Solarne plošče THIN-FILM ASI

Solarne plošče THIN-FILM ASI

Način delovanja

Fotonapetost FN (angl. photovoltaics, PV) je tehnologija sončne energije, ki izkorišča sončne celice zato, da sončno energijo pretvarja v elektriko. Snovi za izdelavo fotonapetostnih solarnih celic so lahko v oblikah monokristalov, polikristalov in tudi amorfnih snovi. Klasični polprevodnik, ki se uporablja za izdelavo solarnih c...

Način delovanja

Fotonapetost FN (angl. photovoltaics, PV) je tehnologija sončne energije, ki izkorišča sončne celice zato, da sončno energijo pretvarja v elektriko. Snovi za izdelavo fotonapetostnih solarnih celic so lahko v oblikah monokristalov, polikristalov in tudi amorfnih snovi. Klasični polprevodnik, ki se uporablja za izdelavo solarnih celic, je silicij (in tudi nekatere druge snovi).

Sončna celica je v bistvu PN-povezava (polprevodniška dioda). Ko se sončna celica osvetli, absorbirani fotoni proizvajajo pare elektronskih votlin, zaradi katerih prihaja do razlike v potencialih na koncu sončne celice. Če so kontakti celice spojeni z zunanjimi obremenitvami, bo stekel električni tok. Solarna celica pa postaja izvir električne energije.

Solarne FN elektrarne sestavljajo FN plošče, združene v polja, priključena preko izmenjevalca na mrežo ali potrošnike. Lahko so samostojne ali priključene na mrežo. Samostojne rešitve v razvitem svetu dandanes predstavljajo samo okoli pet odstotkov skupnih inštalacij. Poleg FN plošč imajo tudi akumulatorje, dvosmerne pretvornike-izmenjevalce in se pogosto kombinirajo z drugimi viri. FN plošča predstavlja samostojni element, čigar moč se giblje med 50 do 300 W. Ena FN plošča je sestavljena iz več kristalnih FN celic ali iz ene celice v tanki prevleki (filmu).

Polja plošč lahko postavimo fiksno ali pa na premične mehanizme za doseganje večje produktivnosti oziroma proizvodnje električne energije s pomočjo spremljanja gibanja Sonca. Fiksno postavljanje je izvedeno po pravilu pod optimalnim kotom za dosego maksimuma letne proizvodnje. Premična ureditev plošč ima lahko tudi od 20 do 30 odstotkov višjo proizvodnjo električne energije – odvisno od izvedbe (ena os ali dve osi) in tudi od skupne obsevanosti. To spremljajo tudi višji stroški vzdrževanja in višja cena inštalacije.

Mrežni Sistem (Grid-Connected)

Mrežni sistem je priključen na javno mrežo preko hišne inštalacije. Električna energija iz fotonapetostnega sistema prvotno napaja potrošnike v družinski hiši, višek proizvedene električne energije pa se lahko proda tudi javni mreži. Električna mreža izvaja funkcijo skladiščenja energije. V primeru, da fotonapetostni moduli ne proizvajajo zadostne količine električne energije, se primanjkljaj nadomesti s pomočjo nalaganja energije iz mreže.

Osnovni elementi mrežnega sistema so:

1.    Fotonapetostni moduli.

2.    Montažni elementi.

3.    Kabli.

4.    Spojna škatla z zaščitno opremo.

5.    Izmenjevalec ali pretvornik DC/AC (inverter) – solarni izmenjevalec pretvarja istosmerni tok modula v izmenični, sinhronizirano z napetostjo in frekvenco mreže.

6.    Števec prodane in kupljene energije - registrira proizvedeno energijo, oddano v mrežo in porabljeno energijo, sprejeto iz mreže.

7.  Priključek na mrežo – sistemi so v večini priključeni na nizko napetostni nivo elektroenergetskega sistema.

8.    Obremenitve.

Otoški sistemi (angl. Stand-Alone-Systems ali Off-Grid)

Solarni fotonapetostni FN sistemi, ki niso priključeni na mrežo (izolirani ali samostojni sistemi), se najpogosteje uporabljajo na mestih, kjer ni elektroenergetske mreže ali kjer se električna mreža ne izplača. Pogosto gre za manjša naselja in težko dostopne predele s slabo razvito infrastrukturo (primer za uporabo tovrstnih sistemov so lahko hiše vikendi). Otoški sistemi uporabniku zagotavljajo popolno energetsko neodvisnost.

