background image

Division of photovoltaic systems by the connection 

In terms of mode of operation, PV systems can be divided into: 

- autonomous (also called off-grid, stand-alone) 

- connected to the electrical network (on-grid) 

- hybrid. 

- they are usually installed in places where there is no available electrical distribution system (eg 

cottages, traffic lights, telecommunications equipment, monitoring devices in the terrain, garden 

lighting, illuminated signs) 

- solar panels supply energy to the whole system and are used as a basis for supply 
- battery supplies accumulated power for the appliance in case of the sudden consuming or when panels 

do not produce enough energy, for example in the time of low light or in the night 

- solar controller controls the battery charging and protects battery against the discharging 
- voltage converter - converts 12V or 24 V DC (from battery) to 230 V AC. 

Autonomous systems (off-grid, stand-alone) 

http://urobsisam.topky.sk/stavba-a-rekonstrukcia/instalacie-a-
rozvody/vsetko-o-vlastnej-fotovoltickej-elektrarni-1448.html

  

http://energyinformative.org/grid-tied-off-grid-and-

hybrid-solar-systems/

  

  

A - PV panel, 

B - inverter 

C - controller, 

D - battery 

background image

- they are applied in areas with a dense network of electrical wiring 
 
a) all the produced energy can be supplied to the grid 

Connected to the electrical network (on-grid) 

 

http://www.solar-electric.sk/Grafika%20WEB%201_page4.htm

 

http://www.solarenvi.sk/s5article6p.html

   

A – PV panel,  

B – striedač,  

C – napájací elektromer,  

D – odberný elektromer 

E – verejná sieť    

background image

b) the excess energy (the difference between production and consumption) can be supplied to the grid 

http://www.solar-electric.sk/Grafika%20WEB%201_page4.htm

 

http://www.solarenvi.sk/s5article6p.html

   

background image

- combination of off-grid and on-grid system 

Hybrid systems 

http://energyinformative.org/grid-tied-off-grid-and-hybrid-solar-systems/

 

http://www.solarenvi.sk/s5article5p.html

   

background image

Technical solutions  of PV power plants 

- installation of photovoltaic power plants can be divided according to three basic indicators: 

a) installed capacity 

- small systems - to 25 kWp (for example on the roof of the house) - connection to the low 

voltage network (1 kV) 

- medium systems - from 50 kWp to 250 kWp (for example on the roofs of industrial 

buildings) - connection to the medium voltage network (22 kV) 

- large systems - from 500 kWp (free areas) - to the medium voltage network (22 kV) 

- very large systems - from 5 MW (free areas) - to high voltage network (110 kV) 

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0196890408004615

  

background image

b) supporting structure 

- fixed (static) systems 

- trackers (1-axis, 2-axis) 

http://www.wholesalesolar.com/Information-SolarFolder/solar-panel-efficiency.html

  

http://solargis.info/doc/103

  

Optimal orientation of panels 

- SOUTH 

Optimal inclination: 

- depends on the season 

Comparison of power 

without and with trackers 

The movement of the sun across the sky at 50 ° 

north latitude 

background image

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php

  

http://www.joyce-energie.cz/fotovoltaika/vypocet-vykonu-vasi-fve/

  

Photovoltaic Geographical Information System 

background image

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php

  

http://www.joyce-energie.cz/fotovoltaika/vypocet-vykonu-vasi-fve/

  

Photovoltaic Geographical Information System 

background image

c) location 

- roofs of buildings 

- integration into the building envelope 

- free areas 

http://www.pvresources.com/PVPowerPlants/Top50.aspx

 

background image

10 

Concentrated Photovoltaic Technology 

- is when sunlight is concentrated into a small area of PV cells in order to generate 

electricity, by using optics such us curved mirrors or lenses 

http://www.ires.ma/sites/default/files/rencontresetdebats/pdf_cpv_storage_grid_sergio_asenjo_rev_1_0.pdf

 

http://rge360.com/cpv

 

background image

11 

background image

12 

http://www.ekobydleni.eu/solarni-energie/zenithsolar-solarni-system-s-nejvetsi-ucinnosti-na-svete

 

- it is a combination of CPV system in which solar energy is concentrated by lenses or 

mirrors and so-called hybrid cell, which combines solar collectors for hot water and 

photovoltaic panels for electricity. A significant efficiency was achieved (75%). 

