Przyrządy i instalacje fotowoltaiczne
„Fotowoltaika jest ważną
i niezwykle ciekawą dziedziną elektroniki, dotyczącą jednocześnie dwóch
niezwykle istotnych w ostatnim czasie zagadnień: energetyki i ochrony
środowiska. Stanowi przez to praktyczną alternatywę dla niszczących
środowisko naturalne metod produkcji energii elektrycznej w warunkach stale
powiększającego się zapotrzebowania. Z tego powodu może być ona uważana
interesującą dziedzinę wiedzy naukowej i technicznej dla bardzo szerokiego
grona odbiorców. (…)
Autorzy zdecydowali się
na zebranie w formie książkowej podstaw wiedzy teoretycznej, jak również praktycznych
doświadczeń związanych z konstrukcją przyrządów półprzewodnikowych a także projektowaniem,
budową i obsługą instalacji fotowoltaicznych, które nabyli w toku wielu lat
pracy naukowej, projektowej i wdrożeniowej związanej z fotowoltaiką.”
Niniejszy podręcznik
prezentuje najnowszą wiedzę dotyczącą zarówno zasad budowy i działania
ogniw słonecznych różnych typów, jak również zasad projektowania
i konstrukcji instalacji fotowoltaicznych.
Z książki będzie można
się dowiedzieć m.in.:
- jakie są rodzaje ogniw
słonecznych i do czego się je wykorzystuje,
- jak krok po kroku zaprojektować
i zbudować instalację fotowoltaiczną,
- jak wykorzystać narzędzia
CAD podczas projektowania instalacji PV,
- jak, na przykładzie praktycznych
ćwiczeń, wymiarować instalacje słoneczne,
- jak w praktyce rozwiązać różne techniczne
dylematy związane z ogniwami słonecznymi (np. parametry ogniw,
wpływ oświetlenia czy temperatury na ich pracę, konfiguracja ogniw i
modułów fotowoltaicznych).
Książkę kierujemy do szerokiego
grona odbiorców. Są to zarówno studenci kierunków technicznych,
przykładowo: fotowoltaiki, odnawialnych źródeł energii, optoelektroniki,
elektroniki i telekomunikacji, ochrony środowiska czy też energetyki. Z uwagi
na prezentowane, praktyczne treści będą to jednak również projektanci
instalacji fotowoltaicznych, instalatorzy i przedsiębiorcy z branży
fotowoltaicznej, przedstawiciele jednostek samorządowych realizujących takie
inwestycje czy też inwestorzy prywatni.
Monografia ma charakter podręcznika akademickiego, ale jednocześnie zawiera wiele walorów utylitarnych, stąd możliwy szeroki krąg odbiorców: od studentów elektroniki, elektrotechniki i ochrony środowiska poprzez pracowników nauki do dużej grupy przedsiębiorców planujących inwestycje w odnawialne źródła energii jak i entuzjastów śledzących pojawiające się rozwiązania innowacyjne. Przedmiot pozycji wpisuje się w najnowsze trendy związane ze zrównoważonym rozwojem i politykami środowiskowymi. Obserwowany dynamiczny rozwój fotowoltaiki niestety nie skłania wielu autorów do podejmowania wysiłku opracowania spójnego dzieła, szeroko adresowanego do wielu odbiorców jak pozycja wydawnicza „Przyrządy i instalacje fotowoltaiczne”. [...] Praca jest dobrze skomponowana i posiada przejrzystą strukturę. Układ książki jest logiczny i w kolejnych rozdziałach coraz bardziej przybliża czytelnikowi problemy związane z istotą fotowoltaiki. Opisane w podręczniku metody oraz problemy projektowe stanowią bez wątpienia pomoc dydaktyczną i są też adresowane do wszystkich zainteresowanych poszerzaniem swojej wiedzy w zakresie szeroko pojętej fotowoltaiki.