Otoški fotonapetostni sistemi so lahko dveh vrst in sicer imajo možnost shranjevanja energije ali pa so brez te možnosti. To je odvisno od vrste uporabe in od načina porabe energije in tudi od hibridnega sistema.

Temeljne komponente samostojnega fotonapetostnega sistema so:

1.    Fotonapetostni moduli.

2.    Solarne baterije – pripravljajo neizkoriščeno energijo, ki jo solarni moduli proizvedejo čez dan in služijo tudi kot viri energije v času, ko moduli ne morejo proizvajati (na primer ponoči) ali kadar ne proizvedejo dovolj energije (na primer v meglenem vremenu).

3.    Regulator napetosti - njegova glavna funkcija je zaščita baterije pred prenapolnjenostjo in pred prekomerno izpraznjenostjo. Regulator ima tudi funkcijo pretvarjanja, spremenljivo napetost solarnega modula pretvarja v kontrolirano napetost, s katero se polnijo in vzdržujejo baterije.

4.    Pretvornik ali izmenjevalec napetosti (če porabniki delajo na izmenični tok) - pretvornik (inverter) pretvori energije istosmerne napetosti 12 ali 24V iz akumulatorja v izmenično napetost 230V.

5.    Porabniki.

Hibridni sistemi

Hibridni sistemi kombinirajo solarne fotonapetostne sisteme s kogeneracijo, gorivnimi členi, vetrnim agregatom ali najpogosteje z generatorjem na dizel ali bio dizel gorivo (dizel agregat). V teh sistemih električna energija, proizvedena s solarnimi moduli ali z drugimi viri sistema, prvotno napaja porabnike, višek energije pa polni solarne akumulatorje. Če pogoji za proizvodnjo električne energije niso izpolnjeni, je izvor za napajanje porabnika akumulator. Samo kadar akumulator nima več energije za napajanje porabnika, se vključi generator na dizel ali bio dizel. V bistvu je vsaka celica primerna za mrežni ali pa za otoški sistem.

Celice in njihove tehnologije

Monokristalni solarni fotonapetostni moduli

Klasični polprevodnik, ki se uporablja za izdelavo solarnih celic, je silicij. Monokristalne solarne celice imajo visoko stopnjo delovanja (okoli 16%), kar omogoča visok donos energije pri kompaktnih dimenzijah. Zaradi omenjene lastnosti je njihova uporaba priporočljiva za strešne inštalacije, kjer se lahko realizira visoka moč na omejeni površini. Moduli so najbolj primerni za jasno vreme z veliko sonca. Monokristalni moduli imajo dolgo življenjsko dobo (več kot dvajset let), vendar pa je njihova izdelava zahtevna, zaradi česar so ti moduli dražji. Površina monokristalnih modulov je enobarvna, temna in kaže štirikotno obliko celice.

Učinkovitost (serijska produkcija): okoli 16%.

Povprečna potrebna površina za oskrbo družinske hiše z električno energijo (5.000 kWh/a): ~ 31m2.

Glavna področja uporabe: strešne inštalacije na omejeni površini.

Polikristalni solarni fotonapetostni moduli

Razlika med monokristalnimi in polikristalnimi moduli je v molekularni strukturi aktivnih kristalov. Proizvodnja kristalnih celic je manj zahtevna in so zato moduli ugodnejši od monokristalnih. Učinkovitost polikristalne celice je okoli 15%, kar je manj v primerjavi z monokristalnimi moduli ter je zato potrebno več prostora za module. Polikristalni moduli imajo enako ugoden rok trajanja, tudi področja uporabnosti so podobna kot pri monokristalnih. Polikristalni solarni moduli so najbolj izkoriščeni in najprimernejši ob sončnem vremenu. Za ta tip celice je značilna modrikasta marmorna slika.

Učinkovitost (serijska produkcija): okoli 15%.

Povprečna potrebna površina za oskrbo družinske hiše z električno energijo (5.000 kWh/a): ~ 33m2.

Glavna področja uporabe: strešne inštalacije.