Currently, the company ZenithSolar installed the first systems in Kibbutz Yavne in central Israel. 

Hybrid concentrated photovoltaic and thermal system 

background image

13 

Evolution of global PV installed capacity 

http://wacleantech.org/2013/08/solar-pv-capacity-expands-quickly-when-states-provide-the-right-incentives/

  

background image

14 

http://globalwarmingisreal.com/2012/09/24/why-germany-owns-13-of-the-worlds-photovoltaics/

  

http://cleantechnica.com/2013/05/13/european-global-solar-pv-2012-2017-epia-report/

 

background image

15 

http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/statistical-review-of-world-energy-2013/review-by-energy-type/renewable-energy/solar-energy.html

 

Solar power starts to show up at scale 

New installations 

totalling 30.2 GW in 2012 

took global solar power generating capacity to 100 GW by year-end, a 43.3% 

increase versus the end of 2011.  Capacity has grown more than ten-fold over the past 5 years.  

More than half of the growth in capacity was in Europe, led by 

Germany (7.6 GW)

 and Italy 

(3.4 GW)

. Germany remains the 

world leader for cumulative installed capacity (32.6 GW), with Italy (16.2 GW) in second place. 

China

, already the leading manufacturer of solar PV, has started to develop its domestic solar market, adding 

5 GW 

in 2012. The 

US

 also saw strong growth in 2012, adding 

3.3 GW

Solar power generation enjoyed another year of very rapid growth in 2012, with a 58% increase. Its overall share of renewable 

power remains low (8.9%), but 2012 confirmed the arrival of solar power at scale, contributing 24.4% of the growth of 

renewable power in 2012. 

background image

16 

http://i2.wp.com/cleantechnica.com/files/2013/05/cumulative-solar-PV-capacity-europe.png

 

background image

17 

http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_photovoltaic_power_stations

  

background image

18 

http://c1cleantechnicacom.wpengine.netdna-cdn.com/files/2012/05/2012-05-25-Germany-PV-Solar-Record.jpg

 

background image

19 

http://www.statista.com/markets/5/energy-utilities/chart/1576/chinese-solar-photovoltaic-production-soars/

 

background image

20 

http://cleantechnica.com/2013/05/11/solar-
module-manufacturing-trends-in-2012/

 

 
http://www.greentechmedia.com/articles/read/chin
a-eu-reach-solar-module-trade-dispute-settlement

 

background image

21 

http://www.seia.org/policy/solar-technology/photovoltaic-solar-electric

 

background image

22 

http://www.pv-system-tech.com/market/market-situation-and-forecasts/

  

background image

23 

The price of solar photovoltaic cells has 

dropped 99% in the past quarter century. So 

in an increasing number of markets around the 

country, solar is at or very close to grid parity. 

http://theenergycollective.com/josephromm/285416/must-see-chart-cost-pv-cells-has-dropped-amazing-99-1977-bringing-solar-power-grid

 

background image

24 

http://gramwzielone.pl/energia-sloneczna/7243/polski-rynek-fotowoltaiczny-w-liczbach

 

Przyrost mocy zainstalowanej oraz dane sprzedażowe za rok 2012 w Polsce 

background image

25 

http://gramwzielone.pl/energia-sloneczna/7243/polski-rynek-fotowoltaiczny-w-liczbach

 

 Panele PV na polskim rynku ze względu na kraj produkcji 

background image

26 

5.2.2 The conversion of solar energy into electricity indirect form 

(solar-thermal power plants) 

Thermal solar tower 

- solar towers use a circular array of the large mirrors (heliostats) that are rotated towards the 

sun and they concentrate the rays into a focus of the central tower. 

- absorbed heat is conveyed to the liquid from which the steam generator produces steam 

driving the turbine, generating electricity. 

- rotation is controlled by computer and 2-axial device ensures that the mirrors constantly direct 

the rays into focus of the tower. 

- circulating liquid in the absorber heat also the thermal reservoir from which heat is taken not 

only for electricity but also for industrial applications. 

