλν-,-πνιχ-,άκνξθν ππξίηην ) ζε θαζνξηζκέλε θιίζε ( 40 ν σο πξνο ηε γε θαη +/- 2 ν σο πξνο ην λφην ). ην ζρήκα Β6.1-1 θαίλνληαη ηα ππφ κειέηε Φ/ θαη νη ηχπνη ηνπο. σ. Β6.1-1 Σα ππό κειέηε Φ/,νη ηύπνη ηνπο θαη ε επηθάλεηα πνπ θαηαιακβάλνπλ 109

110 6.2 ΑΠΟΣΔΛΔΜΑΣΑ σ. Β6.2-2 Καλνληθνπνηεκέλε παξαγόκελε εκεξήζηα ελέξγεηα ( Eout ) σο πξνο ηελ επηθάλεηα ηεο ππό κειέηεο κνλάδνο ζε ζπλάξηεζε κε ηε κέζε εκεξήζηα αθηηλνβνιία ( kwh / m^2 ) : (α) γηα 5 νκάδεο θξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ, (β) γηα 2 κνλάδεο άκνξθνπ ππξηηίνπ θαη CIS θαη CdTe σ. Β6.2-2 Απόδνζε Φ/ δηαθνξεηηθώλ ηύπσλ ζε ζπλάξηεζε κε ηε ζεξκνθξαζία 110

111 σ. Β6.2-3 Γηαθύκαλζε ηεο απόδνζεο ( PR ) ζε ζπλάξηεζε κε ην ρξόλν ( από Μάξηην 2000 εώο Απξίιην 2002 ) γηα (α) ηνπο 5 ηύπνπο θξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ (ζρήκα Β6.1-1), (β) ηνπο 2 ηύπνπο άκνξθνπ ππξηηίνπ θαη CIS θαη CdTe σ. Β6.2-4 (α) Γξακκηθή αλάιπζε ηεο δηαθύκαλζεο ηεο απόδνζεο (PR) ζε ζπλάξηεζε κε ηελ εκεξήζηα ζεξκνθξαζία [ π.ρ. Α : ς= - 0,496ρ ], (β) Δηήζηα παξαγόκελε ελέξγεηα αλά κνλάδα επηθάλεηαο ( kwh/m^2 ). 111

112 Έηζη ινηπφλ εμάγνληαη ηα εμήο ζπκπεξάζκαηα : 1. Απφ ην ζρήκα Β6.2-2 θαίλεηαη φηη ε απφδνζε ησλ Φ/ ησλ δηάθνξσλ ηχπσλ εμαξηάηαη ζε κεγάιν βαζκφ απφ ηε ζεξκνθξαζία. Όπσο θαίλεηαη απφ ην ζρήκα Β6.2-4(α), φπνπ έρεη γίλεη ε γξακκηθνπνίεζε, ε απφδνζε ησλ Φ/ θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ θαη CIS κεηψλεηαη κε ηελ άλνδν ηεο ζεξκνθξαζίαο ελψ ε απφδνζε ησλ Φ/ άκνξθνπ ππξηηίνπ απμάλεηαη κε ηελ άλνδν ηεο ζεξκνθξαζίαο. 2. Η αιιαγή ηεο ζεξκνθξαζίαο επηδξά πην δξαζηηθά ζηα Φ/ θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ παξά ζηα Φ/ άκνξθνπ ππξηηίνπ. σ. Β6.2-5 Σν Solaire είλαη έλα θηίξην αμίαο $120 εθαηνκπξίσλ δνιιαξίσλ, απνηεινύκελν από 293 πνιπηειή δηακεξίζκαηα ζην Manhattan ηεο Νέαο Τόξθεο.Σν θίξην βξαβεύηεθε κε έλα LEED-NC ( 1.0 ) Gold θαη έγηλε έλα από ηα πξώηα πξάζηλα θηίξηα. Δθηόο ησλ άιισλ πξάζηλσλ ζπζηεκάησλ ην θηίξην πεξηιακβάλεη Φ/Β γηα λα θαιύπηεη κέξνο ησλ ελεξγεηαθώλ αλαγθώλ ηνπ. Η εκεξνκελία ιήσεο ηεο θσηνγξαθίαο είλαη 11 Οθησβξίνπ 2003, ελώ ην αξρηηέθηνληθό γξαθείν είλαη ην Rafael Pelli of Cesar Pelli & Associates. 112

113 7.ΤΜΠΔΡΑΜΑΣΑ Άπν ηελ εξγαζία απηή βγαίλεη ην ζπκπέξαζκα φηη ελψ ηα Φ/Β θξπζηαιιηθνχ ππξηηίνπ έρνπλ κεγαιχηεξεο απνδφζεηο απφ ηα αληίζηνηρα άκνξθνπ ππξηηίνπ ζε ηδαληθέο ζπλζήθεο, φζν ε αθηηλνβνιία κεηψλεηαη ηα Φ/Β άκνξθνπ ππξηηίνπ εκθαλίδνπλ κεγαιχηεξε ζηαζεξφηεηα ζηελ απφδνζή ηνπο. Πξάγκαηη θαη απφ έθζεζε ηεο ηζηνζειίδαο ηνπ.δ.φ. βιέπνπκε ζηνλ αθφινπζν πίλαθα (ρ. Β7-1 ), φηη ε κέζε εηήζηα παξαγσγή ελέξγεηαο (kwh αλά kwp) είλαη κεγαιχηεξε ζηα Φ/Β άκνξθνπ ππξηηίνπ. σ. Β7-1 πγθξηηηθόο πίλαθαο Φ/ [πεγή.δ.φ. ] Αλάκεζα ζηα θξηηήξηα γηα ηελ επηινγή ηνπ θαηάιιεινπ ηχπνπ Φ/Β είλαη ην θφζηνο, ε απφδνζε ηνπ Φ/Β, ε επηζπκεηή ζηάζκε παξαγσγήο ελέξγεηαο θαη ε δηαζέζηκε επηθάλεηα. Γπζηπρψο ε αλνκνηνγέλεηα ηνπ ειιαδηθνχ ρψξνπ ηνζν εδαθηθά φζν θαη ζε επίπεδα ειηαθήο αθηηλνβνιίαο (βι. α κέξνο,ρ ) δελ καο επηηξέπεη λα ρσξίζνπκε κε αζθάιεηα ζε δψλεο ηνλ ειιαδηθφ ρψξν θαη λα απνθαλζνχκε πνην είδνο Φ/Β αληηζηνηρεί θαιχηεξα ζε θάζε δψλε. 113

114 Έηζη ινηπφλ ζπκπαηξέλνπκε φηη πξέπεη λα κειεηάηαη θάζε πεξίπησζε μερσξηζηά ιακβάλνληαο ππφςηλ ηα ηερληθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ Φ/Β θαη λα απνθαζίδνπκε γηα ην θαηαιιειφηεξν. Δπηπιένλ ζηελ απφδνζε ησλ Φ/ δηαπηζηψζακε φηη παίδεη ξφιν θαη ε θιίζε ησλ παλέισλ σο πξνο ην νξηδφληην επίπεδν (ηε γε ) θαη ν πξνζαλαηνιηζκφο ηνπο. Η Διιάδα βξίζθεηαη ζην Βφξεην εκηζθαίξην θαη είλαη ινηπφλ εχινγν ηα Φ/Β λα εκθαλίδνπλ κεγαιχηεξε απφδνζε ζε λφηην πξνζαλαηνιηζκφ. Γηα ηα ειιεληθά δεδνκέλα ε βέιηηζηε θιίζε είλαη γχξσ ζηηο 30 ν. Πην πεξηεθηηθά γηα ηελ επηινγή ηεο θαηάιιειεο θιίζεο παξαζέηνπκε ην ζρήκα Β7-2 απφ ηελ ίδηα πεγή κε παξαπάλσ. σ. Β7-2 Απόδνζε Φ/Β ζε δηάθνξεο θιίζεηο θαη πξνζαλαηνιηζκνύο [πεγή.δ.φ. ] Τπφ απηέο ινηπφλ ηηο ζπλζήθεο έρεη δηακνξθσζεί ν ελεξγεηαθφο ράξηεο ηεο Διιάδνο κε ρξήζε Φ/Β ( ρ. Β7-3). Δίλαη πξνθαλέο φηη νη λνηηφηεξεο θαη πην ειηφινπζηεο πεξηνρέο ηεο Διιάδαο είλαη ζε ζέζε λα παξάγνπλ εηεζίσο πεξηζζφηεξε ελέξγεηα. 114

115 σ. Β7-3 Δηήζηα παξαγσγή ελέξγεηαο(kwh/kwp) από Φ/Β θξπζηαιιηθνύ ππξηηίνπ ζηε βέιηηζηε θιίζε [ πεγή ΔΦ ] 115

116 8.ΠΡΟΣΑΔΙ ΓΙΑ ΠΔΡΑΙΣΔΡΧ ΔΡΔΤΝΑ Δίδακε ινηπφλ φηη θαλέλαο απφ ηνπο ηξεηο θαηαζθεπαζηηθνχο ηχπνπο Φ/Β ππξηηίνπ δελ ππεξέρεη αηζζεηά. Θα είρε ελδηαθέξνλ παξφια απηά λα θάλνπκε ζπγθξίζεηο θαη κε άιιεο ηερλνινγίεο Φ/Β φπνπ ρξεζηκνπνηνχληαη εκηαγσγνί γηαθνξεηηθνί ηνπ ππξηηίνπ, κε ραξαθηεξηζηηθά παξαδείγκαηα ζεηνχρνπ θαδκίνπ (CdS), αξζεληθνχ γαιιίνπ (GaAs), CdTe (Cadmium Telluride), CIS ( Copper Indium Diselenide), GalnP.Μία ινηπφλ θαηεχζελζε ελαιιαθηηθήο κειέηεο ζα ήηαλ ε επξχηεξε ζχγθξηζε Φ/Β φισλ ησλ ηερλνινγηψλ. Παξαθάησ δίλνπκε ελδεηθηηθά δχν ζρήκαηα κε αλαπαξάζηαζε ησλ Φ/ CdS θαη GaAs. σ. Β8-1 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ελόο Φ/ CdS σ. Β8-2 ρεκαηηθή αλαπαξάζηαζε ελόο Φ/ GaAs 116