12/4/2018 SKIS - 2013/14. 1

2018/19.

Solarne komponente i sistemi

VII semestar – 2+1+2 – 6 kreditaModul E – 2OEE7O02

Modul US – 2OEU7A05 Modul EKM – OEM7O04

Prof.dr Dragan Pantić, kabinet 337, dragan.pantic@elfak.ni.ac.rsProf. dr Dragan Mančić, kabinet 106, dragan.mancic@elfak.ni.ac.rs

Dr Sanja Aleksić, kabinet 347, sanja.aleksic@elfak.ni.ac.rsDipl. inž. Igor Jovanović, kabinet M2-4, igor.jovanovic@elfak.ni.ac.rs

Tipovi PV sistema –Direktno povezani PV sistem

12/4/2018 SKIS - 2012/13 3

Tipovi PV sistema –Samostalni (Stand-alone) PV sistem

12/4/2018 SKIS - 2012/13 4

Tipovi PV sistema –Hibridni PV sistem

12/4/2018 SKIS - 2012/13 5

PV sistemi povezani na mrežu12/4/2018 SKIS - 2012/13 6

Solarne komponente i sistemiKako radi solarna ćelija – Fotonaponski efekat

Fotoelektrični efekat

Princip rada svih solarnih ćelija je u svojoj suštini isti i zasniva se na fotoelektričnom efektu.

12/4/2018 SKIS - 2011/12 8

Fotoelektrični efekat12/4/2018 SKIS - 2012/13 9

Princip rada solarne ćelije

Manifestuje se kao formiranje potencijalne razlike na spoju dva različita materijala kao odziv na neku vrstu zračenja.

Osnovni procesi koji se odvijaju:◦ Apsorpcija svetlosti (fotona) -

generacija naelektrisanja

◦ Razdvajanje generisanih nosilaca na spoju

◦ Sakupljanje naelektrisanja na kontaktima

12/4/2018 SKIS - 2011/12 10

12/4/2018 SKIS - 2012/13 11

12/4/2018 SKIS - 2012/13 12

12/4/2018 SKIS - 2012/13 13

Kako radi solarna ćelija?

Solarna ćelija je pn-spoj koji osvetljen.

Da bi razumeli princip rada potrebno je da razumemo:◦ Kako radi pn-spoj

◦ Kako se absorbuje svetlost u poluprovodniku (bez pn-spoja)

◦ Šta se dešava kada se poluprovodnik sa pn-spojem izloži solarnomzračenju.

12/4/2018 SKIS - 2012/13 14

Poluprovodnici12/4/2018 SKIS - 2012/13 15

Fermijev nivo12/4/2018 SKIS - 2012/13 16

12/4/2018 SKIS - 2012/13 17

12/4/2018 SKIS - 2012/13 18

12/4/2018 SKIS - 2012/13 19

12/4/2018 SKIS - 2012/13 20

12/4/2018 SKIS - 2012/13 21

12/4/2018 SKIS - 2012/13 22

Sopstveni poluprovodnik12/4/2018 SKIS - 2012/13 23

N-tip poluprovodnika12/4/2018 SKIS - 2012/13 24

P-tip poluprovodnika12/4/2018 SKIS - 2012/13 25

pn-spoj u ravnoteži12/4/2018 SKIS - 2012/13 26

pn-spoj u ravnoteži12/4/2018 SKIS - 2012/13 27

pn-spoj – direktna polarizacija12/4/2018 SKIS - 2012/13 28

Idealna dioda12/4/2018 SKIS - 2012/13 29

DiodaI/V karakteristika diode

12/4/2018 SKIS - 2012/13 30

Kako radi solarna ćelija?Osnovni parametri – tehnološki i geometrijski

Baza –

NA= 1016cm-3

Emitor –

ND= 6·1019cm-3

Vreme života manjinskih nosilaca –

tn = 34ms

Širina baze –

W = 198.9mm

Dubina p-n spoja –

xj = 0.3mm

12/4/2018 SKIS - 2012/13 31

Kako solarna ćelija radi?Apsorpcija fotona generiše par elektron-šupljina

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 32

Kako solarna ćelija radi?Apsorpcija fotona generiše par elektron-šupljina

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 33

Kako solarna ćelija radi?Spektar solarnog zračenja na površini Zemlje

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 34

Kako solarna ćelija radi?Koji deo spektra je moguće zahvatiti?

