Sonne celice na olski strehi

Download Sonne celice na olski strehi

Post on 27-Mar-2016

220 views

Category:

Documents

3 download

DESCRIPTION

raziskovalna naloga - podroje fizika

TRANSCRIPT

  • O VIDE PREGARC

    LJUBLJANA

    RAZISKOVALNA NALOGA

    PODROJE: Fizika

    SONNE CELICE NA OLSKI STREHI

    MENTOR: Katja Kodelja AVTORICI: Tajda Frece, 8. b

    ejla Troi, 8. b

    LJUBLJANA, 2011

  • 2

    KAZALO KAZALO .................................................................................................................................................2

    KAZALO SLIK:..................................................................................................................................3

    KAZALO TABEL..............................................................................................................................4

    KAZALO GRAFOV............................................................................................................................4

    POVZETEK ............................................................................................................................................5

    KLJUNE BESEDE ...............................................................................................................................5

    1 UVOD................................................................................................................................................6

    2 SONNE CELICE............................................................................................................................7

    2.1 VRSTE SONNIH CELIC.......................................................................................................7

    2.1.1 MONOKRISTALNE SONNE CELICE.......................................................................7

    2.1.2 POLIKRISTALNE SONNE CELICE..........................................................................8

    2.1.3 AMORFNE SONNE CELICE.......................................................................................8

    2.2 SESTAVA SONNIH CELIC .................................................................................................9

    3 POTEK DELA.............................................................................................................................. 10

    3.1 TABELIRANJE..................................................................................................................... 10

    3.2 PRIPOMOKI ZA MERJENJE .......................................................................................... 10

    3.3 POTEK MERITVE:.............................................................................................................. 12

    4 REZULTATI IN UGOTOVITVE .............................................................................................. 14

    4.1 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD VREMENA................................................ 14

    4.2 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD OSVETLJENOSTI.................................... 15

    4.3 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD VRSTE CELIC .......................................... 16

    4.4 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD NAKLONA CELIC .................................. 17

    4.5 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD STRANI NEBA......................................... 18

    5 IZRAUNI..................................................................................................................................... 19

    6 ZAKLJUEK ................................................................................................................................ 22

    7 ZAHVALA..................................................................................................................................... 23

    8 VIRI IN LITERATURA .............................................................................................................. 23

    9 PRILOGE....................................................................................................................................... 24

  • 3

    KAZALO SLIK:

    Slika1: Monokristalne sonne celice ................................................................................. 7

    Slika 2: Polikristalne sonne celice .................................................................................. 8

    Slika 3: Amorfne sonne celice ......................................................................................... 8

    Slika 4: Sestava sonne celice ......................................................................................... 9

    Slika 5: Maketa sonnih celic.......................................................................................... 10

    Slika 6: Termometer (za merjenje temperature).............................................................. 10

    Slika 7: Kompas (za doloanje smeri neba) .................................................................... 11

    Slika 8: Kabli (za povezavo med sonnimi celicami in ampermetrom in voltmetrom) ...... 11

    Slika 9: Ampermeter in voltmeter - multimeter (za merjenje toka in napetosti) ................ 11

    Slika 10: Veliki geo trikotnik (za merjenje naklona sonnih celic) .................................... 12

    Slika 11: Doloanje naklona celic ................................................................................... 12

    Slika 12: Merjenje z multimetrom (toka in napetosti) ....................................................... 13

    Slika 13: Dobljeni rezultat sva vpisali v tabelo................................................................. 13

  • 4

    KAZALO TABEL

    Tabela 1: Izraun povprene pridobljene moi v odvisnosti od vremena......................... 14

    Tabela 2: Povpreen izraun moi v odvisnosti od osvetljenosti ..................................... 15

    Tabela 3: Pridobljena mo v odvisnosti od vrste celic ..................................................... 16

    Tabela 4: Pridobljena mo v odvisnosti od strani neba ................................................... 18

    Tabela 5: Pridobljena mo odvisna od strani neba.......................................................... 18

    KAZALO GRAFOV

    Graf 1: Naredili sva graf izrauna o odvisnosti pridobljene moi od vremena.................. 14

    Graf 2: Graf povprenega izrauna moi v odvisnosti od osvetljenosti............................ 15

    Graf 3: Graf izrauna odvisnosti moi od osvetljenosti.................................................... 16

    Graf 4: Graf pridobljene moi v odvisnosti od vrste celic ................................................. 16

    Graf 5: Graf pridobljene moi v odvisnosti od naklona celic ............................................ 17

    Graf 6: Graf pridobljene moi odvisne od strani neba ..................................................... 18

    Graf 7: Izraun investicije in odkupa elektrike ................................................................. 20

    Graf 8: Povprena pridobljena elektrika v kWh v posameznih mesecih .......................... 21

  • 5

    POVZETEK Za to temo sva se odloili, ker bo naa ola gradila prizidek in elimo na streho

    postaviti sonno elektrarno. eleli sva raziskati, v koliknem asu se nam

    investicija povrne. Meritve sva opravljali v uilnici, na igriu, za olo, pred blokom

    in v stanovanju. Za to pa sva seveda potrebovali tudi maketo sonnih celic.

    Gospod Marko ibert iz podjetja ALPIN nama je posodil maketo sonnih celic, in

    sicer sta bili dve iz silicija - monokristalni, dve pa brez - polikristalni. Ugotovili sva,

    da dobimo najve elektrike, e je jasno vreme, e so sonne celice obrnjene proti

    jugu in so pod naklonom od 30 do 40. Ugotovili pa sva tudi, da je bolje imeti

    sonne celice s silicijem, saj so bolj obstojne. Za sonne celice ni dobro, da se

    pregrejejo, saj takrat proizvajajo manj moi. Te trditve nama ni uspelo dokazati,

    ker sva poskuse izvajali pri nijih temperaturah.

    S pomojo meritev sva izraunali koliko elektrine moi bi proizvajala sonna

    elektrarna na strehi ole, koliko kWh bi proizvedli na leto ter koliko denarja bi

    zasluili, e bi proizvedeno elektriko prodali. Te podatke sva primerjali z

    izraunom podjetja ALPIN in prili do ugotovitev, da se nam ta investicija povrne v

    roku desetih let.

    KLJUNE BESEDE sonne celice, sonna elektrarna, pridobljena elektrika

  • 6

    1 UVOD

    Za to temo sva se odloili, ker namerava naa ola zgraditi prizidek in sva eleli

    raziskati, e bi se nam investicija v sonno elektrarno obrestovala. Tema se nama

    je zdela zanimiva in neznana. Primerjali sva, koliko elektrike bi dejansko dobili z

    nao olsko sonno elektrarno, in preraunali, v koliknem asu bi se nam

    povrnila investicija. Predvidevali sva, da je koliina pridobljene elektrike odvisna

    od naklona celic, smeri neba, vremena, osvetljenost, temperature in obmoja

    meritve. Najina hipoteza je bila, da je najveji izkoristek odvisen od svetilnosti in

    naklona.

  • 7

    2 SONNE CELICE

    Sonna celica (lahko jo imenujemo tudi solarna celica) je neposredni pretvornik za

    pridobivanje elektrine energije iz sonne. To je naprava fotoelement, ki v mejni

    plasti med dvema polprevodnikoma pretvarja vpadajoe sonne arke v elektrini

    tok.

    2.1 VRSTE SONNIH CELIC

    LOIMO TRI VRSTE SONNIH CELIC: - monokristalne

    - polikristalne

    - amorfne

    2.1.1 MONOKRISTALNE SONNE CELICE Monokristalne sonne celice so bile najprej mnoino proizvedene, kar je razlog,

    da so danes najbolj razirjene. Proizvajamo jih iz kaljenega stekla v aluminijastih

    okvirjih, zato so odporne na najteje vremenske pogoje, kar vkljuuje tudi too.

    Izkoristki monokristalnih sonnih celic so med 15 in 18 %, kar je najve od

    omenjenih tipov. Zaradi najvijega izkoristka so tudi najdraje. V zgradbi je

    najveja razlika pri kristalnih ravninah. Monokristalne celice so najblije idealnemu

    kristalu, ker nimajo kristalnih mej. Pri monokristalnih celicah se sonni arki manj

    razsujejo na gladki povrini, kar je razlog za viji izkoristek.

