Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας

Σχετικά έγγραφα
Τεχνοοικονομική Μελέτη

Εργαστήριο ήπιων μορφών ενέργειας

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Ηλεκτροτεχνία ΙΙ. Ενότητα 2: Ηλεκτρικά κυκλώματα συνεχούς ρεύματος. Δημήτρης Στημονιάρης, Δημήτρης Τσιαμήτρος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Τεχνοοικονομική Μελέτη

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙI. Ενότητα 5: Γεννήτριες εκτύπων πόλων και διεγέρσεις Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

Νέες Τεχνολογίες και Καλλιτεχνική Δημιουργία

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 14: Χημική ισορροπία

Κβαντική Φυσική Ι. Ενότητα 1: Ανασκόπηση Σύγχρονης Φυσικής. Ανδρέας Τερζής Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Φυσικής

Τεχνολογία & Καινοτομία - Αρχές Βιομηχανικής Επιστήμης

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Ηλεκτροτεχνία ΙΙ. Ενότητα 1: Βασικές Έννοιες Ηλεκτροτεχία Ηλεκτρονική. Δημήτρης Στημονιάρης, Δημήτρης Τσιαμήτρος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

Διοικητική Λογιστική

Έλεγχος και Ευστάθεια Σ.Η.Ε

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 9: Υβριδισμός. Τόλης Ευάγγελος

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας

ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ. Ενότητα 1: Εισαγωγή. Χατζηαθανασίου Βασίλειος Καδή Στυλιανή Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Η/Υ

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

Τεχνική Προστασίας Περιβάλλοντος Αρχές Αειφορίας

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. L d D F

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 1: Η δομή του ατόμου. Τόλης Ευάγγελος

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 12: Διαμοριακές δυνάμεις. Τόλης Ευάγγελος

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους (1)

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους

ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Ενότητα 6: Ηλεκτροστατικά Φίλτρα

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Ηλεκτρονική. Ενότητα 3: Δίοδος. Αγγελική Αραπογιάννη Τμήμα Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών

Εννοιες και Παράγοντες της Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 6

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 6: Ομοιοπολικός δεσμός. Τόλης Ευάγγελος

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Τεχνολογία και Καινοτομία - Οικονομική Επιστήμη και Επιχειρηματικότητα

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Κοινωνιολογία της Εκπαίδευσης

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Κοινωνιολογία της Εκπαίδευσης

ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Ενότητα 2: Αιωρούμενα σωματίδια & Απόδοση συλλογής Αν. Καθ. Δρ Μαρία Α. Γούλα Τμήμα Μηχανικών

Ιστορία της μετάφρασης

Βάσεις Περιβαλλοντικών Δεδομένων

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙI. Ενότητα 7: Κατασκευή Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

ΟΙΚΟΝΟΜΕΤΡΙΑ. Ενότητα 1: Εκτιμητές και Ιδιότητες. Αναπλ. Καθηγητής Νικόλαος Σαριαννίδης Τμήμα Διοίκησης Επιχειρήσεων (Γρεβενά)

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Διοικητική Λογιστική

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 10η Άσκηση Αλγόριθμος Dijkstra

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Μαθηματική Ανάλυση ΙI

Νέες Τεχνολογίες και Καλλιτεχνική Δημιουργία

Θέματα Εφαρμοσμένης. Ενότητα 14.2: Η ψήφος στα πρόσωπα. Θεόδωρος Χατζηπαντελής Τμήμα Πολιτικών Επιστημών ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

Εργαστήριο Ανάλυσης Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας

ΑΝΑΛΥΣΗ ΧΡΗΜΑΤΟΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 3

Εισαγωγή στην πληροφορική

Βέλτιστος Έλεγχος Συστημάτων

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Λογιστική Κόστους. Ενότητα 4: ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ - ΦΥΣΗ ΚΟΣΤΟΥΣ. Μαυρίδης Δημήτριος Τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙΙ

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 1 η : Εισαγωγή

Θεατρικές Εφαρμογές και Διδακτική της Φυσικής Ι

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 3: Ηλεκτρονική διαμόρφωση των ατόμων

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΡΗΤΗΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ IΙ Ενότητα 2

Λογιστική Κόστους Ενότητα 10: Ασκήσεις Προτύπου Κόστους Αποκλίσεων.

Transcript:

Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας Ενότητα : Ηλιακή Ενέργεια III Φωτοβολταϊκά Συστήματα Σκόδρας Γεώργιος, Αν. Καθηγητής gskodras@uowm.gr Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ψηφιακά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Στόχοι Η μελέτη των τεχνολογιών σχετικών με τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας Η ανάλυση των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων των ηλιακών συστημάτων αποθήκευσης θερμότητας Η εξέταση της τεχνολογίας των φωτοβολταϊκών συστημάτων Ο τρόπος εφαρμογής των συστημάτων ηλιακής ενέργειας για την ικανοποίηση των μελλοντικών ενεργειακών αναγκών 4

Ορολογία Αλλαγή φάσης Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο Φωτοβολταϊκό φαινόμενο Ηλιακά στοιχεία 5

Φωτοβολταϊκό φαινόμενο (1/3) Με την χρήση των φωτοβολταϊκών συστημάτων, η ηλιακή ενέργεια μπορεί να μετατραπεί απευθείας σε ηλεκτρική Η διαδικασία αυτή επιτυγχάνεται με τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, γνωστά και ως ηλιακά στοιχεία Η ονομασία ηλιακό στοιχείο χρησιμοποιείται για πολλά συστήματα μετατροπής ενέργειας αλλά και σε εξαρτήματα που παράγουν ηλεκτρισμό από την ηλιακή ακτινοβολία, ωστόσο ο όρος αναφέρεται συνήθως σε διατάξεις που παράγουν ηλεκτρισμό όταν προσπέσει σε αυτές φως Το φαινόμενο μετατροπής της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό λέγεται φωτοηλεκτρικό φαινόμενο 6

Φωτοβολταϊκό φαινόμενο (2/3) Τα ηλιακά στοιχεία μετατρέπουν απευθείας την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρισμό Το πρώτο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο ανακαλύφθηκε από τον Γάλλο φυσικό Ed. Bequerel Στα τέλη του 19ου αιώνα το φωτοβολταϊκό φαινόμενο εμφανίστηκε στην φωτογραφία και στα φωτοβολταϊκά 7

Φωτοβολταϊκό φαινόμενο (3/3) Το 1954 τα εργαστήρια Bell κατά την έρευνα τους για τρανζιστορ και ημιαγωγούς, κατασκεύασαν φωτοβολταϊκά στοιχεία που μετέτρεπαν το ηλιακό φως σε ηλεκτρισμό, με βαθμό απόδοσης ~6% Το διαστημικό πρόγραμμα ήταν η πρώτη εφαρμογή των ηλιακών στοιχείων, καθώς από το 1958 τα περισσότερα ηλεκτρονικά συστήματα των διαστημικών οχημάτων τροφοδοτούνται από ηλιακά στοιχεία Σήμερα η τεχνολογία εφαρμόζεται σε όλο τον κόσμο για άντληση νερού, φωτισμό, ψύξη και λειτουργία συστημάτων επικοινωνιών 8

Παγκόσμια παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας (1/2) Η παγκόσμια παραγωγή φωτοβολταϊκών στοιχείων αυξάνεται σταθερά τα τελευταία 20 χρόνια Από το 1982 τα φωτοβολταϊκά συστήματα παρουσιάζουν μέσο ετήσιο ρυθμό αύξησης 15%, ως αποτέλεσμα των μειώσεων του κόστους και των τεχνικών κατασκευαστικών βελτιώσεων των ηλιακών στοιχείων 9

Παγκόσμια παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας (2/2) 10

Εφαρμογές φωτοβολταϊκών συστημάτων (1/2) Περιοχές που δεν εξυπηρετούνται από τα δίκτυα Μεμονωμένες εγκαταστάσεις (κυρίως τηλεεπικοινωνιών) Αναπτυσσόμενες χώρες για την κάλυψη των αυξανόμενων ενεργειακών αναγκών Ναυτιλία και κτίρια 11

Εφαρμογές φωτοβολταϊκών συστημάτων (2/2) Το κόστος κατασκευής των φωτοβολταϊκών συστημάτων αναμένεται να μειωθεί σημαντικά μέχρι το 2030 12

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (1/16) Μια ηλιακή κυψέλη αποτελείται πάντα από δύο διαφορετικές στοιβάδες ημιαγωγού, και διαμορφώνεται έτσι στην κοινή περιοχή της μια ονομαζόμενη στοιβάδα φραγής Η στοιβάδα N στην απεικόνιση είναι πολύ λεπτή σε σύγκριση με την στοιβάδα P (περίπου 1 μm) και για αυτό μιλάμε για N και P τύπο 13

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (2/16) Σε κανονικές εντάσεις φωτισμού, πάνω σε δύο μεταλλικές επαφές μετράται μια συνεχής τάση από 0,5 ως 0,6 V, η οποία κατά την επαφή αντίστασης φορτίου R δίνει ρεύμα φορτίου Για προστασία από ζημιές και το εξωτερικό περιβάλλον η ευαίσθητη στο φως στοιβάδα καλύπτεται με μία προστατευτική στοιβάδα απ την οποία διέρχεται το φως 14

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (3/16) 15

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (4/16) Οι ακτίνες φωτός ελευθερώνουν ζεύγη φορέων φορτίου, δηλαδή θετικά (οπές) και αρνητικά φορτία (ηλεκτρόνια) Το δημιουργούμενο ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ του θετικού και αρνητικού νέφους χωρικού φορτίου επιταχύνει τα ηλεκτρικά φορτία Ο χώρος γύρω από τα ηλεκτρικά φορτία, στον οποίο υπάρχουν δυνάμεις από άλλα ηλεκτρικά φορτία, ονομάζεται ηλεκτρικό πεδίο Μέσω της διάχυσης των ηλεκτρικών φορτίων του P- αγωγού και των αρνητικών φορτίων (ηλεκτρονίων) του N- αγωγού στο εκάστοτε απέναντι στρώμα ημιαγωγού, δημιουργούνται εντός πολύ λεπτού οριακού στρώματος (στρώμα φραγμού) τα λεγόμενα νέφη χωρικών φορτίων, που προξενούν ένα ηλεκτρικό πεδίο 16

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (5/16) Τα ηλεκτρόνια διεισδύουν στην N-στοιβάδα που είναι ελεύθερη από στρώματα φραγμού, και τα θετικά φορτία (οπές) στην P-στοιβάδα, που είναι ελεύθερη από στρώματα φραγμού Το αποτέλεσμα είναι ότι μεταξύ της σύνδεσης δημιουργείται μια συνεχής τάση U0 Η συνεχής τάση έχει πάντα μια χρονικά σταθερή τιμή 17

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (6/16) Το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο είναι μια κβαντική διεργασία κατά την οποία απελευθερώνονται ηλεκτρόνια από μια επιφάνεια αγωγού όταν προσπέσει σε αυτή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συχνότητας τέτοιας ώστε τα ηλεκτρόνια να κατορθώσουν να υπερπηδήσουν το φράγμα δυναμικής ενέργειας που τα "εγκλωβίζει" στην επιφάνεια αυτή. Τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να παραχθεί ηλεκτρικο ρεύμα. 18

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (7/16) 19

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (8/16) Η ερμηνεία του φωτοηλεκτρικού φαινομένου έγινε το 1905 από τον A. Einstein που πήρε το βραβείο Nobel για αυτή του την εργασία. Για να ερμηνεύσει το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, ο Αϊνστάιν υπέθεσε ότι η ενέργεια ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος δεν είναι ισοκατανεμημένη στο κυματικό μέτωπο αλλά μεταφέρεται σε διακριτές ποσότητες που ονομάζονται φωτόνια. Η διαπίστωση αυτή αποτέλεσε, μαζί με την ερμηνεία της ακτινοβολίας του μέλανος σώματος από τον Πλανκ και την παρατήρηση του φαινομένου Compton το θεμέλιο της θεωρίας για τον κυματοσωματιδιακό δυισμό του φωτός αλλά και της πρώιμης Κβαντικής Μηχανικής. Έτσι ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα συχνότητας ν αποτελείται από μια δέσμη φωτονίων που όλα έχουν ενέργεια: E = h ν Η ολική ενέργεια της δέσμης που αποτελείται από φωτόνια είναι: E = n h ν 20

