Szukaj na tym blogu

poniedziałek, 29 sierpnia 2011

Baterie słoneczne – rodzaje i budowa

Baterie słoneczne, którą często nazywane są panelami fotowoltaicznymi to urządzenia służące do produkcji energii elektrycznej bezpośrednio z energii słonecznej. Zazwyczaj bateria słoneczna zbudowana jest z pojedynczych ogniw fotowoltaicznych. Z kolei baterie słoneczne łączy się razem tworząc instalację fotowoltaiczną.

baterie słoneczne
Obecnie na rynku można spotkać 5 typów baterii słonecznych różniących się materiałem, z którego zostały wykonane ogniwa.

Panele fotowoltaiczne z ogniw polikrystalicznych
Jedne z najbardziej popularnych baterii słonecznych charakteryzują się sprawnością rzędu 12-14%. Ogniwa budujące panel mają niebieski kolor z wyraźnie zarysowanymi kryształami krzemu.
bateria słoneczna polikrystalicznaBateria słoneczna z krzemu polikrystalicznego

Panele fotowoltaiczne z ogniw monokrystalicznych

Ten typ baterii słonecznych charakteryzuje się wyższą ceną w przeliczeniu na wat mocy niż baterie słoneczne polikrystaliczne. Sprawność paneli monokrystalicznych jest wyższy niż polikrystalicznych i wynosi zazwyczaj 14-16%. Zazwyczaj ogniwa monokrystaliczne mają kształt wielokątów, przez co nie wypełniają w pełni przestrzeni w panelu, co przekłada się na znacznie niższą sprawność baterii w stosunku do sprawności pojedynczego ogniwa.
bateria słoneczna monokrystalicznaBateria słoneczna z krzemu monokrystalicznego

Panele fotowoltaiczne z krzemu amorficznego
Ten typ baterii słonecznych pośród technologii krzemowych charakteryzuje się najniższą sprawnością wynoszącą zazwyczaj 6-8% przy jednoczesnej najniższej cenie za wat mocy spośród technologii krzemowych.
bateria słoneczna amorficznaBateria słoneczna z krzemu amorficznego

Panele fotowoltaiczne z tellurku kadmu CdTe
Ten typ baterii słonecznej należy do technologii cienkowarstwowej, w której warstwa półprzewodnika jest nakładana w postaci warstwy grubości kilkuset mikrometrów. Sprawność paneli fotowoltaicznych opartych o tellurek kadmu to ok. 11% są one jednak znacznie, bo aż o kilkadziesiąt % tańsze w przeliczeniu na wat mocy niż baterie słoneczne zbudowane z ogniw krzemowych.
bateria słoneczna z tellurku kadmu cdteBateria słoneczna z tellurku kadmu
Panele fotowoltaiczne z mieszaniny Indu, Galu, Miedzi, Selemu (CIGS)
Ten typ baterii słonecznej podobnie jak CdTe należy do technologii cienkowarstwowej Sprawność paneli fotowoltaicznych opartych o CIGS wynosi ok. 10-15% w zależności od technologii i producenta. Baterie słoneczne zbudowane z CIGS trudno spotkać na polskim rynku, choć technologia ta rozwija się bardzo dynamicznie i wielu producentów prowadza tego typ panele fotowoltaiczne do swojej oferty.

bateria słoneczna CIGSBateria słoneczna z mieszaniny CIGS

Większość potencjalnych inwestorów zadaje sobie pytanie czy z każdego typu baterii słonecznej uzyska podobną ilość energii. Po pierwsze należy zaznaczyć, że w kwestii uzysku energii z baterii słonecznych sprawność niema znaczenia. Dla inwestora najważniejszym parametrem jest moc instalacji, jaką chce posiadać, jeżeli wybierze panele fotowoltaiczne o wyższej sprawności instalacja będzie zajmować mniejszą powierzchnię. W przypadku niższej sprawności potrzeba będzie większej powierzchni. Główny wpływ na różnice w uzysku energii z różnych baterii słonecznych będzie miała temperatura i właściwości półprzewodnika, z jakiego zostały wykonane ogniwa w danej baterii.

Powierzchnia dachu potrzebna na baterie słoneczne w zależności od ich typu
powierzchnia dachu potrzeba do instalacji baterii słonecznych w zależności od ich typu*Wartości uśrednione

Należy mieć na uwadze, że moc baterii słonecznej podana przez producenta odnosi się do specyficznych warunków atmosferycznych. Na każdym panelu znajdziemy informację ”Standard Test Conditions (STC) 1000W/m2, AM 1.5, 25°C” Dla inwestora najważniejsze są dwa parametry 1000W/m2, czyli natężenie promieniowania słonecznego. W Polskich warunkach wartość rzędu 1000W nie występuje często, z dlatego należy pamiętać, że nawet w słoneczne dni baterie słoneczne nie będą pracować z mocą nominalną. Drugi ważny parametr to 25°C określający, temperaturę, w której testowane są panele fotowoltaiczne zazwyczaj, gdy jest słonecznie temperatura panelu fotowoltaicznego jest wyższa, co przekłada się na niższą sprawność baterii słonecznej (moc niższą od nominalnej podawanej przez producenta).

Spadek mocy w zależności od temperatury

spadek mocy baterii słonecznych wraz z temperaturą
Przed zakupem baterii słonecznych warto zapoznać się z ich spadkiem mocy wynikającym ze wzrostu temperatury. Zazwyczaj producenci oznaczają ten wskaźnik, jako Temperature Coefficient of PMPP podając wartość w procentach spadku mocy nominalnej na 1 stopień wzrostu temperatury ponad 25 stopni Celsjusza. Jak pokazuje powyższa tabela różnice w spadku mocy pomiędzy panelami fotowoltaicznymi wykonanymi w różnych technologiach mogą być znaczne.

* Temperatury odnoszą się do baterii słonecznej nie do temperatur otoczenia.

Jak pokazuje powyższa tabela w upalne dni spadki mocy baterii słonecznych może być znaczny dochodząc do przeszło 20% w przypadku paneli zbudowanych z ogniw monokrystalicznych. Na tym tle bardzo dobrze prezentują się baterie słoneczne zbudowane z tellurku kadmu CdTe, które charakteryzują się ok. połowę mniejszym spadkiem mocy w stosunku do paneli krzemowych. Obliczenia wskazują, że w Polskich warunkach klimatycznych przy tej samej mocy nominalnej instalacja zbudowana z tellurkowych baterii fotowoltaicznych jest w stanie wyprodukować o ok. 9% więcej energii elektrycznej, co instalacja zbudowana z baterii krzemowych. W okresie letnim przewaga paneli fotowoltaicznych zbudowanych z tellurku kadmu nad panelami z ogniw krzemowych jest jeszcze większa dochodząc do 12% większego uzysku energii przy tej samej mocy nominalnej.

Zobacz także:

Jak obliczyć uzysk energii z baterii słonecznych

Fotowoltaika 


cdn.....

REKLAMA


wtorek, 23 sierpnia 2011

Dach z fotowoltaiką

Przy obecnych realiach cenowych instalacja baterii słonecznych na dachu domu niema ekonomicznych podstaw, lecz z dużą dozą prawdopodobieństwa w przeciągu kilku lat pojawi się w Polsce system wsparcia umożliwiający szersze wykorzystanie fotowoltaiki a z końcem dekady instalacje słoneczne powinny być opłacalne bez dofinansowania. Fotowoltaiczny boom czeka nas kraj wcześniej czy później i dobrze już teraz się do niego przygotować zwłaszcza, jeżeli budujemy nowy dom. Patrząc na trendy w polskim budownictwie dach domu wykorzystywany jest, jako element estetyki osłaniający budynek przed warunkami atmosferycznymi. Mało, kto patrzy na dach pod kątem źródła energii. Jednak, aby możliwa była instalacja baterii słonecznych dach musi mieć odpowiednią konstrukcję, w której duża połać dachu eksponowana jest na południe. Najgorszy pod tym względem jest dach wielospadowy z licznymi jaskółkami.

źródło zdjęcia: static.e-dach.pl

Tego typu dach nie dość, że jest najdroższy w budowie praktycznie uniemożliwia instalację na nim baterii słonecznych nawet, jeżeli znajdziemy kilka m2 wolnej przestrzeni od południa to liczne jaskółki będą rzucać na nią cień. Pod względem energetycznego wykorzystania dachu ten typ jest najgorszym rozwiązaniem.

Znacznie lepszy pod względem możliwości wykorzystania fotowoltaiki jest dach 2 spadowy pod warunkiem, że dom zostanie ustawiony na działce tak, że jedna z połaci dachu będzie zwrócona na południe.
źródło zdjęcia: static.e-dach.pl
W przypadku tego typu dachu skutecznym ograniczeniem dla fotowoltaiki są okna dachowe oraz jaskółka. Znacznie lepszym rozwiązaniem byłby dom z dachem dwuspadowym w poniższym układzie.

