Popis předmětu - B1M13ASS
B1M13ASS | Aplikace solárních systémů | ||
---|---|---|---|
Role: | PZ | Rozsah výuky: | 2P+2L |
Katedra: | 13113 | Jazyk výuky: | CS |
Garanti: | Benda V., Holovský J. | Zakončení: | Z,ZK |
Přednášející: | Benda V., Holovský J. | Kreditů: | 5 |
Cvičící: | Benda V., Finsterle T., Holovský J. | Semestr: | Z |
Webová stránka:
https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B1M13ASSAnotace:
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 systémůObsah:
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., 2013A. | Luque and Steven Hegedus (editors), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, |
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 |
Požadavky:
Základní znalosti z matematiky, fyziky a výkonové elektronikyKlíčová 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, životnostPředmět 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 |
Stránka vytvořena 4.12.2024 09:51:14, semestry: Z/2024-5, Z/2025-6, L/2023-4, L/2024-5, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů | Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |