«СЭС». Технологии получения электрической энергии за счет солнечной энергии

Сентябрь 14, 2022

Главная
Физика
«СЭС». Технологии получения электрической энергии за счет солнечной энергии

Содержание

2. Технологии получения электрической энергии за счет солнечной энергии: 1. Посредством промежуточного теплового процесса – с помощью
3. По способу производства тепла термодинамические СЭС используют: - солнечные концентраторы; - солнечные пруды. Основные способы концентрации
4. Упрощенная технологическая схема башенной солнечной электростанции 2) с аккумулирующей системой 1) без аккумулирующей системы 1 –
5. Особенности использования концентраторов: Концентраторы необходимо непрерывно ориентировать на Солнце (системы слежения: одноосные, двухосные) Высокая стоимость конструкции.
6. Башенные СЭС Основные сооружения БСЭС: 1 – башня, 2 – котел-теплоприемник СИ, 3 – гелиостаты 3
7. Характеристики солнечных тепловых электростанций
8. Основные недостатки термодинамических СЭС с концентраторами высокая стоимость конструкции; необходимость постоянной очистки отражающих поверхностей от пыли;
9. Фотоэлектрический эффект – заключается в возможности прямого преобразования СИ в электричество в некоторых материалах, называемых полупроводниками.
10. Структура солнечного элемента Принципиальное устройство атомов бора (или алюминий), кремния и фосфора (или мышьяка): 1-ядро; 2-внутренние
11. Ширина запрещенной зоны S для различных полупроводниковых элементов
12. 1- Спектр СИ на Земле; 2- спектр поглощения СИ типичным кремниевым СЭ
13. Полоса поглощения и эффективность СЭ Полоса поглощения характеризует предельную энергию фотонов света, которая используется для получения
14. Электрическая схема замещения СЭ Исходные характеристики СЭ: Iн(U) – источника тока; Iд(U) – диода; ВАХ СЭ
15. Вольт-амперная характеристика СЭ Характерные точки на ВАХ: Точка ХХ: rн→∞; Uн=Uнmax=Uхх; I=0 Точка КЗ: rн→0; I
16. Энергетические характеристики СЭ В неявном виде можно представить в виде некоторой многомерной зависимости FCЭ= FCЭ (U
17. Основные влияющие факторы на эффективность СЭ: Интенсивность солнечного излучения R; Температура окружающей среды T0; Материал и
18. Влияние интенсивности СИ на энергетические характеристики СЭ при t0С=const
19. ηmax СЭ из разных материалов при изменении T0C NCЭ(t0, R) при R=const Значения температурных коэффициентов КПД
20. Классификация технологий СЭ Три поколения ФЭП: • ФЭП первого поколения на основе пластин кристаллического кремния; •
21. Изменения «доли» технологий 1 и 2 поколения различных типов ФЭП и прогноз до 2020 г [Historical
22. КПД разных солнечных элементов, полученные в лабораторных условиях [Joar Johansaon. Modelling and simulation of CIGS solar
23. Более 80% СЭ, изготавливаемых по всему миру состоят из полупроводникового материала кремния (Si) ФЭП первого поколения
24. Развитие мирового фотоэлектричества на базе кремния Динамика стоимости кремниевых СМ производства Китай
25. Сравнение разных технологий использования полупроводникового материала кремния
26. Повышение КПД кремниевых фотоэлементов возможно за счет: - концентраций легирующих добавок с обеих сторон p-n соединения;
27. Преимущества и недостатки СЭ из арсенида галлия (GaAs) GaAs популярен для космических применений Преимущества: высокий уровень
28. ФЭП второго поколения на основе тонких пленок Технология: слой полупроводникового материала нанесен на дешевый вспомогательный слой
29. Сравнение материалов СЭ на основе тонких пленок
30. Случаи, когда применение фотоэлектрических преобразователей на основе тонкопленочных солнечных элементов обосновано: В регионах, где преобладает пасмурная
31. Слой фотоэлемента наносится на поверхность стеклянной трубки, которая помещается в еще одну такую же трубку с
32. ФЭП третьего поколения на основе полимеров В настоящее время основная часть проектов в области ФЭП третьего
33. Многослойные (каскадные) СЭ Трехпереходные и четырехпереходные СЭ Рекордное КПД около 45% (компания Sharp)
35. Качество солнечных элементов Категория A первая категория качества не допускает никаких, даже самых незначительных дефектов. Категория
36. Контроль качества солнечных элементов Контроль качества солнечных элементов осуществляется: по визуальному контролю; тестированию на деградацию солнечных
37. Отбраковка солнечных элементов при визульном контроле качества отклонения по цвету утечка пасты на линии нанесения шин
39. Скачать презентацию

Слайд 2

Технологии получения электрической энергии за счет солнечной энергии:
1. Посредством промежуточного теплового

процесса – с помощью термодинамических солнечных станций
2. Напрямую — с помощью фотоэлектрических преобразователей.

