solarne komponente i sistemi -...
TRANSCRIPT
Solarne komponente i sistemi
VII semestar – 2+1+2 – 6 kredita Modul E – 2OEE7O02
Modul US – 2OEU7A05 Modul EKM – OEM7O04
Prof.dr Dragan Pantić, kabinet 337, [email protected]
Prof. dr Dragan Mančić, kabinet 106, [email protected] Dr Sanja Aleksić, kabinet 347, [email protected]
Dipl. inž. Igor Jovanović, kabinet M2-4, [email protected]
Primena nanotehnologije
Pretvaranje CO2 u CH4
Mešavina vode i CO2 se korišćenjem klastera nanocevi od titanijum oksida koje su prekrivene katlizatorom pretvara u CH4 pri čemu se kao izvor energije koristi Sunce.
11/7/2018 NANOTEHNOLOGIJE - 2011/12 3
11/7/2018 SKIS - 2012/13 4
RECTENNA
Specijalni tip antene koji se koristi za direktnu
konverziju elektromagnetne energije u DC struju
11/7/2018 SKIS - 2012/13 5
Oktobar 2015. istraživači sa Georgia Institute of Technology su
predstavili prvu optical rectenna za koju se pretpostavlja da će biti
osnova za razvoj nove generacije visokoefikasnih solarnih ćelija. http://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/materials/optical-rectenna-could-doube-solar-cell-efficiency
Air Mass
Air Mass predstavlja dužinu koju svetlost prođe kroz atmosferu, pre nego što stigne do površine Zemlje, normalizovano sa najkraćim putem kada je Sunce direktno iznad glave.
11/7/2018 SKIS - 2013/14 14
Određivanje AM 11/7/2018 SKIS - 2013/14 15
Intenzitet direktne komponente
solarnog zračenja u funkciji AM:
Intenzitet zračenja raste sa
povećanjem nadmorske visine:
• konstanta a=0.14
• h nadmorska visina
Kretanje Sunca
Pozicija Sunca zavisi od:
◦ pozicije na Zemlji,
◦ vremena u toku godine,
◦ vremena u toku dana.
Prividno kretanja Sunca ima najveći uticaj na količinu snage koju prima solarni kolektor.
Intenzitet zračenja se menja u zavisnosti od ugla između sunčevih zraka i površine koja apsorbuje zračenje.
11/7/2018 SKIS - 2013/14 16
Kretanje Sunca
Snaga je srazmerna cosq
Modeliranje putanje Sunca zahteva poznavanje:
◦ uglova (azimut i elevacija),
◦ dan u godini, i
◦ vreme u toku dana.
11/7/2018 SKIS - 2013/14 17
LST i LT
11/7/2018 SKIS - 2013/14 19
LST – Local Solar Time – se definiše kada je Sunce u najvišoj poziciji na nebu
LT – Local Time – se razlikuje od LST zbog eksentričnosti Zemljine putanje,
i prilagođavanja: vremenske zone i zimsko vreme.
• DTGMT – razlika između LT i GMT • 15o=360o/24
Jednačina vremena - EoT
Equation of Time (u min.) je empirijska jednačina koja uvodi korekciju usled ekscentričnosti Zemljine putanje i njenog aksijalnog nagiba.
11/7/2018 SKIS - 2013/14 20
• d – broj dana u godini od početka godine
Faktor korekcije vremena – TC Lokalno solarno vreme – LST Časovni ugao - HRA
Time Correction Factor – TC (u min.) izračunava varijaciju LST u okviru jedne vremenske zone, zbog promena geografske dužine u vremenskoj zoni, pri čemu uključuje i EoT.
Local Solar Time – LST se određuje na osnovu prethodne dve korekcije, kako bi se podesilo lokalno vreme (LT):
Hour Angle – konvertuje LST u broj stepeni koje Sunce pređe preko neba.
11/7/2018 SKIS - 2013/14 21
Ugao deklinacije - d
Ugao deklinacije d se menja u toku godine zbog nagiba ose rotacije Zemlje.
Osa je nagnuta 23.45o i ugao deklinacije se menja plus ili minus ovaj ugao.
d=0 samo za prolećnu i jesenju ravnodnevicu.
