Φωτοβολταϊκά

1. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά Συστήματα που μετατρέπουν την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρική με χρήση ημιαγωγών.

2. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά

3. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 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%).

4. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 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.

5. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά - Ημιαγωγοί Στους 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.

6. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά – Επαφή p-n • Ορθή πόλωση διόδου→ αντίσταση 10Ω • Ανάστροφη πόλωση διόδου→αντίσταση10 ΜΩ

7. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 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

8. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 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.

9. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 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)

10. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 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

11. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά- Hλιακή ακτινοβολία • Μεταβολή του α με το μήκος κύματος

12. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 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

13. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά- Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά • Η λειτουργία του φ/β ως διόδου:

14. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά- Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά • Σε συνθήκες ανοιχτού κυκλώματος δημιουργείται τάση ανάμεσα στις 2 όψεις του στοιχείου που να δημιουργεί ρεύμα που αντισταθμίζει το φωτόρευμα:

15. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά- Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά • Σε συνθήκες βραχυκύκλωσης το ρεύμα βραχυκύκλωσης είναι: • Σε οποιαδήποτε άλλη κατάσταση το ρεύμα είναι:

16. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά- Συντελεστής πλήρωσης FF • O συντελεστής πλήρωσης ορίζεται ως:

17. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά- Συντελεστής απόδοσης • O συντελεστής απόδοσης ορίζεται ως:

18. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά- Συντελεστής απόδοσης • Η μεταβολή του συντελεστή απόδοσης με τη θερμοκρασία:

19. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά- Συντελεστής απόδοσης • 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.

20. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά- Μεταβαλλόμενες συνθήκες

21. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά πλαίσια • Μονοκρυσταλλικά • Πολυκρυσταλλικά • Άμορφο πυρίτιο

22. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 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.

23. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά πλαίσια

24. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά πλαίσια –απόδοση • Ο συντελεστής απόδοσης είναι ο λόγος της ενέργειας που παράγεται από το φ/β προς την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία

25. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά πλαίσια –απόδοση • Ο συντελεστής απόδοσης εξαρτάται από την κάλυψη των φ/β πλαισίων:

26. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά πλαίσια – επίδραση θερμοκρασίας και ρύπανσης

27. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ Φωτοβολταϊκά πλαίσια – Ισχύς αιχμής • Η ισχύς αιχμής είναι η ισχύς του φ/β πλαισίου όταν προσπίπτει σε αυτό ηλιακή ενέργεια 1 W/m2.

28. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 23Η 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:

29. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 23Η Φ/Β συστήματα συνδεδεμένα με το δίκτυο

30. Ήπιες Μορφές Ενέργειας ΙΙ 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