Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Сонячна енергетика лекція I hub 2015

587 views

Published on

Лекція Олександра Велігорського @ IHUB Chernihiv

  • Be the first to comment

Сонячна енергетика лекція I hub 2015

  1. 1. Сонячна енергетика – міф чи реальність? Лекція в центрі підприємництва та інновацій iHUB Чернігів, 28.11.2015 р. Велігорський О.А.
  2. 2. ВелігорськийО.А.,©2015 Доповідач • К.т.н., доцент Велігорський Олександр Анатолійович. • Завідувач кафедри біомедичних радіоелектронних апаратів та систем Чернігівського національного технологічного університету. • Керівник напряму інноваційно- технічного розвитку громадської організації «Чернігів Європейський» • alexveligorsky@gmail.com 2
  3. 3. ВелігорськийО.А.,©2015 Доповідач • Учасник програми стажування за кордоном від міністерства освіти і науки України. • Glyndwr University, Great Britain, 11/2011 - 02/2012. • Учасник програми “Східне партнерство” від DAAD (Німецька агенція академічнх обмінів). • Bonn-Rhein-Sieg University of Applied Sciences, 04/2014 - 05/2014. • Bonn-Rhein-Sieg University of Applied Sciences, Nolden Regelsysteme GmbH 04/2015 - 05/2015. • Переможець Travel Grant Competition від BILAT-UKR*AINA • Bonn-Rhein-Sieg University of Applied Sciences, 08/2014. • Керівник спецкурсу “Printed Circuit Board Design for Power Electronics: A Practical Guide” для аспірантів. • Tallinn University of Technology, 01/2015. 3
  4. 4. ВелігорськийО.А.,©2015 План лекції • Що таке фотовольтаїка? • Фотовольтаїка – від садових ліхтариків до космічних станцій. • Рентабельність сонячної енергетики – чи настільки зелені “зелені технології”? • Типові кейси для фотовольтаїки – дім, місто, Україна, світ. 4
  5. 5. Що таке фотовольтаїка?
  6. 6. Як можна використати енергію Сонця? • Нагріти сонячними променями воду до точки кипіння, яка буде обертати турбіну! • Це сонячна термальна електростанція. ВелігорськийО.А.,©2015 6
  7. 7. Як можна використати енергію Сонця? • Використати явище внутрішнього фотоефекту, при якому під дією випромінювання утворюється перерозподіл електронів за енергетичними рівнями і утворюються вільні електрони. • Це фотоелемент! • Також відомий як «сонячна батарея». • Також відомий як «фотоелектричний перетворювач». ВелігорськийО.А.,©2015 7
  8. 8. Принцип роботи фотоелементу • Схожий на принцип роботи звичайного діода (p-n перехід). ВелігорськийО.А.,©2015 8
  9. 9. Принцип роботи фотоелементу • Світло потрапляє на p-n перехід фотоелементу й поглинається матеріалом. • Енергія поглинутих фотонів передається матеріалу, утворюється пара носіїв заряду («дірки» – в р-легованій частині, електрони – в n-легованій частині). • Носії заряду створюють електричний потенціал (електричне поле), і якщо ми підключимо навантаження – під дією поля будуть рухатись по електричному колу. ВелігорськийО.А.,©2015 9
  10. 10. Чи багато енергії ми отримаємо? • Електрична потужність – це: P=V·I=I2 ·R=V2 /R • Чим більше напруга й чим більше струм – тим більша потужність! ВелігорськийО.А.,©2015 10
  11. 11. Чи багато енергії ми отримаємо? Напруга: •Одна комірка фотоелементу видає максимальну напругу 0,6…0,7 Вольт. Струм: •Струм – залежить від розміру (площі) напівпровіднику, який опромінюється сонячними променями. Висновки: •Хочемо отримати більший струм з одного елементу – збільшуємо розміри. •Хочемо отримати більшу напругу – з’єднуємо кілька елементів послідовно. ВелігорськийО.А.,©2015 11
  12. 12. Типова характеристика 250 Вт панелі. ВелігорськийО.А.,©2015 12
  13. 13. Паралельно чи послідовно? • Паралельне підключення фотоелектричних комірок – збільшує струм. • Напруга – не змінюється. • Послідовне підключення – збільшує напругу. • Струм – не змінюється. ВелігорськийО.А.,©2015 13
  14. 14. Від комірки до масиву • Модуль - кілька комірок підключаються послідовно, до досягнення необхідного рівня напруги Vmodule=0,6·NS. • Панель – з’єднання кількох модулів паралельно, для досягнення потрібного рівня струму Іpanel= Іmodule·NP. • Масив – об’єднання кількох панелей. ВелігорськийО.А.,©2015 14
