Popis předmětu - BE1M13ASS

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
BE1M13ASS Solar Systems Application Rozsah výuky:2P+2L
Garanti:Benda V. Role:PZ,P Jazyk výuky:EN
Vyučující:Benda V., Holovský J. Zakončení:Z,ZK
Zodpovědná katedra:13113 Kreditů:5 Semestr:Z

Anotace:

Kurz obsahuje základní kapitoly z fyziky polovodičů se zaměřením na fotovoltaické technologie. Seznámí studenty s různými konstrukcemi a základní technologií výroby fotovoltaických panelů. Studenti se také seznámí s konstrukcí nejběžnějších střídačů a jejich algoritmy řízení. Velký důraz je kladen na diagnostiku fotovoltaických systémů moderními metodami (termovize, elektroluminiscence, flash test). V neposlední řadě se předmět věnuje i problematice uchovávání energie ze solárních zdrojů a aplikacím solar-thermal.

Cíle studia:

Studenti pochopí principy a limity využívání sluneční energie, zejména pomocí fotovoltaických systémů. Studenti se seznámí se základními technologiemi výroby fotovoltaických článků a modulů. Studenti se naučí navrhnout systém spočítat jeho energetickou výtěžnost a ekonomickou návratnost.

Obsah:

Trendy v globální spotřebě energie, problémy. Co je obnovitelný zdroj, srovnání různých typů s fotovoltaikou. Jaké jsou spektrální vlastnosti slunce jako zdroje. Jaké jsou časově proměnné vlastnosti a limity Slunce jako zdroje. Jaký je hlavní limit (jednopřechodového) solárního článku. Co určuje generované napětí a generovaný proud v solárním článku. Náhradní schema solárního článku a diodová rovnice. Absorpční koeficient a index lomu a jeho základní důsledky pro šíření světla. Materiálové požadavky a aplikační výhody tenkovrstvých technologií. Výroba křemíkových desek. Technologie standardního (Al-BSF) krystalického solárního článku. Optické ztráty a jejich redukce ve standardní a pokročilé technologii krystalických článků. Rekombinační ztráty a jejich redukce ve standardní a pokročilé technologii krystalických článků. Elektrické ztráty (kromě ztrát rekombinací). Externí kvantová účinnost, její integral. Příklady současných a nových technologií tenkých vrstev, perspektivy. Jaké jsou základní vlastnosti skla, vliv odrazu světla a způsoby redukce. Co určuje celkové výkonové parametry fotovoltaického modulu. Vliv zastínění a jeho zmírnění. Konstrukce fotovoltaického modulu, technologie propojení tenkovrstvých solárních modulů. Jaké jsou klíčové vlastnosti laminovacích materiálů. Vliv teploty a metody optimalizace, co je NOCT. BIPV na plochých a sedlových střechách, speciální fotovoltaické moduly architekturu. Příklady autonomních fotovoltaických aplikací. Autonomní systém s baterií s ON-OFF / PWM / MPP regulátorem. Autonomní domácí systém a jeho dimenzování (zjednodušená metoda). Typy systémů připojených k síti, dimenzování FV střídače a stringu, požadavky na kabely. Typy a topologie střídačů. Podrobné schéma zapojení domácího a komerčního fotovoltaického systému. Vliv PV na síť (kvalita, napětí, stabilita). Orientace modulu, pevné naklonění versus různé typy sledovačů. Předvídatelné a nepředvídatelné efekty zastínění, příčiny a omezení jejich vlivu. Údržba, životnost, monitoring, diagnostika pomocí střídačů. Potenciálem indukovaná degradace. Diagnostika: typ poruch, jejich důsledky a metody určování. V-A měření: vnitřní / venkovní, požadavky na sluneční simulator. Foto- / elektro-luminiscence: princip a typ poruch. Termografie: princip a typ poruch. Spolehlivost, příčiny poruch, životnost. Zkoušky, jejich účel, zkouška izolace. Dlouhodobé měrné náklady na energii - rovnice. Vliv účinnosti na cenu elektřiny - aktuální ceny 1kWh, 1kWp. Strukturya cen elektřiny, časový vývoj v ročním a denním měřítku. Způsoby výkupy elektřiny, druhy tarifů. Příběh solárního boomu v České republice, pozitivní vliv celosvětového solárního boomu. Doba návratnosti energie, uhlíková stopa, recyklace. Rozdíl mezi transformací světla na teplo a na elektřinu. Princip solárních termických kolektorů, ztrátové mechanism. Účinnost termických kolektorů, závislost na teplotě a osvětlení. Zvýšení účinnosti termického kolektoru - vacuum, selektivním absorber. Typy a aplikace domácíc h termických kolektorů. Solární termické systémy, solární chlazení. Srovnání ohřevu teplé užitkové vody termickým kolektorem a fotovoltaikou. Co získáme použitím fotovoltaických koncentrátorů. Jaké jsou technologické a klimatické požadavky na koncentrátory. Koncentrační faktor, určení jeho teoretického maxima. Účinnost tepelného motoru, typy koncentrátorových solárních systémů.

