Szczegóły ebooka

Systemy fotowoltaiczne

Systemy fotowoltaiczne

Mariusz Sarniak

Ebook

Energia promieniowania słonecznego jest obecnie jednym z najszybciej rozwijających się w Europie i na świecie odnawialnym źródłem energii, tzw. OZE1.
Fotowoltaika (w skrócie – PV) jest stosunkowo nową interdyscyplinarną specjalnością naukową, która zajmuje się konwersją energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną, będącą najbardziej użyteczną postacią energii.
Fotowoltaika zajmuje się również urządzeniami technicznymi, wykorzystującymi tę konwersję do pozyskiwania energii elektrycznej. Termin fotowoltaika pochodzi od dwóch wyrazów: „foto” – oznaczającego światło, oraz „wolt” – od
jednostki napięcia (od nazwiska Alessandra Volty).
W monografii omówiono całokształt zagadnień związanych z budową i eksploatacją systemów PV.

Przedmowa 7

Wykaz ważniejszych oznaczeń, skrótów i symboli 9

Definicje najważniejszych pojęć 13

1. Potencjał promieniowania słonecznego 17

1.1. Emisja promieniowania z powierzchni Słońca 17

1.2. Stała słoneczna w atmosferze ziemskiej 18

1.3. Rozkład widmowy promieniowania słonecznego 21

1.4. Wykres pozycji Słońca 23

1.5. Zalecane pochylenie odbiornika promieniowania słonecznego 26

1.6. Metody szacowania ilości energii promieniowania słonecznego 28

2. Podstawy teoretyczne zjawiska fotowoltaicznego 31

2.1. Model energetyczny półprzewodników 31

2.2. Budowa i charakterystyki typowego ogniwa PV 37

2.3. Odchylenia przebiegu charakterystyk I-V modułów PV 45

2.4. Model zastępczy ogniwa PV 49

2.5. Implementacja modelu ogniwa/modułu PV w systemie MATLAB/Simulink 52

2.6. Budowa generatorów PV 57

2.7. Wpływ temperatury na funkcjonowanie modułów PV 62

3. Rodzaje modułów PV 65

3.1. Podział na generacje modułów PV 65

3.2. Aktualnie stosowane moduły PV 67

3.2.1. Krzemowe monokrystaliczne (MONO/c-Si) 67

3.2.2. Krzemowe polikrystaliczne (POLY/mc-Si) 68

3.2.3. Krzemowe amorficzne (a-Si) 68

3.2.4. Moduły na bazie tellurku kadmu (CdTe) 69

3.2.5. Moduły cienkowarstwowe typu CIGS/CIS 69

3.2.6. Moduły typu PERC 69

3.2.7. Moduły typu szyba-szyba 69

3.2.8. Moduły z ogniw ciętych na połówki 70

3.2.9. Dwustronne moduły PV 71

3.2.10. Inne rozwiązania konstrukcyjne 71

4. Falowniki w systemach PV 75

4.1. Ogólna charakterystyka falowników PV 75

4.2. Klasyfikacja falowników PV 77

4.2.1. Podział falowników ze względu na sposób współpracy z siecią 77

4.2.2. Podział falowników ze względu na budowę wewnętrzną 78

4.2.3. Podział falowników ze względu na moc nominalną 80

4.3. Sprawność falowników 82

4.4. Metody poszukiwania punktu mocy maksymalnej pracy generatora PV przez falownik 84

4.5. Metody doboru mocy falownika do mocy szczytowej generatora PV 89

4.6. Moc czynna, bierna i pozorna falownika PV 91

4.7. Moduły komunikacyjne falowników PV 92

5. Klasyfikacja systemów PV 94

6. Projektowanie systemów PV 98

6.1. Istotne aspekty założeń projektowych 98

6.2. Projektowanie systemów PV typu ON-GRID 102

6.2.1. Dobór zestawu falownik-generator PV 102

6.2.2. Dobór okablowania strony DC i AC instalacji PV 104

6.3. Projektowanie systemów PV typu OFF-GRID 108

6.3.1. Uproszczona metoda doboru mocy generatora PV 108

6.3.2. Dobór generatora PV na podstawie danych o nasłonecznieniu 109

6.3.3. Magazynowanie energii w systemach PV 110

6.4. Hybrydowe systemy PV 113

6.5. Zabezpieczenia w systemach PV 115

6.5.1. Zabezpieczenia nadprądowe i przepięciowe systemów PV 115

6.5.2. Ochrona odgromowa i przeciwpożarowa systemów PV 120

6.6. Komputerowe wspomaganie projektowania systemów PV 123

6.6.1. Ogólna klasyfikacja oprogramowania dla PV 123

6.6.2. Przykładowe kalkulatory PV 124

6.6.3. Przykłady oprogramowania oferowanego przez producentów falowników 125

7. Istotne problemy eksploatacyjne w systemach PV 128

7.1. Destrukcyjne skutki zacienienia generatora PV 128

7.2. PID – degradacja indukowanym napięciem 131

7.3. LID – degradacja pod wpływem promieniowania słonecznego 131

7.4. HOT-SPOTS – gorące punkty 132

7.5. Obciążenie śniegiem i wiatrem systemów PV 132

8. Wpływ systemów PV na parametry sieci elektroenergetycznych 138

9. Wybrane metody pomiarów stosowane w systemach PV 144

9.1. Analizatory i rejestratory instalacji PV 144

9.2. Mierniki charakterystyk prądowo-napięciowych (I-V) 146

9.3. Badania termowizyjne w systemach PV 148

10. Perspektywy rozwoju fotowoltaiki 152

Bibliografia 154