slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Moderní trendy ve fotovoltaice PowerPoint Presentation
Download Presentation
Moderní trendy ve fotovoltaice

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 21

Moderní trendy ve fotovoltaice - PowerPoint PPT Presentation


  • 128 Views
  • Uploaded on

Moderní trendy ve fotovoltaice. RNDr. Jiří Olejníček, Ph.D. Fyzikální ústav AVČR, Na Slovance 2, Praha 8, 182 21, Česká republika University of Nebraska at Kearney, 905 W 25th Street, Kearney, NE 68849, USA. Co to je solární energie?. Celkový zářivý výkon Slunce: 3,85 · 10 23 kW

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Moderní trendy ve fotovoltaice' - azalia-myers


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Moderní trendy ve fotovoltaice

RNDr. Jiří Olejníček, Ph.D.

Fyzikální ústav AVČR, Na Slovance 2, Praha 8, 182 21, Česká republika

University of Nebraska at Kearney, 905 W 25th Street, Kearney, NE 68849, USA

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide2

Co to je solární energie?

Celkový zářivý výkon Slunce:

3,85·1023 kW

z toho na Zemi připadá:

0,000000046 %

což odpovídá výkonu:

1,744·1014 kW

Energetická hustota záření ve vzdálenosti 150 miliónů km:

1,37 kW/m2

Celkový výkon všech elektráren na světě: ~ 1·1010kW

Pokrytí přibližně 1% světových pouští solárními panely s účinností 15% poskytne více elektrické energie než všechny současné elektrárny světa!

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide3

Absorpce světla v atmosféře

AM0 (air mass) - spektrum slunečního záření v kosmickém prostoru ve vzdálenosti 150 miliónů kilometrů od Slunce bez ovlivnění atmosférou. 1367 ±7 W/m2. (v grafu žlutě)

AM1.5 – modelové spektrum sluneč-ního záření po průchodu bezoblačnou atmosférou. Energetická hustota tohoto spektra je 1 kW/m2, v reálu ale silně závisí na průhlednosti atmosféry. Celkový teoreticky využitelný výkon slunečního záření tak odpovídá spektru AM1.5. (v grafu červeně)

AM1 - Pokud je slunce přímo v zenitu, ve výšce devadesáti stupňů, prochází sluneční záření nejmenší možnou vrstvou vzduchu. Takové spektrum se označuje jako AM1.

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide4

Mapa slunečního záření

Průměrný denní sluneční výkon [W/m2]

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide5

Využití solární energie ve světě

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide6

Největší solární elektrárny na světě

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide7

Princip sluneční elektrárny

Přímá přeměna využívá fotovoltaického jevu objeveného roku 1839 Alexandrem Edmondem Becquerelem. Vzájemným působením slunečního záření a hmoty dochází k pohlcování fotonů a uvolňování elektronů, v polovodiči pak vznikají volné elektrické náboje, elektron-díra, které jsou už jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru nebo ke spotřebiči. Fotovoltaika patří k nejperspektivnějším alternativním zdrojům energie. Očekává se, že během relativně krátké doby budou fotovoltaické panely vyrábět dvacetinu až desetinu celosvětové potřeby elektřiny.

Nepřímá přeměna je založena na získání tepla pomocí slunečních sběračů. V ohnisku sběračů bývají umístěny absorbéry obsahující olej, ze kterého se ve výměníku získává horká pára, která pak pohání turbínu. Jiné uspořádání využívá termočlánky, které mění teplo v elektřinu. Termoelektrická přeměna spočívá na tzv. Seebeckově jevu (v obvodu ze dvou různých drátů vzniká elektrický proud, pokud jejich spoje mají různou teplotu). Je možné též využít chemickou energii a pomocí záření rozkládat vodu na vodík a kyslík. Tím se původní energie záření uskladní jako energie chemická do obou plynů.

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide8

Fotovoltaický článek

Fotovoltaický článekje v velkoplošná polovodičová dioda, na jejíž přechod PN může dopadat světlo. Základem je plátek krystalického křemíku typu P (s příměsí bóru). Na spodnístraně se difuzí fosforu nebo arsenu vytvoří vrstva polovodiče typu N. Mezi oběma vrstvami vznikne přechod PN, zabraňující volnému přechodu elektronů z místa jejich nadbytku do místa jejich nedostatku. Na přechodu PN se vytvoří elektrická bariéra. Základní vlastností přechodu PN je, že volné elektrony mohou snadno přecházet z vrstvy P do vrstvy N, zatímco v opačném směru nikoli.

