Φωτοβολταϊκά

ΦωτοβολταϊκάΣυστήματα που μετατρέπουν την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική με χρήση ημιαγωγών.

Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ

Φωτοβολταϊκά


Φωτοβολταϊκά – Χαρακτηριστικά ημιαγωγών

Τα κυριότερα ημιαγώγιμα υλικά είναι το Γερμάνιο (Ge), το Πυρίτιο (Si) και το Σελήνιο (Se).

Το πυρίτιο βρίσκεται σε μεγαλύτερη αφθονία στη φύση (25%) μετά το Οξυγόνο (50%).


Φωτοβολταϊκά - Ημιαγωγοί Το άτομο του πυριτίου στην στοιβάδα σθένους περιέχει 4

ηλεκτρόνια. Για να συμπληρώσει τη στοιβάδα σθένους του με 8 ηλεκτρόνια, κάθε άτομο πυριτίου συνεργάζεται με άλλα 4 άτομα, που το περιβάλλουν στο χώρο και συνεισφέρουν ανά δύο από ένα ηλεκτρόνιο.



Φωτοβολταϊκά - ΗμιαγωγοίΣτους ημιαγωγούς τα ηλεκτρόνια σθένους συνδέονται σχετικά χαλαρά

με τον πυρήνα, χωρίς να έχουν την ευκινησία των ηλεκτρονίων των αγωγών.

Αν ένα ηλεκτρόνιο πάρει με κάποιον τρόπο πρόσθετη ενέργειας, τότε μπορεί να σπάσει τους δεσμούς του με τον πυρήνα και να φύγει απ΄ αυτόν.

Η θέση από την οποία φεύγει το ηλεκτρόνιο είναι περιοχή με ηλεκτρονικό έλλειμμα, παρουσιάζει θετικό φορτίο ίσο με αυτό του ηλεκτρονίου και ονομάζεται οπή

Την πρόσθετη ενέργεια που πρέπει να πάρουν τα ηλεκτρόνια, για να φύγουν από το άτομο, μπορούμε να την προσφέρουμε με θερμότητα ή με φωτισμό.

Φωτοβολταϊκά – Επαφή p-n Ορθή πόλωση διόδου→ αντίσταση 10Ω Ανάστροφη πόλωση διόδου→αντίσταση10 ΜΩ


Φωτοβολταϊκά-Επαφή p-n Aνάστροφο ρεύμα κόρου

Όπου V η τάση στα άκρα της διόδου, γ συντελεστής κατασκευής της διόδου (1-2), k σταθερά Boltzmann και T η θερμοκρασία


Φωτοβολταϊκά- Το φαινόμενο Η εκδήλωση διαφοράς δυναμικού στις δυο όψεις του

φωτιζόμενου φωτοβολταϊκού αποτελεί το φωτοβολταϊκό φαινόμενο.

Δεν είναι δυνατή η απορρόφηση του συνόλου της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει. Ένα μέρος ανακλάται Απορροφάται η ενέργεια των φωτονίων που είναι

μικρότερη από το ενεργειακό διάκενο του ημιαγωγού Ένα μέρος της ακτινοβολίας διαπερνά το υλικό και

απλά το θερμαίνει.


Φωτοβολταϊκά- Hλιακή ακτινοβολία Η ενέργεια ενός φωτονίου είναι:

Για ενεργειακό διάκενο Εg:

H ροή των φωτονίων (Η, η ένταση ακτινοβολίας, h η σταθερά του Plank)


hcE h

1.238g

gE

h

Φωτοβολταϊκά- Hλιακή ακτινοβολία Η απορρόφηση της ηλιακής

ακτινοβολίας δίνεται από την εξίσωση:

όπου α ο συντελεστής απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας σε (m-1)

Για x=0 έχουμε απορρόφηση Φο


Φωτοβολταϊκά- Hλιακή ακτινοβολία Μεταβολή του α με το μήκος κύματος


Φωτοβολταϊκά- Το φωτόρευμα Το φωτόρευμα είναι ανάλογο προς τα

φωτόνια που απορροφά το στοιχείο.

Φασματική απόκριση S: το πλήθος των φορέων που συλλέγονται στα άκρα σε σχέση με τη φωτονική ροή


Φωτοβολταϊκά- Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά


Η λειτουργία του φ/β ως διόδου:



Σε συνθήκες ανοιχτού κυκλώματος δημιουργείται τάση ανάμεσα στις 2 όψεις του στοιχείου που να δημιουργεί ρεύμα που αντισταθμίζει το φωτόρευμα:



Σε συνθήκες βραχυκύκλωσης το ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι:

Σε οποιαδήποτε άλλη κατάσταση το ρεύμα είναι:

Φωτοβολταϊκά- Συντελεστής πλήρωσης FF


O συντελεστής πλήρωσης ορίζεται ως:

Φωτοβολταϊκά- Συντελεστής απόδοσης


O συντελεστής απόδοσης ορίζεται ως:



Η μεταβολή του συντελεστή απόδοσης με τη θερμοκρασία:



Η τάση των φ/β μεταβάλλεται μη γραμμικά σε συνάρτηση με την ένταση του ρεύματος.