Tankoslojne celice

Amorfni solarni moduli

Če se uporablja tanka amorfna silicijeva prevleka, se to imenuje amorfna ali tankoslojna celica. V amorfnih snoveh imajo položaji atomov nepravilno strukturo, amorfne snovi pa imajo manjšo gostoto od kristalov. Za razliko od kristalnih silicijevih celic se silicij ne uporablja v tekočem stanju, temveč v plinastem stanju. Tako je debelina sloja stokrat manjša kot pri monokristalnih ali polikristalnih celicah in so zato stroški proizvodnje manjši v skladu s ceno materiala in tudi moduli so ugodnejši. Tankoslojne celice imajo visok koeficient absorpcije modre svetlobe in imajo zato prednost v oblačnem vremenu. Primanjkljaj celic iz amorfnega silicija je v njihovi nizki učinkovitosti. Učinkovitost tankoslojnih silicijevih celic je okoli 7%, kar je manj v primerjavi z drugimi tipi celic. Delež na trgu je okoli 20%.

Amorfni solarni moduli se v prvi vrsti uporabljajo v sistemih, kjer je potrebna majhna moč (ure, žepni računalniki) ali kot element fasade. Ta tip celice omogoča homogeno sliko, saj je površina enobarvna temnorjava ali črna.

Učinkovitost (serijska produkcija): okoli 7%.

Povprečna potrebna površina za oskrbo družinske hiše z električno energijo (5.000 kWh/a): ~ 71m2.

Glavna področja uporabe: Element fasade, ure, žepni računalniki.

Celice visoke učinkovitosti

HIT celice

HIT (heterospoj z ultra tankim slojem brez primesi) celice imajo visoko učinkovitost in tehnologija predstavlja tanki amorfni sloj monokristalinskega silicija na obe strani plošče HIT celica ima širok svetlobni spekter, zato proizvaja v direktni ali pa tudi v difuzni svetlobi in tako omogoča učinkovitost tudi do 21%, celo pri visokih temperaturah. Njihova pomanjkljivost je v tem, da so moduli dražji od drugih. Zaradi lastnosti HIT celic je njihova uporaba priporočljiva v stavbah, kjer je potrebno realizirati visoko moč na omejeni površini.

Učinkovitost (serijska produkcija): okoli 16,8%.

Povprečna potrebna površina za oskrbo družinske hiše z električno energijo (5.000 kWh/a): ~ 30m2.

Glavna področja uporabe: Inštalacije na stavbah z omejeno površino.

LGBC (Laser Groove Buried Contact) celice (imenovane tudi Saturn-celice)

Prav tako kot HIT celice so tudi Saturn-celice visoke učinkovitosti in spadajo v skupino monokristalnih celic. Povečana površina plošče ima piramidasto obliko, zato se refleksija svetlobe zmanjšuje. Saturn celice so posebno učinkovite v jutranjih in v večernih urah. Koncept Saturnih-celic je izumilo podjetje BP Solar, ki še naprej razvija tehnologijo.

Učinkovitost (serijska proizvodnja): 15,5%.

Povprečna potrebna površina za oskrbo družinske hiše z električno energijo (5.000 kWh/a): ~32m2.

Glavna področja uporabe: Strešne inštalacije na omejenih površinah.

Solarni toplotni sistemi

Termični solarni sistemi lahko pretvarjajo sončno energijo v toploto, s pomočjo katere se ogreva sanitarna voda tekom leta, uporabljajo pa se v inštalacijah centralnega ogrevanja v zimskem času. Sončna energija prehaja skozi prozorno površino, ki prepušča sevanje samo v eni smeri in se pretvarja v toploto.