Слайд 3

По способу производства тепла
термодинамические СЭС используют:
- солнечные концентраторы;
- солнечные

пруды.
Основные способы концентрации СЭ на теплоприемник:
рассредоточенные теплоприемники: тарельчатые СЭС и СЭС с параболоцилиндрическими концентраторами;
центральный теплоприемник – башенные СЭС

Слайд 4

Упрощенная технологическая схема башенной солнечной электростанции
2) с аккумулирующей системой
1) без

аккумулирующей системы

1 – гелиостаты,
2 – приемник (котел),
3 – тепловой аккумулятор,
4 – теплообменник,
5 – паровая турбина,
6 – генератор,
7 – конденсатор,
8 – насос
В качестве теплоносителя используется химическое вещество: натрий, диссоциированный аммиак и др.

1 – гелиостаты,
2 – приемник (котел),
3 – паровая турбина,
6 – генератор,
5 – конденсатор

Слайд 5

Особенности использования концентраторов:
Концентраторы необходимо непрерывно ориентировать на Солнце (системы слежения: одноосные,

двухосные)
Высокая стоимость конструкции.
Необходима постоянная очистка поверхности.
Способны нагревать теплоноситель до высоких температур.

Слайд 6

Башенные СЭС
Основные сооружения БСЭС:
1 – башня,
2 – котел-теплоприемник СИ,

3 – гелиостаты

Температуры на приемнике достигают
от 538 до 1482 оC.
КПД БСЭС в диапазоне 12%-20 %

Мощность БСЭС во многом определяется высотой башни с котлом –приемником СИ.
Для мощности БСЭС в 50÷100 МВт требуется башня высотой 200÷300 м с используемой площадью полем гелиостатов в 2÷3 км2 (около 15÷25 тысяч).

Слайд 7

Характеристики солнечных тепловых электростанций

Слайд 8

Основные недостатки термодинамических СЭС с концентраторами
высокая стоимость конструкции;
необходимость постоянной очистки

отражающих поверхностей от пыли;
работа только в светлое время суток, а следовательно, потребность в аккумулирующих системах;
большие энергозатраты на привод системы слежения за ходом Солнца.

Слайд 9

Фотоэлектрический эффект – заключается в возможности прямого преобразования СИ в электричество

в некоторых материалах, называемых полупроводниками.

Слайд 10

Структура солнечного элемента
Принципиальное устройство атомов бора (или алюминий), кремния и фосфора

(или мышьяка):
1-ядро; 2-внутренние электронные слои; 3– внешний электронный слой

Слайд 11

Ширина запрещенной зоны S для различных полупроводниковых элементов

Слайд 12

1- Спектр СИ на Земле;
2- спектр поглощения СИ
типичным кремниевым

СЭ

Слайд 13

Полоса поглощения и эффективность СЭ
Полоса поглощения характеризует предельную энергию фотонов света,

которая используется для получения фототока.
Полоса поглощения СЭ зависит:
от основного материала СЭ;
количества и толщины слоев полупроводника;
их расположения по отношению к падающему СИ;
лигирующих материалов и т.д.

Максимальная эффективность однослойных СЭ в зависимости от t 0C и его материала: Ge – германий; Si – кремний; GaAs – арсенид галлия; СdTe – теллурид-кадмий; СdS – кадмий-селен

Эффективность СЭ

Слайд 14

Электрическая схема замещения СЭ
Исходные характеристики СЭ: Iн(U) – источника тока;
Iд(U)

– диода; ВАХ СЭ - I(U) при R=const

Схема замещения СЭ

Слайд 15

Вольт-амперная характеристика СЭ
Характерные точки на ВАХ:
Точка ХХ: rн→∞; Uн=Uнmax=Uхх;

I=0
Точка КЗ: rн→0; I = I max= Iкз; Uн= Uкз =0.

P(U)

ВАХ приводится для стандартных условий:
R=1000 Вт/м2; t0C=250C; оптическая масса атмосферы АМ1.5.

Слайд 16

Энергетические характеристики СЭ
В неявном виде можно представить в виде некоторой многомерной

зависимости
FCЭ= FCЭ (U н ,I, R, T0, материал и конструкция СЭ).

Слайд 17

Основные влияющие факторы на эффективность СЭ:
Интенсивность солнечного излучения R;
Температура окружающей среды

T0;
Материал и технологии СЭ.

Например:
- материал кремний: монокристаллический, поликристаллический, аморфный,
- одно- и многослойные СЭ на основе тонких пленок; с горизонтальными и вертикальными слоями.

Слайд 18

Влияние интенсивности СИ на энергетические характеристики СЭ при t0С=const

Слайд 19

ηmax СЭ из разных материалов при изменении T0C
NCЭ(t0, R) при R=const
Значения

температурных коэффициентов КПД для различных технологий и материалов СЭ:
для кристаллического кремния
0,4-0,45%/К;
для аморфного кремния
0,2 -0,23 %/К;
для кадмий-теллура
0,24-0,25 %/К;
для селенид меди-индий-галлия
0,32-0,36 %/К

Влияние температуры на энергетические характеристики СЭ Uxx ↓, Iкз ↑

NCЭ(t0, R) при R=const для разных материалов

Слайд 20

Классификация технологий СЭ

Три поколения ФЭП:
• ФЭП первого поколения на основе

пластин кристаллического кремния;
• ФЭП второго поколения на основе тонких пленок;
Развитие каскадных (тандемных) СЭ
• ФЭП третьего поколения на основе полимерных материалов.

Слайд 21

Изменения «доли» технологий 1 и 2 поколения различных типов ФЭП и

прогноз до 2020 г [Historical data (until2009) based onNavigant Consulting based on EPIA analysis]

Разработка ФЭП второго поколения была обусловлена:
Потребностями в снижении стоимости солнечных батарей.
Необходимостью в улучшении производительности и технических характеристик.
Разработка ФЭП третьего поколения была вызвана:
Потребностями в упрощении технологического процесса и соответственно снижение стоимости производства.
Использование нетоксичных материалов
Разработка каскадных многослойных ФЭП:
Повышение КПД

Слайд 22

КПД разных солнечных элементов, полученные в лабораторных условиях [Joar Johansaon. Modelling

and simulation of CIGS solar cell modules.Master thesis. 2007]

Слайд 23

Более 80% СЭ, изготавливаемых по всему миру состоят из полупроводникового материала

кремния (Si)

ФЭП первого поколения

Слайд 24

Развитие мирового фотоэлектричества на базе кремния
Динамика стоимости кремниевых СМ производства Китай

Слайд 25

Сравнение разных технологий использования полупроводникового материала кремния

Слайд 26

Повышение КПД кремниевых фотоэлементов возможно за счет:
- концентраций легирующих добавок с

обеих сторон p-n соединения;
- чистоты полупроводника (до 99,99%);
- пассивация поверхности, улавливание света;
- контакты, занимающие меньше освещаемой площади;
- сложные антиотражающие покрытия.

Слайд 27

Преимущества и недостатки СЭ из арсенида галлия (GaAs)
GaAs популярен для

космических применений
Преимущества:
высокий уровень светопоглощения;
Выше КПД, чем у кристаллического кремния (около 25 – 30 %)
высокая жаропрочность делает его лучшим для концентраторных систем, в которых температура ФЭП очень высокая.
Основной недостаток
Дорогая монокристаллическая подложка, на которой GaAs растет (Используется в концентраторных системах, где необходима лишь малая часть GaAs).

Слайд 28

ФЭП второго поколения на основе тонких пленок
Технология: слой полупроводникового материала нанесен

на дешевый вспомогательный слой (стекло, металл, полимерная пленка).

Преимущества данной технологии:
выше светопоглотительная способность по сравнению с кристаллическими материалами и меньше толщина нанесенного слоя фотоэлектрического материала (от нескольких микрометров до даже меньше, чем микрометр);
простой, быстрый и дешевый технологический процесс (нанесение фотоэлектрического материала происходит прямым напылением на стекло или металл).
Недостатками таких материалов являются:
малая эффективность преобразования энергии из-за не монокристаллической структуры;
большие площади СФЭУ требуют увеличения связанных с площадью затрат, таких как установка.

Слайд 29

Сравнение материалов СЭ на основе тонких пленок

Слайд 30

Случаи, когда применение фотоэлектрических преобразователей на основе тонкопленочных солнечных элементов обосновано:
В

регионах, где преобладает пасмурная погода.
Модули, выполненные по тонкопленочной технологии, лучше поглощают рассеянный свет.
В странах с жарким климатом.
При высокой температуре тонкопленочные солнечные батареи показывают большую эффективность.
Есть необходимость монтирования панелей в здание либо требуется их использование в качестве дизайнерских задумок или конструкторских решений, например, для отделки фасада.
Потребность в модулях с частичной прозрачностью до 20%.

