ZOB_Ekonomski_Model_Poticaja

Транскрипт

1 Sunčane ćelije treće generacije Andro Bačan, dipl.ing.el. Energetski institut Hrvoje Požar 10. Zagrebački energetski tjedan Seminar Hrvatske komore inženjere elektrotehnike Tehnološki park, Zagrebački velesajam, Zagreb, 17. svibnja 2019

2 o Sunčevo zračenje o Fotonaponski efekt o Tehnologije sunčanih ćelija o Sunčane ćelije treće generacije Perovskit Organske sunčane ćelije Sunčane ćelije u premazu Sadržaj 2

3 Prije početka, mali kviz Vjerojatno najpoznatiji i najpopularniji znanstvenik dvadesetog stoljeća, Albert Einstein, godine dobio je Nobelovu nagradu za fiziku, koja mu je dodijeljena za: 1. Postavljanje opće teorije relativnosti 2. Objašnjenje fotoelektričkog efekta 3. Postavljanje Bose-Einsteinove statistike 3

4 o Udaljenost: km o Zračenje na površini Zemljine atmosfere - Sunčana konstanta: 1371 W/m 2 Sunčevo zračenje o Vremenski profil ozračenosti ovisi o nagibu i orijentaciji plohe o Posljedica prividnog gibanja Sunca o Profili Godišnji Dnevni 4

5 Spektar Sunčevog zračenja 5

6 Fotonaponski efekt Generiranje nosioca električnog naboja (elektrona) u poluvodičkom materijalu pod djelovanjem svjetla (fotona) Foton je kvant energije: E = h*f Elektron će se generirati ako je energija fotona veća od energije vezanja od energije tzv. zabranjenog pojasa Samo dio energije fotona se predaje elektronu Fotoni valne duljine manje od granične ne mogu generirati elektron 6

7 Efikasnost pretvorbe o Shockley-Queisserova granica 34% Teorijski maksimalna iskoristivost pretvorbe u jednom p-n spoju o Više p-n spojeva povećanje efikasnosti o Hvatanje fotona određene boje o Slojevi poluvodiča moraju biti dovoljni tanki da omoguće difuziju fotona 7

8 Tehnologije sunčanih ćelija Materijal Visoko učinkoviti silicij (HIT) Monokristalinični silicij Polikristalinični silicij Tankoslojni: Bakar-indijdiselenid (CIS) Kadmij-telurid (CdTe) Mikromorfni silicij Učinkovitost na razini modulu 16-18% 11-16% Potrebna površina za 1 kw 5-6m 2 6-9m % 7-10m % 9-17m % 9-17m % 8,5-15m 2 Amorfni silicij 4-7% 15-26m 2 Izvor: DGS, Leitfaden Photovoltaische Anlagen

9 Najviše dosegnute efikasnosti sunčanih ćelija u zadnjih 40 godina 9

10 Proizvodnja sunčanih ćelija prve generacije Sirovi silicij Kompresirani silicij Taljenje (1400 C) Kristalizacija Piljenje Izrada blokova ifuzija p i n aterijala -n spoj Obrada površine Sunčana ćelija Sortiranje wafera Wafer Spajanje ćelija u serijske nizove Uokvireni FN modul 10

11 Što su sunčane ćelije treće generacije? o Napredna generacija sunčanih ćelija o Više p-n spojeva o Amorfni materijali o Ekspreimentalna i razvojna faza nisu komercijalno dostupne o Očekuju se efikasnosti preko 40% (Shockley Queisser-ovo ograničenje) o Pojednostavljeni način proizvodnje o Nanomaterijali o Više p-n spojeva o Niža cijena 11

12 Koncepti sunčanih ćelije treće generacije o Organsko-polimerski filmovi i fluidi o Heterospoj o Višespojne sunčane ćelije o Kvantne točke o Sunčane ćelije s koncentriranjem Sunčevog zračenja o Modulacija spektra Sunčevog zračenja (konverzija prema gore i prema dole) Jedan foton više elektrona o Sunčane ćelije s vrućim nosiocima naboja 12

13 Tehnologije sunčanih ćelija treće generacije o Sunčane ćelije bazirane na perovskitu o Organske sunčane ćelije Sunčane ćelije na bazi polimera o Grätzelove sunčane ćelije sunčane ćelije u premazu o Sunčane ćelije na bazi bakar-cink-kositar-sulfita o Termofotonaposke ćelije o Kvantne točke 13

14 Sunčane ćelije bazirane na perovskitu o Perovskit mineral, kalcijev titanat (CaTiO 3 ) ime prema strukturi, a ne prema konkretnom spoju o Teorijska maksimalna efikasnost od 31% - vrlo blizu teorijskoj maksimalnoj efikasnosti GaAs od 34% Dosegnute efikasnosti od 20% o Visoka optička apsorpcija fotona o Moguća modulacija energije zabranjenog pojasa u ovisnosti o udjelu halida (soli) u mineralnu o Obećavajuća tehnologija očekivana cijena: 0,30 US$/W o Nedostaci: Stabilnost Korištenje olova 14

15 Proces proizvodnje 15

16 Sunčane ćelije bazirane na perovskitu - struktura o Aktivni sloj baziran na perovskitu o Heterospoj o Elektrode Anoda TiO 2 Katoda laki metal aluminij 16

17 Organske sunčane ćelije o Sunčane ćelije na bazi ugljika Dostupan materijal Nizak utjecaj na okoliš o Materijali s niskom energijom zabranjenog pojasa (bandgap) o Aktivni slojevi - heterospoj Izvor: Konarka Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.org 17

18 Organske sunčane ćelije princip rada o Aktivni materijal heterospoj o Akceptor: polimer o Donor: fuleren (nanocijevi) o Anoda Indij kositar oksid o HTL: polistiren o ETL: litij-flourid o Katoda - Aluminij Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.org 18

19 Organske ćelije aktivni slojevi 19

20 Organske sunčane ćelije povećanje efikasnosti o Tandem spoj o Slaganje više aktivnih slojeva jedan na drugi o Svaki sloj hvata svoj dio spektra Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.org 20

21 Organske sunčane ćelije načini proizvodnje Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.org 21

22 Izvor: DTU, plasticphotovoltaics.org 22

23 Organske sunčane ćelije o - proizvodnja o - instalacija o Više na: 23

24 Sunčane ćelije u premazu o Dye-sensitized solar cell - Grätzelove sunčane ćelije o Organski premazi (boje) kao aktivni sloj o Princip rada sličan fotosintezi o Nedostaci: o Elektrolit, odnosno aktivni sloj je fluid o Korištenje rijetkih materijala za elektrode 24

25 Sunčane ćelije u premazu o Injekcija elektrona izravno na elektrodu (TiO) o Elektrolit kao aktivan sloj 25

26 Sunčane ćelije na bazi bakar-cink-kositar-sulfita o Slične kao CIGS ćelije, ali ne koriste rijetke ili elemente štetne za okoliš o Efikasnosti od 12% 26

27 Termofotonaponske sunčane ćelije o Emiter topline u osnovi konverter topline u infracrveno svjetlo C o Sunčana ćelija u IR području 27

28 Primjene sunčanih ćelija treće generacije o Smanjenje cijene samostalna primjena Potreban tehnološki napredak o Za poboljšanje karakteristika sunčanih ćelija prve i druge generacije Hvatanje dijela spektra Temperaturno stabiliziranje 28

29 HVALA NA PAŽNJI Andro Bačan Energetski Institut Hrvoje Požar Savska cesta 163, Zagreb, Croatia T: abacan@eihp.hr