Fotovoltaici-Elektricni Opis Fotonaponskih Modela(1)

UNIVERZITET U TUZLI FAKULT FAKULTET ET ELEKTROTEHNIKE ELEKTROTEH NIKE

SEMINARSKI RAD IZ „ UVODA U ENERGETSKE SISTEME“ TEMA: „FOTOVOLTAICI- ELEKTRIČNI OPIS FOTONAPONSKIH MODELA“

Predmet! "#t"$!%: Dr'#(' Dr'#(' Ned)m!*" Dem!r+$!,d+(et Dem!r+$!,d +(et

St&det!: P!r!, Se.!m" IV-/0-IC123 S+4t!, N"!d" IV-32-IC123 IV-32-IC123

TUZLA APRIL APRIL /526' 7+d!"

SADR8A9: Uvod...........................................................................................................................................3 1. Princip rada fotonaponskih ćelija....................................................................................4 2. Fotonaponski sistemi u zgradama................................................................................... 2.1. Fotonaponski sistemi na krovovima....................................................................... 2.2. Fotonaponski sistemi integrirani u zgrade.............................................................. 3. Projektriranje...................................................................................................................! 4. Prednosti i mane fotonaponskih ure"*"'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''25 "iteratura..................................................................................................................................11

2

UVOD: Fotonaponska tehnologija koristi #un$evu energiju% &esplatan i neiscrpan izvor energije. Ukupna koli$ina #un$eve energije koja do'e do zemljine povr(ine je oko 2 ))) puta veća nego ukupna godi(nja potro(nja energije u cijelom svijetu. #un$eva energija% zajedno s ostalim o&licima o&novljivih izvora energije * vjetar% &iomasa% energija vodotoka kao i geotermalna energija mo+e doprinijeti pouzdanoj i sigurnoj opskr&i energije iz $istih% zelenih izvora. ,ijekom osamdesetih godina pro(log stoljeća po$elo je prvo kori(tenje fotonaponskih sustava za kućne sun$ane sustave% koji su slu+ili za opskr&u manjih koli$ina elektri$ne energije u zemljama u razvoju. -ako su ovi sustavi &ili dru(tveno zna$ajan $im&enik u to do&a% njihova primjena je &ila ograni$ena. ,r+i(te fotonaponskih sustava zna$ajnije se razvija tijekom devedesetih godina pro(log stoljeća% ponajvi(e zahvaljujući kori(tenju mre+no vezanih fotonaponskih sustava u razvijenim zemljama. Povećana potra+nja fotonaponskih sustava dovela je do povećanja proizvodnje te po&olj(ala krivulju u$enja/ fotonaponske tehnologije% (to je dovelo do smanjenja cijena. 0vakvo kretanje je potpomognuto i  povećanjem svijesti me'u vladama o va+nosti o&novljivih izvora energije u &or&i protiv klimatskih promjena% ali i rastućem entuzijazmu pojedinaca i tvrtki prema kori(tenju fotonaponskih sustava% usprkos jo( uvijek  nekonkurentnoj cijeni tako proizvedene elektri$ne energije. lektroprivrede su po$ele  prihvaćati da tok energije ne mora &iti nu+no samo u /jednom smjeru/ te su omogućile korisnicima da uz potro(a$e postanu i proizvo'a$i. 0vakva proizvodnja je dodatno stimulirana povoljnim tarifama otkupa% koje su mnoge zemlje uvele kao osnovni mehanizam  poticanja razvoja tr+i(ta fotonaponskih sustava.