Για σταθερές συνθήκες ακτινοβολίας αλλά μεταβαλλόμενη αντίσταση κυκλώματος η τάση και η ένταση του ρεύματος παίρνουν ενδιάμεσες τιμές μεταξύ 0 - Voc και 0 – Ιsc αντίστοιχα.

Φωτοβολταϊκά- Μεταβαλλόμενες συνθήκες


Φωτοβολταϊκά πλαίσια Μονοκρυσταλλικά Πολυκρυσταλλικά Άμορφο πυρίτιο


Φωτοβολταϊκά πλαίσια Τα Φ/Β πλαίσια αποτελούνται από κατάλληλα

επεξεργασμένους δίσκους πυριτίου που βρίσκονται ερμητικά σφραγισμένοι μέσα σε πλαστική ύλη για να προστατεύονται από τις καιρικές συνθήκες.

Η μπροστινή όψη του πλαισίου προστατεύεται από ανθεκτικό γυαλί.

Η κατασκευή αυτή, που δεν ξεπερνά σε πάχος τα 4 με 5 χιλιοστά του μέτρου, τοποθετείται συνήθως σε πλαίσιο αλουμινίου, όπως στους υαλοπίνακες των κτιρίων.

Τα εσωτερικά είναι διασυνδεδεμένα εν σειρά και παραλλήλω ανάλογα με την εφαρμογή.


Φωτοβολταϊκά πλαίσια


Electrical Characteristics

Models A-130 A-120 A-85 A-75 A-60 A-55 A-20 A-10 A-5

Material Mono Mono Mono Mono Mono Mono Poly Poly Poly

Maximum power (W) 130 120 85 75 60 55 20 10 5 Number of cells 36 36 36 36 36 33 36 36 36 Maximum power current (A) 7,54 7,1 4,9 4,4 3,55 3,55 1,18 0,59 0,29 Maximum power voltage (V) 17,2 16,9 17,3 17 16,9 15,49 17 17 17 Short circuit current (A) 8,1 7,7 5,2 4,8 3,85 3,85 1,31 0,62 0,31 Open circuit voltage (V) 21,3 21 21,2 21 21 19,25 21 21 21

Physical Characteristics

Length [mm] 1477 1477 1200 1200 1026 946 497 404 259 Width [mm] 660 660 526 526 503 503 415 259 231 Thickness [mm] 35 35 35 35 35 35 20 20 20

Weight [kg] 11,9 11,9 8,2 8,2 6 5,5 3 2 1,2

Τυπικές αξίες πίνακα στα 100 mW/cm², AM 1.5 sprum, 25 Κλιμακωμένη θερμοκρασία κελιών (+ 0,5

Κλιμάκωση)

Φωτοβολταϊκά πλαίσια –απόδοση Ο συντελεστής απόδοσης είναι ο

λόγος της ενέργειας που παράγεται από το φ/β προς την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία


Φωτοβολταϊκά πλαίσια –απόδοση Ο συντελεστής απόδοσης εξαρτάται

από την κάλυψη των φ/β πλαισίων:


Φωτοβολταϊκά πλαίσια – επίδραση θερμοκρασίας και ρύπανσης


Φωτοβολταϊκά πλαίσια – Ισχύς αιχμής Η ισχύς αιχμής είναι η ισχύς του φ/β

πλαισίου όταν προσπίπτει σε αυτό ηλιακή ενέργεια 1 W/m2.


Τοποθέτηση φ/β συστοιχιών Κάθε φ/β πλαίσιο πρέπει να έχει

ανοικτό ορίζοντα. Σε μια τοποθεσία με γ.π. π ﾟ υπάρχει

ανοικτός ορίζοντας όταν η γωνία του ύψους βε των γειτονικών συστοιχιών ικανοποιεί τη σχέση:

23Η


Φ/Β συστήματα συνδεδεμένα με το δίκτυο

23Η


Αυτόνομα Φ/Β συστήματα Ένα ολοκληρωμένο σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής

ενέργειας με φωτοβολταικά αποτελείται από τα ακόλουθα:

Τα φωτοβολταικά πλαίσια Ρυθμιστή φόρτισης -(charge controller) Μπαταρία – Battery Αναστροφέας – Inverter Ηλεκτρικά φορτία εναλλασσόμενης τάσης Ηλεκτρικά φορτία συνεχούς τάσης

23Η


Documents

Φωτοβολταϊκά