Przy takiej konstrukcji na jednej połaci dachu niema żadnych elementów ograniczających montaż baterii słonecznych. Idealnym rozwiązaniem byłby dom z dachem jednospadowym z całą połacią dachu skierowaną na południe. Takie rozwiązanie prezentuje budynek poniżej.
Źródło zdjęcia Viessmann

Reasumując z punktu widzenia przyszłego wykorzystania fotowoltaiki budując nowy dom warto przemyśleć konstrukcję jego dachu. Ważne, aby cały budynek ustawić na działce w taki sposób, że cały dach lub jego część jest skierowana na południe. Przy wyborze samego dachu warto wybrać prostą konstrukcję np. dach dwu spadowy pamiętając, aby na elewacji południowej nie lokalizować kominów, jaskółek i okien dachowych. Idealnym rozwiązaniem byłby dach jednospadowy o ekspozycji południowej. Nowa dyrektywa EPBD zamierza wprowadzić w europie budownictwo prawie zero energetyczne pozyskujące zużywaną energię ze źródeł odnawialnych. Takie standardy energetyczne będą wymagać daleko idących zmian w projektowaniu domów i ich optymalizacji pod kątem wykorzystania fotowoltaiki.


REKLAMA


poniedziałek, 15 sierpnia 2011

Kolektory słoneczne instalacja na ścianie

Można by powiedzieć, że domyślnym miejscem dla instalacji kolektorów słonecznych jest południowa elewacja dachu budynku. Większość kolektorów jest właśnie tam montowanych. W mojej ocenie z wielu powodów nie jest to najlepsza lokalizacja a znacznie bardzie efektywny jest montaż kolektorów słonecznych na południowej ścianie.

Względy praktyczne

Montując kolektory słoneczne na południowej elewacji budynku mamy znacznie lepszy do nich dostęp, niż gdy są zamocowane na dachu. Ułatwia to, choć by tak prozaiczną czynność jak coroczne czyszczenie solarów. Choć wielu producentów zapewnia, że kolektory czyszczą się same praktyka pokazuje jednak, że samooczyszczenie jest dość ograniczone a użytkowanie kolektorów już przez rok sprawia, że osadza się na nich warstwa kurzu, która ogranicza dostęp światłą – zmniejsza sprawność kolektorów. Drugim ważnym aspektem jest śnieg, instalując kolektory słoneczne na elewacji pod katem 90 stopni problem z zaleganiem śniegu znika zupełnie w przypadku instalacji na dachu zalegający śnieg zawsze ograniczał będzie uzyski energii w zimie (stopienie śniegu na kolektorze wymaga wydatku energetycznego). Trzecim argumentem przemawiającym za instalacją na ścienne to odległość między polem kolektorów słonecznych a zasobnikiem. Zazwyczaj zasobnik solarny znajduje się w kotłowni, która jest na parterze. Instalując kolektory na ścianie zmniejszamy długość przewodów rurowych, co przekłada się na mniejsze straty na przesyle ciepła.

Kolektory słoneczne na ścianie to wyższe pokrycie słoneczne.

Pokrycie słoneczne zwane także pokryciem solarnym to procentowa ilość energii, jaką dostarczą kolektory słoneczne w stosunku do naszego zapotrzebowania na energię. Stopień pokrycia słonecznego jest pochodną trzech czynników

- nasłonecznienia (zmienności nasłonecznienia) na powierzchni kolektora

- liczby kolektorów słonecznych

- wielkości zasobnika

Kolektory słoneczne ich liczba oraz nasłonecznienie są ze sobą bardzo powiązane. Przyjmuje się, że zapotrzebowanie na ciepło do ogrzewania C.W.U. jest stałe jednak nasłonecznienie, czyli ilość energii, jaka dociera do ziemi znacznie zmienia się z miesiąca na miesiąc. Wielu projektantów i instalatorów w celu zwiększenia pokrycia solarnego zwiększa liczbę kolektorów. W mojej ocenie jest to zupełnie błędne podejście. Zwiększając liczbę kolektorów ponad możliwość odbioru energii, którą one produkują w miesiącu o najwyższym nasłonecznieniu następuje zmniejszenie efektywności instalacji z uwagi na niewykorzystaną energię wyprodukowaną przez solary. Dodatkowo przegrzewanie się instalacji prowadzi do przyśpieszonego starzenia się płynu solarnego, żelowania glikolu i uszkodzenia pompy obiegowej.


