Systemy fotowoltaniczne w systemach energetycznych

Pompy ciep砤 | O秝ietlenie LED, 縜r體ki LED | Kolektory s硂neczne | Certyfikat energetyczny | Pod硂g體ka

Systemy fotowoltaniczne w systemach energetycznych ...

SYSTEMY FOTOWOLTAICZNE W ZASTOSOWANIACH ENERGETYCZNYCH

Stanis艂aw M. Pietruszko

Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki,聽
IMiO PW, Koszykowa 75, 00-662 Warszawa
Tel. 0-22-6607782. Fax 0-22-628 8740. E-mail: pietruszko@imio.pw.edu.pl

Wst臋p
Zainteresowanie systemami fotowoltaicznymi (PV) szybko wzrasta na 艣wiecie ze wzgl臋du na to, 偶e przetwarzaj膮 one promieniowanie s艂oneczne bezpo艣rednio na energi臋 elektryczn膮, bez zanieczyszcze艅, ha艂asu i innych zauwa偶alnych zmian 艣rodowiska. W po艂owie lat siedemdziesi膮tych wzrost cen energii spowodowany kryzysem naftowym, spowodowa艂 zwi臋kszenie op艂acalno艣ci tych system贸w. Od tego czasu koszt system贸w PV systematycznie spada, a liczba zainstalowanych system贸w stale ro艣nie. 艢wiatowa produkcja modu艂贸w fotowoltaicznych osi膮gn臋艂a poziom 260 MWp w 2000 roku zwi臋kszaj膮c si臋 przeci臋tnie 25% rocznie w ostatnim dziesi臋cioleciu.
Urz膮dzenia fotowoltaiczne s膮 u偶ywane w trzech podstawowych obszarach: elektronika powszechnego u偶ytku, systemy wolnostoj膮ce i systemy do艂膮czone do sieci elektrycznej.
Miliony ma艂ych ogniw fotowoltaicznych (produkuj膮cych od kilku mW do kilku W) zasila obecnie zegarki, kalkulatory, przeno艣ne telewizory i wiele innych d贸br konsumpcyjnych. Ogniwa takie wykonane s膮 najcz臋艣ciej z cienkich warstw krzemu amorficznego (a-Si).
Obecnie najwi臋kszym zastosowaniem PV s膮 systemy wolnostoj膮ce 艣redniej skali, produkuj膮ce od kilku W do kilku kW. S膮 one najcz臋艣ciej u偶ywane na obszarach oddalonych od sieci elektrycznej, gdzie inne sposoby generacji energii elektrycznej s膮 drogie. Dziesi膮tki tysi臋cy gospodarstw domowych na ca艂ym 艣wiecie wykorzystuje systemy PV do pokrycia wi臋kszo艣ci lub ca艂o艣ci swojego zapotrzebowania na energi臋 elektryczn膮.聽
Profesjonalne systemy wolnostoj膮ce wykorzystywane s膮 w automatycznych urz膮dzeniach takich, jak o艣wietlenie i telefony awaryjne na autostradach, boje nawigacyjne, latarnie morskie, przeka藕nikowe stacje telekomunikacyjne i stacje meteorologiczne. Takie systemy PV udowodni艂y ju偶, 偶e s膮 niezawodne, nie wymagaj膮 obs艂ugi i s膮 op艂acalne.
W ostatnich latach k艂adziony jest du偶y nacisk na rozw贸j system贸w PV do艂膮czonych do sieci elektrycznej, poniewa偶 maj膮 one najwi臋kszy potencja艂 na zmniejszenie zu偶ycia paliw kopalnych, a wi臋c zmniejszenie emisji dwutlenku w臋gla. Dotyczy to przede wszystkim system贸w zintegrowanych z dachami i fasadami budynk贸w.聽
Fotowoltaika nie jest jeszcze konkurencyjna z tradycyjnymi 藕r贸d艂ami energii do produkcji energii elektrycznej na skal臋 przemys艂ow膮. Jednak偶e, kilka du偶ych system贸w fotowoltaicznych (produkuj膮cych od kilkuset kWp do kilku MWp) jest testowanych w kilku krajach.

Konfiguracje system贸w fotowoltaicznych
Wyr贸偶nia si臋 trzy podstawowe konfiguracje system贸w fotowoltaicznych: wolnostoj膮ce, hybrydowe i do艂膮czone do sieci.
Systemy wolnostoj膮ce korzystaj膮 jedynie z energii produkowanej w ogniwach fotowoltaicznych. System taki sk艂ada si臋 z panelu fotowoltaicznego, akumulatora oraz urz膮dzenia kontroluj膮cego stopie艅 na艂adowania akumulatora. Akumulatory musz膮 mie膰 wi臋c wystarczaj膮co du偶膮 pojemno艣膰, aby zapewni膰 dostarczanie energii w nocy oraz w okresach z艂ej pogody.聽
Systemy hybrydowe s膮 kombinacj膮 panelu fotowoltaicznego i innego systemu wytwarzania energii takiego, jak np. generator spalinowy, gazowy lub wiatrowy. Dla zapewnienia efektywnego wykorzystania r贸偶nych sposob贸w wytwarzania energii systemy hybrydowe maj膮 zazwyczaj bardziej skomplikowane elementy kontrolne ni偶 systemy wolnostoj膮ce.
Systemy do艂膮czone do sieci mog膮 mie膰 posta膰 ma艂ych elektrowni z du偶膮 ilo艣ci膮 paneli fotowoltaicznych oddaj膮cych energi臋 do sieci. Innym wykorzystaniem takich system贸w mo偶e by膰 zasilanie budynk贸w do艂膮czonych do sieci, gdzie energi臋 z sieci pobiera si臋 tylko wtedy, gdy zapotrzebowanie na ni膮 przewy偶sza jej produkcj臋 w ogniwach fotowoltaicznych. Magazynowanie energii nie jest potrzebne, poniewa偶 sie膰 jest w stanie przyj膮膰 ca艂膮 energi臋 wyprodukowan膮 przez system PV.
Projektowanie system贸w fotowoltaicznych jest zazwyczaj optymalizowane przy u偶yciu program贸w komputerowych (np. ASHLING 7.0), kt贸re dopasowuj膮 przewidywany profil obci膮偶enia w ci膮gu roku i dnia do przeci臋tnego s艂onecznego napromieniowania na danym obszarze.聽

Typowa wydajno艣膰 systemu
Wydajno艣膰 systemu PV zale偶y od promieniowania s艂onecznego podaj膮cego na zestaw modu艂贸w. Typowe, ma艂e systemy wiejskie maj膮 roczne wsp贸艂czynniki sprawno艣ci pomi臋dzy 30% a 60% (odpowiednik przeci臋tnych wydajno艣ci rz臋du 300 - 1000 kWh/kWp na rok).聽
Wolnostoj膮ce systemy profesjonalne maj膮 zwykle niskie wydajno艣ci, pomi臋dzy 20% a 30% (odpowiednik przeci臋tnych wydajno艣ci rz臋du 200 - 550 kWh/kWp na rok), poniewa偶 pracuj膮 prawie przy sta艂ym obci膮偶eniu przez ca艂y rok i ich zestawy modu艂贸w musz膮 by膰 wystarczaj膮co du偶e aby zapewni膰 dostateczn膮 ilo艣膰 energii w zimie, co powoduje, 偶e cz臋艣膰 energii elektrycznej produkowanej w lecie jest bezu偶yteczna.聽
Hybrydowe systemy fotowoltaiczne maj膮 zazwyczaj wy偶sze wsp贸艂czynniki sprawno艣ci, w zakresie 50% do 70% (odpowiednik przeci臋tnych wydajno艣ci w granicach 500 - 1250 kWh/kWp na rok), ni偶 systemy wolnostoj膮ce, poniewa偶 zestaw modu艂贸w mo偶e by膰 dopasowany tak, aby zapewni膰 obci膮偶eniu dostateczn膮 ilo艣膰 energii w lecie i by膰 wsparty przez generator w zimie lub w czasie z艂ej pogody.聽
Generatory fotowoltaiczne pod艂膮czone do sieci maj膮 najwi臋kszy potencja艂 uzyskiwania wysokich wsp贸艂czynnik贸w sprawno艣ci i wydajno艣ci, poniewa偶 ca艂a energia kt贸r膮 wytwarzaj膮 mo偶e by膰 zu偶yta albo na miejscu, albo przekazana sieci. Dobrze kontrolowany system pod艂膮czony do sieci, kt贸ry wsp贸艂pracuje z falownikiem o wysokiej sprawno艣ci, mo偶e osi膮gn膮膰 wsp贸艂czynniki przetwarzania wy偶sze ni偶 80% (r贸wnowarto艣膰 wydajno艣ci powy偶ej 800 - 1400 kWh/kWp na rok).

Koszt systemu
Tak jak w przypadku wi臋kszo艣ci technologii odnawialnych 藕r贸de艂 energii, u偶ycie system贸w fotowoltaicznych wymaga du偶ych inwestycji, ale p贸藕niejsze koszty eksploatacji s膮 bardzo niskie. Na cen臋 zakupu systemu fotowoltaicznego sk艂adaj膮 si臋 zazwyczaj cztery podstawowe koszty: zestawu modu艂贸w fotowoltaicznych, element贸w systemu (akumulator, falownik, kontroler, okablowanie itp.), transportu i instalacji oraz projektowania i kierowania projektem. Relatywny udzia艂 tych koszt贸w w ca艂kowitej cenie zainstalowanego systemu zale偶y od zastosowania, wielko艣ci systemu i jego po艂o偶enia. W og贸lno艣ci koszt zestawu modu艂贸w determinuje cen臋 du偶ych system贸w pod艂膮czonych do sieci, ale stanowi膮 tylko jedn膮 trzeci膮 ceny zakupu ma艂ych, wolnostoj膮cych system贸w w zastosowaniach przy elektryfikacji wsi. W tych systemach, zazwyczaj przewa偶a koszt akumulatora.
Efektywny koszt modu艂贸w obni偶any jest r贸wnie偶 poprzez stosowanie modu艂贸w, kt贸re mog膮 spe艂nia膰 kilka zada艅. Na przyk艂ad, wytwarzane s膮 modu艂y do integracji z fasadami lub dachami budynk贸w. Modu艂y s膮 r贸wnie偶 u偶ywane do innych zastosowa艅 architektonicznych, w艂膮czaj膮c w to p贸艂prze藕roczyste szklenie i bariery poch艂aniaj膮ce d藕wi臋k na autostradach. Takie wielofunkcyjne zastosowania mog膮 w znacznej mierze obni偶y膰 efektywne koszty generator贸w fotowoltaicznych i dlatego te偶 spodziewany jest dalszy ich rozw贸j w przysz艂o艣ci. W systemach pod艂膮czonych do sieci g艂贸wne koszty systemu zwi膮zane s膮 z falownikiem i pod艂膮czeniem do sieci elektrycznej.聽

Podstawowym celem bada艅 i rozwoju fotowoltaiki jest uzyskanie energii elektrycznej w cenie por贸wnywalnej z cenami energii uzyskanej ze konwencjonalnych 藕r贸de艂 energii. Z powodu tego, 偶e fotowoltaika jest technologi膮 czyst膮, kt贸ra wytwarza elektryczno艣膰 bez ubocznych zanieczyszcze艅, mo偶e, pod warunkiem w艂膮czenia r贸wnie偶 koszt贸w ochronny 艣rodowiska w cen臋 藕r贸de艂 energii pochodz膮cych z paliw kopalnych albo wprowadzenia podatku od emisji CO2, szybko sta膰 si臋 ekonomicznie atrakcyjna. Kraje europejskiej, Japonia i USA, jak r贸wnie偶 du偶e firmy przemys艂owe inwestuj膮 w badania, rozw贸j oraz programy demonstracyjne i maj膮 ambitne plany zwi臋kszenia ilo艣ci energii elektrycznej uzyskiwanej z paneli fotowoltaicznych w najbli偶szych kilku latach.


Artyku艂 ten pochodzi ze "starego" serwisu ekologika.com i zosta艂 po raz pierwszy opublikowany w 2001 r. W zwi膮zku ze zmin膮 oprogramowania artyku艂 ten publikujemy ponownie. Jednocze艣nie informujemy, 偶e jego poprzednia wersja *.html b臋dzie niedost臋pna.


Powy偶szy tekst zosta艂 pierwotnie wyg艂oszony w ramach konferencji zorganizowanej przez Netmark Dom Ekologiczny Sp. z o.o. w 1998 roku.


Tu jest miejsce na reklam.
Zobacz cennik

Systemy fotowoltaniczne w systemach energetycznych

Promocje:

PROMOCJE: