Fotowoltaika (nazywana dalej w skrócie PV) jest obecnie jednym z najszybciej rozwijających się w Europie i na świecie odnawialnym źródłem energii, tzw. OZE . Sam termin fotowoltaika pochodzi od dwóch wyrazów: „foto” – oznaczającego światło oraz „wolt” – od jednostki napięcia (od nazwiska Alessandra Volty). Wykorzystuje ona zjawisko fotowoltaiczne, polegające na bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego na najbardziej użyteczną postać energii – energię elektryczną.
Podstawą rozwoju fotowoltaiki było odkrycie przez francuskiego fizyka Edmunda Becquerela w 1839 r. efektu fotowoltaicznego, polegającego na generowaniu energii elektrycznej przez materiał półprzewodnikowy, który zaabsorbował promieniowanie słoneczne. Teoretycznego opisu tego zjawiska dokonał Albert Einstein w 1904 r. (m.in. za to otrzymał nagrodę Nobla w 1921 r.), a pierwsze efektywne ogniwo powstało w 1954 r. w Bell Laboratories.
Na obecnym etapie rozwoju fotowoltaika urasta do nowej dziedziny nauki i techniki, która łączy w sobie wiedzę z zakresu: fizyki, astronomii, elektroniki, mechaniki, elektrotechniki, energetyki i automatyki. Z drugiej strony, określa się ją jako istotną część szeroko rozumianej inżynierii OZE. Trzeba więc mieć wiele odwagi, aby nazywać się specjalistą od fotowoltaiki, a określenie „inżynier OZE” uważam za zdecydowanie zbyt ogólnikowe i powierzchowne podejście do sprawy.
W fotowoltaice zaskakujące jest wciąż aktualne prawo empiryczne, wynikające z obserwacji dotyczącej trendu cenowego ogniw PV, zgodnie z którym każde podwojenie zdolności produkcyjnych przemysłu fotowoltaicznego powoduje spadek ceny ogniw o 20%. Nazwa tego prawa pochodzi od nazwiska Richarda Swansona, założyciela firmy produkującej ogniwa PV SunPower Corporation. Prawo Swansona jest porównywane do Prawa Moore'a. Ceny krystalicznych ogniw słonecznych spadły z 76,67 USD/Wp w 1977 roku do poziomu 0,74 USD/Wp w roku 2013, potwierdzając w ten sposób opisywane prawo.
Zanim jednak opłacalność wykorzystywania fotowoltaiki w praktyce stanie się faktem, doświadczenia wielu krajów dowodzą, że wpływ na rozwój tego sposobu generowania energii zależy od różnego rodzaju programów wsparcia. W tym zakresie w Europie mamy zarówno wiele przykładów pozytywnych, jak np. w Niemczech, jak i negatywnych, jak np. w Czechach . O ile oczywiście przykłady pozytywne doprowadziły do rozwoju tej dziedziny gospodarki, to negatywne skutki miały miejsce w postaci krótkotrwałych i nieprzemyślanych „baniek” spekulacyjnych. W Polsce temat fotowoltaiki bardzo długo był tematem tabu (głównie ze względu na obawy rządu przed niezadowoleniem silnego lobby węglowego). Jednak w momencie kończenia tej publikacji zapaliło się przysłowiowe światełko w tunelu. Prezydent RP 11 marca 2015 r. podpisał bowiem Ustawę o OZE, która zawiera zaskakująco sprzyjające zapisy dla rozwoju fotowoltaiki w Polsce. W skrócie można ją określić jako element promujący energetykę rozproszoną i prosumencką, która w przyszłości może zwiększyć bezpieczeństwo energetyczne kraju. Terminu prosument (od słów producent i konsument) po raz pierwszy użył w 1980 roku słynny futurolog Alvin Toffler, autor „Trzeciej fali”.
Według nowej ustawy o OZE systemy PV do 3 kW otrzymają taryfę gwarantowaną FIT (ang. Feed-in-Tariff) w wysokości: 0,75 zł/kWh, natomiast do 10 kW – 0,65 zł/kWh na okres 15 lat. Zapis ten może znacząco wpłynąć na rozwój fotowoltaiki w Polsce w najbliższym czasie (więcej o nowej ustawie w rozdziale 14.2.).
