Bilans energetyczny ogniw

słonecznych i paliwowych.

Małgorzata Ciszewska

gr A2

Ogniwa słoneczne



Budowa



płytka półprzewodnikowa z
krzemu krystalicznego lub
polikrystalicznego, z
uformowaną barierą
potencjału ( np. złącze p – n )



grubość: 200 – 400
mikrometrów



Na przednią i tylnią stronę
płytki naniesione metaliczne
połączenia ( kontakty )



Pod wpływem promieniowania

słonecznego absorbowanego przez

przewodnik z barierą potencjału

( złącze p – n, pin, heterozłącze … )

następuje generacja ujemnego

(elektron) i dodatniego (dziura)

ładunku. Kiedy dołączymy obciążenie

zaczyna przepływać przez nie prąd i

wykonywana jest praca.

Typy ogniw w zależności
od użytego materiału



Ogniwa fotowoltaiczne z krzemu
monokrystalicznego



Ogniwa fotowoltaiczne z krzemu
polikrystalicznego



Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne z
krzemu amorficznego



Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne ze
związków półprzewodnikowych:



CdTe (tellurek kadmu)



CIS (selenek indowo – miedziowy – CIS)



Ogniwa z krzemu
monokrytaliczneg
o wykonane z
okrągłych płytek,
następnie
przycinane w
kwadraty i
łączone w moduły



Pojedyncze ogniwo
produkuje ok. 1 – 2 W



Dla uzyskanie
większych napięć lub
prądów łączone są
szeregowo lub
równolegle tworząc
moduł



Moduły zawierają 18 –
180 ogniw



Trwałość modułu: 20 –30 lat



Moc modułu wyrażana w watach mocy
pikowej (Wp)



Moc pikowa: moc dostarczana w warunkach
standardowych ( promieniowanie słoneczne
o mocy 1000 W/m

2

, 25

o

C)

wynosi zwykle 30 – 120 Wp



Sprawności modułu z:



krzemu krystalicznego: 16%
(najbardziej
zaawansowane), najczęściej
spotykane: 11% - 13%



krzemu amorficznego: 4% -
8%

Moduły do zastosowań

kosmicznych mają
sprawności powyżej 20% i
zawierają ogniwa
słoneczne z AsGa o
sprawności 30%



Zwrot kosztów
energii

:



2 – 6 lat



1 – 3 lat

Zastosowa
nia

Elektronika powszechnego użytku

Systemy wolnostojące

Systemy dołączone do sieci
elektroenergetycznej

Rozwój w świecie

Rozwój w UE

Elektrownie słoneczne



W Geiseltasee uruchomiono
28 lipca 2004 roku elektrownię
o mocy 4MW (25000
modułów)



W Espenhain elektrownia o
mocy 5MW



Do połowy 2005 roku
planowane jest zakończenie
inwestycji budowy systemu 4
połączonych ze sobą
elektrowni o łącznej mocy 10
MW. Inwestycja ta kosztuje ok.
50 mln euro.



Są trzy rodzaje używanych
kolektorów:



Płaskie (z jednego m

2

: 700 –

900 kWh energii cieplnej)



Próżniowe (z jednego m

2

: 900

– 1300 kWh energii cieplnej)



rurowe



Koszt instalacji solarnej do
przygotowania ciepłej
wody dla 4 osób: 12000 –
16000zł.

Ogniwa paliwowe



Przekształcają
energię chemiczną
paliwa bezpośrednio
w energię
elektryczną i ciepło



Podstawowe
elementy składowe:



Zbiornik na paliwo



Anoda



Membrana z
katalizatorem i katoda



Produkują energię elektryczną wykorzystując paliwo

dostarczane w sposób ciągły do jednego z półogniw

(anody), natomiast tlen lub powietrze (jako utleniacz)

jest doprowadzany do drugiego z półogniw (katody)



Paliwem może być bezpośrednio wodór lub związek

zawierający duże ilości tego pierwiastka (gaz ziemny,

metanol)



Pracują bez przerwy jeśli dopływ wodoru i tlenu jest

ciągły



Reakcje zachodzą w nich w temperaturze 80 – 90

stopni Celsjusza



Wykonywane są najczęściej z modułów o mocy 5W – 50

kW

Typy ogniw paliwowych



AFC – Alkaliczne ogniwo paliwowe



PAFC – ogniwa paliwowe z kwasem fosforowym



SOFC – ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem



MCFC – ogniwa paliwowe ze stopionym węglem



PEMFC – ogniwa paliwowe z wymienną
membraną



DMFC – metanolowe ogniwa paliwowe z
bezpośrednim zasilaniem



RFC – regenetarywne ogniwa paliwowe

Parametry ogniw
paliwowych

Typ
ogniwa
paliwo
wego

Elektrolit

Temperatura
pracy

Zastosowanie

Moc

AFC

KOH

60

0

C +

120

0

C

wojskowe,
kosmiczne

 

PAFC

stężony
H

3

PO

4

160

0

C +

220

0

C

systemy
energetyczne,
ciepło odpadowe,
T<180

0

C

11 MW

MCFC

węglany:
LiCO

3

K

2

CO

3

600

0

C +

650

0

C

systemy
energetyczne,
ciepło odpadowe,
wysoka
temperatura,
produkcja energii
elektrycznej

100 + 250
kW
półtechnika

SOFC

stały
ceramiczny:
ZrO

2

, Y

2

O

3

900

0

C +

1000

0

C

systemy
energetyczne,
produkcja energii
elektrycznej

3 + 25 MW



Ogniwa zestawione powyżej
możemy również podzielić w
następujący sposób (zależny od
temperatury pracy):



Wysokotemperaturowe ogniwa
paliwowe



PAFC, MCFC, SOFC



Niskotemperaturowe ogniwa paliwowe



Obecnie istniejące jednostki
osiągają sprawności 40% - 55%
(przewidywana sprawność 65%)



Pojedyncza cela ogniwa wytwarza
napięcie rzędu 1V, dlatego są one
łączone w zespoły składające się z
kilkudziesięciu do kilkuset ogniw.

Wykorzystanie



Elektrownie (w okolicach Tokio
elektrownia o mocy 11MW)



Napęd samochodów (sprawność
ok. 30%)



Ciepło odpadowe (w ogniwach
MCFC i SOFC) do celów grzewczych



miniciepłownie

Zalety



nie wytwarzają substancji odpadowych i hałasu, całkowita
emisja zanieczyszczeń ograniczona jest do kilku ppm. Mają

także najniższą emisję dwutlenku węgla



mogą być zasilane różnymi rodzajami paliwa. Gaz ziemny

ulega konwersji w samym ogniwie



mogą być szybko dostosowywane do zmiennego

zapotrzebowania na energię



mają stałą i niezależną od obciążenia sprawność



łatwe instalowanie i całkowita automatyzacja pracy

Wady



stosunkowo wysoki koszt inwestycyjny



ograniczony czas pracy ogniwa (do około 40
000 h)



wrażliwość na zanieczyszczenie paliwa (w
różnym stopniu, zależnie od typu ogniw)



www.kolektory.z.pl



www.energiasloneczna.com



www.photon-magazine.com/news/news_2005-01_eu%20m
ichelin.html



http://sunflowerfarm.net



http://greenworld.serwus.pl/



http://www.egospodarka.pl/article/view/4895/1/15



http://www.newenergy.org



http://www.pv.pl