Osnovy přednášek:

1 Základní znalosti potřebné pro laboratorní úlohy 2 Problém fosilních paliv,potenciál solární energie na Zemi 3 FV efekt, FV články, základní struktura a vlastnosti 4 Konstrukce a technologie fotovoltaických článků 5 Konstrukce a technologie fotovoltaických modulů 6 Charakterizační a diagnostické metody v PV 7 Autonomní fotovoltaické systémy 8 FV systémy připojené k síti 9 Optimalizace FV systému 10 Ekonomické a ekologické aspekty PV 11 BIPV, solární termální, koncentrátorové systémy 12 Tenkovrstvé technologie, nové technologie

Osnovy cvičení:

1 Úvod, Bezpečnost a ochrana zdraví při práci, První pomoc 2 Spektroskopické vlastnosti materiálů 3 Spektroskopické vlastnosti světla a FV článků 4 V-A křivka FV modulu, vliv sériového a paralelního odporu 5 V-A křoivka FV modulu, efekt stínování 6 Diagnostika FV modulů termografií 7 Diagnostika FV modulů elektroluminiscencí 8 Koncentrátorový systém a termicý systém 9 Počítačové navrhování domácích FV systémů 10 Experimentální analýza laboratorního FV systému 11 Počítačová simulace domácích FV systémů s bateriemi 12 Experimentální analýza laboratorního off-grid FV systému 13 Zápočet 14 Zápočet

Literatura:

Kaplanis, S. - Kaplani, E. - Benda, V. - Kádár, P. - Kozhukharov, V. - et al. (ed.): Renewable Energy Systems: Theory, Innovations and Intelligent Applications. 1. ed. Hauppauge NY: Nova Science Publisher, Inc., 2013
A. Luque and Steven Hegedus (editors), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering,
2011 John Wiley & Sons
A. Smets, K. Jäger, O. Isablla, R. van Swaaij and M. Zeman, Solar Energy, UIT Cambridge Ltd., Cambridge,2016
T. M. Letcher and V. M. Fthenakis (editors) A Comprehensive Guide to Solar Energy
Systems With Special Focus on Photovoltaic Systems, 2018 Elsevier Inc Konrad Mertens, Photovoltaics: fundamentals, technology and practice, Wiley 2018, ISBN: 1119401046

Požadavky:

Základní znalosti z matematiky, fyziky a elektroniky

Webová stránka:

http://pasan.feld.cvut.cz/lfsez.php

Klíčová slova:

Sluneční energie, ozáření, atmosférická masa, fotovoltaický jev, absorpce fotonů, generace nosičů, rekombinace nosičů, fotovoltaické články, PN přechod, heteropřechod, články z krystalického křemíku, technologie BSF, PERC, IBC , HJT, tenkovrstvé články, fotovoltaické moduly, parametry fotovoltaických modulů, autonomní fotovoltaické systémy, fotovoltaické systémy připojené k síti, akumulace energie, FV střídače, provoz FV systému, údržba FV systému, degradace FV modulů, životnost

Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:

Plán Obor Role Dop. semestr
MEEEM2_2018 Elektroenergetika PZ 3
MEEEM1_2018 Elektrické pohony PZ 3
MEEEM3_2018 Technologické systémy PZ 3
CHYBNY_01 Technologické systémy P 3
MEEEM3_2016 Elektroenergetika P 3
MEEEM2_2016 Elektrické stroje, přístroje a pohony P 3
MEEEM1_2016 Technologické systémy P 3


Stránka vytvořena 9.12.2019 11:51:01, semestry: Z,L/2020-1, L/2018-9, Z,L/2019-20, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336)
Za obsah odpovídá: doc. Ing. Ivan Jelínek, CSc.