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (9/16) Ο Αϊνστάιν θεώρησε ότι κάθε φωτόνιο όταν δίνει την ενέργειά του τη δίνει ολόκληρη και μόνο σε ένα ηλεκτρόνιο κάθε φορά και επιπλέον μόνο εάν είναι αρκετή για να απελευθερώσει το ηλεκτρόνιο από τις ελκτικές δυνάμεις του μετάλλου. Έτσι από την ενέργεια του φωτονίου μέρος χρησιμοποιείται για να υπερνικηθούν οι ελκτικές δυνάμεις του μετάλλου και η υπόλοιπη μένει στο ηλεκτρόνιο ως κινητική ενέργεια. Έτσι έχουμε την ακόλουθη εξίσωση η οποία ονομάζεται και φωτοηλεκτρική εξίσωση του Einstein: h ν = EKmax + b 21

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (10/16) Κατά την λειτουργία ισχύει: Σε υψηλότερη φωτιστική ένταση αρχικά αυξάνεται πολύ το U0 και στην συνέχεια τείνει έναντι μιας οριακής τιμής Η ένταση ρεύματος βραχυκυκλώματος IΚ είναι ανάλογη προς το EV Η ηλεκτρική ισχύς P που παίρνουμε εξαρτάται από το EV, τη θερμοκρασία κυψέλης θ και από το μέγεθος της συνολικά ενεργής επιφάνειας, των ηλιακών κυψελών Α 22

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (11/16) 23

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (12/16) N Στοιβάδα: Αυτή είναι η στοιβάδα ενός υλικού ημιαγωγού με μορφή πλέγματος Κάθε άτομο του τετρασθενούς πυριτίου ημιαγωγού έχει σταθερές συνδέσεις με τέσσερα γειτονικά άτομα πυριτίου του πλέγματος Αν αντικαταστήσουμε ένα άτομο πυριτίου από το δικτύωμα με ένα πεντασθενές άτομο (πχ. Φωσφόρου ή αρσενικού) τότε ένα ηλεκτρόνιο αυτού του ατόμου περισσεύει και συνεχίζει να υπάρχει ως ελεύθερα κινούμενο ηλεκτρόνιο 24

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (13/16) P Στοιβάδα: Αυτή είναι η στοιβάδα αποτελείται από το ίδιο υλικό ημιαγωγού όπως και ο N-αγωγός Εδώ αντικαθιστώνται άτομα πυριτίου από το πλέγμα με τρισθενή ξένα άτομα (περίπου 1% πχ. Ίνδιο, Βόριο, Γάλιο κλπ) Στην περίπτωση αυτή λείπει ένα ηλεκτρόνιο στην αντίστοιχη θέση (ξένο άτομο) και δημιουργείται έτσι μια ονομαζόμενη οπή ηλεκτρονίων Το ξένο άτομο που στην εξωτερική στοιβάδα έχει ένα ηλεκτρόνιο λιγότερο, μπορεί να πάρει ένα ηλεκτρόνιο από ένα γειτονικό τετρασθενές άτομο του πλέγματος 25

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (14/16) Οπή: Είναι ένα άτομο του πλέγματος από το οποίο λείπει ένα ηλεκτρόνιο και το οποίο έτσι φορτίζεται θετικά Αυτές οι «οπές» συμπεριφέρονται ως ελεύθερα κινούμενα θετικά φορτία 26

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (15/16) Ηλιακό πλαίσιο (κυψέλες): Κατά κανόνα οι ηλιακές κυψέλες (στοιχεία, κύτταρα) συνδέονται εν σειρά (ηλιακό πλαίσιο), για να διατηρήσουν την απαραίτητη τάση πηγής Η ποσότητα των ηλιακών κυψελών που περιέχονται σε ένα πλαίσιο εξαρτάται από τον βαθμό απόδοσης της κυψέλης, από την ονομαστική ισχύ αιχμής και από την ονομαστική τάση 27

Λειτουργία φωτοβολταϊκών στοιχείων (16/16) Στα σημερινά ηλιακά πλαίσια παίρνει κανείς μια ηλεκτρική μέγιστη ισχύ της τάξης του 1 kw ανά 8 m 2 ενεργής επιφάνειας Με τον όρο μέγιστη ισχύς (μονάδα W p ) εννοούμε την μέγιστη ηλεκτρική ισχύ που μπορούμε να πάρουμε από μια φωτοβολταϊκή εγκατάσταση 28

Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (1/7) Είδη εγκαταστάσεων: Φ/Β εγκαταστάσεις συνδεδεμένες με το δίκτυο της περιοχής Αυτόνομες Φ/Β εγκαταστάσεις (ή σύστημα νησιού) χωρίς σύνδεση με το ηλεκτρικό δίκτυο Συνδυασμός των δύο συστημάτων Μια συνδεδεμένη Φ/Β εγκατάσταση παρουσιάζει ενδιαφέρον εφόσον η παραγόμενη ενέργεια πωλείται στο σύστημα Μια αυτόνομη Φ/Β εγκατάσταση έχει πολύ μεγάλο ενδιαφέρον στις περιπτώσεις που δεν υπάρχει δυνατότητα σύνδεσης με ηλεκτρικό δίκτυο 29

Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (2/7) Φ/Β εγκαταστάσεις συνδεδεμένες με το δίκτυο της περιοχής: Ηλιακή γεννήτρια (ηλιακό στοιχείο) Βάση συναρμολόγησης Αντίστροφο ανορθωτή δικτύου Μετρητή τροφοδοσίας ρεύματος 30

Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (3/7) 31

Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (4/7) Η Ηλιακή Γεννήτρια αποτελείται από ενωμένα μεταξύ τους ηλιακά πλαίσια. Ο αριθμός των πλαισίων και ο τρόπος σύνδεσης (σειριακά ή παράλληλα) εξαρτάται από την εκάστοτε ανάγκη απόδοσης, από την επιθυμητή ονομαστική τάση και από την αναμενόμενη ένταση του φορτίου του ρεύματος 32

Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (5/7) Η Βάση Συναρμολόγησης κατασκευάζεται από υλικά που δεν διαβρώνονται, όπως το αλουμίνιο, καθώς είναι εκτεθειμένη στις καιρικές συνθήκες Ανάλογα με τον τύπο που χρησιμοποιείται προσφέρονται στην αγορά οικονομικά, ευέλικτα συστήματα συναρμολόγησης 33

Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (6/7) Ο Κατευθυντήρας Εναλλαγής Δικτύου (αντίστροφος ανορθωτής δικτύου) αποτελεί το τμήμα καρδιά της δικτυωτής φωτοβολταϊκής εγκατάστασης Μετασχηματίζει το συνεχές ρεύμα σε εναλλασσόμενο, έτσι ώστε η συχνότητα, η στιγμιαία τιμή της εναλλασσόμενης τάσης και η θέση της φάσης της να συμφωνεί με την εναλλασσόμενη τάση του δικτύου 34

Φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις (7/7) Εάν κάποιο από τα μεγέθη αυτά δεν συμφωνεί με την εναλλασσόμενη τάση του δικτύου, τότε ο κατευθυντήρας εναλλαγής αποκόπτει την σύνδεση στο υπάρχον δίκτυο ενέργειας Οι απώλειες μέσω του αντίστροφου ανορθωτή είναι μικρές και υπάρχουν πλέον συστήματα με απόδοση >98% Ο Μετρητής Τροφοδοσίας Ρεύματος διατίθεται από τον ηλεκτρικό σταθμό διατίθεται και εγκαθίσταται στο ντουλάπι των απαριθμητών και καταμετρά την ποσότητα του ρεύματος 35

Εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων συνδεδεμένων στο ηλεκτρικό δίκτυο (1/2) Εξακρίβωση των ενεργειακών αναγκών σε KWh Διαστάσεις ηλιακής γεννήτριας Διαστάσεις άλλων συστατικών (διαπίστωση ύψους της συνεχούς τάσης, του μέγιστου φορτίου ρεύματος, εξακρίβωση των διατομών των αγωγών, επιλογή του κατάλληλου κατευθυντήρα εναλλαγής) Εκτίμηση κόστους 36

Εγκατάσταση Φ/Β συστημάτων συνδεδεμένων στο ηλεκτρικό δίκτυο (2/2) Ο σχεδιασμός γίνεται απλούστερος όταν υπάρχει επαρκής επιφάνεια διαθέσιμη σε στέγη ή σε πρόσοψη Οκτώ (8) m2 κατάλληλης επιφάνειας σε στέγη αποδίδουν 1000 Watts κατά μέσο όρο και μια ετήσια απόδοση ενέργειας ~950 kwh Μια κατάλληλη επιφάνεια σε στέγη έχει νότιο προσανατολισμό και παρουσιάζει μια βέλτιστη γωνία κλίσης, που εξαρτάται από τις συνθήκες της περιοχής 37

