Θεωρητική μελέτη επίδραςησ αυτοκαθαριζόμενησ επίςτρωςησ ςτην απόδοςη φωτοβολταΰκών ςυςτημάτων. SurfaShield G

Transcript

1 Θεωρητική μελέτη επίδραςησ αυτοκαθαριζόμενησ επίςτρωςησ ςτην απόδοςη φωτοβολταΰκών ςυςτημάτων SurfaShield G

2 Βαςικέσ έννοιες των φ/β Φωτοβολταΰκά: μετατρϋπουν την ηλιακό ακτινοβολύα ςε ηλεκτρικό ιςχύ. Φωτοβολταΰκό φαινόμενο Αποκαλεύται η εμφϊνιςη διαφορϊσ δυναμικού ςτα ϊκρα μύασ διόδου, η οπούα ακτινοβολεύται με ηλιακό ενϋργεια. Η λειτουργύα των φωτοβολταώκών ςυςτημϊτων ςτηρύζεται ςτισ ιδιότητεσ των ημιαγωγών. 26/1/2012 2

3 Ημιαγωγοί Η λειτουργύα των φωτοβολταώκών κελιών ςτηρύζεται ςτη δημιουργύα επαφών. Ο πιο διαδεδομϋνοσ τύποσ επαφών εύναι ο p-n. Σα φωτόνια διεγεύρουν τα ηλεκτρόνια από την ζώνη ςθϋνουσ ςτη ζώνη αγωγιμότητασ, Δημιουργεύται περύςςεια από ζεύγη φορϋων, Σα ηλεκτρόνια εκτρϋπονται από την περιοχό n ςτην περιοχό p και οι οπϋσ το αντύςτροφο, Σο ηλεκτρόνιο κινεύται προσ ϋνα ςυλλϋκτη φορτύων, Δημιουργύα εξωτερικού κυκλώματοσ. Σο προςπύπτον φωτόνιο προκαλεύ παραγωγό ρεύματοσ μόνο εϊν η ενϋργειϊ του εύναι ύςη ό μεγαλύτερη από τo Εg. 26/1/2012 3

4 Τεχνολογίεσ φ/β Μεγάλου πάχουσ Mονοκρυςταλλικού πυριτύου, SC-Si Πϊχοσ: 0,3 mm Απόδοςη: 15-18% Υψηλό ενεργειακό πυκνότητα Υψηλό κόςτοσ μϋθοδοσ CZ (Czochralski) και η μϋθοδοσ FZ (float zone) Πολυκρυςταλλικού Πυριτύου, mc-si Πϊχοσ:0,3 mm Απόδοςη:13-15% Χαμηλότερο κόςτοσ από SC-Si η μϋθοδοσ απ' ευθεύασ ςτερεοπούηςησ DS, η ανϊπτυξη λιωμϋνου πυριτύου, ηλεκτρομαγνητικό χύτευςη EMC. Ταινύασ πυριτύου, Ribbon Silicon Πϊχοσ: 0,3 mm Απόδοςη: 12-13% Μεύωςη 50% τησ χρόςησ του Si Λεπτών υμενίων (Thin film) Διςεληνοώνδιούχοσ χαλκόσ, CuInSe 2 ό CIS Απόδοςη: 11% Περιοριςμϋνη η διϊθεςη του Ινδύου Χαμηλότερο κόςτοσ ςτο μϋλλον Άμορφου πυριτύου, α-si Ταινύεσ λεπτών επιςτρώςεων Χαμηλό απόδοςη: 6-13% Πλεονεκτεύ ςτη διϊχυτη ακτινοβολύα Χαμηλό κόςτοσ Χαμηλό ενεργειακό πυκνότητα Δεν επηρεϊζεται από υψηλϋσ Τ Τελουριούχο Kϊδμιο (CdTe) Απορρόφηςη 99% τησ ακτινοβολύασ Χαμηλό απόδοςη: 6-8% Καρκινογόνο Cd Έλλειψη Te Αρςενικούχο Γϊλλιο (GaAs) Ανθεκτικότητα ςε υψηλϋσ Τ Απόδοςη: 25-30% Υπερβολικό κόςτοσ υποςτρώματοσ

5 Μέρη φωτοβολταΰκού ςυςτήματοσ Υωτοβολταώκό πλαύςιο (modules) Υωτοβολταώκό ςυςτοιχύα (array) Υωτοβολταώκό γεννότρια Αντιςτροφϋασ ό μετατροπϋασ (inverter) Βϊςεισ ςτόριξησ Ηλιοςτϊτεσ (trackers) 26/1/2012 5