    Slika1: Monokristalne sonne celice (http://img.enaa.com/oddelki/conrad/assets/product_images/monokristalna_solarna_celica_CO193

    852.jpg, na dan 15. 3. 2011)

  • 8

    2.1.2 POLIKRISTALNE SONNE CELICE Polikristalne (e bolj pa amorfne) sonne celice odstopajo od ideala. Sestavljene

    so iz velikega tevila kristalnih zrn, ki so med seboj loena s kristalnimi mejami.

    Pri monokristalnih celicah se sonni arki manj razsujejo na gladki povrini, kar je

    razlog za viji izkoristek.

    Slika 2: Polikristalne sonne celice (http://img.enaa.com/oddelki/conrad/assets/product_images/polikristalinske_solarne___celice_2_6______________CO112135.jpg, na dan 15. 3. 2011)

    2.1.3 AMORFNE SONNE CELICE Amorfne sonne celice imajo najslabi izkoristek, ta se giblje od 6 do 8 %. Poleg

    tega imajo e eno slabost, in sicer da se hitreje starajo, saj e po nekaj mesecih

    zane izkoristek padati, vendar pa so bolj obutljive na svetlobo in delujejo tudi v

    slabih vremenskih pogojih. Najlaje jih je izdelati, zato so tudi poceni. V Sloveniji

    potrebujemo dodatne vire energije, ker poraba energije iz leta v leto naraa.

    Vendar tako mali izkoristki amorfnih sonnih celic prepriajo le malokaterega

    vlagatelja.

    Slika 3: Amorfne sonne celice (http://www.pvresources.com/images/solarcell_pic01b.jpg, na dan 15. 3. 2011)

  • 9

    2.2 SESTAVA SONNIH CELIC Za boljo predstavo si najprej poglejmo sestavo sonne celice. V splonem jo

    razdelimo v est slojev. Na vrhu je steklena ploa, ki ostale plasti varuje pred

    mehanskimi vplivi, kot so de, veter, toa in podobno. Sledi antirefleksna plast. Z

    njo doseemo zmanjan odboj svetlobe, zato se ve fotonov absorbira in povea

    se izkoristek. Ko fotoni padejo na sonno celico, obstajajo tri monosti, kaj se bo z

    njimi zgodilo, odvisno od valovne doline svetlobe in s tem energije fotona. Veja

    kot je valovna dolina svetlobe, manja je energija fotona. e je energija

    prevelika, bo foton predrl vse plasti in od njega ne bomo imeli nobene koristi. e

    je energija premajhna, se lahko foton odbije od povrine, kar spet ne daje nobene

    koristi. Pretvorbo svetlobne v elektrino energijo dobimo samo v primeru, ko je

    energija fotona ravno pravnja, da foton pride do stika n- in p-tipa polprevodnika.

    Tretja plast je kontaktna mrea. Narejena je iz dobrega prevodnika. Njena vloga

    je, da zbira elektrone, nato sledita p- in n-tip polprevodnika. Na dnu je e zadnja

    plast, ki je narejena iz kovine in slui kot prevodnik elektrinega toka.

    Slika 4: Sestava sonne celice (http://fizika.unimb.si/files/seminarji/08/SoncneCelice.pdf)

  • 10

    3 POTEK DELA

    Marko ibert iz podjetja ALPIN nama je posodil tiri makete sonnih celic; dve

    celici s silicijem in dve brez silicija. S temi tiri maketami sva vsak dan opravljali

    meritve na razlinih obmojih. Vse meritve sva zapisali v tabele, ki so priloene

    kot priloge.

    3.1 TABELIRANJE V tabelo sva zapisali naslednje koliine: datum, ura, vreme, temperatura, naklon

    celic, osvetljenost, tok, napetost, vrsta celic, obmoje meritve, smer neba.