Слайд 31

Слой фотоэлемента наносится на поверхность стеклянной трубки, которая помещается в еще

одну такую же трубку с электрическими контактами.
В качестве полупроводников для элементов используют медь, галлий, селен и индий.

Преимущества перед плоской формой:
Цилиндрические солнечные батареи за счет своей формы поглощают большее количество света, и, как следствие, имеют больший показатель производительности.
Цилиндрические солнечные элементы
Solyndra (США), 2008 г.
Формы СЭ

Слайд 32

ФЭП третьего поколения на основе полимеров
В настоящее время основная часть проектов

в области ФЭП третьего поколения находится в стадии исследования.
Полимерные ФЭП имеют на сегодняшний день КПД всего 5-6%.
В качестве светопоглощающих материалов используются органические полупроводники:
полифенилен,
углеродные фуллерены,
фталоцианин меди и другие.
Толщина пленок составляет 100 нм.
Главные достоинства фотоэлементов из полимеров:
Низкая стоимость производства.
Легкость и доступность.
Отсутствие вредного воздействия на окружающую среду.
Применяются полимерные батареи в областях, где наибольшее значение имеет механическая эластичность и экологичность утилизации.

Слайд 33

Многослойные (каскадные) СЭ
Трехпереходные и четырехпереходные СЭ
Рекордное КПД около 45%
(компания Sharp)

Слайд 34

Слайд 35

Качество солнечных элементов
Категория A
первая категория качества не допускает никаких, даже

самых незначительных дефектов.
Категория B
вторая категория качества, элементы данной категории всегда имеют визуальные внешние дефекты (разные цвета и оттенки элементов, пятна на элементах).
Категория C
элементы считаются непригодными для использования в солнечных модулях , имеют сколы, микротрещины, визуальные внешние дефекты, аналогичные категории В.

Слайд 36

Контроль качества солнечных элементов
Контроль качества солнечных элементов осуществляется:
по визуальному контролю;
тестированию

на деградацию солнечных элементов.
Методика тестирования (PID test) на деградацию:
http://www.pi-berlin.com/images/pdf/investorsday/2011/6-PID-Tests.pdf).
Тест проводится в течение 48 часов при температуре 85 градусов, влажности 85 % и потенциале солнечных элементов относительно заземленной рамы солнечной панели, равным 1000 Вольт.
Результаты теста старения:
категория A —снижение мощности элементов составляет не более 5%, т.е. элементы продолжают выдавать более 95% от своего номинала;
категория B —снижение мощности элементов составляет не более 30%, т.е. элементы продолжают выдавать более 70% от своего номинала;
категория C —снижение мощности элементов составляет более 30%, т.е. элементы продолжают выдавать менее 70% от своего номинала.

Слайд 37

Отбраковка солнечных элементов при визульном контроле качества
отклонения по цвету
утечка пасты на

линии нанесения шин

"Водяные" или тёмные пятна

«СЭС». Технологии получения электрической энергии за счет солнечной энергии

Содержание

Технологии получения электрической энергии за счет солнечной энергии:1. Посредством промежуточного теплового

По способу производства тепла термодинамические СЭС используют: - солнечные концентраторы;- солнечные

Упрощенная технологическая схема башенной солнечной электростанции 2) с аккумулирующей системой1) без

Особенности использования концентраторов:Концентраторы необходимо непрерывно ориентировать на Солнце (системы слежения: одноосные,

Башенные СЭСОсновные сооружения БСЭС: 1 – башня, 2 – котел-теплоприемник СИ,

Характеристики солнечных тепловых электростанций

Основные недостатки термодинамических СЭС с концентраторамивысокая стоимость конструкции; необходимость постоянной очистки

Фотоэлектрический эффект – заключается в возможности прямого преобразования СИ в электричество

Структура солнечного элементаПринципиальное устройство атомов бора (или алюминий), кремния и фосфора

Ширина запрещенной зоны S для различных полупроводниковых элементов

1- Спектр СИ на Земле;2- спектр поглощения СИ типичным кремниевым

Полоса поглощения и эффективность СЭПолоса поглощения характеризует предельную энергию фотонов света,

Электрическая схема замещения СЭИсходные характеристики СЭ: Iн(U) – источника тока;Iд(U)

Вольт-амперная характеристика СЭ Характерные точки на ВАХ:Точка ХХ: rн→∞; Uн=Uнmax=Uхх;

Энергетические характеристики СЭВ неявном виде можно представить в виде некоторой многомерной

Основные влияющие факторы на эффективность СЭ:Интенсивность солнечного излучения R;Температура окружающей среды