ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

OGNIWA SŁONECZNE BUDOWA TECHNOLOGIA I ZASTOSOWANIE

OGNIWA SŁONECZNE

BUDOWA TECHNOLOGIA I ZASTOSOWANIE

Chcesz poznać bliżej temat odnawialnych źródeł energii a w szczególności opis budowy technologii i zastosowania ogniw Słonecznych ?

Pomocą służy monografia o interdyscyplinarnym charakterze, kompleksowo ujmująca zagadnienia związane z przemianą energii słonecznej w elektryczną

Książka w której Autorka przedstawia kompleksowo ujmujące zagadnienia związane z przemianą energii słonecznej w elektryczną.

Scharakteryzowano promieniowanie słoneczne

opisano :

zasady doboru optymalnego kąta nachylenia odbiornika tego promieniowania

konwersję fotowoltaiczną

budowę ogniw fotowoltaicznych

charakterystyki ogniw fotowoltaicznych

technologie produkcji ogniw fotowoltaicznych

różne konfiguracje systemów fotowoltaicznych zasilających obiekty stacjonarne.

Poruszono także zagadnienie zasilania środków transportu energią słoneczną oraz aspekty prawne, społeczne, ekonomiczne i normalizacyjne dotyczące wykorzystania ogniw słonecznych, jak również problematykę recyklingu modułów fotowoltaicznych. Ponadto przedstawiono metody konwersji energii słonecznej w energię cieplną oraz przykłady zastosowań kolektorów cieplnych w Polsce i na świecie.

Książka jest przeznaczona dla ekologów i inżynierów zajmujących się odnawialnymi źródłami energii i działaniami proekologicznymi oraz dla studentów szkół wyższych i studiów podyplomowych, przede wszystkim o specjalnościach: energetyka, elektrotechnika, elektronika, fizyka, budownictwo, ekologia transportu i ochrona środowiska.

Spis treści informatora, w której Autorka przedstawia kompleksowo ujmujące zagadnienia związane z przemianą energii słonecznej w elektryczną

Przedmowa

Wykaz oznaczeń

Wykaz skrótów

Energia Słońca - Rozdział 1

Charakterystyka Słońca - część 1.1

Promieniowanie emitowane z powierzchni Słońca - część 1.2

Zależności opisujące energię Słońca - część 1.3

Relacje między kątami opisującymi położenie odbiornika energii względem Słońca

Składowe promieniowania słonecznego

Modelowanie globalnego potencjału promieniowania słonecznego na przestrzeni 100 lat - część 1.4

Promieniowanie słoneczne dominującą częścią bilansu energetycznego naszej planety

Szacowany globalny potencjał promieniowania słonecznego na podstawie alternatywnych danych meteorologicznych

Kąt pochylenia odbiornika do podłoża – przejście płaszczyzny odbiornika z poziomej do pochylonej - część 1.5

Od modelu izotropowego do anizotropowego

Metoda Liu-Jordana

Modyfikacje metod rozwiązania dla pochylonej płaszczyzny odbiornika

Dyskusja optymalizacji orientacji przestrzennej odbiornika energii słonecznej ze względu na maksymalny zysk energetyczny

Optymalizacja ustawienia odbiornika na podstawie symulacji komputerowej

Warunki i wyniki pomiarów gęstości mocy promieniowania

Techniki komputerowe w rozwiązywaniu problemów prognostycznych promieniowania słonecznego - część 1.6