11/7/2018 SKIS - 2013/14 22
Ugao deklinacije - d
Ugao deklinacije se određuje korišćenjem izraza:
11/7/2018 SKIS - 2013/14 23
d je broj dana u godini
Jan 1: d=1
Ugao elevacije – a
Važan parametar pri projektovanju PV sistema je maksimalni ugao elevacije, tj. maksimalna visina Sunca na nebu u toku godine.
Dešava se u solarno podne i zavisi od geografske širine i ugla deklinacije
11/7/2018 SKIS - 2013/14 25
Ugao elevacije u solarno podne:
Ugao elevacije:
• j geografska širina mesta • d ugao deklinacije • HRA – časovni ugao
Zenitni ugao - z
Zenitni ugao je ugao između pozicije Sunca i vertikale.
Sličan uglu elevacije, samo se meri od vertikale.
11/7/2018 SKIS - 2013/14 26
Ugao azimuta
Ugao azimuta definiše pravac iz koga dolazi sunčeva svetlost.
Solarno podne – Sunce je direktno na jugu (za severnu hemisferu).
11/7/2018 SKIS - 2013/14 28
• j geografska širina mesta • d ugao deklinacije • HRA – časovni ugao • a - ugao elevacije
Pozicija Sunca
Ugao azimuta i ugao elevacije u solarno podne su dva najvažnija ugla za orijentaciju PV modula
11/7/2018 SKIS - 2013/14 29
Solarno zračenje na iskošenoj površini
Snaga na PV modulu zavisi od ugla između modula i Sunca
Gustina snage je maksimalna kada je PV modul normalan na Sunce.
S obzirom da se ugao između Sunca i fiksirane površine kontinuirano menja, menja se i gustina snage na fiksnom PV modulu.
11/7/2018 SKIS - 2013/14 34
Solarno zračenje na iskošenoj površini
11/7/2018 SKIS - 2013/14 35
• a – ugao elevacije, • b – tilt ugao modula meren prema horizontali
Izračunavanje solarne insolacije
Na osnovu jednačine pozicije Sunca na nebu u toku godine, solarno zračenje na površini koja je pod datim tilt uglom, može se izračunati u funkciji geografske širine i dana u godini.
11/7/2018 SKIS - 2013/14 36
Kako solarna ćelija radi? Apsorpcija fotona generiše par elektron-šupljina
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 44
Kako solarna ćelija radi? p-n spoj sprečava rekombinaciju, polje na spoju razdvaja nosioce naelektrisanja
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 45
Kako solarna ćelija radi? Posle prolaska kroz opterećenje elektron se sreće sa šupljinom i kolo se zatvara
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 46
Kako solarna ćelija radi? Verovatnoća “prikupljanja” nosilaca naelektrisanja
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 47
Kako solarna ćelija radi? Generisana struja zavisi od generacije nosilaca i verovatnoće “prikupljanja” nosilaca naelektrisanja
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 48
• G(x) – brzina generacije
• CP(x) – verovatnoća prikupljanja nosilaca
• q – naelektrisanje elektrona
• W – debljina komponente
• a(l) – koeficijent apsorpcije • H0 – broj fotona na određenoj talasnoj dužini
Kako solarna ćelija radi? Kvantna efikasnost (Q.E.) prestavlja odnos prikupljenih naelektisanja i ukupnog broja fotona
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 49
Kako solarna ćelija radi? Spektralni odziv predstavlja odnos generisane struje i incidentne snage koja dolazi na SC
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 50
Kako solarna ćelija radi? I-V karakteristika - neosvetljena SC ima istu karakteristiku kao dioda
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 51
Kako solarna ćelija radi? I-V karakteristika – kada se osvetli SC genriše snagu
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 52
Kako solarna ćelija radi? I-V karakteristika – veći intenzitet svetlosti daje veći pomeraj karakteristike
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 53
Kako solarna ćelija radi? Struja kratkog spoja - ISC
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 54
• q – naelektrisanje elektrona
• G – brzina generacije
• Ln – difuziona dužina elektrona
• Lp – difuziona dužina šupljina
Zavisi od:
• površine SC
• broja fotona
• spektra incidentne svetlosti
• optičkih osobina materijala
(apsorpcija i refleksija)
• verovatnoće prikupljanja nosilaca
Kako solarna ćelija radi? Fill factor – FF predstavlja najveći pravougaonik koji fituje IV karakteristiku
11/7/2018 SKIS - 2013/14. 56
Empirijski izraz: