Přehled studia |
Přehled oborů |
Všechny skupiny předmětů |
Všechny předměty |
Seznam rolí |
Vysvětlivky
Návod
Webová stránka:
https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B1M13ASS
Anotace:
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 systémů
Obsah:
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., 2013
| A. | | Luque and Steven Hegedus (editors), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, |
2011 John Wiley & Sons
| 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 |
Systems With Special Focus on Photovoltaic Systems, 2018 Elsevier Inc
Požadavky:
Základní znalosti z matematiky, fyziky a výkonové elektroniky
Klíčová 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, životnost
Předmět je zahrnut do těchto studijních plánů:
| Stránka vytvořena 21.12.2024 14:50:41, semestry: Z/2025-6, Z,L/2024-5, připomínky k informační náplni zasílejte správci studijních plánů |
Návrh a realizace: I. Halaška (K336), J. Novák (K336) |