PV-paneelide T&A töö Eestis. Andri Jagomägi TTÜ Materjaliteaduse instituut

Transcript

1 PV-paneelide T&A töö Eestis Andri Jagomägi TTÜ Materjaliteaduse instituut

2 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 2

3 Nõuded päikesepaneelidele Madal hind (EUR/W) Odavad ja levinud komponendid Odav tootmistehnoloogia Lihtne installeerida Pikk kasutusiga Kerged Mehaaniliselt vastupidavad Sobivad pinge ning voolu parameetrid Kõrge efektiivsus Keskkonnasõbralikud Visuaalselt ilusad 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 3

4 PV teadustöö TTÜs Materjalitehnoloogia Rakendused 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 4

5 CdTe elemendid Kuidas asendada raske klaas kergema materjaliga (polyamide)? Võimalus kaalu vähendada 300 korda CdS/CdTe struktuur kasvatatakse lähidistants sublimatsioon meetodil Uurimisgrupi juht vanemteadur Jaan Hiie 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 5

6 ZnO nanotorud CuInS 2 In 2 S 3 TiO 2 TCO ZnO TCO/ZnOrod/TiO 2 / In 2 S 3 / CuInS 2 M. Krunks et al Sol.En.Mat&Sol.Cells 92 (2008) 1016 I. Oja Acik et al TSF 517 (2009) 2443 Tänu nanostruktuurile on absorberkihi neelduvus parem Absorberkihi paksus nm Neeldumisvõime suurendamine kasutades plasmonresonantsi Uurimisgrupi juht juhtivteadur Malle Krunks 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 6

7 ZnO nanotorud Spin coating Dip coating Spray Pihustuspürolüüs (CSP) Sool-geel sadestus Struktuur saavutatakse 60 minutiga Kristalli kasvatamiseks ei ole tarvis kalleid meetodeid 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 7

8 ZnO nanotorud CuInS 2 In 2 S 3 TiO 2 TCO ZnO TCO/ZnOrod/TiO 2 / In 2 S 3 / CuInS 2 M. Krunks et al Sol.En.Mat&Sol.Cells 92 (2008) 1016 I. Oja Acik et al TSF 517 (2009) 2443 SEM Sellisel päikeseelemendil oleks suurim kuluartikkel klaas TTÜs saavutatud efektiivsus 4.17% 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 8

9 Nelikühendid Cu(In,Ga)(Se,S) 2 süsteemis In ja Ga kallid elemendid Lahenduseks asendada indium odavamate materjalidega nagu Zn ja Sn Cu 2 ZnSnSe 4, Cu 2 ZnSnS 4, Cu 2 ZnSn(SSe) 4 Väga kõrge neeldumiskoefitsendiga materjal Uuritakse TTÜs alates aastast 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 9

10 Nelikühendid elektrokeemiline meetod Elektrokeemiline Sn sadestus Termotöötlus Se või S keskkonnas Cu-Zn kiht Cu-Zn+Sn kiht Cu 2 ZnSnSe(S) 4 SEM. Nooremteadur Julia Iljina, TTÜ Materjaliteaduse intituut 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 10

11 Nelikühendid monotera kiht Maailmas ainulaadne päikesepatarei struktuur EBIC 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 11

12 Nelikühendid monotera kiht CZTS materjal kasvatatakse suletud ampullis, saadakse monotera pulber Iga tera on monokristall ning väike päikesepatarei Ei ole tarvis suuri kõrgvaakumseadmeid Absorbermaterjal ning päikesepatarei valmistatakse eraldi Võimalik katta erineva suuruse ning kujuga pindu Võimaldab teha painduvaid paneele Laboratoorne sertifitseeritud efektiivsus 6.84% Uurimisgrupi juht juhtivteadur Mare Altosaar 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 12

13 Nelikühendid monotera kiht LBIC tsoonidiagramm Lahendamist vajavad probleemid Kuidas saavutada ühefaasiline materjal? Absorbermaterjali defektstruktuur ja rekombinatsioonimehanismid Pinnarekombinatsioonid Sobivaimad päikesepatarei struktuuri elemendid (puhver, aknamaterjal, kontaktid, jne) 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 13

14 Nelikühendid crystalsol TTÜ spin-off ettevõte aastast 2008 Laborid Eestis (monotera pulbri tootmine) ja Austrias (päikesepatareide tootmine) Roll-to-roll tootmisprotesess 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 14

15 PV rakendused Alates aastast tegutseb päikesepaneelide välikatsetuste labor Monitoorime erinevat tüüpi päikesepaneelide tootlikkust Eesti tingimustes Uurime: Kiirguskliima Eestis Kiirgushulkade transleerimine erinevalt orienteeritud pindadele PV paneelide tootlikkuse modelleerimine Majanduslikud analüüsid erinevat tüüpid paneelidele ning süsteemide topoloogiatele Ehitisintegreeritud PV paneelide kasutusvõimalused Eestis 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 15

16 Kiirgushulk (kwh/m2) Päikesekiirgus 48⁰ kaldenurgaga pinnal Tallinnas Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 2007 Kokku 1134kWh/m Kokku 1091kWh/m Kokku 1174kWh/m2 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 16

17 Optimaalne kaldenurk 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 17

18 PV paneeli väljundi modelleerimine Tootja poolt antud parameetrid G = 1000 W/m 2, T mod = 25 C, AM1.5 Kasutades standardseid andmeid tuleb paneeli aastase tootlikkuse hinnang veaga 5-15% Mõjutegurid Paneeli temperatuur Kiirgushulk Päikese spekter Sesoonsed efektid Päikesekiirguse langemisnurk G T MOD Energia reitingu mudel; C 0, C 2, C 3, α P MPP h 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 18

19 Mõõdetud ja arvutatud energiatoodangute erinevus [%] Modelleerimise tulemused csi paneel Aastase tootlikkuse hindamise viga alla 1% Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec SOMES PV-SAT Matrix ESTI-ER ZENIT 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 19

20 Suhteline viga (%) Efektiivsus (%) Modelleerimise tulemused Amorfne räni Aastase tootlikkuse hindamise viga alla 2% Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec SOMES PV-SAT Matrix ESTI-ER ZENIT Efektiivsus 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 20

21 Erinevate PV tehnoloogiate aastane hüvetegur Eestis 1j a-si 1j a-si 3j a-si 3j a-si a-si/uc-si CdTe CdTe CIGS CIGS CuInS2 CuInS2 HIT HIT HIT mc-si pc-si pc-si 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 21

22 Ehitisintegreeritud päikesepaneelid 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 22

23 Ehitisintegreeritud päikesepaneelid (BIPV) Ehitisintegreeritud päikesepaneelid asendavad tavalisi ehitusmaterjale Millised oleksid mõistlikud lahendused BIPV kasutamiseks Eestis PV paneelide kasutamine ehitise osana annab lisandväärtust Toodab elektrit Pakub lisaisolatsiooni keskkonnast Reguleerib hoone sisekliimat ja valgust Saab integreerida hoone küttesüsteemiga M.J.Ritzen Zuyd University of Applied Science 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 23

24 Kokkuvõtteks Materjalide uuringud aitavad kaasa PV tehnoloogia arengule üle maailma Oktoobris 2012 olid PV paneelide turuhinnad 35-60% odavamad kui oktoobris 2011 Päikeseelektri rakendused jõuavad järjest rohkem ka Eestisse 1/4/2013 Andri Jagomägi, TTÜ 24