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 35

Kako solarna ćelija radi?Šta se dešava sa viškom energije?

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 36

Kako solarna ćelija radi?Kako povećati apsorpciju/generaciju?

Povećati broj fotona koji ulazi u strukturu solarne ćelije (AR slojevi, teksturizacija).

Optimizovati efektivnu debljinu apsorbera.

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 37

Kako solarna ćelija radi?Kako povećati apsorpciju/generaciju?

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 38

Kako solarna ćelija radi?Kako povećati apsorpciju/generaciju?

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 39

Kako solarna ćelija radi?p-n spoj sprečava rekombinaciju, polje na spoju razdvaja nosioce naelektrisanja

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 40

Kako solarna ćelija radi?p-n spoj sprečava rekombinaciju, polje na spoju razdvaja nosioce naelektrisanja

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 41

Kako solarna ćelija radi?p-n spoj sprečava rekombinaciju, polje na spoju razdvaja nosioce naelektrisanja

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 42

Kako solarna ćelija radi?Verovatnoća “prikupljanja” nosilaca naelektrisanja

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 43

Kako solarna ćelija radi?Generisana struja zavisi od generacije nosilaca i verovatnoće “prikupljanja” nosilaca naelektrisanja

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 44

• G(x) – brzina generacije

• CP(x) – verovatnoća prikupljanja nosilaca

• q – naelektrisanje elektrona

• W – debljina komponente

• a(l) – koeficijent apsorpcije• H0 – broj fotona na određenoj talasnoj dužini

Kako solarna ćelija radi?Kvantna efikasnost (Q.E.) prestavlja odnos prikupljenih naelektisanja i ukupnog broja fotona

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 45

Kako solarna ćelija radi?Spektralni odziv predstavlja odnos generisane struje i incidentne snage koja dolazi na SC

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 46

Kako solarna ćelija radi?I-V karakteristika - neosvetljena SC ima istu karakteristiku kao dioda

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 47

Kako solarna ćelija radi?I-V karakteristika – kada se osvetli SC genriše snagu

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 48

Kako solarna ćelija radi?I-V karakteristika – veći intenzitet svetlosti daje veći pomeraj karakteristike

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 49

Kako solarna ćelija radi?I-V karakteristika – superpozicija

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 50

Solarne komponente i sistemiSolarna ćelija – Eelektrične karakteristike

Strujno-naponska karakteristika diode BAY 45

12/4/2018 SKIS - 2011/12 52

Probojni napon

Direktna polarizacija

Inverzna polarizacija

Električni parametri solarne ćelije

12/4/2018 SKIS - 2011/12 53

Napon otvorenogkola

Struja kratkog spoja

I-V karakteristika12/4/2018 SKIS - 2011/12 54

Standardtestcondition:

Poređenje I-V karakteristika c-Si i a-Si solarnih ćelija

12/4/2018 SKIS - 2011/12 55

Struja kratkog spoja - ISC

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 56

• q – naelektrisanje elektrona

• G – brzina generacije

• Ln – difuziona dužina elektrona

• Lp – difuziona dužina šupljina

Zavisi od:

• površine SC

• broja fotona

• spektra incidentne svetlosti

• optičkih osobina materijala

(apsorpcija i refleksija)

• verovatnoće prikupljanja nosilaca

Napon otvorenog kola - VOC

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 57

Maksimalna snaga12/4/2018 SKIS - 2013/14. 58

Fill faktor12/4/2018 SKIS - 2011/12 59

Fill factor – FF predstavlja najveći pravougaonik koji fituje IV karakteristiku

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 60

Empirijski izraz:

Efikasnost – h predstavlja najvažniju karakteristiku SC

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 61

Efikasnost – h predstavlja najvažniju karakteristiku SC

12/4/2018 SKIS - 2013/14. 62

12/4/2018 SKIS - 2011/12 63