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide9

Fotovoltaický článek

Schéma a SEM snímek Si – článku.

Schéma a SEM snímek CIGS – článku.

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide10

Účinnost fotovoltaických článků

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide11

Požadavky na moderní články

  • vysoká účinnost (řádově alespoň 20 %)
  • jednoduchý výrobní proces umožňující vyrábět relativně velké panely
  • nízká cena použitého materiálu
  • dlouhá životnost (dnes kolem 30 let)

Nízká cena vyrobené energie

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide12

Solární články na bázi CuInSe2

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide13

Výroba článků Cu(InX)Se2

  • Magnetronové naprašování:
  • AJA International ATC 1600 Sputtering System
  • skleněný substrát pokrytý tenkou vrstvou Mo jako spodní kontakt
  • tři nezávislé targety vyrobené z Cu, In a Ga (Al, B)
  • Cu,In,Ga,Al – DC rozprašování
  • B – RF rozprašování
  • tlak: 1·104 Pa
  • výsledné vzorky 400 - 600 nm

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide14

Výroba článků Cu(InX)Se2

  • Selenizace:
  • vakuová selenizační aparatura s infračervenou pecí
  • dvoufázový selenizační proces: 1. vlastní selenize vzorku 2. žíhání vzorku
  • celkový čas: ~ 60 min
  • tlak: ~ 1 Pa případně 1 Atm. Ar (žíhání)
  • teplota: 250°C (selenizace) 500°C (žíhání)

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide15

Výroba článků Cu(InX)Se2

Infračervená vakuová pec.

Grafitový kontejner.

Vzorky CuInB. Různé barvy odpovídají různým poměrům B/In.

Selentt = 221°C

Teplotní profil selenizačního procesu

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide16

Růst vrstev Cu(InX)Se2

300250 µm

300250 µm

300250 µm

CuInB před selenizací

CIBS (250°C, 20 min)

CIBS (300°C, 20 min)

300250 µm

300250 µm

300250 µm

CIBS (380°C, 20 min)

CIBS (480°C, 20 min)

CIBS (580°C, 20 min)

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide17

Analýza vrstev – rentgenová difrakce

Model krystalu chalkopyritu CuIn(X)Se2 a pohled na plochu (112)Se – velké bílé kouleIn – malé bílé kouleCu – malé černé koule

Krystalky CuInSe2

300250 µm

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide18

Rentgenová difrakce

CuInSe2

CuGaSe2

CuAlSe2

CuBSe2

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide19

Ramanova spektroskopie

  • Ramanova spektroskopie je spektroskopická metoda měřící spektrum elektromagnetického záření rozptýleného díky Ramanově jevu. Ramanův jev (neelastický rozptyl) způsobuje, že rozptýlené záření má nepatrně odlišnou vlnovou délku od vstupujícího záření díky účasti vibračních přechodů v energetických stavech molekuly. Ramanova spektroskopie poskytuje informace o struktuře a prostorovém uspořádání molekuly a poskytuje v zásadě doplňkové informace k IR spektroskopii.

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide20

Auger electron spectroscopy

Cu

Se

In

B

Mo

Energie vyraženého elektronu:

EA=(EK-EL1)-EL2,3

… je metoda studia povrchu vzorků měřením energetického spektra elektronů vyražených z vnitřních orbit atomu. K vyražení elektronů se používá paprsku vysokoenergetických elektronů. Podle energetického spektra emitovaných elektronů lze charakterizovat příslušný atom.

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice

slide21

Výsledky a závěr

  • Ukazuje se, že výroba solárních článků s absorpční vrstvou CuInBSe2 bude výrazně komplikovanější než se očekávalo.
  • V současné době probíhají v laboratořích UNL experimenty s magnetronovou depozicí CuInB přímo v přítomnosti selenových par.
  • Zároveň probíhá v mnoha světových laboratořích intenzivní výzkum křemíkových solárních článků.
  • Jako velmi perspektivní se jeví fotovoltaické články z organických polymerů. Od roku 2005 se podařilo jejich účinnost více jak zdvojnásobit z 3% na současných 6,5%.

Jiří Olejníček: Moderní trendy ve fotovoltaice