3

2' PRINCIP RADA FOTONAPONSKIH ;ELI9A

#unce je daleko najveći izvor energije u solarnom sustavu. oli$ina solarne energije koja svake minute sti+e na emlju dovoljna je da zadovolji godi(nje energetske potre&e $ovje$anstva u trenutnoj fazi razvoja. Usprkos ogromnom potencijalu% iskori(tavanjem solarne energije trenutno se pokriva vrlo mali postotak energetskih potre&a $ovje$anstva. ednim dijelom to je z&og sla&e razvijenosti trenutnih tehnologija za iskori(tavanje energije #unca% ali ipak je najveći pro&lem trenutna cijena sustava za iskori(tavanje solarne energije. Postoji nekoliko na$ina iskori(tavanja energije #unca. 5ajjednostavniji i najjeftiniji na$in iskori(tavanja solarne energije svakako je grijanje vode ili neke druge tekućine za upotre&u u domaćinstvima. lementi koji iskori(tavaju energiju #unca za grijanje vode nazivaju se solarni kolektori i uo&i$ajeno se postavljaju na krovove kuća i zgrada. 6rugi na$in iskori(tavanja energije #unca je koncentriranje solarne energije pomoću sistema zrcala i stvaranje velike koli$ine toplinske energije koja se kasnije u standardnim generatorima  pretvara u elektri$nu energiju. 0vakva postrojenja mogu &iti vrlo velika i uo&i$ajeno se grade u pustinjama% a slu+e za normalnu komercijalnu proizvodnju elektri$ne energije. Fotonaponske ćelije su treći i najpo+eljniji na$in iskori(tavanja energije #unca% ali z&og sla&e efikasnosti i visoke cijene trenutno se ne koriste u velikoj mjeri. Fotonaponske ćelije direktno  pretvaraju solarnu energiju u elektri$nu energiju. Fotonaponske ćelije uo&i$ajeno se koriste tamo gdje nije moguće dovesti neki drugi izvor energije% npr. na satelitima% na znakovima uz ceste i sli$no. 6odatno se koriste za napajanje energijom malih potro(a$a% npr. d+epnih kalkulatora. Fotonaponski efekt otkrio je francuski fizi$ar 7le8andre9dmond :ec;uerel <1!2)91!=1> 1!3= godine. Fotonaponske ćelije izgra'ene su od dva sloja * pozitivnog i negativnog% a razlika potencijala izme'u ta dva sloja ovisi o intenzitetu solarnog zra$enja. #olarna energija sti+e na emlju u o&liku fotona.

4

/' FOTONAPONSKI SISTEMI U ZGRADAMA -nstaliranje fotonaponskih sustava na zgrade nudi niz prednosti pa je na ovakav na$in moguće ostvariti profita&ilno ulaganje. ?lasnik zgrade smanjuje svoj uglji$ni otisak te u isto vrijeme zara'uje novac. U dana(nje vrijeme% kori(tenje fotonaponskih modula nije ograni$eno samo na krovove i isklju$ivo proizvodnju energije% već se oni mogu koristiti kao elementi fasade%  pru+ajući za(titu od &uke% #unca i vremenskih uvjeta te toplinsku izolaciju. oristeći fotonaponske module kao gra'evini materijal ostvaruje se u(teda na osnovnim% tradicionalnim gra'evinskim materijalima. #naga fotonaponskog sustava u zgradama kreće se izme'u  i 2)) k@p% s ponekim iznimkama $ije instalirane snage dose+u do 2 A@p. -nstalirana snaga u stam&enom sektoru naj$e(će se kreće do 1) k@p% dok se kod primjene u komercijalnom sektoru kreće izme'u 1) k@p i 1)) k@p.

/'2 F+t+"<+#%! #!#tem! " %r+$+$!m" Fotonaponski moduli postavljaju se preko ili na postojeće gra'evinske elemente% poput ravnih i kosih krovova. Fotonaponski moduli se postavljaju paralelno s krovom ili na ravni krov na nosa$e koji omogućuju postavljanje pod optimalnim uglom.

/'/ F+t+"<+#%! #!#tem! !te7r!r"! & =7r"de #a strane e.e%tr!>+7 7.ed"*"% :-P? ozna$ava integraciju fotonaponskog sustava u zgradu za proizvodnju elektri$ne energije. # arhitektonske to$ke gledanja :-P? se koristi kao zamjena tradicionalnih gra'evnih elemenata zgrade s fotonaponskim modulima te se oni koriste i u druge namjene. U ovome slu$aju% u(tede z&og zamjene materijala mogu &iti zna$ajne.



Postoji mnogo na$ina na koji se mo+e integrirati fotonaponski sustav u zgradu% a postoje $etiri dijela zgrade u koje se mogu jednostavno i lagano uklopitiB krov rovovi su idealna mjesta za integraciju fotonaponskih modula% &udući da pru+aju velike% naj$e(će neiskori(tene povr(ine te su zasjenjenja manja nego na razini tla. stakleni krov ili krovni prozori #trukture staklenih krovova su o&i$no jedno od najinteresantnijih mjesta za primjenu fotonaponskih modula. U ovom slu$aju se kom&inira prednost difuzne rasvjete sa slo&odnim  povr(inama za instalaciju fotonaponskih elemenata. U ovoj primjeni% fotonaponski elementi omogućuju proizvodnju elektri$ne energije i prirodno osvjetljenje zgrade. Cazne strukture% koje se mogu doimati nezanimljive izvana% pru+aju spektakularne svjetlosne u$inke u hodnicima% prolazima i (etali(tima te poti$u arhitektonski dizajn u smislu igre svjetla i sjene.

fasade

a fasade postoji nekoliko mogućnosti gdje i kako koristiti fotonaponske module% kao (to su staklene zavjese% ventilirana fasada% &uko&ran i sli$no.

D

zasjenjenja na prozorima <&risoleji>B

Castuća potre&a za  pa+ljivo projektiranim sustavima zasjenjenja postoji z&og tendencija prema upora&i velikih prozorskih otvora u dana(njoj arhitekturi. F5 moduli razli$itih o&lika mogu se koristiti kao elementi zasjenjenja iznad prozora ili kao dio nadzemne strukture stakla. :udući da mnoge zgrade već imaju neke vrste strukture zasjenjenja prozora% kori(tenje F5 elementa ne &i tre&alo predstavljati dodatni teret za izgradnju strukture. -skori(tavanje sinergijskog u$inka smanjuje ukupne tro(kove takvih postrojenja i stvara dodanu vrijednost za fotonaponske module% kao i zgrade i njezine sustave zasjenjenja. Fotonaponski sustavi tako'er mogu koristiti i jednoosne sustave za praćenje kretanja #unca% kako &i povećali proizvodnju energije i pru+ili promjenjivi stupanj zasjenjenja. SMA Factory. Niestetal (Germany) ©ReSEL- TUC

Fotonapon

E

3'PRO9EKTIRN9E Projektiranje fotonaponskog sustava odre'uje njegov cijeli +ivotni vijek. Fotonaponski sustav mora &iti pa+ljivo projektiran uzimajući u o&zir sve utjecajne $im&enike radi ostvarenja naj&oljih karakteristika s dostupnim resursom i mogućim sustavnim gu&icima te postigne isplativost investicije. 0vakav rezultat mo+e se postići na vi(e na$ina% ali naj&olji na$in je oda&ir odgovarajućih komponenti sustava te tehnika instaliranja. omponente fotonaponskog sustava moraju &iti pa+ljivo oda&rane i uparene jedne s drugim% kako &i se iz&jegli gu&ici gdje god je moguće i smanjili gdje su oni neiz&je+ni. 0vaj dokument ne predstavlja sveo&uhvatna na$ela  projektiranja fotonaponskih sustava% već daje neke korisne smjernice za projektante% kao i za ostale zainteresirane koji +ele upoznati s va+nim zna$ajkama projektiranja fotonaponskih sustava. ・

Od"?!r 4+t+"<+#%!@ m+d&."  te@+.+7!*"

Projektant mora uzeti u o&zir u$inkovitost i prosje$nu specifi$nu cijenu za razli$ite tehnologije proizvodnje F5 modula% kao i sve elektri$ne parametre te tro(kove instaliranja i odr+avanja. Projekt &i tre&ao predstaviti vlasniku fotonaponskog sustave razli$ite scenarije% kako &i se on odlu$io za njemu prihvatljivo rje(enje. Cje(enje s najni+om cijenom u fazi instaliranja ne mora u kona$nici predstavljati i naj&olje rje(enje% &udući da se z&og neo$ekivanih povećanja tro(kova odr+avanja ili smanjenja proizvodnje mo+e ugroziti isplativost ulaganja. ・

F+t+"<+#%! !=+$! *ed"%e #"7e

Fotonaponski moduli su serijski spojeni u niz. 5ekoliko nizova se spaja paralelno u polje te se na taj na$in povećava njihova ukupna snaga. Fotonaponski nizovi moraju &iti jednake snage kako &i se osigurao ispravan i u$inkovit rad cijelog F5 polja.

Z"#*e*e*" asjenjenja imaju velik utjecaj na proizvodnju elektri$ne energije iz fotonaponskog sustava. Hak i djelomi$no zasjenjenje djela modula zna$ajno utje$e na cjelokupnu izlaznu snagu polja. asjenjenja utje$u na u$inkovit rad sustava pa ih je potre&no razmotriti već u fazi projektiranja sustava * fotonaponsko  polje je potre&no smjestiti na pa+ljivo oda&ranu lokaciju% pazeći da eventualna zasjenjenje utje$u samo na jedan niz. Tem
Povećanje temperature modula rezultira smanjenjem njegove izlazne snage . 0dgovarajuća ventilacija za hla'enje tre&ala &i &iti osigurana sa stra+nje strane F5 polja . od sustava integriranih u zgrade to se o&i$no rje(ava ventiliranim prostorom iza modula.  5a uo&i$ajenim kosim krovovima protok zraka se posti+e razmakom izme'u nosa$a modula  povi(e krova i otvora s gornje i donje strane polja.

6'PREDNOSTI I MANE FOTONAPONSKIH UREBA9A  5ajveći pro&lem za modernu P?9industriju je cijena. ednostavno re$eno% fotonaponske ćelije su skupe da &i ih se na&avilo a i proizvelo. ahtjevi za kvalitetom silicija moraju &iti izuzetno veliki. -ako je silicij jedan od zastupljenijih elemenata na svijetu% do&ivanje njegovih naj$i(ćih o&lika zahtijeva specijalne ure'aje tj. velike koli$ine novca. #olarna industrija ula+e velike napore da svoje proizvode u$ini pristupa$nima. # o&zirom da je cijena silicija osnovna  prepreka% in+enjeri rade na smanjivanju potre&nih koli$ina silicija a da se time ne na(teti P?9 kvaliteta. 5eki od otalih nedostataka su B •

•

P? moduli nisu ekoloski prihvatljivi u odnosu na druge energente jer zahtjevaju otrovne materijale za njihovu izradu. #olarna energija je $esto skuplja nego struja do&ivena od drugih izvora. =

•

•

•

#olarna energija nije dostupna noću te pri lo(im vremenskim uvijetima% stoga moramo koristiti spremnike. #olarne $elije proizvode istosmjernu struju koji mora &it pretvoren u izmjeni$ni kada se struja koristi u već postoje$im razvodnim vodovima% to podrazumijeva gu&itak energije od 4 do 12. #olarna energija ima jako malu gustoću tj. daje malo energije po jedinici povr(ine.

Pred+#t! • • •

•

#ama upora&a fotovoltaike% za razliku od njihove proizvodnje% ne zaga'uje okoli(. Postrojenja nakon postavljnja rade i uz malo odr+avanja. #olarna struja povezana vodi$ima mo+e se lokalno upotrije&iti te tako reducirati gu&itke koji &i se mogli javiti pri prijenosu ili distri&uciji. ,ro(kovi odr+avanja su jako mali.

LITERATURA 2' @tt<:11@r'!%!
1)