m - Solarcell

Transkript

m - Solarcell

Güneş Elektriği Sistemleri,
Modelleme, Kurulum ve Analiz
Hazırlayan :Nuh DÖOĞLU
Güneş Pili Sistemlerinin Tasarımı, Boyutlandırma ve Maliyet
Hesaplamaları
•Sistem tipleri: şebekeye bağlı ve ayrık sistemler
•Güneş pili ve sistem bileşenlerinin seçim kriterleri
•Taşıyıcı yapılar (sabit, tek ve çift eksenli izleyiciler, yıllık enerji kazanımları,
rüzgar ve kar yükleri, vs)
•Sistem ve bileşenlerinin boyutlandırması, kurulum ve işletim maliyetlerinin
hesaplaması, örnekler
•Yaşlanma ve yıpranma sorunları ve ömürler
•Çevre sorunları
?
Alexandre-Edmond Becquerel
(1820 - 1891)
Fotovoltaik Etkinin Keşfi : 1839
Charles Fritts
(1818-?)
İlk güneş pili: 1884, %1 verim
Güneş Pillerinin Fiyat ve Maliyetlerindeki Değişim
1958: ~$1,000 / Watt
1970s: ~$100 / Watt
1980s: ~$10 / Watt
1990s: ~$3-6 / Watt
2000-2004:
~$1.8-2.5/ Watt (cost)
~$3.50-4.75/ Watt (price)
2005 2009
$1.50 $1.00 / Watt (cost)
Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma
Sistem bileşenleri
•PV modüller (kristal yada ince film tabanlı teknolojiler)
•Modüle Taşıyıcıları (sabit, tek yada çift eksenli izleyicili)
•arj kontrol cihazı (şebekeden ayrık sistemlerde)
•Aküler (şebekeden ayrık sistemler ve bazı şebekeye bağlı sistemler)
•Evirici (İnvertör) (AC uygulamalarda)
•DC ve AC kesiciler ve sonlandırıcılar
•Bağlantı kutuları, kablolar
•Monitöring (izleme) sistemleri
Güneş Pilleri
Ulaşılan maksimum
verimler
Kristal Silikon (Crystalline silicon)
Tek kristal (Mono/single crystalline)
Mono-c: %25
Çoklu kristal (Poly/multi crystalline)
Poly-c: %20
İnce film (Thin film)
a-Si: amorf silikon (1.7 eV band gap)
a-Si:
% 12
c-Si , (x-Si): kristal silikon (1.1 eV band gap)
c-Si:
% 13
CIGS/CIS: Cupper-Indium-Gallium-Selenide
CdTe:
%18
CdTe/CdS: Cadmium Telluride, Cadmium Sulfur
CIGS:
%19.9
Çok jonksiyonlu (multijunction, tandem): a-Si/c-Si
MJ:
%42.8
DSSc/DSC/DYSC: Duyarlı Boya (Dye-sensitized )
DSSc:
%8.2
Organik/polimer
OP:
%6.5
Standart Test Koşulları
1 sun – 1000 watts/m2 = 1kW/m2
25 oC Sıcaklık
AM 1.5 (Air Mass Ratio)
Önemli Büyüklükler:
I-V curves
Açık devre gerilim: VOC,
Kısa devre akımı: ISC,
Anma gücü (rated power): Pm,
Maksimum güçteki gerilim ve akım değerleri
Sıcaklık katsayıları
Farklı ışınım yoğunluğu değerleri için güç ve V-I grafikleri