Wnioski - część 1.7

Sonda kosmiczna Parker Solar Probe - część 1.8

Metody konwersji energii słonecznej - część 1.9

Zalety i wady energetyki słonecznej - część 1.10

Literatura do rozdziału 1

Cieplna energetyka słoneczna - Rozdział 2

Metody konwersji energii słonecznej w cieplną - część 2.1

Kolektory - część 2.2

Charakterystyka ogólna

Kolektory cieczowe

Kolektory powietrzne i próżniowe

Słoneczne instalacje cieplne na świecie - część 2.3

Kolektory cieplne w krajach europejskich

Słoneczne systemy ciepłownicze wielkopowierzchniowe

Elektrownie cieplne wieżowe

2.4. Przykłady zastosowania kolektorów cieplnych  106

2.5. Cieplna energetyka słoneczna w Polsce  110

2.5.1. Rozkład całkowitego promieniowania słonecznego  110

2.5.2. Możliwości wykorzystania energii słonecznej do celów termicznych  113

Literatura do rozdziału 2  120

Konwersja energii słonecznej w elektryczną  - Rozdział 3

3.1. Zjawisko fotowoltaiczne wewnętrzne  124

3.1.1. Mechanizm zjawiska  124

3.1.2. Powstawanie bariery potencjału  126

3.2. Kalendarium wydarzeń w rozwoju konwersji fotowoltaicznej  129

3.2.1. Antoine Cesar Becquerel i jego odkrycie  129

3.2.2. Badania zjawiska fotowoltaicznego w XIX wieku  131

3.2.3. Teoria Alberta Einsteina  131

3.2.4. Jan Czochralski i jego metoda  132

3.2.5. Dalszy rozwój fotowoltaiki  139

3.2.6. Witold Żdanowicz − pionier fotowoltaiki w Polsce  142

3.2.7. Twórcy fotowoltaiki III generacji  143

Literatura do rozdziału 3  147

4. Rozwiązania materiałowe, konstrukcyjne i eksploatacyjne ogniw fotowoltaicznych  153

4.1. Podział materiałowy i strukturalny ogniw fotowoltaicznych  153

4.2. Ogniwa krzemowe  156

4.2.1. Ogólna charakterystyka krzemu  156

4.2.2. Ogniwa mono- i polikrystaliczne  157

4.2.3. Ogniwa z krzemu amorficznego  161

4.2.4. Cienkowarstwowe krzemowe ogniwa krystaliczne  164

4.2.5. Nowe rozwiązania  165

4.3. Ogniwa z tellurku kadmu  179

4.3.1. Ogólna charakterystyka tellurku kadmu  179

4.3.2. Rozwiązania krystaliczne i cienkowarstwowe  181

4.4. Ogniwa z arsenku galu  184

4.4.1. Ogólna charakterystyka arsenku galu  184

4.4.2. Struktury krystaliczne i cienkowarstwowe  185

4.5. Ogniwa z diselenku indowo-miedziowego (CIS) i ich modyfikacje (CIGS, CIBS)  187

4.6. Ogniwa fotowoltaiczne typu tandem  192

4.7. Ogniwa fotowoltaiczne z nanorurkami  194

4.8. Ogniwa organiczne  195

4.8.1. Ogólna charakterystyka ogniw  195

4.8.2. Wybrane rozwiązania planarne i struktury 3D  196

4.8.3. Ogniwo barwnikowe Grätzela  197

4.8.4. Nowe rozwiązania ogniw organicznych  198

4.9. Ogniwa perowskitowe  199

4.10. Moduły  202

4.11. Ogniwo fotowoltaiczno-fototermiczne o konwersji kombinowanej  204

4.12. Ogniwo termofotowoltaiczne o konwersji promieniowania podczerwonego  205

4.13. Ogniwa zintegrowane z architekturą  206

4.13.1. Charakterystyka rozwiązań PV stosowanych w budownictwie  206

4.13.2. Systemy dachowe  208

4.13.3. Przykład instalacji PV na dachu domu jednorodzinnego − analiza pracy  211

4.13.4. Największe na świecie dachowe systemy PV  212

4.13.5. Moduły fasadowe i transparentne okienne  216

4.13.6. Nowe rozwiązania BIPV i znani producenci  218

4.14. Ogniwa współpracujące z koncentratorami  223

4.14.1. Koncentratory w układzie nadążnym  223

4.14.2. Nowe rozwiązania  226

Literatura do rozdziału 4  227

5. Wybrane właściwości ogniw fotowoltaicznych  238

5.1. Absorpcyjność  238

5.2. Refleksyjność  243

5.3. Degradacja ogniw  244

5.4. Strumień fotonów w funkcji wybranych parametrów ogniwa  245

5.5. Gęstość fotoprądu emitera i bazy  246

5.6. Wydajność kwantowa  248

5.6.1. Wydajność zewnętrzna i wewnętrzna  248

5.6.2. Wpływ prędkości rekombinacji na wydajność kwantową  249

5.6.3. Wpływ średniej drogi dyfuzji na wydajność kwantową  250

5.7. Czynnik spektralny  252

5.8. Badania ogniw fotowoltaicznych w warunkach promieniowania o różnych długościach fali w zakresie światła widzialnego  252

5.8.1. Warunki i obiekty badań  252

5.8.2. Wyniki badań  255

5.8.3. Wnioski  255

Literatura do rozdziału 5  259

6. Schemat zastępczy, parametry i charakterystyki ogniwa fotowoltaicznego  262

6.1. Schemat zastępczy ogniwa i jego parametry  262

6.2. Charakterystyki prądowo-napięciowe ogniwa fotowoltaicznego  264

6.2.1. Wyznaczanie zależności prądowo-napięciowych w funkcji parametrów ogniwa  264

6.2.2. Symulacja charakterystyk wybranych ogniw w funkcji nasłonecznienia i temperatury  266

6.2.3. Parametry charakterystyczne ogniw  266

6.3. Charakterystyka mocy i sprawność ogniwa fotowoltaicznego  272

6.3.1. Wpływ nasłonecznienia i temperatury na moc  272

6.3.2. Wpływ nasłonecznienia i temperatury na sprawność  275

6.3.3. Optymalizacja pracy w wyniku kształtowania obciążenia ogniwa  277

6.4. Współpraca baterii słonecznej z silnikiem prądu stałego zasilającym wentylator  278

6.4.1. Schemat ideowy badanego układu  278

6.4.2. Model matematyczny  280

6.4.3. Przykładowe wyniki symulacji  283

6.5. Praca ogniw fotowoltaicznych w różnych konfiguracjach połączeń  286

6.6. Wpływ zacienienia na pracę modułu fotowoltaicznego  289

Literatura do rozdziału 6  290

7. Technologia produkcji  294

7.1. Ogniwa krzemowe  294

7.1.1. Krzem do produkcji ogniw słonecznych  294

7.1.2. Wytwarzanie bloków krzemu monokrystalicznego  299

7.1.3. Otrzymywanie bloków krzemu polikrystalicznego  305

7.1.4. Cięcie bloków krzemowych na płytki  307

7.1.5. Dalsza obróbka płytek krzemowych  307

7.1.6. Inne technologie produkcji ogniw krzemowych  310

7.1.7. Nowe technologie w produkcji krzemu i ogniw krzemowych  313

7.1.8. Łączenie ogniw w moduły  315

7.1.9. Wytwarzanie taśm krzemowych  317

7.2. Ogniwa cienkowarstwowe wykonane w technologii innej niż krzemowa  323

7.2.1. Ogniwa CdS/CdTe i CIGS  323

7.2.2. Nowa proekologiczna technologia ogniw CIGS  326

7.2.3. Ogniwa cienkowarstwowe GaAs                 327

7.3. Technologia samoczyszczenia ogniw słonecznych  329

Literatura do rozdziału 7  329

8. Instalacje fotowoltaiczne  335

8.1. Konfiguracje systemów fotowoltaicznych  335

8.2. Elementy instalacji fotowoltaicznej  339

8.2.1. Wprowadzenie  339

8.2.2. Moduły fotowoltaiczne  341

8.2.3. Trackery  347

8.2.4. Magazynowanie energii elektrycznej uzyskanej z fotowoltaiki  349

8.2.5. Regulatory ładowania  354

8.2.6. Falowniki  357

8.2.7. Systemy monitorujące  363

8.2.8. Zabezpieczenia systemów fotowoltaicznych  363

8.2.9. Konstrukcja nośna i kable  364

8.3. Zestaw hybrydowy  368

8.4. Specyfikacja zapotrzebowania na energię. Sprawność i koszty  368

8.5. Montaż, obsługa i konserwacja instalacji fotowoltaicznej  370

Literatura do rozdziału 8  372

9. Zastosowanie ogniw słonecznych  377

9.1. Dotychczasowe tempo rozwoju instalacji fotowoltaicznych i perspektywy  377

9.2. Ogniwa słoneczne w urządzeniach powszechnego użytku małej mocy  378

9.3. Systemy autonomiczne  380

9.3.1. Przegląd możliwości zastosowania  380

9.3.2. Zasilanie oświetlenia  381

9.3.3. Biletomaty i parkomaty  382

9.3.4. Ławki fotowoltaiczne  384

9.3.5. Drogi zasilane fotowoltaicznie  387

9.3.6. Latarnie morskie  388

9.3.7. Systemy ostrzegania i sygnalizacji  392

9.4. Układy współpracujące z siecią  393

9.4.1. Systemy rozproszone BIPV  393

9.4.2. Systemy scentralizowane  396

9.5. Systemy hybrydowe  407

9.5.1. Wprowadzenie  407

9.5.2. Graciosa Acores – przykład systemu hybrydowego gwarantującego samowystarczalność energetyczną  408

9.5.3. Największe elektrownie hybrydowe z udziałem fotowoltaiki  415

9.5.4. Inne rozwiązania hybrydowe  415

9.6. Zastosowania w kosmonautyce  420

Literatura do rozdziału 9  421

10. Wykorzystanie energii Słońca i podczerwieni do zasilania w środkach transportu  426

10.1. Samochody słoneczne  426

10.1.1. Metody zasilania  426

10.1.2. Historyczne prototypy  427

10.1.3. Samochody wyścigowe i ich parametry konstrukcyjno-eksploatacyjne  428

10.2. Najważniejsze aspekty projektowania pojazdu słonecznego  435

10.2.1. Strategia projektowania i optymalizacja ruchu  435

10.2.2. Moc niezbędna do pokonania oporów jazdy  438

10.2.3. Moc pozyskiwana na drodze konwersji fotowoltaicznej  439

10.2.4. Moc uzupełniająca z akumulatora  441

10.2.5. Materiały i elementy konstrukcyjne stosowane w samochodach słonecznych  444

10.3. Charakterystyki ruchu samochodu słonecznego w funkcji jego parametrów i warunków zewnętrznych  447

10.3.1. Wpływ parametrów konstrukcyjno-eksploatacyjnych samochodu słonecznego na jego charakterystyki ruchu  447

10.3.2. Optymalizacja doboru prędkości w samochodzie słonecznym z doładowaniem akumulatora podczas jazdy ze względu na maksymalny zasięg  450

10.3.3. Bilans mocy pojazdu elektrycznego zasilanego energią Słońca  454

10.3.4. Wnioski i uwagi do przeprowadzonych symulacji komputerowych  460

10.3.5. Osiągnięcia projektowo-konstrukcyjne zespołów studenckich  463

10.4. Samochody elektryczne i hybrydowe zasilane energią Słońca  465

10.4.1. Pojazd Solar Bug  465

10.4.2. Jeep elektryczny  466

10.4.3. Pojazd Connector 2001  466

10.4.4. Peugeot BB1 Concept  467

10.4.5. Fisker Karma  468

10.4.6. Pojazd Lightyear  469

10.4.7. Aptera Sol  470

10.4.8. Dalszy rozwój pojazdów zasilanych energią Słońca  471

10.5. Wyposażenie dodatkowe  472

10.5.1. Dach słoneczny jako stacja ładowania  472

10.5.2. Samochodowe panele PV  472

10.5.3. Inne rozwiązania  473

10.6. Transport kolejowy z udziałem energii Słońca  474

10.6.1. Pociąg słoneczny w Belgii  474

10.6.2. Trendy rozwojowe aplikacji PV w kolejnictwie  474

10.6.3. Pociąg słoneczny w Australii  475

10.7. Samoloty zasilane energią Słońca  476

10.7.1. Prace NASA  476

10.7.2. Solar Challenger  476

10.7.3. Helios  476

10.7.4. Solar Impulse  477

10.7.5. Polski samolot słoneczny Phoenix  478

10.8. Jednostki pływające zasilane energią Słońca  479

10.8.1. Katamaran Sun 21  479

10.8.2. Tramwaj wodny Słonecznik  479

10.8.3. Katamaran pasażerski Solar  480

10.8.4. Katamaran Tûranor Planet Solar  483

10.8.5. Katamaran Energy Observer  484

10.8.6. Łodzie solarne zespołu Fiten Solar Team  486

10.8.7. Etapy projektowania łodzi zasilanych energią słoneczną  488

Literatura do rozdziału 10  489

11. Zagadnienia prawne, społeczne, ekonomiczne, normalizacja i recykling  494

11.1. Wprowadzenie  494

11.2. Strategia Unii Europejskiej dla energetyki słonecznej  495

11.3. Koszt systemu fotowoltaicznego   500

11.4. Problem autokonsumpcji  507

11.5. Koszty zewnętrzne  508

11.6. Normalizacja  509

11.7. Konwersja fotowoltaiczna w promocji i edukacji  511

11.8. Recykling modułów fotowoltaicznych  516

11.8.1. Problemy recyklingu, koszty, technologie  516

11.8.2. Linie pilotażowe odzysku i ponownego wykorzystania modułów krzemowych  518

11.8.3. Metoda odzysku i ponownego wykorzystania modułów z CdTe  520

Literatura do rozdziału 11  521

12. Fotowoltaika w Polsce  526

12.1. Możliwości sektora fotowoltaicznego  526

12.2. Prace naukowo-badawcze 529

12.2.1. Laboratorium Fotowoltaiczne Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Kozach  529

12.2.2. Prace Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych  537

12.2.3. Laboratorium Energetyki Odnawialnej w Sulechowie  538

12.2.4. Słupski Inkubator Technologiczny  539

12.2.5. Fotowoltaika w Parku Naukowo-Technologicznym Euro-Centrum w Katowicach  542

12.3. Największe inwestycje fotowoltaiczne w Polsce  543

12.3.1. Farmy fotowoltaiczne w Polsce  543

12.3.2. Wybrane aplikacje fotowoltaiczne w budownictwie  548

12.4. Producenci modułów  557

12.4.1. EKOpower21 Sp. z o.o. z Warszawy  557

12.4.2. Linia produkcyjna modułów Solar-Energy  557

12.4.3. SELFA GE ze Szczecina  559

Literatura do rozdziału 12  559

Indeks nazwisk  563

DARMOWA DOSTAWA ALLEGRO SMART TECHNIKI I NAUKI OGNIWA SŁONECZNE