6 Τεχνικά χαρακτηριςτικά Pm: ονομαςτικό (μϋγιςτη) ιςχύσ (Watt) Vm: η τϊςη που αντιςτοιχεύ ςτην ονομαςτικό ιςχύ (V) Im: η ϋνταςη που αντιςτοιχεύ ςτην ονομαςτικό ιςχύ (A) Voc: τϊςη ανοιχτού κυκλώματοσ (V) Isc: ϋνταςη ρεύματοσ βραχυκυκλώςεωσ (A) Vmax: μϋγιςτη τϊςη ςυςτόματοσ (V) 26/1/2012 6

7 Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα Μθδενικι ρφπανςθ Ακόρυβθ λειτουργία Αξιοπιςτία και μεγάλθ διάρκεια ηωισ Μειονεκτήματα Τψηλό κόςτοσ εγκατϊςταςησ Έλλειψη επιδοτόςεων Έχουν μικρό βαθμό απόδοςησ Απεξάρτθςθ από καφςιμα Ελάχιςτθ ςυντιρθςθ Περιβαλλοντικά οφζλθ 26/1/2012 7

8 Απόδοςη Απόδοςη φ/β ςτοιχεύου (cell) Απόδοςη φ/β πλαιςύου (module) Απόδοςη φ/β ςυςτόματοσ 26/1/2012 8

9 κύαςη Παράγοντεσ που επηρεάζουν την Προςανατολιςμόσ απόδοςη των φ/β πλαιςίων Μϋγιςτη απόδοςη επιτυγχϊνεται ςτο νότιο προςανατολιςμό. ωςτό κλύςη ςε ςχϋςη με το οριζόντιο επύπεδο. την Ελλϊδα η βϋλτιςτη κλύςη εύναι ο Θερμοκραςύα φ/β ςτοιχεύων. Απόδοςη: η m =ς θ η m, 25 ο C Διορθωτικόσ ςυντελεςτόσ: ς θ =1- (Σ c -25) β Ρύπανςη τησ επιφϊνειασ των φ/β πλαιςύων. Απόδοςη: η m =ς ρ η m, κ υντελεςτόσ καθαρότητασ, ς ρ. Ιςούται με το πηλύκο τησ παραγόμενησ ιςχύσ από το φ/β πλαύςιο αν δεν εύναι καθαρό προσ την ιςχύ όταν εύναι καθαρό. Η ςυντόρηςη των επιφανειών των φ/β πλαιςύων καθύςταται απαραύτητη. 26/1/2012 9

10 SurfaShield G Πλεονεκτόματα Εύκολη εφαρμογό χωρύσ θερμικό επεξεργαςύα Αυτο-καθαριζόμενη ιδιότητα Αντι- θολωτικό ιδιότητα υνεχόσ δρϊςη Υιλικό προσ το περιβϊλλον Διαπερατό και αντι-ανακλαςτικό επύςτρωςη Τπερυδροφιλικότητα Προςταςύα από οργανικούσ λεκϋδεσ. Αποτρϋπει την επικϊθιςη ςκόνησ και διαςπϊ τουσ ρύπουσ. 26/1/

11 Case studies Μελϋτη τησ ετόςιασ παραγόμενησ ενϋργειασ ενόσ διαςυνδεδεμϋνου φ/β ςυςτόματοσ ςτην Αθόνα-Ελληνικό και ςτην Σόςκα ςτην Αύγυπτο. Η παραγόμενη ενϋργεια εμφανύζεται ςυναρτόςει τησ μεταβολόσ του ςυντελεςτό καθαρότητασ κατϊ τη διϊρκεια του χρόνου. Τπολογύζεται για 3 περιπτώςεισ για την περιοχό τησ Αθόνασ. 1. Ετόςια ςυντόρηςη του ςυςτόματοσ με εφαρμογό του SurfaShield G. 2. Απλό υπϊρχουςα ετόςια ςυντόρηςη. 3. Φωρύσ ετόςια ςυντόρηςη. Για την Σόςκα υπολογύζεται για τισ περιπτώςεισ 1 και 3. ύγκριςη τησ παραγόμενησ ενϋργειασ για τισ διϊφορεσ περιπτώςεισ. Σεχνικοοικονομικό μελϋτη 26/1/

12 Case study 1: Αθήνα Βρύςκεται ςτο Ελληνικό (φ=37,9 o ). Εγκατεςτημϋνη ιςχύσ ύςη με 5 kwp. Επιφϊνεια ύςη με 36 m 2. Απόδοςη ςε STC ςυνθόκεσ ύςη με 14%. Αποτελεύται από: 24 πλαύςια (SV-X-205) πολυκρυςταλλικού Si τησ εταιρεύασ Sovello μϋγιςτησ ιςχύοσ 205 W. 1 αντιςτροφϋα Effecta ES Βϊςεισ ςτόριξησ. Εύναι προςανατολιςμϋνο ςτο Νότο, με ςταθερό κλύςη 30 ο. Δεν υπϊρχουν ςκιϊςεισ. Εγκατεςτημϋνο ςε ςτϋγη. Κόςτοσ εγκατϊςταςησ:

13 Υπολογιςμόσ προςπίπτουςασ ακτινοβολίασ Η μϋςη μηνιαύα προςπύπτουςα ακτινοβολύα ςτο οριζόντιο επύπεδο, η μϋςη μηνιαύα διϊχυτη, η ανακλαςτικότητα του εδϊφουσ, η μϋςη μηνιαύα θερμοκραςύα και ο μηνιαύοσ ςυντελεςτόσ αιθριότητασ από την τεχνικό οδηγύα του ΣΕΕ. Σο μοντϋλο που χρηςιμοποιόθηκε για τον υπολογιςμό εύναι το εξόσ: I. Ηλιακό απόκλιςη, δ, για τη μϋςη αντιπροςωπευτικό μϋρα του μόνα (D), II. Ωριαύα γωνύα δύςησ για τη μϋςη αντιπροςωπευτικό μϋρα. III. Μϋςοσ μηνιαύοσ γεωμετρικόσ παρϊγοντασ IV. Προςπύπτουςα ακτινοβολύα ςε επιφϊνεια 30 ο και ςε νότιο προςανατολιςμό 26/1/

14 Περιγραφή Μοντέλου Τπολογιμόσ τησ μϋςησ μηνιαύασ θερμοκραςύασ του κελιού, T c Τπολογιςμόσ θερμοκραςιακού ςυντελεςτό, ς θ. Μϋςοσ μηνιαύοσ ςυντελεςτόσ καθαρότητασ, ς ρ. Μήνασ Ιαν Υεβ Μαρ Απρ Μαι Ιουν Ιουλ Αυγ επ Οκτ Νοε Δεκ ς ρ 0,95 0,95 0,95 0,9 0,9 0,85 0,8 0,8 0,8 0,85 0,9 0,95 PP 49,2 38,0 43,2 24,5 16,2 7,2 6,6 5,8 11,8 43,2 59,5 62,3 Εφαρμογό SurfaShield G: 0,97 Απλό ετόςια ςυντόρηςη: 0,92 Απώλειεσ ςυςτόματοσ. η net η degradation η inv η tran η ppc 0,94 0,95 0,92 0,98 0,95 Τπολογιςμόσ παραγόμενησ ενϋργειασ και ςτισ 3 περιπτώςεισ. 26/1/

15 Οικονομοτεχνική Μελέτη Σο φ/β ςύςτημα εύναι διαςυνδεδεμϋνο με το δύκτυο (Δ.Ε.Η.) Η ενϋργεια που παρϊγεται από το ςύςτημα πωλεύται ςτη Δ.Ε.Η (0,55 /kwh). Η ενϋργεια που χϊνεται λόγω τησ καθαρότητασ τησ επιφϊνειασ (χωρύσ ςυντόρηςη) ςυςχετύζεται με την απώλεια χρημϊτων, εκπομπό CO 2 και με το ηλεκτρικό φορτύο μιασ τυπικόσ οικύασ 80 τ.μ. ςτην Ελλϊδα. Βϊςει του κόςτουσ εγκατϊςταςησ και τησ παραγόμενησ ενϋργειασ όταν εφαρμόζεται ςυντόρηςη ςτο ςύςτημα (SurfaShield G ό απλό), υπολογύςτηκαν τα ϋξοδα, ϋςοδα, κϋρδοσ και το ποςό που χϊνεται για διϊρκεια 10 χρόνων. ύγκριςη απλόσ ςυντόρηςησ - ςυντόρηςη SurfaShield G. 26/1/

16 Αποτελέςματα (1) Ετόςια εξοικονόμηςη ενϋργειασ (1): 774 kwh. Ετόςια εξοικονόμηςη ενϋργειασ (2): 409 kwh. 26/1/