Modül ölçüleri
Mono/single Crystalline
1.56 m x 0.8 m
Modül Alanı: Am = 1.25 m2
Mono/single Crystalline
Örnek seçilen modül: SunPower 230
o
25 0C sıcaklığındaki güç: Pm = 230 W @ 25 C
25 0C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: Pm, d =
Standart Verim: η STC =
Pm
230 W
2
=
=
184
W/m
Am 1.25 m 2
Pm
230 W
=
= %18.4
s
W
Pd × A 1000
× 1.25 m 2
2
m
[
]
T
STC
45 0C sıcaklığındaki güç: Pm = Pm 1 + (T − 25)α p = 230[1 + (45 − 25)(−0.0038)] = 212 W
T
m, d
45 0C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: P
PmT
212 W
=
=
= 170 W/m 2
2
Am 1.25 m
T
P
212 W
m
0
η
=
=
= %17
45 C sıcaklığındaki verim: T
s
W
Pd × A 1000
2
×
1
.
25
m
m2
Poly-Crystalline
2 m x 0.95 m
Modül Alanı: Am = 1.9 m2
Poly-Crystalline
Örnek seçilen modül: SunTech STP270
o
25 0C sıcaklığındaki güç: Pm = 270 W @ 25 C
Standart Verim:
η STC =
Pm 270 W
2
=
=
142
W/m
Am 1.9 m 2
Pm
270 W
=
= %14
s
W
Pd × A 1000
× 1. 9 m 2
2
m
[
]
T
STC
45 0C sıcaklığındaki güç: Pm = Pm 1 + (T − 25)α p = 270[1 + (45 − 25)(−0.0047)] = 245W
T
m, d
PmT 245W
=
=
= 129 W/m 2
2
Am 1.9 m
T
P
245W
m
0
η
=
=
= %12.9
s
W
Pd × A 1000
2
×
1
.
9
m
m2
1.7 m x 1 m
Modül Alanı: Am=1.7 m2
200 W/m2 ışında 1000 W/m2 ışınım koşuluna göre
verimdeki azalma %12 dir (25 oC ve AM 1.5)
Örnek seçilen modül: Sontor SN2-145
o
25 0C sıcaklığındaki güç: Pm = 145W @ 25 C
Pm, d =
25 0C sıcaklığındaki güç yoğunluğu:
Standart Verim:
η STC =
45 0C sıcaklığındaki güç:
Pm 145W
2
=
=
85
W/m
Am 1.7 m 2
Pm
145W
=
= %8.5
s
W
Pd × A 1000
× 1.7 m 2
2
m
[
]
PmT = PmSTC 1 + (T − 25)α p = 145[1 + (45 − 25)(−0.004)] = 133W
45 0C sıcaklığındaki güç yoğunluğu:
T
m, d
P
PmT 133W
=
=
= 78 W/m 2
2
Am 1.7 m
T
P
133W
m
0
η
=
=
= %7.8
s
W
Pd × A 1000
2
×
1
.
7
m
m2
CdTe ince film
1.2 m x 0.6 m
Modül Alanı: Am=0.72 m2
CdTe ince film Örnek seçilen modül: Calyxo CX-65
o
25 0C sıcaklığındaki güç: Pm = 65W @ 25 C
Standart Verim:
η STC =
45 0C sıcaklığındaki güç:
Pm
65W
2
=
=
90
W/m
Am 0.72 m 2
Pm
65W
=
= %9
s
W
Pd × A 1000
× 0.72 m 2
2
m
[
]
PmT = PmSTC 1 + (T − 25)α p = 65[1 + ( 45 − 25)(−0.0025)] = 62 W
T
m, d
PmT
62 W
=
=
= 86 W/m 2
2
Am 0.72 m
T
P
62 W
m
0
η
=
=
= %8.6
s
W
Pd × A 1000
2
×
0
.
72
m
m2
İnce film üretici firmalardan bazıları
•Sontor/Q-Cell (a-Si)
•Calyxo/Q-Cell (CdTe)
•Solibro/Q-Cell (CIGS)
•United Solar Ovonic
•Sharp
•Kaneka
•Mitsubishi heavy industries
•Fuji electric systems
•Innovalight
•Ersol solar energy
•ENN Solar Group (China)
•Xunlight corporation
•Sungen international limited
Anahtar teslim üretim tesisi kuran bazı firmalar
•OptiSolar
•Applied Materials
•VHF technologies
•Anwell Technologies Limited
•Oerlikon Solar
•Ulvac
•HindHigh Vac
Dye Sensitized PV
Organic PV
İnce Film Fotovoltaiklerin Temel Avantajları
• Ucuz (100 kat az Si ve üretim kolay)
• Gücün sıcaklık bağımlılığı daha az
• Verimin solar radyasyon yoğunluğuna
bağımlılığı daha az
• Üretim ve uygulama (BIPV) kolaylığı
Temel Dezavantajı
• Düşük verim: güç başına daha fazla yer
Mono/Poli kristal Fotovoltaiklerin Temel Dezavantajları
• Pahalı
• Gücün sıcaklık bağımlılığı daha fazla
• Verimin solar radyasyon yoğunluğuna bağımlılığı daha
fazla
• Üretim ve uygulama (BIPV) kolaylığı
Temel Avantajı
• Yüksek verim: güç başına daha az yer
PV teknolojisinin seçiminde temel kriter
Yer sorunu varsa
Mono/poli kristal PV
Yer sorunu yoksa
İnce film PV
Bir PV modülün yıllık üretebileceği enerjinin hesabı
1) Uygulamanın yapılacağı bölgedeki yıllık güneş ışınımı yoğunluğu değerini bul
•GEPA (Elektrik İşleri Etüt İdaresi, www.eie.gov.tr)
•Meteoroloji istasyonu verisi (Devlet Meteoroloji İşleri Genel Müdürlüğü,
www.meteor.gov.tr)
•Pyronometer ile yerine yıllık ölçüm
2) Kullanılacak PV modülün 45 oC için verimini hesapla
3) Yıllık enerji üretimi
E m = E η Am
s
d
GEPA: Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (www.eie.gov.tr)
Mono
Verim %18.4@ 25 oC
Verim %17@ 45 oC
100 m 2 alandan YııllıkEnerji Üretimi :
1400
kWh
× 100m 2 × 0.17 = 23000 kWh
2
m yıı
Poli
Verim %14@ 25 oC
Verim %13@ 45 oC
1400
CdTe
Verim %9@ 25 oC
Verim %8.6@ 45 oC
1400
kWh
× 100m 2 × 0.086 = 12040 kWh
2
m yıı
kWh
× 100m 2 × 0.13 = 18200 kWh
2
m yıı
•100 m²’ lik bir dairede yaşayan 4 kişilik bir ailenin aylık ortalama elektrik
tüketimi 250 kWeh’ tir.
•Yıllık enerji ihtiyacı: 12x250=3000 kWe h/yıl
•Yaklaşık 3 kW’lık kurulu güce sahip bir sistem bu evin aylık elektriğini
karşılayabilmektedir.
s
P
E
E m = η E ds Am = s m E ds Am = Pm ds ⇒
Pd Am
Pd
kWh
E = 1400 2
m yıı
kW
Pds = 1 2
m
E ds
h
=
1400
yıı
Pds
s
d
Em
3000
Pm = s
=
= 2 .2 kW
s
1400
E d Pd

