Energia elektryczna ze Słońca

1
Energia elektryczna ze Słońca

Wykorzystanie zasobów energii słonecznej zarówno do konwersji fotowoltaicznej, jak i fototermicznej limitowane jest przez wiele czynników, takich jak pora roku bądź aktualne warunki pogodowe. Wiedza na ich temat pozwala na optymalne podejście do zagadnienia w sferach: konstrukcyjnych, projektowych i eksploatacyjnych.

Ogniwa fotowoltaiczneWarunki atmosferyczne, oprócz wpływu na produkcję energii elektrycznej, wpływają także na sposób jej wykorzystywania (od temperatury zależy ilość energii zużywanej np. na klimatyzację). Istnieją trzy zasadnicze parametry, które określają wielkość energii promieniowania słonecznego możliwego do pozyskania ze słońca. Są nimi: napromieniowanie (zwane także nasłonecznieniem), usłonecznienie i gęstość strumienia promieniowania. Dzięki tym parametrom możemy charakteryzować energię promieniowania słonecznego zarówno w sposób ilościowy, jak i jakościowy.

Napromieniowanie definiowane jest jako ilość energii docierającej do powierzchni odbiornika (np. modułu fotowoltaicznego) w określonej jednostce czasu. Możliwe jest określenie napromieniowania w okresie: dnia, tygodnia, miesiąca. Jednak najczęściej wartość ta określana jest dla całego roku. Podawana jest zasadniczo w dwóch jednostkach: kWh bądź MJ na jednostkę powierzchni i przedział czasowy. W Polsce warunki nasłonecznienia na powierzchnię płaską oscylują w granicach 950-1200 kWh/m²·rok.

Wraz z wejściem w życie rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2010 r. w sprawie metodologii obliczania charakterystyki energetycznej budynku i lokalu mieszkalnego lub części budynku stanowiącej samodzielną całość techniczno-użytkową oraz sposobu sporządzania i wzorów świadectw ich charakterystyki energetycznej udostępnione zostały wartości średnich parametrów
otoczenia. Zapisy są uśrednione z okresu 30 lat i przedstawione dla 57 stacji meteorologicznych rozmieszczonych na powierzchni całego kraju.

Usłonecznienie definiowane jest jako ilość godzin z widoczną operacją słoneczną. Wielkość ta przydatna jest dla układów energetycznych działających na promieniowanie słoneczne bezpośrednie.

Gęstość promieniowania określa zaś wielkość strumienia energii docierającego do odbiornika. Wyrażana jest zazwyczaj w watach na jednostkę powierzchni (najczęściej W/m²).

Wielkość gęstości strumienia promieniowania słonecznego docierającego do zewnętrznej warstwy atmosfery jest znana i określona jako stała słoneczna, a jej wartość wynosi 1367 W/m². Przechodząc przez atmosferę, część strumienia ulega odbiciu (od zewnętrznej części atmosfery), rozproszeniu i absorpcji. W zależności od długości drogi, przez jaką promieniowanie musi „przejść”, jego gęstość maleje. Dlatego też, największą wartość osiąga na równiku i tam przyjmuje wartość ok. 1000 W/m² (promienie słoneczne padają prostopadle do powierzchni).

Suma powyższych zjawisk pozwala scharakteryzować zasobność promieniowania słonecznego w czasie całego roku. Mianowicie w okresie letnim, kąt padania promieniowania słonecznego jest mały (kąt padania mierzymy w stosunku do płaszczyzny normalnej do powierzchni), dlatego promieniowanie słoneczne ma mniejszą drogę do przebycia. Dodatkowo w okresach letnich występuje stosunkowo niskie zachmurzenie, więc składowa promieniowania rozproszonego odgrywa mniejsze znaczenie. Dlatego też nasłonecznienie, jak i gęstość promieniowania jest dużo wyższa niż w okresie zimowym, kiedy kąt padania

Rys. 1. Rozkład napromieniowania dla poszczególnych miesięcy, a także udział promieniowania bezpośredniego i rozproszonego dla Warszawy (Źródło: www.mi.gov.pl)
jest wysoki i występuje duży udział promieniowania rozproszonego. Miesięczne rozkłady napromieniowania przedstawia rysunek 1.

Omawiane wyżej czynniki dotyczą
energii dostępnej ze źródła (Słońca). Przez analogię do konwencjonalnych nośników źródeł energii jest to tzw. energia pierwotna (czyli energia zawarta w „paliwie”). Od odbiornika, a konkretnie sprawności konwersji, zależeć będzie ilość energii możliwej do wytworzenia. Ogniwa fotowoltaiczne z krzemu monokrystalicznego mają sprawność konwersji na poziomie 16-18%. Jednak są to wielkości osiągane w ściśle określonych warunkach, tzw. STC (standard test conditions) – czyli dla gęstości strumienia promieniowania 1000 W/m², temperatury ogniwa na poziomie 25ºC i widma promieniowania słonecznego Air mass 1,5. Standard ten umożliwia określenie warunków referencyjnych pracy ogniw (aby umożliwić porównanie parametrów ogniw produkowanych na całym świecie).

Moc maksymalna oraz sprawność ogniw fotowoltaicznych zależy od ich temperatury pracy. Moduł fotowoltaiczny do konwersji fotoelektrycznej wykorzystuje jedynie część widma promieniowania
słonecznego (pozostała część konwertowana jest w postaci ciepła). Efekty temperaturowe ogniw opisywane są poprzez parametr zwany NOCT (nominal operating cell temperature), czyli tzw. temperaturę nominalną modułu określaną w standardach SRE (standard reference environment) dla gęstości promieniowania 800 W/m², przy temperaturze otoczenia 20ºC i prędkości wiatru na poziomie 1 m/s (Klugmann, 2010). Parametr ten podawany jest przez producentów ogniw
Dzięki niemu można oszacować temperaturę modułu dla dowolnej gęstości promieniowania korzystając ze wzoru:

Energia elektryczna ze Słońca - zdjęcie 3

Znając temperaturę ogniwa, można oszacować spadek parametrów pracy modułu. Zmiany wielkości parametrów temperaturowych poszczególnych ogniw podawane są przez producentów.

Oceń artykuł
4,67 / 6 głosów
Co sądzisz na ten temat
Zaloguj się i dodaj swój komentarz

Autor: Bogusław Pieczykolan

Źródło: EKOpower21

Data publikacji: 19.07.2011

Polecamy Ci również

Zobacz także