17 Παραγόμενη ενέργεια Φωρύσ ςυντόρηςη: 6309 kwh. Συπικό απόκλιςη: 246,03 kwh. Η Ε output κυμαύνεται ςτο εύροσ: 6063,27 (E1) ,03 (E2) kwh. Με απλό ςυντόρηςη: 6718,53 kwh. Συπικό απόκλιςη: 276,81 kwh. Η Ε output κυμαύνεται ςτο εύροσ: 6441,72 (E3) ,34 (E4) kwh. υντόρηςη με SurfaShield G: 7083 kwh. Συπικό απόκλιςη: 291,85 kwh. Η Ε output κυμαύνεται ςτο εύροσ: 6791,82 (E5) ,52 (E6) kwh. (E5-E1) (E5-E2) (E6-E1) (E6-E2) (E3-E1) (E3-E2) (E4-E1) (E4-E2) ΔΕ 728,55 236, ,25 820,49 378, ,07 440, /1/

18 Αποτελέςματα (2) Ετόςια ϋςοδα (1): Ετόςια ϋςοδα (2): Ετόςια ϋςοδα (3): /1/

19 Αποτελέςματα (3) Συνολικό ετόςιο κϋρδοσ (1): 425 Συνολικό ετόςιο κϋρδοσ (2): /1/

20 Οικονομική Μελέτη Είδοσ ςυντήρηςησ Έςοδα ( ) Έξοδα ( ) Κέρδοσ ( ) Φωρύσ ςυντόρηςη Απλό ςυντόρηςη SurfaShield G ,8 1479,8 Κόςτοσ εγκατάςταςησ Περίοδοσ αποπληρωμήσ 10 χρόνια 26/1/

21 Σύγκριςη ςυντήρηςησ Είδοσ ςυντήρηςησ Έςοδα ( ) Έξοδα ( ) Κέρδοσ ( ) SurfaShield G , ,8 Απλό υντόρηςη , Εξοικονόμηςη / yr 147,9 33,2 234,8 Εξοικονόμηςη / 10 yr ,8=483,2 2491,5 26/1/

22 Συςχετιςμοί Σο ποςό τησ ετόςιασ ενϋργειασ που εξοικονομεύται από την εφαρμογό του SurfaShield G εύναι 774 kwh. Μηνιαύο ηλεκτρικό φορτύο μιασ οικύασ 80 τ.μ. : 750 kwh. Εκπομπό CO2: 750 kg. 26/1/

23 Case study 2: Τόςκα Βρύςκεται ςτην Αύγυπτο(φ=23,45 o ). Εγκατεςτημϋνη ιςχύσ ύςη με 5 kwp. Επιφϊνεια ύςη με 36 m 2. Απόδοςη ςε STC ςυνθόκεσ ύςη με 14% Αποτελεύται από: 24 πλαύςια (SV-X-205) πολυκρυςταλλικού Si τησ εταιρεύασ Sovello μϋγιςτησ ιςχύοσ 205 W. 1 αντιςτροφϋα Effecta ES Βϊςεισ ςτόριξησ. Εύναι προςανατολιςμϋνο ςτο Νότο, με κλύςη 8 ο το Καλοκαύρι, 38 ο το Φειμώνα και 23 ο τουσ υπόλοιπου μόνεσ. Δεν υπϊρχουν ςκιϊςεισ. Κόςτοσ εγκατϊςταςησ: Η προςπύπτουςα ακτινοβολύα λόφθηκε από το πρόγραμμα JRC τησ Ε.Ε. 26/1/

24 Περιγραφή Μοντέλου Ακολουθόθηκε η ύδια διαδικαςύα με την περύπτωςη τησ Αθόνασ για τον υπολογιςμό τησ παραγόμενησ ενϋργειασ και ςτισ δύο περιπτώςεισ. Μϋςοσ μηνιαύοσ ςυντελεςτόσ καθαρότητασ, ς ρ. Μήνασ Ιαν Υεβ Μαρ Απρ Μαι Ιουν Ιουλ Αυγ επ Οκτ Νοε Δεκ ς ρ 0,85 0,85 0,8 0,8 0,8 0,77 0,77 0,77 0,8 0,8 0,8 0,85 Κατϊ την εφαρμογό του SurfaShield G θεωρόθηκε ότι ο ςυντελεςτόσ καθαρότητασ βελτιώνεται κατϊ 10%. Μήνασ Ιαν Φεβ Μαρ Απρ Μαι Ιουν Ιουλ Αυγ Σεπ Οκτ Νοε Δεκ ς ρ 0,94 0,94 0,88 0,88 0,88 0,85 0,85 0,85 0,88 0,88 0,88 0,94 Υγραςύα Βροχϋσ Ανεμοθύελλεσ Βροχϋσ Υγραςύα 26/1/

25 Αποτελέςματα Ετόςια εξοικονόμηςη ενϋργειασ: 693 kwh. 26/1/