 =
Eşdeğer güç faktörü= 
=

1400
1
=
8760 6 .25
1800
1
=
8760 4 .85
İstanbul
Antalya
Kayıplar
•Paneller için sıcaklık düzeltmesi nedeniyle: 0.9
•Akü şarj verimi:0.90 (ömür boyu ortalama)
•Akü deşarj verimi: 0.90 (ömür boyu ortalama)
•İnvertör Verimi: 0.95
•Kablo kayıpları vb. Durumlar için: 0.95
On-Gride
Kayıp oranı
Gerekli kurulu güç
Off-Gride
Kayıp oranı
Gerekli kurulu güç
= 0 .9 × 0 .95 × 0 .95 = 0 .81
2 .2 kW
Pm =
= 2 .7 kW
0 .81
= 0 .9 × 0 .9 × 0 .9 × 0 .95 × 0 .95 = 0 .65
2 .2 kW
Pm =
= 3 .3 kW
0 .65
Sistem Tasarımında İzlenecek Yol
•Kullanıcının yıllık ihtiyacının belirlenmesi (varsa tüketimi
azaltıcı önlemleri önerilemesi)
•Uygulama bölgesi için güneş ışınımının belirlenmesi
•PV Modüllerin seçimi
•DC-AC Invertörün seçimi
•Maksimum Güç İzleme Penceresinin PV lerle uyumunun
kontrolü
•Maksimum DC gerilim ve akımının PV lerle uyumu
•Modül grubunun Voc ve Isc değerlerinin invertörün değerleriyle
uyumunun kontrolü
•Akü olacaksa, otonomi süresi ve akü şarj-deşarj verimleri
gözönüne alınarak kapasitenin belirlenmesi
•Akü olması durumunda şarj kontrol cihazının belirlenmesi
•Maksimum Güç İzleme Penceresinin PV lerle uyumunun
kontrolü
PV Sistem Tipleri
Grid Interactive
Grid Interactive with Battery Back-Up
Stand Alone
Stand Alone with Battery Back-Up
Gride Interactive PV
Gride Interactive with Battery
Stand-Alone System
•Cathodic Protection
•Air circulation
•etc.
Stand Alone with Battery Back-Up
•Rural Electrification
•Communications
•Lighting
•Millitary
•Etc.
Seri Bağlama
Paralel Bağlama
Seri ve paralel birlikte
Bir PV Sisteminde aynı modüller kullanılmalı.
Aksi durumlarda ciddi güç düşümleri olabilir
Aküsüz sistemlerde invertör seçerken verim dışında
gözönüne alınması gereken parametreler:
1. MPPT etkinliği (yarı bulutlu havada MPPT yeteneği)
2. Yüksek sıcaklıkta çıkış gücü
3. Ürün güvenirliliği
4. DC gerilim penceresi ve çalışmaya başlanma noktası
VOLTAGE INPUT FOR
BATTERYLESS GRID-TIED INVERTERS
1. Series string voltage needs to
fit the inverter’s input
window
2. Voltage in a series string
varies with temperature
3. If PV array voltage is lower
than inverter’s window no
energy production
4. If PV voltage exceeds
inverter’s window could
damage unit or void warranty
AVAILABLE GRID-TIED INVERTERS
SMA
Source:
POWER ONE
www.sma-america.com Source: www.power-one.com XANTREX
Source: www.xantrex.com
KACO
Source:
www.kacosolar.com
FRONIUS
Source:
www.fronius.com
PV POWERED
Source:
www.pvpowered.com
SOLECTRIA
Source: www.solren.com
AVAILABLE GRID-TIED (WITH BATTERIES) INVERTERS
SMA
Source: www.smaamerica.com
Source: www.outbackpower.com
OUTBACK
XANTREX
BEACON
Source: www.xantrex.comSource: www.beaconpower.com
Topraklama
Tüm donanımlar topraklanmalı
Gerçek topraklama yapılmalı
Taşıyıcı yapılar
İzleme Ekseni Sayısına göre İzleyiciler
Sabit
Tek eksenli izleyici
Düşey
Yatay (Türkiye için yıllık enerjide %25 iyileşme, aynı zamanda daha az yer ihtiyacı)
Çift eksenli izleyici (Türkiye için yıllık enerjide %30 iyileşme, daha az yer ihtiyacı)
Madrid’deki bir PV dizisine gelen günlük enerji yoğunluğunun
yıllık ortalama değerleri
Radiation
(kWh/m2d)
Global
Sabit
(30o)
5.2
Tek eksenli Tek eksenli
E/W
N/S
Çift
eksenli
5.61
6.24
7.08
Yüzde artış
%8
%20
36
Direkt
3.48
4.46
5.15
Difüzif
2.13
1.78
1.93
Yatay eksenli
Sabit eksenli
(Yükseklik açısını izliyor)
Düşey eksenli (Azimuth açısını izliyor)
Sürücü mekanizmalar
İzleme mekanizması
Aktif
Doğrudan elektrik motorlu tahrik
Hidrolik motorlu tahrik
Pasif
Isınan havayla tahrik
Foto algılayıcı: kapalı havalar gibi
•Korozyona dayanıklı malzemeden yapılmalı
difüzif radyasyon koşullarında sorunlu
Astronomik/kronolojik
(deniz kenarındaki bölgeler, panel yıkama vs.)
•Basit mekanizmalı olmalı: Bakımı ve arıza olasılığı az olması için
•Az enerji tüketimi olmalı
İzleyici mekanizmalı taşıyıcıların olumsuz tarafları
İlk yatırım maliyeti artırır (çift eksenli 350 $/m2 PV ‘nin yaklaşık %20 si)
İşletme maliyetini artırır (bakım ve onarım giderleri, enerji tüketimleri)
Sistem güvenilirliğini azaltır (arıza olasılığını artırır)
Uygulamayı sınırlar: Örneğin bina uygulamalarında
Sabit panellerin yerle olan uygun açıları
Türkiye için sabit panellerin yerle olan uygun açıları
Yaz konumu: 41-23=18
36-23=13
Türkiyenin enlem aralığı: 41-36
Dünya ekseninin açısı: 23
Kış konumu: 41+23=64
36+23=59
İstanbul için yıllık ortalama: 30
Rüzgar Yükü
Rüzgar basıncı:
PV =
ρ air
2
Vair2 SF
PV : Pascal = N m 2
ρ air : kg/m 3 , ρ air ≅ 1.2 kg/m 3
Vair : m/s
SF=1
(kg/m2)
V (m/s)
V (km/h)
PV (Pa)
Pv
5
18
15
1.5
10
36
60
6
15
54
135
14
20
72
240
24
30
108
540
55
40
144
960
98
50
180
1500
153
SF: Shape factor
Ülkemizdeki maksimum fırtına hızı:
≈110 km/h
Yaratabileceği basınç: 540 Pa
PV panellerin dayanımı: 2400 Pa
245 kg/m2
Dayanabileceği rüzgar hızı: 228 km/h
Kar Yükü
Kar yoğunluğu: %3 - %20 x su yoğunluğu
ρ snow = 30 − 200 kg m
Karın özgül ağırlığı:
3
f snow = ρ snow × 9 .81 ≅ 300 − 2000 N m
Kar yüksekliği (m)
Kar yükü (Pa)
Kar yükü (kg/m2)
0.1
30-200
3-20
0.5
150-1000
15-100
1
300-2000
30-200
3
PV panellerin dayanımı:
2400 Pa
245 kg/m2
Taşıyabileceği kar yükü:
8 - 1.2 m
İzleyici sistemli taşıyıcı uygulayan bazı firmalar
USA
SunPower, USA
Germany
Titan Tracker, Spain
Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World
40 MW, Waldpolenz Energy Park, Germany
23 MW, Jumilla Solar Power Plant, Spain
21 MW, Calavéron Solar PV,
Spain
20 MW, Solarpark Beneixama,
Spain
20 MW, SinAn Power Plant,
Korea
14 MW, Nellis Solar Power Plant, USA
11 MW, Serpa Solar Power Plant, Portugal
26 MW, Fuente Álamo Power Plant, Spain
Waldpolenz Energy Park
Location / Startup Date
Bolanden, Germany / Dec2009
Nominal Power
40 MWp
Power per meter square
36.36 W/m²
Global Radiation
1121 kWh/m²-year
Type of modules
CdS/CdTe Thin-film
Number of modules
550,000 modules
Support System
Fixed
Electricity Production
40,000 MWh/year
Energy/ peak power
1000 MWh/MWp-year
Cont. power equ. Factor
0.11
CO2 Reduction
625 t/MW-year
Manufacturing and installation
cost
4.88 $/W
Operating and Maintenance
cost
0.05 $/W-year
Feed-in Tariffs
0.33-0.38 €/kWh (49,40-56,51 ¢/kWh)
Jumilla
(Murcia)
La Hoya de Vicentes,
Spain/2007
Nominal Power
23 MWp
23 W/m²
Global Radiation
1750 kWh/m²-year
Type of modules
Multi-
Number of modules
120,000 modules
Support System
single-axis
30,000 MWh/year
Energy/ peak power
1300 MWh/MWp-year
0.15
CO2 Reduction
1826 t/MW-year
Manufacturing and
installation cost
9.39 $/W
cost
0.09 $/W-year
Feed-in Tariffs
0.44 €/kWh (64.73 ¢/kWh)
Solarpark
Calavéron
Calavéron, Spain / 2008
Nominal Power
21 MWp
21.2 W/m²
Global Radiation
1750 kWh / m²-year
Type of modules
Multi-
Number of modules
96,000 modules
Support System
dual-axis
40,000 M Wh / year
Energy/ peak power
1886 MWh / MWp-year
0.22
CO2 Reduction
1839 t / MW-year
cost
N/A
Operating and Maintenance cost
N/A
Feed-in Tariffs
0.44 €/kWh (64.73 ¢/kWh)
Solarpark
Beneixama
Province Alicante,
Spain/2007
Nominal Power
20 MWp
40 W/m²
Global Radiation
1934 kWh/m²-year
Type of modules
Multi-
Number of modules
100,000 modules
Support System
single-axis
30,000 MWh/year
Energy/ peak power
1500 MWh/MWp-year
0.19
CO2 Reduction
1500 t/MW-year
cost
N/A
N/A
Feed-in Tariffs
0.44 €/kWh (64.73 ¢/kWh)
SinAn Power Plant
Jeollanam-do, South
Korea/2008
Nominal Power
20 MWp
33 W/m²
Global Radiation
1314 kWh / m²-year
Type of modules
N/A
Number of modules
108,864 modules
Support System
single-axis
33,000 MWh / year
Energy/ peak power
1650 MWh / MWp-year
0.19
CO2 Reduction
1200 t / MW-year
cost
7 $/W
0.07 $/W-year
Feed-in Tariffs
677.38 KRW/kWh (0.4 €/kWh, 51
¢/kWh)
Nellis Solar Power Plant
Nevada, USA / 2007
Nominal Power
14 MWp
24.56 W/m²
Global Radiation
1800 kWh / m²-year
Type of modules
Mono-
Number of modules
70.000 modules
Support System
single-axis
25,000 MWh / year
Energy/ peak power
1785 MWh / MWp-year
0.2
CO2 Reduction
1785 t / MW-year
cost
7.143 $/W
cost
0.07 $/W
Feed-in Tariffs
40 ¢/kWh (0.31 €/kWh)
Serpa Solar Power Plant
Alentejo, Portugal /
2007
Nominal Power
11 MWp
18.3 W/m²
Global Radiation
1900 kWh / m²-year
Type of modules
N/A
Number of modules
52,000 modules
Support System
single-axis
23,000 MWh / year
Energy/ peak power
2.090 MWh / MWp-year
0.24
CO2 Reduction
2727 t / MW-year
cost
N/A
cost
N/A
Feed-in Tariffs
0.32 €/kWh (41 ¢/kWh)
A Brief Comparison of the MW-scale PV Power Plants in the World
Fuente
Álamo
Spain
Name of Power Plant
Waldpolenz
Germany
Jumilla
Spain
Calavéron
Spain
Beneixam
a
Spain
SinAn
Korea
Nellis
USA
Serpa
Portugal
Nominal Power (MWp)
40
23
21
20
20
14
11
26
Startup Date
Dec 2009
Nov 2007
May 2008
Sep 2007
Jan 2007
Sep 2008
Power per meter square (W/m2)
36
23
21
40
33
25
18
42
Global Radiation (kWh/m²-year)
1121
1750
1750
1934
1314
1800
1900
1750
Type of Modules
Thin-film
(CdTe)
Multi-c
N/A
Multi-c
N/A
Mono-c
N/A
Mono&Multi
-c
Support System
fixed
single-
dual-
N/A
single-
single-
single-
N/A
Electricity Production (MWh/year)
40,000
30,000
47,400
30,000
33,000
25,000
23,000
44,000
Energy per Peak Power (MWh/MWpyear)
1,000
1,300
2,052
1,500
1,650
1,785
2,090
1,692
Continuous Equivalent Power Factor
(MWx 8760h/MWh)
8.76
6.74
4.27
5.84
5.31
4.91
4.20
5.18
CO2 Reduction (t/W-year)
0.63
1.83
2.16
1.50
1.20
1.79
2.73
0.58
Manufacturing and Installation Cost
($/W)
4.88
9.39
N/A
N/A
7.00
7.14
6.80
10.96
Operating and Maintenance Cost
($/W-year)
0.05
0.09
N/A
N/A
0.07
0.07
0.07
0.11
Feed-in Tariff (¢/kWh)
49.4 - 56.5
64.7
70.0
64.7
62
40.0
41.0
64.7
May
20
08
Dec
20
07
Güneş Elektriği Sistemleri, Modelleme, Kurulum ve Analiz Kursu, 10-11 Nisan 2009, Istanbul Teknik Universitesi, SDKM, Maslak, Istanbul. Güneş Pili Sistemlerinin Tasarımı,
Boyutlandırma ve Maliyet Hesaplamaları, Prof. Dr. Altuğ Şişman, İTÜ Enerji Enstitüsü
Yer Seçiminde Gözönüne Alınması Gereken Kriterler
Parameters
Solar global radiation
Expectation
>1400 kWh/m²-year
Meteorological properties
temperature due to low latitute degree
warm
wind speed
low
vapor pressure
low
humidity, smoke, fogs, haze, airborne dust
low
Power distribution networks access
Distance of Transportation
low distance
Proximity to transmission
low distance
Land price
low
Topographical and Geological Properties
incline
geographical direction
ground structure for the construction
low
South
suitable
Intensity of natural disasters occurrence
Earthquake risk
low
Torrent risk
low
Soil erosion risk
low
Population and human labor
Aggregation of people
adequte
Industrial facilities
adequte
Availability of the water
Necessary for the facilities and the workforce demands
low distance
Low Solar Radiation
(Low Energy Production)
High Elevation and Mountains
(Undulating Land and Blanket of Snow)
Proper Area
Yaşlanma ve yıpranma sorunları ve ömürler
Fotovoltaiklerin Dayanımları, Yaşlanmaları ve Ömürleri
Genel olarak garanti süreleri: 20-25 yıl
Silikon hücrelerin ideal koşullarda neredeyse sonsuz ömürleri vardır.
Ancak pratikte modüllerin çıkış gücü zamanla azalır.
Güç kaybının genel olarak 10. yılın sonunda maksimum %10 ve 20. yılın sonunda
ise maksimum %20 olması beklenir.
Lamine edilmiş kristal modüller 30 yıl ömür göz önüne alınarak üretilirler.
Bu güç kaybının 3 temel nedeni vardır:
1. Nem: Modül içersine sızan nemin iletkenlerde yarattığı korozyon,
2. UV Işınları: UV ışınlarının zamanla modül dış yüzeyi ile hücre arasında yer
alan malzemenin optik geçirgenliğini olumsuz yönde etkilemesi,
3. Isıl çevrimler: Isıl gerilme çevrimleri sonucu hücre ve optik mazlemede
mikro çatlaklar oluşması, kontaklardaki metal atomlarının yarı-iletken yapısa
göç ederek yarı-iletkenin özelliklerini bozması, vb.
Yaşlanma ve yıpranma sorunları ve ömürler
Yaşlanma
• Zamana yayılı: iletkenlerde korozyon ve optik yapıların özelliklerinde
zamanla kötüleşmesi sonucunda
• Ani: Modüle içerisndeki bir hücrede oluşan kırılma, çatlama, kontak
kopması vs gibi arıza sonucunda
Modüledeki hücrelerde oluşan yaşlanma ve yıpranmalar
•İçeri sızan su buharı nedeniyle kontaklarda ve iletken yapılarda korozyona
bağlı iç direnç artışı: Modül koruyucusunun (ki çoğu zaman EVA: Ethylene Vinyl Acetate) ve
arka tabakanın (ki genelde Polyvinyl Fluoride Films) zamanla işlevlerini yitirmesidir. Böylece panel
içersine nem girerek hücrelerde ve iç elektrik bağlantılarında korozyona neden olur. Sonuç olarak
modülün iç direnci artar ve çalışma gerilimi düşer. Özellikle UV ışınları bu malzemelerin elastik
özelliklerini zayıflatır ve sertleşmelerine sebeb olur.
•p-n eklemine kontak noktalarındaki metal atomlarının zamanla göç etmesi
sonucu eklem direncinin artması,
•Anti-yansıtma (antireflection) bozulması:
UV ışınları hücrelerle ön cam arasındaki EVA
tabakasını da bozar ve bu bozulma daha az ışığın hücrelere ulaşmasına yol açar.
•Hücrenin kısa devre olması: Özellikle ön ve arka kontakların birbirine çok yakın olduğu ince
film PV lerde korozyon yada hasarlı hücre malzemesi tarafından kısa devre oluşur.
Arıza ve Yaşlanma Nedenleri
Açık devre haline gelme:
Isıl çevrimler,
iddetli hava koşulları,
Üretimde oluşan ancak fark edilmeyen çok
ince çatlaklar zamanla hücrede büyük
çatlaklar yaratabilir.
Çok
sayıdaki
kontak
noktaları
ve
“interconnect-busbars”
pilin
çalışmasını
sürdürmesini önemli ölçüde sağlasar.
Arıza ve Yaşlanma Nedenleri
Module Open-Circuits
Open circuit failures also occur in the module structure, typically in the bus wiring or junction box.
Module Short-Circuits
Although each module is tested before sale, module short circuits are often the result of manufacturing
defects. They occur due to insulation degradation with weathering, resulting in delamination, cracking or
electrochemical corrosion.
Module Glass Breakage
Shattering of the top glass surface can occur due to vandalism, thermal stress, handling, wind or hail.
Module Delamination
A common failure mode in early generations of modules, module delamination is now less of a problem. It
is usually caused by reductions in bond strength, either environmentally induced by moisture or
photothermal aging and stress which is induced by differential thermal and humidity expansion.
Hot-Spot Failures
Mismatched, cracked or shaded cells can lead to hot-spot failures,
By-Pass Diode Failure
By-pass diodes, used to overcome cell mismatching problems, can themselves fail, usually due to
overheating, often due to undersizing (Durand). The problem is minimised if junction temperatures are kept
below 128°C.
Encapsulant Failure
UV absorbers and other encapsulant stabilizers ensure a long life for module encapsulating materials.
However, slow depletion, by leaching and diffusion does occur and, once concentrations fall below a
critical level, rapid degradation of the encapsulant materials occurs. In particular, browning of the EVA
layer, accompanied by a build-up of acetic acid, has caused gradual reductions in the output of some
arrays, especially those in concentrating systems
Çevre sorunları
Üretim Süreci
Çalışanlar
Halk: Katı ve sıvı atıklar (kesme, yıkama, asitle işleme, lehim, vs)
Kullanım süreci: Halk (pratik olarak olağan kullanımda hiçbir risk içermiyor)
İmha süreci: Cd, CdTe, CdS, Pb (belediyenin çöp arıtma tesisleri)
Çalışanlar
Halk
Çevre sorunları
Üretimde çalışanlar için riskli malzemeler ve etkileri
Fotovoltaik Güç Santrallerinin Az Kalkınmış Bölgelerde Yerel Katkıları
•İşsizliğin azalması,
•Yerel enerji ihtiyacının karşılanması
•Tarımsal sulamanın enerji ihtiyacı
•Varsa yerel endüstrinin
•Modern tarım çiftliklerinin gelişimi için gereken alt yapının hazırlanması,
•Yenilenebilir enerji teknolojileri konusunda bölgesel bilincin gelişmesi
•Artan yerel enerji üretimi sonucu bölgesel endüstrinin gelişimi
•Santral nedeniyle bölgeye ilginin çekilmesi ve turizmin (alternatif turizm)
gelişimine katkı
•Bölgede hava kirliliği artırılmadan enerji üretimi artırılmış ve böylece birim enerji
başına kirlilik oranın düşürülecektir,

m - Solarcell

Transkript

Benzer belgeler

13 Eylül 2015 - Parçalı Güneş Tutulması

HAZIRLAYANLAR Seval KURUŞCU , Lalin ÖZCAN

Süper Ay tutulmasını kaçırmayın

Kablosuz enerji (2019)

Kopernik

Affordable and Adaptable Public Buildings through

yıldız olmayan yıldızlar

ö Güneşten daha fazla alın, gökyüzüne daha az verin…