  15. 15. Як оцінити потужність фотоелектричного модуля? • Сонце – газовий шар, за рахунок ядерних реакцій температура всередині Сонця біля 20 млн. К. • Температура поверхні – 5762К. • Інтенсивність випромінювання (з рівняння Стефана-Больцмана): H = 62,5·106 Вт/м2 . • Загальний потік енергії, що випромінюється Сонцем: 9,5·1025 Вт. ВелігорськийО.А.,©2015 15
  16. 16. Як оцінити потужність фотоелектричного модуля? Скільки енергії дійде до Землі? •До Землі дійде: 1353 Вт/м2 – це так звана «Сонячна постійна» АМ0. • Так як Земля рухається по еліпсу, то реальне значення змінюється від 1300 до 1400 Вт/м2 . •До Марса: 586 Вт/м2 . ВелігорськийО.А.,©2015 16
  17. 17. Як оцінити потужність фотоелектричного модуля? • Освітленість поверхні Землі залежить від: • Поглинання і розсіяння в атмосфері. • Наявність хмар, забруднень атмосфери і т.п. • До поверхні Землі доходить максимум 1000 Вт/м2 . ВелігорськийО.А.,©2015 17
  18. 18. Як оцінити потужність фотоелектричного модуля? • Коефіцієнт корисної дії (ефективність) фотоелектричного модуля – відношення електричної потужності на виході до енергії випромінювання, що потрапляє на панель. • У більшості фотоелементів к.к.д. – біля 15%. • Максимальне значення в лабораторії – біля 47%. • Потужність випромінювання на поверхні Землі – максимум 1000 Вт/м2 . • Висновок: максимум з 1 м2 поверхні панелі можна отримати 150 Вт. • 1 Вт – можна зняти з 66,6 см2 (наприклад, 10 на 7 см). ВелігорськийО.А.,©2015 18
  19. 19. Які бувають панелі? Панелі для побудови автономних систем: •Для зарядки портативної електроніки. •Для живлення світлодіодних ліхтариків. Параметри: •Потужність – від 0,5 до 2 Вт. •Напруга – від 0,6 до 20 В. ВелігорськийО.А.,©2015 19
  20. 20. Які бувають панелі? Панелі для побудови промислових систем: •Потужність – від 150 до 250 Вт. •Напруга – від 24 до 48 В. •Струм – від 3 до 10 А. •Тривалість роботи – до 20…25 років. • При зменшенні ефективності до 25%. ВелігорськийО.А.,©2015 20
  21. 21. Матеріали фотоелектричних модулів • Кремнієві однопереходні – найбільш розповсюджені на даний момент (можуть бути моно- чи полікристалічні). • Типовий к.к.д. – біля 15%. • Мають один p-n перехід. • Тонкоплівочні модулі – можуть бути гнучкі, однак з меншою ефективністю. • К.к.д – до 10%. • Дорожчі ніж звичайні. • Багатоперехідні (multijunction PV cells). • Декілька p-n переходів, кожен з яких реагує на свою довжину світла. • К.к.д. – до 40%. • Суттєво дорожчі ніж звичайні. ВелігорськийО.А.,©2015 21
  22. 22. Максимальна ефективність ВелігорськийО.А.,©2015 22
  23. 23. Я придбав сонячну панель… • Монокристалічний кремній – темний (35% ринку). • Полікристалічний кремній – синій (55% ринку). • Тонкоплівочний фотоелемент – темний, однорідний (10%). ВелігорськийО.А.,©2015 23
  24. 24. Рентабельність сонячної енергетики – чи настільки дешеві “зелені технології”?
  25. 25. З чого складається вартість сонячної електрики? • 1. Вартість обладнання: • Фотоелектричні панелі. • Перетворювачі напруги. • Акумулятори (для автономних систем) • Кабелі, комутаційні елементи. • 2. Вартість дозволів на підключення до мережі, перевірки і т.п. • 3. Вартість затрат на монтаж обладнання. ВелігорськийО.А.,©2015 25
  26. 26. Вартість фотоелектричних панелей. • Знизилась до 0,3 у.о. за 1 Вт в США! • При неоптових закупках – біля 1 у.о. за 1 Вт. ВелігорськийО.А.,©2015 26
  27. 27. А як щодо загальної вартості? • В 2015 році в світі вартість встановлення всього обладнання для отримання 1 Вт енергії знизилась до 3 у.о. • В більшості випадків – це трохи більше 4 у.о. • 10 кВт – біля 30000 у.о. ВелігорськийО.А.,©2015 27 http://solar-power-now.com/cost-of-solar/
  28. 28. А це багато чи мало? • Для невідновлювальних джерел: • Вугільні електростанції – біля 2,1 у.о. на 1 Вт потужності. • Великі гідроелектростанції – біля 1 у.о. на 1,0 Вт потужності. • Для відновлювальних джерел: • Вітрогенерація – біля 2,0 у.о. на 1 Вт. Висновки: • На даний момент фотовольтаїка поки дорожча від більшості викопних та відновлювальних джерел електроенергії! ВелігорськийО.А.,©2015 28
  29. 29. Коефіцієнт використання • Для класичних джерел – дані з США. ВелігорськийО.А.,©2015 29
  30. 30. Коефіцієнт використання • Для відновлювальних джерел - дані з США. ВелігорськийО.А.,©2015 30
  31. 31. Чому так мало для фотовольтаїки? • Погода не завжди ясна. • Сонце не завжди знаходиться в зеніті. • Ближче до горизонту – більше проходить через атмосферу – більше розсіюється та поглинається в атмосфері. • Тривалість сонячного дня – не 24 години. • Вводять поняття «сонячних годин»: ВелігорськийО.А.,©2015 31
  32. 32. Мапа річної інсоляції в Європі. ВелігорськийО.А.,©2015 32
  33. 33. А тепер для України • Для Чернігова – на оптимально орієнтовану поверхню за кутом нахилу площею в 1 м2 потрапить випромінювання сумарною потужністю 1239 кВт. • Множимо на к.к.д. панелі 15% - виходить 185 кВт за рік з 1 м2 ВелігорськийО.А.,©2015 33 http://apricus.com.ua/informatsiya/urovni-solnechnoy-insolyatsii-v-ukraine
  34. 34. Типові кейси для фотовольтаїки.
  35. 35. Приклади використання • PV - Фотоелектричні панелі. • Charge controller – Контролер заряду батарей. • Battery - Акумуляторні батареї. • Inverter - Інвертор з постійної напруги в 220 В / 50 Гц. • Backup Generator – резервний генератор. • Meter – електричний лічильник (рахує як передану так і спожиту енергію). • DC, AC Disconnect – вимикачі в мережах постійного та змінного струму. ВелігорськийО.А.,©2015 35
  36. 36. Автономний будинок ВелігорськийО.А.,©2015 36
  37. 37. Переваги й недоліки автономних систем • Найдорожча вартість електроенергії. • Використовуємо лише енергію Сонця. • Акумулятори повинні бути такої ємності, щоб витримувати весь час до наступної підзарядки. • Резервування – генератором. • Акумулятори мають обмежену кількість заряд-розрядів – треба замінювати через 3-6 років. • Можливі дні коли ми будемо «без світла». • В зимові та осінні дні та в хмарну погоду. ВелігорськийО.А.,©2015 37
  38. 38. Підключення до мережі ВелігорськийО.А.,©2015 38
  39. 39. Переваги підключення до мережі. • Ми можемо продавати залишки електроенергії по «зеленому тарифу». • В Україні зараз «зелений тариф» для сонячної електроенергії з установок до 10 кВт – 0,2 Євро/кВт год. • За часів Януковича «зелений тариф» для наближених складав 0,6 Євро/кВт год. • Не треба акумулятори. • Ми споживаємо енергію з мережі коли нам треба. • Продаємо залишки енергії, коли вона нам не потрібна. • Потенційно - вища вартість системи. • Узгодження, дозволи. • Додаткове обладнання – інвертори. ВелігорськийО.А.,©2015 39
  40. 40. Підключення до мережі з акумуляторним запасом. ВелігорськийО.А.,©2015 40
  41. 41. Переваги підключення до мережі з акум. запасом. • Захист від відсутності мережі – 100%. • Ми заряджаємо акумулятори чи-то від Сонця, чи від мережі. • Заряджені акумулятори відключаємо коли є Сонце чи мережа. • Продаємо залишки енергії по зеленому тарифу. • Найбільша вартість. • Акумулятори + інвертор. • Дозволи, узгодження… ВелігорськийО.А.,©2015 41
  42. 42. А теперь, уважаемые кроты, давйте посчитаем… ВелігорськийО.А.,©2015 42
  43. 43. Розрахунок вартості обладнання Для 10 кВт котеджної електростанції потрібно: •40 панелей по 250 Вт. • 1 панель – розмір 1,6 м х 1,0 м = 1,6 м2 . • 40 панелей – 64 м2 поверхні даху. • Вартість 1 панелі – біля 6000 грн (250 у.о.). • 40 панелей – 10000 у.о. •Контролери панелей, інвертор, комутаційне обладнання. • Інвертор на 10 кВт – біля 4000 у.о. • Контролери панелей – біля 500 у.о. • Комутаційне обладнання – біля 500 у.о. •Загальні інвестиції – більше 15 тис. у.о. (без врахування дозволів). •185 кВт за рік з 1 м2 ВелігорськийО.А.,©2015 43
  44. 44. Скільки енергії ми можемо продавати державі? • Як рахували раніше, з 1м2 поверхні в Чернігові можна отримати 185 кВт год за рік. • З поверхні в 64 м2 – 11840 кВт год. • Якщо будинок споживає в середньому 400 кВт год на місяць, то за рік ми споживатимемо 4800 кВт год. • Продаємо: 11840-4800 = 7040 кВт год. • Отримуємо: 7040 кВт/год * 0,18 Євро/ кВт год = 1267 Євро. • 0,18 Євро/ кВт год – «зелений тариф» для України з 2017 р. • Окупність: 14000 Євро /1267 Євро = 11 років. • Після окупності ми отримуватимемо додатково біля 1000 Євро кожного року на протязі 10-15 років. ВелігорськийО.А.,©2015 44 http://ecotechnica.com.ua/energy/163-zelenyj-tarif-mozhet-stat-dlya- ukraintsev-khoroshim-istochnikom-dokhoda.html
  45. 45. Висновки • То чи варто вкладати кошти в зелені технології? ВелігорськийО.А.,©2015 45
  46. 46. Дякую за увагу!

×