0o

30o

45o

60o

90o

Styczeń

27,2

38,4

42,2

45,2

44,1

Luty

37,3

51,0

55,1

56,6

54,0

Marzec

66,9

88,9

84,9

84,9

74,9

Kwiecień

107,2

113,6

113,6

106,1

81,4

Maj

150,8

149,3

141,8

128,2

89,0

Czerwiec

162,2

154,1

144,3

128,1

87,6

Lipiec

155,5

150,8

141,5

125,9

87,1

Sierpień

130,6

135,9

131,9

121,5

88,8

Wrzesień

87,3

99,6

100,4

96,9

78,6

Październik

54,5

70,8

74,6

75,7

67,0

Listopad

30,8

42,6

46,9

47,8

45,6

Grudzień

25,2

35,8

39,9

42,4

41,1

Suma roczna

1008,3

1092,4

1075,0

1014,3

795,2

Porównanie nasłonecznienia na powierzchnię horyzontalną i pochyloną pod kątami 30, 45, 60, 90 stopni.

Największą sumę nasłonecznienia na powierzchnie kolektorów można uzyskać ustawiając je na południe pod kątem 30-40 stopni. Z uwagi jednak na całoroczną pracę instalacji kolektorów słonecznych powinno dążyć się do wyrównania nasłonecznienia w okresie całego roku. Takie zadanie najlepiej spełnia pionowe ustawienie kolektorów słonecznych na fasadzie budynku. Mimo iż wiąże się ono ze znacznym zmniejszeniem sumy rocznej energii docierającej do solarów w stosunku do ustawienia horyzontalnego o ok. 20-25% to jednak zmniejszenie to występuje w okresie lata charakteryzującym się zdecydowanym nadmiarem energii słonecznej. Dodatkowo w położeniu pionowym następuje znaczne zwiększenie energii docierającej do kolektorów w zimie, czyli w okresie zwiększonego zapotrzebowania na ciepło i niskich zasobów energii słonecznej. Jednym z powszechnie popełnianych błędów projektowych jest przewymiarowanie instalacji, które następuje zazwyczaj przy ustawieniu kolektorów pod niskimi kątami.

Dobór liczby kolektorów

Stosując się do zasady mówiącej o nieprzewymiarowywaniu instalacji kolektorów słonecznych należy dobrać liczbę kolektorów słonecznych w oparciu o zasoby energii słonecznej docierające do kolektora w miesiącu o najwyższym nasłonecznieniu z reguły jest to czerwiec. Przyjmując, że zapotrzebowanie na energię do ogrzewania C.W.U. jest w przybliżeniu stałe i wynosi 3400 kWh rocznie, czyli ok. 283 kWh miesięcznie. Zakładając, że instalacja nie będzie przewymiarowana a odbiór ciepła z kolektorów jest ciągły (ciągłość odbioru poprawia wykorzystanie dużego zasobnika buforującego o pojemności 500 - 700l). Przy zastosowaniu dużego bufora energii cieplnej można założyć wysoką sprawność instalacji na poziomie 40 - 50%. Dla tak przyjętych założeń w poniższej tabeli wyliczona została maksymalna dopuszczalna powierzchnia efektywna pola kolektorów w zależności od ich kąta pochylenia.

Kąt pochylenia (kierunek S)

90oC

60 oC

45 oC

30 oC

0 oC

Nasłonecznienie czerwic w kWh/m2 kolektora

88

128

144

155

160

Maksymalna powierzchnia efektywna kolektorów

6,4

4,4

3,9

3,7

3,5



Ustawienie kolektorów pod kątem 90 stopni S pozwala bezpiecznie zainstalować większą liczbę kolektorów a przez to uzyskać większe pokrycie słoneczne. Zakładając średnio powierzchnię efektywną kolektora płaskiego 2 m2. W przypadku pochylenia 90 stopni S bezpiecznie można zainstalować 3 kolektory. Przy pozostałych kątach przy zakładanym zapotrzebowaniu na C.W.U. instalacja nie mogłaby się składać z więcej niż 2 kolektorów.


Możliwość zwiększenia pola kolektorów przy ustawieniu ich pod kątem 90 stopni S pozwala zwiększyć pokrycie słoneczne bez narażania instalacji kolektorów słonecznych na przegrzew w okresie lata. Z wyliczeń wynika, że teoretyczne pokrycie mogłoby wynieść nawet 80% gdzie przy klasycznej instalacji pod kątem 30 stopni S jest to zaledwie 54%. W praktyce należy, założyć, rzeczywiste pokrycie będzie minimum o kilkanaście punktów % niższe od teoretycznego w wyniku zmienności w zapotrzebowaniu na C.W.U. i nasłonecznieniu.