Osnovni deli solarnih sistemov so kolektor, hranilnik toplote z izmenjevalcem toplote, solarna postaja s črpalko in regulatorjem in razveza z ustreznim delovnim (solarnim) medijem. Solarni kolektorji absorbirajo sončno sevanje in oddajajo toploto mediju nosilcu toplote, za katerega se največkrat uporablja voda, pa tudi spojina z glikolom ali z drugimi sredstvi za preprečevanje zamrzovanja. V južnejših predelih, kjer je nevarnost zamrzovanja manjša, se pogosto inštalirajo enostavni sistemi, v katerih se voda segreva direktno v kolektorju. Nosilec toplote se črpa skozi sistem cevi v hranilniku in se ogreva s pomočjo izmenjevalca toplote vode v hranilniku. Ohlajeni tok se odvaja nazaj v kolektor. V poletnem času sistem deluje bolj učinkovito, saj je odvisen od razlike med zunanjo temperaturo in temperaturo v kolektorju. Absorberji delujejo učinkovito tudi v difuzni svetlobi (pozimi ali pa v slabem vremenu). V obdobjih, ko solarna toplota ni zadostna, vodo dodatno ogreva konvencionalni sistem za ogrevanje vode do željene temperature. Solarni sistemi se v največji meri uporabljajo kot osnovni viri toplote (ki pokrivajo skupno na primer 60 do 70% potreb po topli vodi), medtem ko kot dodatni viri služijo plinski ali električni kotli.

Ravni kolektorji

Centralni del ravnega kolektorja je absorber s temno ploščo. Absorber je sestavljen iz kovinske pločevine, v katero so vtisnjene tanke bakrene cevi. Skozi cevi kroži tekočina ali nosilec toplote. Če solarno obsevanje zadane absorber, se v večini absorbira, delno pa reflektira. Z absorpcijo nastane toplota, ki se s pločevine odvaja v bakrene cevi. Tekočina kolektorja prevzame toploto in jo prenese do sprejemnika. Površina kolektorja je pokrita s stekleno ploščo. Steklo preprečuje refleksijo sončnega sevanja oziroma povečuje toplotni učinek. Na zadnji strani ter na bočnih straneh se vzpostavlja sloj toplotne izolacije na mineralni osnovi.

Ravni kolektorji so cenovno najugodnejši, zato zasedajo več kot 80% tržnega deleža v Evropi. Učinkovitost ravnih kolektorjev je cca 30% manjša od vakuumskih cevnih kolektorjev. Njihova uporaba s priporoča za ustvarjanje temperature med 20 in 80 stopinj.

Ravni kolektorji se lahko vgradijo na različne načine, kot vgraditev na streho, z integracijo v streho ali s samostojno vgradnjo.

Če se želi doseči temperatura tople vode 50°C:

Učinkovitost (poleti): ~70%,

učinkovitost (pozimi): ~45%.

Termo sifonski solarni sistem (z ravnimi kolektorji)

Termo sifonski solarni sistem lahko kombiniramo z ravnimi kolektorji in z vakuumskimi kolektorji. Sistem deluje po zakonu sile težnosti in izkorišča naravno cirkulacijo tekočine zaradi razlike v gostoti hladne in ogrevane vode in funkcionira brez črpalke. Tekočina, ki je nosilec toplote, se ogreva v kolektorju. Hranilnik je postavljen nad kolektor, kjer ogrevana tekočina zaradi manjše gostote plava nad hladno tekočino na vrh hranilnika in oddaja toploto. Temperatura se zmanjšuje in tekočina steče nazaj v kolektor.

Cena termo sifonskih kolektorjev je zelo ugodna, saj črpalka in zapleteni upravljalni sklopi niso potrebni. Sistem je priporočljiv za ravne strehe ali na nezgrajenem gradbišču.

Vakuumski ravni kolektorji

Ravni kolektorji se lahko izdelajo z vakuumom v notranjost kolektorja. Tako se poveča učinkovitost kolektorja, vendar raste tudi cena kolektorja. Njihova uporaba se priporoča za realizacijo temperature med 20 in 120 stopinj.

Termo sifonski solarni sistem (z vakuumskimi ravnimi kolektorji)

Vakuumski cevni kolektorji

Vakuumski cevni kolektorji vsebujejo vakuumirane steklene cevi, povezane nad kovinskim reflektorjem, ki ogreva solarne absorberje in tekočino. absorber je integriran v vsako cev in se lahko premika glede na položaj sonca, kar povečuje učinkovitost. Vakuum v ceveh preprečuje toplotne izgube in omogoča doseganje višje temperature, kot jo doseže večina ravnih kolektorjev. Vakuumski cevni kolektorji su kolektorji visoke učinkovitosti, vendar so tudi dražji od ravnih kolektorjev. Dobro obratujejo tudi v hladnejših razmerah, vendar pa se njihova prednost izgubi v toplejših razmerah. Zaradi omenjene lastnosti njihovo uporabo priporočamo za realizacijo visoke temperature med 50 in 120 stopinj. Njihova uporaba je priporočljivejša v državah severne in srednje Evrope, medtem ko so zaradi višjih cen manj ugodni za mediteransko področje. V glavnem so prilagojeni za strešne inštalacije (vendar manj za vgradnjo v streho) in idealni so za omejene površine. Če kolektorja ni mogoče inštalirati v idealno smer neba (jugovzhod in jugozahod), so vakuumski kolektorji idealni, saj delujejo učinkovito tudi v difuzni svetlobi.

Glede na način spajanja cevi poznamo tudi indirektno usmerjene cevi - Heat-pipe-vakuumske cevne kolektorje. V vakuumskih grelcih cevi se nahaja "Heat pipe" - bakrena cev, napolnjena s hitro hlapljivo tekočino. Vakuum med steklenimi cevmi je izključno znotraj stekla in je kolektor tako bolje zaščiten pred vdorom zraka. Kot površina absorberja služi premaz na notranji površini dveh cevi.

Pri CPC-vakuumskih cevnih kolektorjih je vakuumirana steklena cev postavljena v parabolično zrcalo, kar povečuje učinkovitost kolektorja.

Če se želi doseči temperatura 50°C:

Učinkovitost (poleti): ~70%,

učinkovitost (pozimi): ~60%.

Termo sifonski solarni sistem z vakuumskimi cevnimi kolektorji

Termo sifonski solarni sistem lahko kombiniramo z ravnimi kolektorji in vakuumskimi kolektorji. Sistem deluje po načelu sile teže in izkorišča naravno cirkulacijo tekočine zaradi razlike v gostoti hladne in ogrevane vode in deluje brez črpalke. Tekočina nosilec toplote se ogreva v kolektorju. Hranilnik je postavljen nad kolektor, kjer ogrevana tekočina zaradi manjše gostote plava nad hladno tekočino na vrhu hranilnika in oddaja toploto. Temperatura se zmanjšuje in tekočina teče nazaj v kolektor.

Cena termo sifonskih kolektorjev je zelo ugodna, saj črpalka in zapleteni upravljalni sklopi niso potrebni. Sistem je priporočljiv na ravnih strehah in nezgrajenih gradbiščih.

Bazenski absorberji

absorberji so sestavljeni iz plastike, ki je odporna na vplive atmosfere in na UV-sevanje brez ohišja, toplotne izolacije, steklene plošče in hranilnika. Optimalno se uporabljajo za ogrevanje vode v zunanjih bazenih v srednji Evropi izključno v poletnih mesecih in prinašajo dobre rezultate. Bazenska voda se pretaka skozi absorberje, ki dosežejo temperaturo med 20 in 40 stopinj.

Če želimo doseči temperaturo 50°C:

Učinkovitost (poleti): ~20%.

Solarni kolektorji na zraku

Solarni kolektorji  so podobni ravnim kolektorjem, vendar skozi njih kroži zrak in se tako ogrevajo. Ta zrak se uporablja kasneje za ogrevanje zgradb in ventilacijskega zraka. Ob direktnem sončnem obsevanju lahko dosežemo porast temperature do 40 stopinj.

Hibridni solarni sistem

Hibridni solarni sistemi so kombinacija solarnih fotonapetostnih sistemov in solarnih toplotnih sistemov, zato proizvajajo kombinirano električno in toplotno energijo. Moduli su dvoslojni, na višji nivo so postavljene fotonapetostne celice, ki pretvarjajo sončno svetlobo v istosmerni tok, ki ga solarni izmenjevalec pretvarja v izmenični tok, sinhronizirano z napetostjo in frekvenco mreže. Spodaj se nahaja bakrena pločevina, ki zbira infrardečo svetlobo. Toplota se transportira skozi cevi, napolnjene z vodo do krožnega toka tople vode. Gre za relativno novo tehniko, zato še ni veliko izkušenj z njo. 

 

 

 

Več

Solarne plošče THIN-FILM ASI Obstaja 2 izdelkov.

Prikazujem 1 - 2 od 2 izdelkov
Prikazujem 1 - 2 od 2 izdelkov