Σύνδεση φωτοβολταϊκών στοιχείων (1/2) Εάν συνδεθούν δύο πλαίσια 17,9 V/120 Wp τότε δίνουν 35,8 V/240 Wp Εάν συνδεθούν πέντε πλαίσια στη σειρά δίνουν 89,5 V/600 Wp Τα πλαίσια συνδέονται παράλληλα όταν πρέπει να επιτευχθούν υψηλότερες εντάσεις ονομαστικού ρεύματος Στην περίπτωση αυτή πρέπει να προβλεφθούν bypass δίοδοι για να διασφαλίζεται η συνεχής λειτουργία 38

Σύνδεση φωτοβολταϊκών στοιχείων (2/2) 39

Αυτόνομη Φ/Β εγκατάσταση (σύστημα νησιού) (1/3) Τα δομικά μέρη του συστήματος είναι (α) ηλιακή γεννήτρια, (β) βάση συναρμολόγησης, (γ) ρυθμιστής φορτίου και (δ) ηλιακός συσσωρευτής Στην περίπτωση που απαιτείται εναλλασσόμενη τάση συνδέεται κατευθυντήρας εναλλαγής στον συσσωρευτή Ο ρυθμιστής φορτίου αποτελεί το κεντρικό τμήμα μιας αυτόνομης Φ/Β εγκατάστασης και οδηγεί την παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια από την ηλιακή γεννήτρια στον συσσωρευτή ώστε να μην υπο ή υπερ- φορτιστεί 40

Αυτόνομη Φ/Β εγκατάσταση (σύστημα νησιού) (2/3) Μέσω του συσσωρευτή το ρεύμα δίνεται στην κατανάλωση όχι μόνο ημέρα αλλά και νύχτα Η ιδοκατανάλωση ρεύματος (~5 ma) του ρυθμιστή φορτίου είναι γενικά πολύ μικρή Ο ηλιακός συσσωρευτής χρειάζεται για την αποθήκευση της ενέργειας και οι ειδικοί συσσωρευτές που χρησιμοποιούνται (μπαταρίες μολύβδου-οξέων) έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής 41

Αυτόνομη Φ/Β εγκατάσταση (σύστημα νησιού) (3/3) 42

Σχηματικό διάγραμμα Φ/Β συστήματος για άντληση νερού 43

Τομή ηλιακού αυτοκινήτου που το σύστημα κίνησης τροφοδοτείται με Φ/Β στοιχεία 44

Οικιακό ηλιακό σύστημα. Παροχή ισχύος για κάλυψη απλών φορτίων ενός νοικοκυριού σε απομακρυσμένη περιοχή 45

Συμπεράσματα (1/2) Δεν προκαλούν ρύπανση στο περιβάλλον Δεν παράγουν απόβλητα Η πρώτη ύλη (ηλιακή ενέργεια) είναι ανεξάντλητη και χωρίς κόστος Δεν παρουσιάζουν θόρυβο Δεν έχουν κινητά μέρη, φθορές και βλάβες λόγω τριβών Έχουν συνεχή λειτουργία, χωρίς διακοπές λόγω συχνών βλαβών ή για συντήρηση Δεν απαιτούν ιδιαίτερη φροντίδα κατά την λειτουργία τους 46

Συμπεράσματα (2/2) Έχουν σημαντική διάρκεια ζωής, περίπου 30 χρόνια Είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για περιοχές όπου δεν υπάρχει δίκτυο Συμβάλλουν στην απεξάρτηση από το πετρέλαιο που ρυπαίνει το περιβάλλον και έχει αυξανόμενο κόστος Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας δεν επηρεάζεται από την θερμοκρασία του περιβάλλοντος 47

Τέλος Ενότητας 48

Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Σκόδρας Γεώργιος. «Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https:// eclass.uowm.gr/courses/mech244/ 49

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Όχι Παράγωγα Έργα Μη Εμπορική Χρήση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] h t t p ://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό 50

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 51