Energie Slunce

1. Energie Slunce Přímá (i nepřímá) výroba elektrické energie

2. Možnosti využití sluneční energie Jak lze vyrobit elektrickou energii ze Slunce ? a) přímo * fotovoltaické články b) nepřímo * ohřev média a následná výroba elektrické energie Jak lze vyrobit tepelnou energii ze Slunce ? * solární kolektory Míra využití sluneční energie je dána: * intenzitou slunečního svitu * technologickými možnostmi * všestranným využitím získané energie * ekonomickou návratností * možností investic a mírou zisku

3. Mapa slunečního svituv ČR V ČR za rok 1kWP 1MWh Solární záření v České republice Zdroj: Atlas podnebí Česka Světová mapa slunečního svitu – matematický model

4. Mapa slunečního svituv Evropě

5. Výroba OZE v ČR - zdroj: Český regulační úřad

6. Výkon fotovoltaických elektráren v ČRZdroj: ERU k 1. 1. 2013 - počet: 21 925 - výkon: 2 072MW

7. Největší fotovoltaické elektrárny v ČRzdroj: ERU

8. Nepřímá výroba elektrické energie * V ohnisku (pec) je teplota až 3000oC * Voda se mění v páru a pohání turbínu (na obr. je varianta s olejem, nutný výměník * Zrcadla (heliostaty) jsou pohyblivá a natáčí se za sluncem

9. Nepřímá výroba elektrické energie * Je tvořena řadami naklápěcích slunečních kolektorů, sluneční záření je směřováno na trubku * V trubce proudí teplonosné médium * V Kalifornii pracuje elektrárna s výkonem 30 MW

10. Nepřímá výroba elektrické energie

11. Princip fotovoltaického článku * po dopadu fotonu (musí mít dostatečnou energii) na polovodič typu N se uvolní z mřížky elektron, po kterém zůstane kladná "díra" * volný elektron nemůže vlivem přechodu PN přejít do vrstvy P * elektrony uvolněné ve vrstvě P mohou volně přecházet do vrstvy N * tím se vytvoří rozdíl potenciálů mezi spodní a vrchní vrstvou  na článku naměříme napětí asi 0,5 V * po připojení zátěže začne procházet proud * z 1m2 lze získat stejnosměrný výkon přibližně 150W * pro praktické využití je třeba sério-paralelní zapojení článků

12. Princip fotovoltaického článku

13. Materiály pro fotovoltaické články 1. Generace - základem jsou krystalické křemíkové desky Křemíkteoretická maximální účinnost 31 % multikrystalický * účinnost (11-14) % * výhody nižší cena difúzní světlo * energetická návratnost 2,2 let monokrystalický * reálná účinnost (12-16) % * energetická návratnost 2,7 let Obě technologie jsou dnes zcela rovnocenné. V současné době nejvíce využívaná technologie (zhruba 90%)

14. 2. Generace Hlavním aspektem je úspora křemíku při plánovaném růstu výroby článků Tenkovrstvé technologie Aktivní polovodičová vrstva se nanáší na podložku (sklo nebo plast) a je 100 – 1000 tenčí. a) na bázi křemíku * polykrystalická technologie, účinnost (okolo 10%) * amorfní křemík nanesený na skle, tloušťka 0,5m, účinnost (6 - 7)% * moduly HIT – dvě vrstvy amorfního křemíku mezi kterými je b) bez křemíku * CIS moduly – měď, indium, galium, selen, účinnost (11 - 12)% * Cd-Te ( kadmium-telurid) moduly, účinnost (9 - 11)% Obecné vlastnosti tenkovrstvé technologie: * lehkost a snadná manipulace * citlivost na denní světlo i při nepřímém slunečním svitu * menší citlivost na vysoké teploty * nižší výrobní náklady a rychlejší zhodnocení investice * předpoklad zvyšování účinnosti Použití - fólie na ohebný podklad, fasády domů, vrstvy na skle, …

15. Tenkovrstvé technologie Jedna z možných realizací technologie – solární články na fólii a papíře. 1. nastříkání fotocitlivých vrstev ve vakuové komoře na fólii (papír) - USA 2. tisk pomocí speciálních barev na list běžný papíru (technologie 3PV) - Německo Vlastnosti – současná účinnost 1,3%, cílová hodnota okolo 5% Výhoda – běžný tisk  nízká cena

16. Další generace a perspektivy vývoje solárních panelů Vícevrstvé solární články (dvoj-, trojvrstvé články) * ultratenké materiály s různou citlivostí na sluneční spektrum * některé fotony „uvíznou“ ve vrchní vrstvě, jiné projdou hlouběji * teoretická účinnost je až 72 % * problémy s krystalickou mřížkou, maximální dosažená účinnost okolo 30 % * jednotlivé vrstvy by měly být zdrojem stejného proudu * výsledné napětí je dáno součtem jednotlivých napětí vrstev. V současné době existuje několik dalších technologií, které mají za úkol zvýšit účinnost, zvýšit výkon. Většina nových technologií je ve stádiu vývoje. Stávajícím problémem je i vysoká cena a nízká účinnost

17. Vícevrstvé solární články (trojvrstvé články)

18. Vývoj účinnosti

19. Nové články - perovskit * Jedná se o skupiny látek, sloučenin halogenů (chlór, jód nebo bróm), které jsou naneseny na základní vodivé desce (sklo) * na podzim 2013 se podařilo dosáhnout účinnosti okolo 15% v laboratorních podmínkách * do budoucna se předpokládá i stejná účinnost v normálních podmínkách * mohou být i průhledné * cena nových článků by měla být výrazně nižší než u stávajících křemíkových modulů * uvažuje se i "tisku" perovskitu na současné křemíkové články, což by vedlo ke zvýšení účinnosti

20. Popište jednotlivé solární články (momokrystalický a polykrystalický křemík, organický solární článek.)

21. Perspektivy vývoje solárních panelů a ceny Hlavní perspektivy vývoje: * snižování tloušťky destiček na (150-200) m  snižování spotřeby materiálu a potřebné energie na výrobu * výrazný pokles ceny křemíku, za 5 let na 10% původní částky * pokles ceny modulů na 1,5 euro/WP.

22. Materiály Data Český regulační úřad Světová mapa slunečního svitu Internetový odkaz Mapa svitu v ČR Atlas Česka Wikipedie Otevřená encyklopedie Simulace http://www.leifiphysik.de Petr Mastný Obnovitelné zdroje energie Petr Novotný Fotovoltaika, prezentace TU Liberec