fotonaponskikolektori2_2012

8/16/2019 Fotonaponskikolektori2_2012

1/23

Fotonaponske ćelije

Dr.sc. Marijana Kralji ć Rokovi ć , docent

[email protected]

, , . . ., , .


2/23

Udio pojedinih zemalja u ukupnoj proizvodnji sunčanih ćelija u 2007.

Mono c-Si

Tržište:

Europa 78%

Japan 7%J. Korea 2%

Kina 2%

Pol c-Si

CdTe

Udio pojedinih tehnologijasunčanih ćelija

amorfni-Si

CIS

Trake c-Si


3/23

•Dobivanje elementarnog silicija prilično je teško, a može se provesti na više načina. Jedna odmetoda dobivanja silicija je termička redukcija kvarca (SiO2) koksom u električnim pećima pritemperaturi višoj od 1800°C:

SiO2(S) + 2C(s)→ Si(l) + 2CO(g)

Dobiveni silicij ima čistoću 98%, a sadrži 0.5% Fe, 0.4% Al, a ostalo su manje količine primjesadrugih metala: Cr, Ca, Mg, Mn, Ti i V.

•Praškasti silici može se dobiti redukci om K SiF elementarnim kali em. Nakon hlađen a taline

masa se otapa u vodi čime se topljivi KF odvaja od smeđeg praha silicija.

K2SiF6(l)+4K(l)→Si(l)+6KF

•Za dobivanje kristaličnog silicija primjenjuje se metoda redukcije SiO2 pomoću suviška aluminija.3SiO2(s) + 4Al(l) → 3Si(l) + 2Al2O3(s)

U tom se rocesu kvarc ota a u suvišku rastal eno alumini a a izdva an e iz oto ine vrši se tako

da se nakon hlađenja aluminij otopi kiselinom, a kristalni silicij ostane neotopljen. U poluvodičkojtehnologiji važni su jedino vrlo čisti monokristali silicija pa ga je potrebno pročistiti bez obzira na

metodu dobivanja. Obično se provodi zonskim taljenjem, pri čemu se, osim pročišćavanja, dobiva i.

•Osim zonskim taljenjem u vakuumu, vrlo čisti silicij dobiva se redukcijom ultra čistog triklorsilana(SiHCI3) vodikom. Proces se odvija pri temperaturi 1000-1300°C u reaktoru u kojem se nalazi

ap vr o s og s c a na o em se a o e u ras u nov r s a s c a procesom r s a nog

rasta. Pri tom se moraju održavati vrlo stabilni kemijski i temperaturni uvjeti.


4/23

SILICIJ

-p-tip Si se dobije prilikom formiranjamonokristala-n-tip Si se dobije difuzijom fosfora na

jednoj strani pri 800-900° (0,5 m),-

dopiran B

-prilikom rezanja uzoraka dijamantnim

materijala (70%)


5/23

Dobivanje monokristaličnog Si:

taljenje silicija

dopiranje

dodavanje

kristalizacijskih

centara

rast

kristala

izvlačenje

kristalaformirani

kristal


6/23

Czochralski proces je metoda rasta kristala uz pomoć koje se dobije monokristal

, , , , , , .Proces je dobio ime po poljskom znanstveniku Janu Czochralski koji je otkrio ovumetodu 1916. godine dok je proučavao brzinu kristalizacije metala. Najznačajnija

.

=

L=0,5-nekoliko metara


7/23

Dobivanje Si fotonaponskih sustava:


8/23

-debljina poluvodiča varira ovisno o tipu poluvodiča-dimenzije (10-20 cm)x(10-20) cm-gornji kontakt: mrežica (Ti, Pd, Ag)- on on a : na s o s c a va ums om e n omnanosi se tanki aluminijski film koji tvori stražnjikolektor(reflektira zračenje)

Si sunčana ćelija:

h

rešetka-

P-područ je

stražn i metalni kontakt

0,2 m

300 m


9/23

Debl ina Si 250-450 m

MONOKRISTALIČNI SILICIJ

Obično se koristi p-tip dopiran boromn-tip se dobije difuzijom fosfora na jednoj strani pri 800-900° (0,5 mm),Na vrh ćelije ide mrežica (titan, paladij, srebro), a na dno metalna zaštitna podloga

= 2 = - = = -2 , , , , o , , s ,djelotvornost 17%Vaferi su okrugli pa je manja aktivna površina modula.

Može se izraditi i monokristalna traka, puno su manji gubici materijala, ali je Si lošije kvalitete i, .

Kod monokristaličnog silicija proizvodnja je skupa, ali je veća djelotvornost u odnosu na polikristalični iamorfni silicij.

Tanak film nepravilno poslaganih kristala na jeftinoj podlozi, ušteda materijala, izbjegava se skupa

tehnologija izrade pločica

a er su e vr as pa e ve a a vna povr na mo u a.


10/23

ĆELIJE OD AMORFNOG SILICIJA

Na podlogu se nanosi tanak film u amorfnom stanjuKarakteristike: Uok=0,85 V, jks=15 mAcm-2, djelotvornost 9%.