    3.2 PRIPOMOKI ZA MERJENJE

    Slika 5: Maketa sonnih celic

    Slika 6: Termometer (za merjenje temperature)

  • 11

    Slika 7: Kompas (za doloanje smeri neba)

    Slika 8: Kabli (za povezavo med sonnimi celicami in ampermetrom in voltmetrom)

    Slika 9: Ampermeter in voltmeter - multimeter (za merjenje toka in napetosti)

  • 12

    Slika 10: Veliki geo trikotnik (za merjenje naklona sonnih celic)

    3.3 POTEK MERITVE: Sonne celice in multimeter sva med seboj povezali z dvema kabloma. rn je el

    v oznako za ozemljitev, rde pa v oznako V ali mA (kadar sva prikljuili v mA, je

    naprava merila tok v miliamperih, e pa sva kabel priklopili na V, pa sva merili

    napetost v voltih). Drugi del kablov pa sva priklopili v vtinice ob sonnih celicah

    (slika 12). Z velikim geo-trikotnikom sva naravnali sonne celice na razline kote

    (slika 11). Multimeter je bil analogni, zato sva morali biti pozorni e na obmoje

    meritev. Kazalek multimetra se je ustavil na neki tevilki in tako sva lahko razbrali

    ampere in volte. Nato sva sproti podatke vpisovali v tabele, ki so dodane kot

    priloge (slika 13).

    Slika 11: Doloanje naklona celic

  • 13

    Slika 12: Merjenje z multimetrom (toka in napetosti)

    Slika 13: Dobljeni rezultat sva vpisali v tabelo

  • 14

    4 REZULTATI IN UGOTOVITVE Rezultate sva s pomojo programa Excel obdelali in naredili grafe.

    4.1 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD VREMENA Priakovali sva, da bo najveja pridobljena mo ob jasnem vremenu.

    VREME MO (W) jasno 1.08 delno jasno 2.89 oblano 0.55

    Tabela 1: Izraun povprene pridobljene moi v odvisnosti od vremena

    Graf 1: Naredili sva graf izrauna o odvisnosti pridobljene moi od vremena

    Najina priakovanja so bila napana, saj je izraun pridobljene moi pokazal ve

    pri delno jasnem vremenu.

  • 15

    4.2 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD OSVETLJENOSTI Priakovali sva, da bo povpreni izraun moi najviji takrat, ko bo znaala

    osvetljenost nad 40000 lx.

    Osvetljenost (lx)

    Povprena mo(W)

    od 0 do 5000 0.11 od 5000 do 10000 0.43 od 10000 do 15000 0.51 od 15000 do 20000 0.80 od 20000 do 25000 / od 25000 do 30000 0.56 od 30000 do 35000 0.98 nad 40000 1.85

    Tabela 2: Povpreen izraun moi v odvisnosti od osvetljenosti

    Graf 2: Graf povprenega izrauna moi v odvisnosti od osvetljenosti

    Najino priakovanje dri, saj je nad 40000 lx izraun moi najveji. im bolj sonce

    osvetli sonno celico, tem ve je pridobljene elektrike, vendar pa tudi ni dobro, e

    se celice pregrejejo, saj lahko s tem doseem ravno nasproten uinek.

  • 16

    Graf 3: Graf izrauna odvisnosti moi od osvetljenosti

    Kot vidimo, se je tudi na tem grafu pokazalo, da je izraun odvisnosti moi najveji

    pri 40000 lx. Tistih dveh pik, ki izstopata, pa nismo uporabili pri izraunu.

    4.3 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD VRSTE CELIC Pri tej meritvi sva predvidevali, da bo pridobljena mo v odvisnosti od vrste celic

    najveja pri sonni celici s silicijem.

    VRSTA CELIC MO (W) brez silicija 0.97 s silicijem 1.28

    Tabela 3: Pridobljena mo v odvisnosti od vrste celic

    Graf 4: Graf pridobljene moi v odvisnosti od vrste celic

  • 17

    Najina predvidevanja so pravilna, saj je izraun moi najveji pri sonni celici s

    silicijem. Silicij uporabljajo za izdelavo sonnih celic, vendar so nekatere tudi brez

    njega. Je zelo obstojen, saj obstoji tudi pri temperaturi do 125C.

