Budowa i Zasada Działania Fotoogniwa

BUDOW

A I ZA

SADA

DZIAŁ

ANIA

FOTOO

GNIWA

Ewelina Czudowska
Artur Bejda

Alternatywne Źródła Energii

Państwowa Szkoła Wyższa im. Papieża Jana Pawła II

w Białej Podlaskiej

CO TO SĄ FOTOOGNIWA?

Urządzenia przetwarzające energię
słoneczną w energię elektryczną.
Urządzenia te nazywamy fotoogniwami
bądź modułami fotowoltaicznymi.

Alternatywne Źródła Energii - "Budowa i zasada działania fotoogniwa" - E. Czudowska, A. Bejda

JAK DZIAŁAJĄ FOTOOGNIWA?

Działanie i budowa jest bardzo prosta
gdyż opiera się bowiem na płytkach
zwanych ogniwami wytworzonych z
krzemu. Ogniwa o wymiarach ok.15x15
cm łączy się
ze sobą, a następnie
zamyka w aluminiowej
ramie pokrywając od
przodu hartowanym
szkłem.

Alternatywne Źródła Energii - "Budowa i zasada działania fotoogniwa" - E. Czudowska, A. Bejda

Ogniwo  fotowoltaiczne  składa  się  z  płytki  z
półprzewodnika  posiadającej  złącze  P  (positive)
-  N  (negative).  W  strukturze  takiej  występuje
pole  elektryczne  (bariera  potencjału).  W  chwili,
gdy  na  ogniwo  pada  światło  słoneczne,
powstaje

para

nośników

przeciwnych

ładunkach  elektrycznych,  elektron  -  dziura,
które  zostają  następnie  rozdzielone  przez  pole
elektryczne. Rozdzielone ładunki powodują, iż w
ogniwie  powstaje  napięcie.  Po  dołączeniu
obciążenia  (urządzenia  pobierającego  energię)
następuje przepływ prądu elektrycznego.

BUDOWA I DZIAŁANIE FOTOOGNIW

Alternatywne Źródła Energii - "Budowa i zasada działania fotoogniwa" - E. Czudowska, A. Bejda

BUDOWA I DZIAŁANIE FOTOOGNIW

elektroda dodatnia

elektroda ujemna

półprzewodn

typu p

półprzewodnik

typu n

bateria

potencjału

Alternatywne Źródła Energii - "Budowa i zasada działania fotoogniwa" - E. Czudowska, A. Bejda

Podstawowym parametrem fizycznym
cechującym ogniwo słoneczne jest jego
sprawność.



Około1960 roku ogniwa miały 19 mm średnicy, a ich
sprawność wynosiła 6 do 7%.



W pięć lat później sprawność wzrosła do 9%, średnica do
30 mm, średnia moc do 2,5W.



Trzecia generacja ogniw pojawiła się w latach 70-tych.
Średnica wynosiła 57 mm, sprawność zaś 12,5%.



Dziś sprawność ogniw słonecznych osiąga ponad 25%.

SPRAWNOŚĆ FOTOOGNIW

FOTOOGNIWA - PRODUKCJA



monokrystaliczne,



polikrystaliczne,



amorficzne (a-Si),

Istnieje kilka typów fotoogniw produkowanych z
krzemu:

FOTOOGNIWA - PRODUKCJA



ARSENEK GALU GaAs– najkorzystniejszy ze względu na
dopasowanie czułości do widma promieniowania
słonecznego. Mają zatem największe sprawności ale też
najwyższy koszt. Stosowane są w przemyśle kosmicznym.



TELLUREK KADMU CdTe – technologia bardzo prosta. Pracuje
w złączu z siarczkiem kadmu CdS, jednak z racji znacznej
szkodliwości (trujący) nie jest akceptowalny społecznie.



POLIMERY – z naprzemiennymi wiązaniami chemicznymi
pojedynczymi i podwójnymi mają strukturę podobną do
półprzewodnika (polimery przewodzące). Są bardzo tanie w
produkcji, elastyczne. Sprawności rzędu 3 – 5 %.

ZALETY INSTALACJI FOTOWOLTAICZNYCH



żadne paliwo nie jest potrzebne,



żywotność 20 – 30 lat,



ich sprawność nie zmniejsza się wraz z
upływem czasu,



brak kosztów eksploatacji,



w czasie produkcji energii nie powstają
żadne szkodliwe odpady
zanieczyszczające środowisko

PRZYKŁADOWE RODZAJE SYSTEMÓW
FOTOWOLTAICZNYCH

a)Systemy podłączone do
sieci energetycznej;

b)Systemy autonomiczne
(wyspowe) bez
podłączenia z siecią
energetyczną;

Systemy fotowoltaiczne można podzielić na dwie główne grupy:

Alternatywne Źródła Energii - "Budowa i zasada działania fotoogniwa" - E. Czudowska, A. Bejda

SYSTEM PODŁĄCZONY DO SIECI
ENERGETYCZNEJ

MODUŁ FOTOWOLTAICZNY

Produkuje prąd
stały o niskim
napięciu.

PRZETWORNICA

Zmienia prąd
stały o niskim
napięciu w prąd
zmienny o
napięciu ~230V.

CTR CTR

2 LICZNIKI PRĄDU

Jeden wskazuje
ilość energii
wyprodukowanej
z systemu
fotowoltaicznego
drugi określa
całkowitą
ilość zużytej
energii.

Alternatywne Źródła Energii - "Budowa i zasada działania fotoogniwa" - E. Czudowska, A. Bejda

SYSTEM AUTONOMICZNY (WYSPOWY) BEZ
PODŁĄCZENIA Z SIECIĄ ENERGETYCZNĄ

MODUŁ FOTOWOLTAICZNY

Produkuje prąd
stały o niskim
napięciu.

PRZETWORNICA

Zmienia prąd
stały o niskim
napięciu w prąd
zmienny o
napięciu ~230V.

REGULATOR
ŁADOWANIA

Zabezpiecza
akumulator
przed
Przeładowaniem.

AKUMULATOR

Gromadzi prąd
stały
wyprodukowany
z modułów do
późniejszego
użycia.

RŁ

AKU

Alternatywne Źródła Energii - "Budowa i zasada działania fotoogniwa" - E. Czudowska, A. Bejda

SYSTEM AUTONOMICZNY (WYSPOWY) Z DOŁĄCZONĄ
TURBINĄ WIATROWĄ BEZ PODŁĄCZENIA Z SIECIĄ
ENERGETYCZNĄ-SYSTEM HYBRYDOWY

MODUŁ FOTOWOLTAICZNY

Produkuje prąd
stały o niskim
napięciu.

PRZETWORNICA

Zmienia prąd
stały o niskim
napięciu w prąd
zmienny o
napięciu ~230V.

REGULATOR
ŁADOWANIA

Zabezpiecza
akumulator
przed
przeładowaniem.

AKUMULATOR

Gromadzi prąd
stały
wyprodukowany
z modułów do
późniejszego
użycia.

RŁ

AKU

TURBINA WIATROWA

Wytwarza prąd
stały o niskim
napięciu.

Alternatywne Źródła Energii - "Budowa i zasada działania fotoogniwa" - E. Czudowska, A. Bejda

SYSTEM WYSPOWY Z PODŁĄCZENIEM
DO PUBLICZNEJ SIECI ENERGETYCZNEJ

MODUŁ FOTOWOLTAICZNY

Produkuje prąd
stały o niskim
napięciu.

PRZETWORNICA

Zmienia prąd
stały o niskim
napięciu w prąd
zmienny o
napięciu ~230V.

PRZETWORNICA DWUKIERUNKOWA

Służy do
ładownia
akumulatorów
i synchronizacji
ich pracy z siecią
wewnętrzną
budynku.

AKUMULATOR

Gromadzi prąd
stały
wyprodukowany
z modułów do
późniejszego
użycia.

AKU

Document Outline