Opóźnienie Polski może w pewnym sensie być pozytywnym czynnikiem jakościowym rozwoju fotowoltaiki w naszym kraju. W ostatnich latach dokonał się bowiem bardzo duży postęp w jakości i niezawodności sprzętu. Kiedy w Niemczech był najszybszy rozwój fotowoltaiki na rynku, dominowały moduły o mocy rzędu 50 Wp, natomiast obecnie moc pojedynczego modułu jest już bliska 300 Wp, a okresy gwarantowanej pracy deklarowane przez producentów sięgają do ok. 30 lat.
W książce wątki ekonomiczne będą się jednak pojawiały bardzo sporadycznie, gdyż głównym jej celem jest opracowanie monograficzne tematyki technicznej związanej z budową i eksploatacją systemów PV dla najpopularniejszych stosowanych obecnie technologii produkcyjnych. Zamierzeniem autora jest to, aby czytelnik zapoznał się z metodami projektowania i budowy systemów PV, a także z istotnymi aspektami ich eksploatacji i metodami badań. Dużo uwagi poświęcono również metodyce komputerowego wspomagania projektowania systemów PV. Publikacja ma charakter monograficzny i nie opisuję w niej innych odnawialnych źródeł energii.
Spis treści:
1. Najważniejsze pojęcia związane z fotowoltaiką 9
2. Potencjał energetyczny promieniowania słonecznego 11
2.1. Szacowanie wielkości, tzw. stałej słonecznej 11
2.2. Rozkład widmowy promieniowania słonecznego 13
2.3. Wykres pozycji Słońca 14
2.4. Szacunkowe uzyski energetyczne na terenie Polski 17
3. Podstawowe informacje o zjawisku fotowoltaicznym 18
3.1. Model energetyczny pasmowy półprzewodników 18
3.2. Budowa i funkcjonowanie typowego ogniwa PV 24
3.3. Budowa generatorów PV 30
4. Modelowanie matematyczne funkcjonowania ogniw, modułów i paneli PV 35
4.1. Model zastępczy ogniwa PV 35
4.2. Implementacja modelu ogniwa PV w systemie Matlab-Simulink 38
4.3. Symulacja funkcjonowania modułów i paneli PV 41
5. Podstawowe rodzaje ogniw i modułów PV 45
5.1. Ogólny podział na generacje 45
5.2. Charakterystyka najważniejszych typów ogniw i modułów PV 47
5.2.1. Krzemowe ogniwa monokrystaliczne 47
5.2.2. Krzemowe ogniwa polikrystaliczne 48
5.2.3. Krzemowe ogniwa amorficzne 49
5.2.4. Ogniwa z tellurku kadmu – CdTe 49
5.2.5. Ogniwa w układach koncentrujących światło – CPV 49
5.2.6. Ogniwa uczulane barwnikiem – DSC 50
5.2.7. Ogniwa organiczne – OPV 50
5.2.8. Perowskity – alternatywa dla fotowoltaiki krzemowej? 50
5.2.9. Ogniwa wykorzystujące inne zjawiska 51
6. Klasyfikacja systemów PV 52
6.1. Ogólna klasyfikacja systemów PV 52
6.2. Systemy PV stosowane w budownictwie 53
6.3. Trackery PV 55
6.3.1. Budowa i klasyfikacja trackerów PV 55
6.3.2. Algorytmy sterowania trackerów PV 57
6.3.3. Stanowisko do testowania algorytmów sterowania dwuosiowego trackera PV typu TTDAT 59
7. Projektowanie systemów PV 62
7.1. Projektowanie systemów PV typu off-grid 62
7.1.1. Uproszczona metoda doboru generatora PV do instalacji typu off-grid 62
7.1.2. Dobór generatora PV do instalacji typu off-grid na podstawie danych o nasłonecznieniu 62
7.1.3. Dobór akumulatora 64
7.1.4. Dobór przewodów 65
7.2. Projektowanie systemów PV typu on-grid 66
7.2.1. Dobór inwertera do systemu PV dołączonego do sieci 66
7.3. Związek powierzchni modułu PV z jego sprawnością 71
7.4. Komputerowe wspomaganie projektowania systemów fotowoltaicznych 74