Prof. dr hab. Tomasz Stapiński,
Akademia Górniczo Hutnicza w Krakowie
Wstęp 7
1. Budowa i działanie ogniw słonecznych 9
1.1. Energia słoneczna 9
1.2. Efekt fotowoltaiczny w półprzewodnikach 14
1.3. Limity teoretyczne sprawności ogniw PV 24
1.4. Budowa modelowego ogniwa słonecznego 26
1.5. Literatura 33
2. Podział i rodzaje ogniw PV 34
2.1. Monokrystaliczne a polikrystaliczne ogniwa słoneczne 36
2.2. Wykorzystanie heterozłącza półprzewodnikowego w fotowoltaice 42
2.3. Cienkowarstwowe ogniwa ze związków nieorganicznych 47
2.3.1. Przegląd rozwiązań konstrukcyjnych ogniw cienkowarstwowych 47
2.3.2. Ogniwa polikrystaliczne na bazie CdTe 53
2.3.3. Fotowoltaiczne struktury CIS/CIGS/CIGSS 57
2.3.4. Ogniwa z krzemu amorficznego a-Si 61
2.4. Ogniwa organiczne, hybrydowe, perowskitowe 66
2.5. Alternatywne konstrukcje w fotowoltaice 70
2.6. Literatura 79
3. Zastosowanie fotowoltaiki 85
3.1. Zastosowania kosmiczne i pierwsze systemy naziemne 85
3.2. Elektrownie fotowoltaiczne i systemy rozproszone 88
3.3. Fotowoltaika zintegrowana z budownictwem (BIPV) 93
3.4. Fotowoltaika elastyczna 100
3.5. Literatura 104
4. Instalacje fotowoltaiczne 106
4.1. Instalacje sieciowe i wyspowe 106
4.2. Współpraca z innymi źródłami energii w systemach wydzielonych 122
4.3. Budowa instalacji fotowoltaicznej – etapy praktycznej realizacji 130
4.3.1. Wymagania prawne 131
4.3.2. Projekt instalacji PV 132
4.3.3. Wykonanie instalacji PV 134
4.4. Literatura 143
5. Projektowanie instalacji fotowoltaicznych 144
5.1. Zawartość projektu instalacji słonecznej. 146
5.2. Wymagane kwalifikacje wykonawców i realizatorów oraz obowiązki inwestora 150
5.3. Metody i zasady projektowania instalacji fotowoltaicznych 153
5.4. Przykładowe narzędzia CAD wspierające wymiarowanie instalacji 157
5.4.1. Aplikacja PVSOL online 157
5.4.2. Program SolarGIS pvPlanner 163
5.4.3. Interaktywna baza meteorologiczna PVGIS 172
5.4.4. Profesjonalne narzędzie PVSOL Premium 177
5.5. Literatura 180
6. Praktyczne zagadnienia z zakresu fotowoltaiki 181
6.1. Podstawowe charakterystyki ogniw słonecznych 181
6.1.1. Pomiar charakterystyk prądowo-napięciowych 181
6.1.2. Charakterystyki pojemności złączowej 187
6.1.3. Pomiar i znaczenie charakterystyk wydajności kwantowej 191
6.2. Wpływ oświetlenia na pracę ogniw słonecznych 193
6.2.1. Pomiary transmitancji optycznej w ogniwach fotowoltaicznych 193
6.2.2. Zależność parametrów ogniw PV dla różnych warunków oświetlenia 197
6.2.3. Wpływ kąta padania światła na pracę ogniw słonecznych 206
6.3. Parametry techniczne i eksploatacyjne ogniw i instalacji fotowoltaicznych 209
6.3.1. Rezystancja szeregowa i równoległa w ogniwach słonecznych 209
6.3.2. Wpływ temperatury na pracę ogniw i modułów PV 212
6.3.3. Konfiguracja ogniw i modułów fotowoltaicznych oraz wpływ zacienienia na parametry pracy instalacji 216
6.3.4. Niedopasowanie prądowe i napięciowe w instalacjach PV 220
6.4. Literatura 223
Spis rysunków 225
Spis tabel 235
Indeks 237
