Popis předmětu - B1M13ASS

Přehled studia | Přehled oborů | Všechny skupiny předmětů | Všechny předměty | Seznam rolí | Vysvětlivky               Návod
B1M13ASS Aplikace solárních systémů
Role:PZ, P Rozsah výuky:2P+2L
Katedra:13113 Jazyk výuky:CS
Garanti:Benda V. Zakončení:Z,ZK
Přednášející:Benda V., Černá L., Holovský J., Hrzina P. Kreditů:5
Cvičící:Benda V., Finsterle T., Hrzina P. 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:

Seznámit studenty se způsoby využívání sluneční energie, zejména pomocí fotovoltaických systémů

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. Úvod. Solární energie, spektra, atmosférické vlivy
2. Absorpce světla, generace a rekombinace nerovnovážných nosičů náboje
3. PN přechod, fotovoltaický jev, náhradní schéma fotovoltaického článku
4. Parametry článků, vliv teploty a intenzity záření, zásady kostrukce článků
5. Fotovoltaické články a moduly z krystalického křemíku
6. Tenkovrstvé články a moduly (CIGS, CdTe, a:Si), organické materiály
7. Články a moduly pro koncentrátorové systémy, PV-T moduly
8. Jednoduchý systém s akumulací, kombinované systémy
9. Fotovoltaické pole, typy střídačů, připojení do sítě, monitoring
10. Optimalizace parametrů FV systému, mechanizmy vzniku poruch
11. Revize a diagnostika FV systémů, metody měření
12. Legislativa a podmínky pro provoz FVE v ČR a ve světě
13. Základní ekonomické a ekologické aspekty.
14. Současné trendy v oblasti fotovoltaiky.

Osnovy cvičení:

1. Organizace práce, bezpečnost práce v laboratoři 2. Spektrální citlivost FVČ - senzory pro měření intenzity záření
3. Simulace fotvoltaických článků a systémů
4. Vliv technologie na charakteristiky fotvoltaických článků
5. Vliv sériového odporu na charakteristiky FV článků
6. Vliv paralelního odporu na charakteristiky FV článků
7. Vliv zastínění u různých typů FV modulů
8. Analýza chování BY-PASS diod u FV modulů
9. Koncentrátorové systémy
10. Střídače pro fotovoltaické systémy
11. Autonomní fotvoltaické systémy
12. Nabíjecí a vybíjecí charakteristiky základních druhů akumulátorů
13. Revize a diagnostika FV systémů
14. Zápočet

Literatura:

BENDA, V. a kol. Obnovitelné zdroje energie. 1. vyd. Praha: Profi press, 2012, 208 s. ISBN 978-808-6726-489. 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

Požadavky:

Základní znalosti z matematiky, fyziky a výkonové 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
MPEEM1_2018 Elektrické pohony PZ 3
MPEEM3_2018 Technologické systémy PZ 3
MPEEM2_2018 Elektroenergetika PZ 3
MPEEM1_2016 Technologické systémy P 3
MPEEM3_2016 Elektroenergetika P 3
MPEEM2_2016 Elektrické stroje, přístroje a pohony P 3


Stránka vytvořena 19.10.2020 17:50:30, semestry: Z,L/2020-1, L/2019-20, Z/2021-2, 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.