Fotovoltaické systémy A5M13VSO soubor přednášek Prof. Ing. Vítězslav Benda, CSc. ČVUT v Praze, Fakulta elektrotechnická Katedra elektrotechnologie

Osnovy přednášek: 1.  Solární energie (spektra, vliv zeměpisné polohy a klimatu). 2.  Fotovoltaické články – základní struktura a parametry 3. Technologie PV článků a modulů z krystalického křemíku 4.  Technologie tenkovrstvých článků a modulů 5.  Fotovoltaické systémy pro výrobu elektrické energie. Autonomní systémy 6.  Fotovoltaické systémy připojené k elektrické síti 7.  Testování PV modulů 8.  Navrhování fotovoltaických elektráren. 9.  Fotovoltaické systémy na budovách 10.  Provozní podmínky fotovoltaických systémů 11.  Provozní spolehlivost fotovoltaických systémů. 12. Ekonomické aspekty fotovoltaiky 13. Vliv fotovoltaických systémů na rozvodnou síť 14. Současné trendy v oblasti fotovoltaiky.

Solární energie (spektra, vliv zeměpisné polohy a klimatu). A5M13FVS-1

Celosvětovou roční potřebu energie Slunce vyzáří na Zemi přibližně během tří hodin Se slunečním zářením jsou spojeny biomasa pohyb vzduchu koloběh vody

Předpokládaný vývoj spotřeby energie

Fotovoltaika – přímá přeměna energie slunečního záření na elektrickou energii Potenciál fotovoltaiky Při intenzitě dopadajícího záření až 1000 W/m2 může FV systém vyrobit za rok 60 – 260 kWh/m2

Na povrch atmosféry dopadá záření o střední intenzitě 1367 W/m2 1 – 6MWh/m2 Na povrch atmosféry dopadá záření o střední intenzitě 1367 W/m2 Na povrch atmosféry Země dopadá záření o výkonu přibližně 180 000 TW Rozptýlené (difúzní) záření Přímé záření (paprsky)

Koeficient atmosférické masy Záření vstupuje do atmosféry pod různým úhlem v závislosti na denní době a ročním období Koeficient atmosférické masy l

Energie slunečního záření dopadajícího na povrch Země r0 = 1.496 × 108 km excentrita

21 června Pohyb slunce po obloze 21 prosince

solární deklinace δ.

úhel mezi Sluncem a zenitem, θZS sluneční azimut, ψS, úhel mezi Sluncem a horizontem, γS zeměpisná šířka F východ slunce, ωS,

ω skutečný sluneční čas úhel γS jako funkce slunečního azimutu ψS.

Intenzita záření hustota výkonu dopadajícího na povrch (W/m2) Solární konstanta B0 = 1367 W/m2 přímé záření, paprsky světla, které nejsou ani odražené, ani rozptýlené - B difúzní záření, přichází z celé oblohy mimo sluneční kotouč- D odražené záření (albedo) je záření odražené od okolních předmětů - R celkové (globální) záření (přímé + difúzní + odražené). G = B + D + R

V případě jasné, bezmračné oblohy je možno vyjádřit intenzitu přímého dopadajícího záření pomocí koeficientu atmosférické masy AM = 1/cos θZS = 1/sin γS V ideálně homogenní atmosféře je G  B = B0 0.7AM Přesnější vyjádření je

Index průzračnosti KTm, (počítaný pro každý měsíc) Intenzita záření je ovlivňována klimatickými podmínkami oblačnost, prašnost, mlha apod. Mesíční střední hodnota energie dopadajíci na povrch atmosféry za jeden den H0dm(0); energie dopadající na zemský povrch Hdm(0) Index průzračnosti KTm, (počítaný pro každý měsíc)

Při poklesu indexu průzračnosti roste podíl difúzního záření Index průzračnosti

Lokalita: okolí Prahy

Záření (W/m2) Difúzní podíl (%) Modré nebe 800 – 1000 10 Zamlžené nebe 600 – 900 až 50 Mlhavý podzimní den 100 – 300 100 Zamračený zimní den 50 Celoroční průměr 600 50 - 60 Sluneční záření, jasno Oblačno Léto 7 – 8 kWh/m2 2 kWh/m2 Jaro / podzim 5 kWh/m2 1,2 kWh/m2 Zima 3 kWh/m2 0,3 kWh/m2

Energie dopadající na zemský povrch za jeden rok (kWh/m2)

Energie dopadající na zemský povrch za jeden rok (kWh/m2)

Na území ČR Údaje jsou mnohaleté průměry stanovené na základě pozorování řady meteorologických stanic

Intenzita záření dopadajícího na FV modul Pro praktické aplikace je důležitá poloha Slunce vzhledem k rovině modulu Při sklonu o úhel b

G(β, α) = B(β, α) + D(β, α) + R(β, α) Nejčastěji se získává celková intenzita záření jako součet intenzit přímého, difúzního a odraženého záření dopadající na plochu odkloněnou o úhel α od jihu a o úhel β od horizontální roviny G(β, α) = B(β, α) + D(β, α) + R(β, α) přímé záření B(β, α) = B (0) cos θS difúzní záření odražené záření ρ je odrazivost povrchu

Albedo může znatelně zvýšit intenzitu záření u ploch s velkým sklonem vůči horizontální rovině

Globální ozáření v průběhu roku v lokalitě v blízkosti Prahy pro různé sklony plochy kolektoru vůči horizontální rovině Výrazně se projevuje vliv vysokého podílu difúzního záření, který zvýhodňuje menší úhly sklonu

Vliv úhlu sklonu na celoroční průměrnou hodnotu ozáření Optimální sklon roviny modulu v jednotlivých měsících roku Případný vliv albeda je třeba určit místním šetřením

Lokalita: Praha

Informace o ozáření v jednotlivých lokalitách je možno nalézt na http://sunbird.jrc.it/pvgis/apps/pvest.php