- temperature range, which is achieved in an absorber is from 530 °C to 1480 °C 

http://www.oze.stuba.sk/oze/slnecna-energia/

 

Schematic view of solar tower power plant 

background image

27 

background image

28 

Solar power tower near Seville in Spain PS 20 

- the PS20 plant generates 20 megawatts (MW) of electricity, 
- at the PS20 plant each heliostat is 120 m

2

, which gives the entire heliostat field a massive 

area of 155,000 m

2

- each heliostat tracks the sun throughout the day on two axes and concentrates the 

radiation onto a receiver located on the upper part of the 162 m tower.  

- the receiver converts 92% of received sunlight into steam which is piped down to a turbine 

driven generator at the base of the tower

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032112002250

 

background image

29 

Linear parabolic mirrors 

 

- the liquid (eg, oil) is flowing in pipes and heats to nearly 400 °C by using mirrors Sun, 
- the liquid is pumped through a heat exchanger, the steam with high temperature drives a 

turbine, the generator is producing an electricity. 

- pipe at the focus of parabolic mirrors is made ​​of glass and the whole system is rotated 

towards the sun 

- as the heat transfer medium is used oil.  

background image

30 

Solar Energy Generating Systems (SEGS) in California (Mojave Desert) - 354 MW 

 

- the facilities have a total of 936 384 mirrors and cover more than (647.5 ha) 

 

background image

31 

Parabolic mirrors 

 

- these systems use a set of parabolic mirrors in the shape of plates (similar to satellite 

antennas) that concentrate the solar radiation to the absorber which is placed at the focus of 

plate. 

- the liquid in the absorber is heated up to 1000 °C, which is used directly to generate 

electricity in a small turbine (e.g. Stirling engine) attached to the absorber 

- advantage of these devices is their modular character, allowing their use in remote locations. 
- power of the unit is about 10-25 kWe, mirror diameter is about 10 m 
- parabolic mirrors are the most efficient solar power generation equipments due to high 

optical efficiency and low energy losses. 

background image

32 

http://www1.eere.energy.gov/solar/sunshot/csp_sunshotrnd_anl.html

 

background image

33 

Solar chimney power plant 

 

- principle of operation of solar chimney power plant is the heating of the air under 

greenhouses (glass, polycarbonate, foil). 

- sun-heated air creates air flow that rises through the chimney towards upward and rotates 

the turbine at the bottom of the chimney 

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X09001200

  

http://www.cez.cz/edee/content/microsites/solarni/k23.htm

  

background image

34 

- in 1982 in Manzanares, about 150 km south of 

Madrid was built solar chimney power plant 

- on the area of ​​46 000 m2 was created low glazed 

energy collector, based on the greenhouse 

phenomenon. 

- chimney height 195 m, diameter 10 m. 
- power of the experimental plants was only 50 kW. 

The project was completed in the year. 1989, when 

the chimney was damaged in a storm. 

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038092X09001200

  

http://www.cez.cz/edee/content/microsites/solarni/k23.htm

  

Currently is under construction chimney power 

plant in Australia 
- height of chimney : 1000 meters 
- diameter of chimney: 150 meters 
- diameter of collector: 5000 meters 
- power: 200 MW 

Arizona 
- power: 200 MW 

background image

35 

5.2.3 The conversion of solar energy into thermal energy 

Solar radiation incident on the 

collector absorber 

is transformed into heat, which 

accumulates and transmits heat transfer liquid flowing in a stainless steel absorber collector.  
Accumulated energy is passed through a heat transfer medium to heated water in the 

heat 

exchanger

. The 

expansion reservoir 

keeps uniform pressure and balances the changes in 

fluid volume. Automatic operation provides electronic control that switch off and switch on 

the 

circulation pump

. During cloudy days the water is heated by the electric heater, 

boiler

or other heat source. 

1 solar collectors 
2 reservoir with heat exchanger 
3 expansion reservoir 
4 circulation pump 
5 regulation 
6 boiler
 

background image

36 

http://www.mtecology.com/produkty/kolektory-sloneczne/

  

background image

37 

Kolektory płaskie czy próżniowe? 

http://www.youtube.com/watch?v=NDCewYLq2lU

 

background image

38 

Jak dobrać odpowiedni zbiornik CWU 

http://www.youtube.com/watch?v=KwIYRxceXgg

 

background image

39 

Montaż kolektorów słonecznych 

http://www.youtube.com/watch?v=z8yOkoxZ8MQ

 

background image

40 

Sterowniki i regulatory solarne 

http://www.youtube.com/watch?v=nVLoZgis9GY