Što je sloj deblji veća je apsorpcija svijetla, ona raste i s električnim poljem koje je obrnuto

proporcijalno s debljinom (optimalna debljina (0,3-0,6 m)

Energija potreba za izradu amorfnih ćelija puno je manja i vrati se za godinu dana, dok je kodmonokristalićne taj period 3-5 puta dulji

Prednosti amorfnih ćelija: tanke, nanose se na bilo koju podlogu (staklo, metal plastika), mogu sesavijatiNedostaci amorfnih ćelija: slaba djelotvornost, slaba pouzdanost

Amorfni silicij-tanji, manja jok, veći napon, manji F, manja djelotvornost


11/23

ĆELIJE OD TANKOG FILMA

BAKAR-INDIJ-GALIJ-SELENID (CIGSS) (stupanj djelovanja ćelije 18%, a modula 14%)

BAKAR-INDIJ-DISELENID CIS stu an d elovan a ćeli e 16 5% a modula 12%

KADMIJEV TELURID (CdTe)

TANKI FILM SILICIJA (TFSi)

djelotvornost 7-10%, savitljive su

Tipični parametri raznih ćelija

Ćelija Uok Iks m-Si 0,65 30 0,17

p-Si 0,60 26 0,15a-Si 0,85 15 0,09CdS/Cu2S 0,50 20 0,10CdS/CdTe 0,70 15 0,12

visok stupanj djelotvornosti, ali je As,GaAs 1 20 0,27

rijedak skupi i otrovni materijal što mu

ograničava široku primjenu.


12/23

*

˝ Dye-sensitized solar cell˝ - fotonaponske ćelije koje su senzibilizirane uz pomoć boja

S* + TiO2 S+ + (TiO2)-

S* S

2S+ +3I- 2S + I3-

S+ +(TiO2) - S + TiO2

I3- + 2e- 3I-

I3- + ( TiO2)- 3I- + TiO2

poželjne reakcije

Djelotvornost DSSC 10%nepoželjne reakcije

S:-kompleksi Ru- rirodne i sintetske bo e


13/23


14/23

Chromo hores and anchorin s stems used on TiO2. Ruthenium carbox ol ridine com lexN3 (A) , zinc tetrasulphonatephenylporphyrin (B) and gallium tetrasulphonatephthalocyanine (C) ,

ruthenium acetylacetonate polypyridine complex (D) , perylene dye (E), xanthene dye (Eosin Y)(F) , natural flavonoid anthocyanindye extracted from California blackberries (G), polyene dyeNKX-2569 (H), coumarin based NKX-2677 (I) .


15/23

Vodljivi polimeri kao materijal za izradu fotonaponske ćelije

Prednosti: topivi, obrada kod niskih temperatura

Djelotvornost 5 %

n- n-o s

PEDOT

Al

p-tip

- - , -


16/23

poliacetilenpoliacetilen

VODLJIVI POLIMERI

NNNN

HHHHn

NNNNNNn

polipirolpolipirol

SSSSSS

politiofenpolitiofenn

n

po para en enpo para en en


17/23

Dopiranje vodljivog polimera:

NNNNNNn

+ NH

NH

NH

HNN

H

NH

NH

HN

+

A- A-


18/23

ANTIREFLEKSIJSKI SLOJEVI KOD FOTONAPONSKIH ĆELIJA

Smanjenje refleksije antirefleksijski sloj

obrada površine-povećanje hrapavosti

n1

n2antirefleksijski slojd

Za određenu valnu duljinu točno se možeodrediti debl ina antirefleksi sko slo a:

n3 Si

42 d n


19/23

FOTONAPONSKI SUSTAVI

Da bi se dobila određena snaga solarnog generatora,odnosno fotonaponskog sustava, potrebno jespojiti serijski i/ili paralelno nekoliko fotonaponskih

.povezati serijski i/ili paralelno, ovisit će o cjelovitomtehničkom rješenju i učinkovitoj opskrbi

električnom energijom sustava koji nije priključen naćelija modul kolektor

sustava priključenog na javnu elektroenergetskumrežu.

Serijsko iparalelno

modula


20/23

Fotonaponski modul Regulator punjenja

Fotonaponski modul

trošilavjetroagregat

trošilaRegulator punjenja

akomulator Izmjenjivač dc/ac

Samostalni fotonaponski sustav zatrošila na istosmjernu struju

Samostalni fotonaponski sustav zatrošila na izmjeničnu struju

Fotonaponska pretvorba energije sunčeva zračenja, odnosno svjetlosne energije u električnu,

o av a se u sun ano e , o se u a umu a oru o av a povra n reverz n e e ro em s

proces pretvorbe povezan s nabijanjem (punjenjem) i izbijanjem (pražnjenjem) akumulatora. U

trošilima se električna energija pretvara u razli č ite oblike energije: mehaničku, toplinsku,svjetlosnu i dr. Trošilo je definirano snagom, naponom i strujom


21/23

Proizvodnja sunčanih ćelija u Hrvatskoj:

U Novigradu je 1999. godine počela s radom tvornica Solaris d.o.o. koja kristalične ćelijespaja u fotonaponske module. U 2007. godini proizvodnja tvornice je bila 9 MW. U 2008.godini tvornica planira dosegnuti godišnji proizvodni kapacitet od 55 MW.Rade Končar je u Splitu 1987. godine pokrenuo proizvodnju fotonaponskih modula utehnologiji amorfnog silicija učinkovitosti 4-5%. Proizvodni kapacitet iznosi 0,8 MW godišnje.

Tvornica od 2001. godine posluje pod nazivom Solarnećelije d.o.o.. . . .

tehnologiji kristaličnog silicija u Varaždinu. Kapacitet tvornice je 20 MW godišnje.


22/23

Povezivanje sunčanih ćelija s industrijskim procesom:

Elektrokoagulacija

Otopina smanjene

koncentracije

Otopina povećane

koncentracije

e ro a za

+

+

-

- Na+

-

-

Na+

H2

+

+

+

+

-

-

-

-+ -

anodakatoda

a

Cl-

-

-

-

-Cl-

Cl2

+

+

-

-Cl-

-

-

kation-izmjenjivača anion-izmjenjivača

Otopina

NaClkatolit

mem rana mem rana


23/23

fotonaponskikolektori2_2012

Documents