Alternatywne źródła energii
opiekun:
dr hab. inż. Maciej Sibiński
telefon: 42 6312864
 Podstawy Fotowoltaiki
Formy dydaktyczne zajęć: 30w 20l 10p
Podstawowe treści kształcenia:
WYKŁAD
Wykład prezentuje szeroką tematykę związaną z budową, konstrukcją i działaniem ogniw słonecznych jako elektronicznych przyrządów służących do przetwarzania energii odnawialnej. Jako wstęp wprowadzona zostanie analiza światła jako źródła i nośnika energii i zdefiniowane zostaną standardowe warunki oświetlenia. Nastepnie wyjasnione będzie pojecie ogniwa słonecznego jako przyrządu półprzewodnikowego oraz zjawiska konwersji fotowoltaicznej jako procesu zachodzącego w półprzewodnikach. Przedstawiony zostanie syntetyczny model tego zjawiska a na jego podstawie przeprowadzona będzie bardziej szczegółowa analiza matematyczna procesu. Zostaną wskazane możliwości praktycznego wykorzystania zjawiska w sensorach i czujnikach a w szczególności w ogniwach słonecznych.
Omówiony zostanie podstawowy model ogniwa słonecznego wraz z analizą przepływu prądów w warunkach oświetlenia i w ciemności. Wyszczególnione zostaną główne parametry ogniw słonecznych, ich sposoby pomiaru i znaczenia dla jakości otrzymanych przyrządów.
W ostatniej części wykładu zaprezentowane zostaną podstawowe typy ogniw słonecznych na przykładzie trzech generacji przyrządów: monokrystalicznych, polikrystalicznych i amorficznych oraz heterozłączowych ogniw ze związków półprzewodnikowych ( w szczególności grup III-V) ora ognw organicznych. Wskazane zostaną parametry opto-elektryczne i typowe zastosowania ogniw poszczególnych rodzajów. Omówione będą technologie stosowane do wytwarzania poszczególnych rodzajów przyrządów. Przedstawione będą również różne przykłady praktycznego wykorzystania zestawów ogniw słonecznych.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE
W ramach laboratorium przeprowadzonych zostanie szereg praktycznych pomiarów parametrów ogniw i modułów fotowoltaicznych róznych typów w różnych warunkach i konfiguracji. Między innymi realiowane będą:
  • pomiary parametrów ogniw fotowoltaicznych różnych typów za pomocą kalibrowanego stanowiska pomiarowego wykorzystującego profesjonalny symulator słoneczny klasy C+ odzwierciedlającego promieniowanie słoneczne w warunkach AM1,5;
  • badanie rzeczywistej instalacji fotowoltaicznej umieszczonej na dachu budynku laboratorium, złożonej z modułów PV różnych typów, podłączonej do sieci energetycznej prądu zmiennego (on -grid);
  • konfiguracja modułów fotowoltaicznych i ocena wpływu zacienienia modułu na jego pracę i prametry wyjściowe;
  • pomiary strat wynikających z nieodpowiedniego nachylenia modułu fotowoltaicznego względem kąta padania promieni słonecznych
  • badanie wpływu temperatury na pracę ogniw i modułów fotowoltaicznych;
  • badanie wpływu niedopasowania parametrów ogniw w module słonecznych.


PROJEKT
W ramach projektu przygotowane zostaną symulacje komputerowe zarówno na podstawie dostępnych modeli jak i samodzielnie opracowanych struktur ogniw fotowoltaicznych różnych typów, w tym tradycyjnych jednozłączowych ogniw krzemowych, ogniw cienkowarstwowych oraz alternatywnych nowoczesnych konstrukcji. Na podstawie symulacji zostaną wyznaczone i porównane najważniejsze charakterystyki i parametry elektryczne skonstruowanych struktur fotowoltaicznych oraz przeprowadzona będzie ich ocena i analiza.
 Projektowanie Instalacji Fotowoltaicznych
Formy dydaktyczne zajęć: 30w 20l 10p
Podstawowe treści kształcenia:
WYKŁAD
Wykład obejmuje zaznajomienie z podstawowymi problemami wykorzystania energii odnawialnych w sieciach energetycznych jak również projketowania przyrządów i instalacji fotowoltaicznych. Na wstepie przedstawione zostaną podstawy projektowania konstrukcji elementów fotowoltaicznych oraz odpowiadaące im kroki technologiczne. Na tej podtawie wyjasniona zostanie rola oprogramowania CAD w procesie projektowania struktury ogniwa słonecznego oraz mozliwości symulacji procesów technologicznych z zakresu technologii fotowoltaicznych. Na praktycznych przykładach omówione będą przykłady i wyniki symulacji numerycznych struktury ogniw słonecznych różnych typów.
Druga część wykładu poświęcona będzie wymaganiom i metodyce przygotowania projektu instalacji fotowoltaicznej. Wskazane zostaną podstawowe elemnty projektu instalacji PV oraz zasady ich doboru. Omowione będą elementy i etapy przygotowania projektów instalacji off i on-grid a także przedstawione przykładowe ich realizacje. Wskazane będą współczesnie wykorzystywane narzędzia CAD pomocne w procesie przygotowania projektów instalacji fotowoltaicznych.

ĆWICZENIA LABORATORYJNE
W ramach laboratorium przeprowadzone zostaną praktyczne ćwiczenia z zakresu projektowania instalacji energetycznych, opartych o wykorzystanie systemów fotowoltaicznych, zarówno w wariantach podłączenia do sieci energetycznej jak i dla systemów wyspowych. Zajęcia obrazują praktyczny przebieg planowania instalacji tego typu w zależności od zadanych potrzeb energetycznych oraz zasobów dostępnych dla konkretnej lokalizacji, a także pokazują metody i narzędzia do szacunkowej oceny czasu zwrotu inwestycji przy zadanych warunkach wejściowych.
Projektowanie i weryfikacja instalacji zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem standardowego oprogramowania, zarówno w wersjach komercyjnych jak i freewarowych.

PROJEKT
W ramach zajęć studenci wykonają samodzielny projekt instalacji fotowoltaicznej dla zadanych warunków, wymagań i przy określonej lokalizacji. Elementami projektu będzie zarówno część dotycząca wymiarowania zapotrzebowania elektrycznego, jak i odpowiedniego doboru elementów, architektury systemu oraz analizy ekonomicznej przygotowywanych rozwiązań.