7.4.1. Ogólna klasyfikacja oprogramowania 74
7.4.2 Przykładowe kalkulatory PV 74
7.4.3. Przykłady oprogramowania oferowanego przez producentów falowników 76
7.4.4. Uniwersalne profesjonalne aplikacje do projektowania systemów PV 79
7.5. Najczęściej popełniane błędy przy projektowaniu systemów PV 82
8. Charakterystyka falowników w systemach PV 84
8.1. Ogólna charakterystyka funkcjonowania falowników PV 84
8.2. Podział falowników ze względu na sposób współpracy z siecią 85
8.3. Podział falowników ze względu na budowę wewnętrzną 86
8.4. Podział falowników ze względu na moc nominalną 87
8.5. Sprawność falowników PV 89
8.6. Metody poszukiwania optymalnego punktu pracy falowników 91
8.7. Monitoring systemów PV – przykłady 95
8.8. Nominalny współczynnik mocy falownika 100
8.9. Moc czynna, bierna i pozorna falownika PV 100
8.10. Systemy typu Smart Module 102
9. Istotne aspekty eksploatacyjne w budowie systemów fotowoltaicznych 104
9.1. Skutki zacienienia części generatora PV 104
9.2. Korozja warstwy TCO niektórych modułów PV 107
9.3. Degradacja napięciem indukowanym – PID 107
9.4. Krótkotrwała degradacja pod wpływem promieniowania słonecznego – LID 108
9.5. Degradacja warstwy EVA 109
9.6. Gorące punkty – HOT-SPOT 109
9.7. Obciążenie śniegiem systemów PV 110
9.8. Obciążenie wiatrem w systemach PV 112
10. Zabezpieczenia stosowane w systemach fotowoltaicznych 116
10.1. Działanie prądu elektrycznego na organizm ludzki 116
10.1.1. Znaczenie klasy ochronności i stopnia IP 119
10.1.2. Zasady ochrony przeciwporażeniowej 122
10.2. Dobór zabezpieczeń nadprądowych w systemach PV 124
10.3. Ochrona przepięciowa instalacji fotowoltaicznych 127
10.3.1. Technologia VG w ogranicznikach przepięć 130
10.3.2. Technologia SCI w ogranicznikach przepięć 132
10.4. Ochrona odgromowa systemów PV 132
10.5. Ochrona przeciwpożarowa w systemach PV 135
11. Problemy gromadzenia energii w systemach PV 139
11.1. Ogólny funkcjonalny podział akumulatorów 139
11.2. Charakterystyka akumulatorów stosowanych w systemach PV 139
11.3. Zalecenia projektowe przy doborze akumulatorów 143
12. Przykłady praktycznych zastosowań generatorów fotowoltaicznych 145
12.1. Ogólne koncepcje budowy systemów PV 145
12.1.1. Fotowoltaiczne, autonomiczne systemy zasilania 145
12.1.2. Fotowoltaiczne systemy zasilania dołączone do sieci 148
12.2. Systemy PV specjalnego przeznaczenia – przykłady 150
12.2.1. Autonomiczny system PV do podgrzewania c.w.u. 150
12.2.2. Ochrona katodowa zasilana systemami PV 153
12.3. Najważniejsze parametry charakteryzujące funkcjonowanie systemów PV 153
13. Przyrządy pomiarowe stosowane w fotowoltaice 155
13.1. Analizator i rejestrator instalacji PV – SOLAR300N 155
13.2. Miernik charakterystyk I-V400 156
13.3. Badania termowizyjne w systemach PV 159
13.4. Technika pomiarowa LBIC w fotowoltaice 162
14. Perspektywy rozwoju fotowoltaiki 165
14.1. Ogólnoświatowe trendy 165
14.2. Najnowsze ustawodawstwo w Polsce 167
14.3. Koncepcja tworzenia Smart Grid
adobe algorytmy apache asp autocad asembler bsd c++ c# delphi dtp excel flash html java javascript linux matlab mysql office php samba voip uml unix visual studio windows word
Księgarnia Informatyczna zaprasza.