    4.4 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD NAKLONA CELIC

    Predvidevali sva, da bo najbolje, e bi nao sonno elektrarno postavili pod kot 40.

    Graf 5: Graf pridobljene moi v odvisnosti od naklona celic

    Najbolji izkoristek dobimo, e sonne celice postavimo pod kotom 30 40.

    Iz grafa je razvidno, da se nama ta meritev ni posreila.

  • 18

    4.5 PRIDOBLJENA MO V ODVISNOSTI OD STRANI NEBA

    Brez silicija pri kotu 40

    Mislili sva, da bo pridobljena mo pri kotu 40, pri sonni celici brez silicija,

    najvija na jugu.

    SMER NEBA MO (W) jug 2.34 vzhod 1.8 sever 0.02 zahod 0.15

    Tabela 4: Pridobljena mo v odvisnosti od strani neba

    S silicijem pri kotu 40

    Menili sva, da bo pridobljena mo pri sonnih celicah s silicijem najvija na jugu.

    SMER NEBA MO (W) jug 5.6 vzhod 0.75 sever 0.05 zahod 0.16

    Tabela 5: Pridobljena mo odvisna od strani neba

    Graf 6: Graf pridobljene moi odvisne od strani neba

  • 19

    Obe trditvi sta bili pravilni, saj je za vsako sonno celico najbolje, da je obrnjena

    proti jugu. Tam je seveda najve sonca, zato dobimo tudi ve elektrike, vendar pa

    se to bolj splaa pri sonnih celicah s silicijem, saj so bolj obstojne.

    5 IZRAUNI - Povprena pridobljena mo vseh naih meritev je 1,12 W.

    - Povrina makete je 0,0168 m2.

    - Povrina olske strehe je 150 m2.

    - Odkupna cena elektrine energije je 0,41 /kWh in se vsako leto znia za 7 %.

    - Informativni izraun za izgradnjo nae sonne elektrarne je 65.136 .

    1. Koliko moi nam dajo takne celice na m2?

    !

    1,12W

    0,0168m2

    = 66,67W

    m2

    2. Koliko moi proizvede elektrarna na olski strehi?

    !

    66,67W

    m2"150m

    2=10000,5W =10kW

    3. Koliko moi proizvede takna elektrarna v enem letu?

    V Ljubljani je dan priblino 5,5 ur sonnega obsevanja. To pomeni, da je na leto

    2007,5 ur.

    !

    10kW " 2007,5h = 20075kWh

  • 20

    4. V koliknem asu bi poplaali investicijo s prodajo elektrike?

    leto kWh /kWh

    1 20075 0,41 8230,8

    2 20075 0,3813 7654,6

    3 20075 0,3526 7078,4

    4 20075 0,3239 6502,3

    5 20075 0,2952 5926,1

    6 20075 0,2952 5926,1

    7 20075 0,2952 5926,1

    8 20075 0,2952 5926,1

    9 20075 0,2952 5926,1

    10 20075 0,2952 5926,1

    skupaj 65022,925

    V 10 letih bi s sonnimi celicami proizvedli za 65 023 elektrine energije, to je

    toliko, kar pa nam skoraj pokrije stroke investicije projekta.

    Najine podatke sva primerjali e z izraunom podjetja:

    Graf 7: Izraun investicije in odkupa elektrike

  • 21

    Graf 8: Povprena pridobljena elektrika v kWh v posameznih mesecih

  • 22

    6 ZAKLJUEK Sonna elektrarna na prizidku olske telovadnice bi se nam splaala. Streha bi

    bila obrnjena proti jugu in pod naklonom 40. Investicija bi se nam povrnila v

    desetih letih. Najini izrauni, ki sva jih dobili pri meritvah se ujemajo z izrauni

    podjetja ALPIN, ki nam je pripravil okvirni izraun za investicijo.

  • 23

    7 ZAHVALA Zahvaljujeva se podjetju ALPIN iz Kranja, ki nama je posodil maketo sonnih

    celic.

    8 VIRI IN LITERATURA http://fizika.unimb.si/files/seminarji/08/SoncneCelice.pdf

    http://www.uradni-list.si/1/content?id=92218

  • 24

    PRILOGE