Ogniwa słoneczne. Budowa, technologia i zastosowanie

Ogniwa słoneczne. Budowa, technologia i zastosowanie

Autor: Jastrzębska Grażyna

ISBN: 978-83-206-2071-9
Nowość

Wydanie: 2 rozszerzone / 2024
Format: B5
Liczba stron: 568
Liczba ilustracji: 375
Liczba tabel: 128
Oprawa: miękka

Polecam: 2

Opis

Monografia o interdyscyplinarnym charakterze, kompleksowo ujmująca zagadnienia związane z przemianą energii słonecznej w elektryczną. Scharakteryzowano promieniowanie słoneczne, opisano zasady doboru optymalnego kąta nachylenia odbiornika tego promieniowania oraz konwersję fotowoltaiczną. Opisano budowę, charakterystyki i technologie produkcji ogniw fotowoltaicznych oraz różne konfiguracje systemów fotowoltaicznych zasilających obiekty stacjonarne. Poruszono także zagadnienie zasilania środków transportu energią słoneczną oraz aspekty prawne, społeczne, ekonomiczne i normalizacyjne dotyczące wykorzystania ogniw słonecznych, jak również problematykę recyklingu modułów fotowoltaicznych. Ponadto przedstawiono metody konwersji energii słonecznej w energię cieplną oraz przykłady zastosowań kolektorów cieplnych w Polsce i na świecie.Książka jest przeznaczona dla ekologów i inżynierów zajmujących się odnawialnymi źródłami energii i działaniami proekologicznymi oraz dla studentów szkół wyższych i studiów podyplomowych, przede wszystkim o specjalnościach: energetyka, elektrotechnika, elektronika, fizyka, budownictwo, ekologia transportu i ochrona środowiska.

    Spis treści

    Spis treści
      Przedmowa  13
      Wykaz oznaczeń  21
      Wykaz skrótów  23
    1. Energia Słońca  29
    1.1. Charakterystyka Słońca  29
    1.2. Promieniowanie emitowane z powierzchni Słońca  30
    1.3. Zależności opisujące energię Słońca  33
    1.3.1. Relacje między kątami opisującymi położenie odbiornika energii względem Słońca  33
    1.3.2. Składowe promieniowania słonecznego  34
    1.4. Modelowanie globalnego potencjału promieniowania słonecznego na przestrzeni 100 lat  39
    1.4.1. Promieniowanie słoneczne dominującą częścią bilansu energetycznego naszej planety  39
    1.4.2. Szacowany globalny potencjał promieniowania słonecznego na podstawie alternatywnych danych meteorologicznych  40
    1.5. Kąt pochylenia odbiornika do podłoża – przejście płaszczyzny odbiornika z poziomej do pochylonej  46
    1.5.1. Od modelu izotropowego do anizotropowego  46
    1.5.2. Metoda Liu-Jordana  47
    1.5.3. Modyfikacje metod rozwiązania dla pochylonej płaszczyzny odbiornika  49
    1.5.4. Dyskusja optymalizacji orientacji przestrzennej odbiornika energii słonecznej ze względu na maksymalny zysk energetyczny  53
    1.5.5. Optymalizacja ustawienia odbiornika na podstawie symulacji komputerowej  60
    1.5.6. Warunki i wyniki pomiarów gęstości mocy promieniowania  66
    1.6. Techniki komputerowe w rozwiązywaniu problemów prognostycznych promieniowania słonecznego  70
    1.7. Wnioski  73
    1.8. Sonda kosmiczna Parker Solar Probe  76
    1.9. Metody konwersji energii słonecznej  79
    1.10. Zalety i wady energetyki słonecznej  80
         Literatura do rozdziału 1  81
    2. Cieplna energetyka słoneczna  90
    2.1. Metody konwersji energii słonecznej w cieplną  90
    2.2. Kolektory  90
    2.2.1. Charakterystyka ogólna  90
    2.2.2. Kolektory cieczowe  91
    2.2.3. Kolektory powietrzne i próżniowe  96
    2.3. Słoneczne instalacje cieplne na świecie  97
    2.3.1. Kolektory cieplne w krajach europejskich  97
    2.3.2. Słoneczne systemy ciepłownicze wielkopowierzchniowe  100
    2.3.3. Elektrownie cieplne wieżowe  103
    2.4. Przykłady zastosowania kolektorów cieplnych  106
    2.5. Cieplna energetyka słoneczna w Polsce  110
    2.5.1. Rozkład całkowitego promieniowania słonecznego  110
    2.5.2. Możliwości wykorzystania energii słonecznej do celów termicznych  113
         Literatura do rozdziału 2  120
    3. Konwersja energii słonecznej w elektryczną  124
    3.1. Zjawisko fotowoltaiczne wewnętrzne  124
    3.1.1. Mechanizm zjawiska  124
    3.1.2. Powstawanie bariery potencjału  126
    3.2. Kalendarium wydarzeń w rozwoju konwersji fotowoltaicznej  129
    3.2.1. Antoine Cesar Becquerel i jego odkrycie  129
    3.2.2. Badania zjawiska fotowoltaicznego w XIX wieku  131
    3.2.3. Teoria Alberta Einsteina  131
    3.2.4. Jan Czochralski i jego metoda  132
    3.2.5. Dalszy rozwój fotowoltaiki  139
    3.2.6. Witold Żdanowicz − pionier fotowoltaiki w Polsce  142
    3.2.7. Twórcy fotowoltaiki III generacji  143
         Literatura do rozdziału 3  147
    4. Rozwiązania materiałowe, konstrukcyjne i eksploatacyjne ogniw fotowoltaicznych  153
    4.1. Podział materiałowy i strukturalny ogniw fotowoltaicznych  153
    4.2. Ogniwa krzemowe  156
    4.2.1. Ogólna charakterystyka krzemu  156
    4.2.2. Ogniwa mono- i polikrystaliczne  157
    4.2.3. Ogniwa z krzemu amorficznego  161
    4.2.4. Cienkowarstwowe krzemowe ogniwa krystaliczne  164
    4.2.5. Nowe rozwiązania  165
    4.3. Ogniwa z tellurku kadmu  179
    4.3.1. Ogólna charakterystyka tellurku kadmu  179
    4.3.2. Rozwiązania krystaliczne i cienkowarstwowe  181
    4.4. Ogniwa z arsenku galu  184
    4.4.1. Ogólna charakterystyka arsenku galu  184
    4.4.2. Struktury krystaliczne i cienkowarstwowe  185
    4.5. Ogniwa z diselenku indowo-miedziowego (CIS) i ich modyfikacje (CIGS, CIBS)  187
    4.6. Ogniwa fotowoltaiczne typu tandem  192
    4.7. Ogniwa fotowoltaiczne z nanorurkami  194
    4.8. Ogniwa organiczne  195
    4.8.1. Ogólna charakterystyka ogniw  195
    4.8.2. Wybrane rozwiązania planarne i struktury 3D  196
    4.8.3. Ogniwo barwnikowe Grätzela  197
    4.8.4. Nowe rozwiązania ogniw organicznych  198
    4.9. Ogniwa perowskitowe  199
    4.10. Moduły  202
    4.11. Ogniwo fotowoltaiczno-fototermiczne o konwersji kombinowanej  204
    4.12. Ogniwo termofotowoltaiczne o konwersji promieniowania podczerwonego  205
    4.13. Ogniwa zintegrowane z architekturą  206
    4.13.1. Charakterystyka rozwiązań PV stosowanych w budownictwie  206
    4.13.2. Systemy dachowe  208
    4.13.3. Przykład instalacji PV na dachu domu jednorodzinnego − analiza pracy  211
    4.13.4. Największe na świecie dachowe systemy PV  212
    4.13.5. Moduły fasadowe i transparentne okienne  216
    4.13.6. Nowe rozwiązania BIPV i znani producenci  218
    4.14. Ogniwa współpracujące z koncentratorami  223
    4.14.1. Koncentratory w układzie nadążnym  223
    4.14.2. Nowe rozwiązania  226
                    Literatura do rozdziału 4  227
    5. Wybrane właściwości ogniw fotowoltaicznych  238
    5.1. Absorpcyjność  238
    5.2. Refleksyjność  243
    5.3. Degradacja ogniw  244
    5.4. Strumień fotonów w funkcji wybranych parametrów ogniwa  245
    5.5. Gęstość fotoprądu emitera i bazy  246
    5.6. Wydajność kwantowa  248
    5.6.1. Wydajność zewnętrzna i wewnętrzna  248
    5.6.2. Wpływ prędkości rekombinacji na wydajność kwantową  249
    5.6.3. Wpływ średniej drogi dyfuzji na wydajność kwantową  250
    5.7. Czynnik spektralny  252
    5.8. Badania ogniw fotowoltaicznych w warunkach promieniowania o różnych długościach fali w zakresie światła widzialnego  252
    5.8.1. Warunki i obiekty badań  252
    5.8.2. Wyniki badań  255
    5.8.3. Wnioski  255
         Literatura do rozdziału 5  259
    6. Schemat zastępczy, parametry i charakterystyki ogniwa fotowoltaicznego  262
    6.1. Schemat zastępczy ogniwa i jego parametry  262
    6.2. Charakterystyki prądowo-napięciowe ogniwa fotowoltaicznego  264
    6.2.1. Wyznaczanie zależności prądowo-napięciowych w funkcji parametrów ogniwa  264
    6.2.2. Symulacja charakterystyk wybranych ogniw w funkcji nasłonecznienia i temperatury  266
    6.2.3. Parametry charakterystyczne ogniw  266
    6.3. Charakterystyka mocy i sprawność ogniwa fotowoltaicznego  272
    6.3.1. Wpływ nasłonecznienia i temperatury na moc  272
    6.3.2. Wpływ nasłonecznienia i temperatury na sprawność  275
    6.3.3. Optymalizacja pracy w wyniku kształtowania obciążenia ogniwa  277
    6.4. Współpraca baterii słonecznej z silnikiem prądu stałego zasilającym wentylator  278
    6.4.1. Schemat ideowy badanego układu  278
    6.4.2. Model matematyczny  280
    6.4.3. Przykładowe wyniki symulacji  283
    6.5. Praca ogniw fotowoltaicznych w różnych konfiguracjach połączeń  286
    6.6. Wpływ zacienienia na pracę modułu fotowoltaicznego  289
        Literatura do rozdziału 6  290
    7. Technologia produkcji  294
    7.1. Ogniwa krzemowe  294
    7.1.1. Krzem do produkcji ogniw słonecznych  294
    7.1.2. Wytwarzanie bloków krzemu monokrystalicznego  299
    7.1.3. Otrzymywanie bloków krzemu polikrystalicznego  305
    7.1.4. Cięcie bloków krzemowych na płytki  307
    7.1.5. Dalsza obróbka płytek krzemowych  307
    7.1.6. Inne technologie produkcji ogniw krzemowych  310
    7.1.7. Nowe technologie w produkcji krzemu i ogniw krzemowych  313
    7.1.8. Łączenie ogniw w moduły  315
    7.1.9. Wytwarzanie taśm krzemowych  317
    7.2. Ogniwa cienkowarstwowe wykonane w technologii innej niż krzemowa  323
    7.2.1. Ogniwa CdS/CdTe i CIGS  323
    7.2.2. Nowa proekologiczna technologia ogniw CIGS  326
    7.2.3. Ogniwa cienkowarstwowe GaAs                 327
    7.3. Technologia samoczyszczenia ogniw słonecznych  329
        Literatura do rozdziału 7  329
    8. Instalacje fotowoltaiczne  335
    8.1. Konfiguracje systemów fotowoltaicznych  335
    8.2. Elementy instalacji fotowoltaicznej  339
    8.2.1. Wprowadzenie  339
    8.2.2. Moduły fotowoltaiczne  341
    8.2.3. Trackery  347
    8.2.4. Magazynowanie energii elektrycznej uzyskanej z fotowoltaiki  349
    8.2.5. Regulatory ładowania  354
    8.2.6. Falowniki  357
    8.2.7. Systemy monitorujące  363
    8.2.8. Zabezpieczenia systemów fotowoltaicznych  363
    8.2.9. Konstrukcja nośna i kable  364
    8.3. Zestaw hybrydowy  368
    8.4. Specyfikacja zapotrzebowania na energię. Sprawność i koszty  368
    8.5. Montaż, obsługa i konserwacja instalacji fotowoltaicznej  370
        Literatura do rozdziału 8  372
    9. Zastosowanie ogniw słonecznych  377
    9.1. Dotychczasowe tempo rozwoju instalacji fotowoltaicznych i perspektywy  377
    9.2. Ogniwa słoneczne w urządzeniach powszechnego użytku małej mocy  378
    9.3. Systemy autonomiczne  380
    9.3.1. Przegląd możliwości zastosowania  380
    9.3.2. Zasilanie oświetlenia  381
    9.3.3. Biletomaty i parkomaty  382
    9.3.4. Ławki fotowoltaiczne  384
    9.3.5. Drogi zasilane fotowoltaicznie  387
    9.3.6. Latarnie morskie  388
    9.3.7. Systemy ostrzegania i sygnalizacji  392
    9.4. Układy współpracujące z siecią  393
    9.4.1. Systemy rozproszone BIPV  393
    9.4.2. Systemy scentralizowane  396
    9.5. Systemy hybrydowe  407
    9.5.1. Wprowadzenie  407
    9.5.2. Graciosa Acores – przykład systemu hybrydowego gwarantującego samowystarczalność energetyczną  408
    9.5.3. Największe elektrownie hybrydowe z udziałem fotowoltaiki  415
    9.5.4. Inne rozwiązania hybrydowe  415
    9.6. Zastosowania w kosmonautyce  420
        Literatura do rozdziału 9  421
    10. Wykorzystanie energii Słońca i podczerwieni do zasilania w środkach transportu  426
    10.1. Samochody słoneczne  426
    10.1.1. Metody zasilania  426
    10.1.2. Historyczne prototypy  427
    10.1.3. Samochody wyścigowe i ich parametry konstrukcyjno-eksploatacyjne  428
    10.2. Najważniejsze aspekty projektowania pojazdu słonecznego  435
    10.2.1. Strategia projektowania i optymalizacja ruchu  435
    10.2.2. Moc niezbędna do pokonania oporów jazdy  438
    10.2.3. Moc pozyskiwana na drodze konwersji fotowoltaicznej  439
    10.2.4. Moc uzupełniająca z akumulatora  441
    10.2.5. Materiały i elementy konstrukcyjne stosowane w samochodach słonecznych  444
    10.3. Charakterystyki ruchu samochodu słonecznego w funkcji jego parametrów i warunków zewnętrznych  447
    10.3.1. Wpływ parametrów konstrukcyjno-eksploatacyjnych samochodu słonecznego na jego charakterystyki ruchu  447
    10.3.2. Optymalizacja doboru prędkości w samochodzie słonecznym z doładowaniem akumulatora podczas jazdy ze względu na maksymalny zasięg  450
    10.3.3. Bilans mocy pojazdu elektrycznego zasilanego energią Słońca  454
    10.3.4. Wnioski i uwagi do przeprowadzonych symulacji komputerowych  460
    10.3.5. Osiągnięcia projektowo-konstrukcyjne zespołów studenckich  463
    10.4. Samochody elektryczne i hybrydowe zasilane energią Słońca  465
    10.4.1. Pojazd Solar Bug  465
    10.4.2. Jeep elektryczny  466
    10.4.3. Pojazd Connector 2001  466
    10.4.4. Peugeot BB1 Concept  467
    10.4.5. Fisker Karma  468
    10.4.6. Pojazd Lightyear  469
    10.4.7. Aptera Sol  470
    10.4.8. Dalszy rozwój pojazdów zasilanych energią Słońca  471
    10.5. Wyposażenie dodatkowe  472
    10.5.1. Dach słoneczny jako stacja ładowania  472
    10.5.2. Samochodowe panele PV  472
    10.5.3. Inne rozwiązania  473
    10.6. Transport kolejowy z udziałem energii Słońca  474
    10.6.1. Pociąg słoneczny w Belgii  474
    10.6.2. Trendy rozwojowe aplikacji PV w kolejnictwie  474
    10.6.3. Pociąg słoneczny w Australii  475
    10.7. Samoloty zasilane energią Słońca  476
    10.7.1. Prace NASA  476
    10.7.2. Solar Challenger  476
    10.7.3. Helios  476
    10.7.4. Solar Impulse  477
    10.7.5. Polski samolot słoneczny Phoenix  478
    10.8. Jednostki pływające zasilane energią Słońca  479
    10.8.1. Katamaran Sun 21  479
    10.8.2. Tramwaj wodny Słonecznik  479
    10.8.3. Katamaran pasażerski Solar  480
    10.8.4. Katamaran Tûranor Planet Solar  483
    10.8.5. Katamaran Energy Observer  484
    10.8.6. Łodzie solarne zespołu Fiten Solar Team  486
    10.8.7. Etapy projektowania łodzi zasilanych energią słoneczną  488
          Literatura do rozdziału 10  489
    11. Zagadnienia prawne, społeczne, ekonomiczne, normalizacja i recykling  494
    11.1. Wprowadzenie  494
    11.2. Strategia Unii Europejskiej dla energetyki słonecznej  495
    11.3. Koszt systemu fotowoltaicznego   500
    11.4. Problem autokonsumpcji  507
    11.5. Koszty zewnętrzne  508
    11.6. Normalizacja  509
    11.7. Konwersja fotowoltaiczna w promocji i edukacji  511
    11.8. Recykling modułów fotowoltaicznych  516
    11.8.1. Problemy recyklingu, koszty, technologie  516
    11.8.2. Linie pilotażowe odzysku i ponownego wykorzystania modułów krzemowych  518
    11.8.3. Metoda odzysku i ponownego wykorzystania modułów z CdTe  520
          Literatura do rozdziału 11  521
    12. Fotowoltaika w Polsce  526
    12.1. Możliwości sektora fotowoltaicznego  526
    12.2. Prace naukowo-badawcze 529
    12.2.1. Laboratorium Fotowoltaiczne Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN w Kozach  529
    12.2.2. Prace Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych  537
    12.2.3. Laboratorium Energetyki Odnawialnej w Sulechowie  538
    12.2.4. Słupski Inkubator Technologiczny  539
    12.2.5. Fotowoltaika w Parku Naukowo-Technologicznym Euro-Centrum w Katowicach  542
    12.3. Największe inwestycje fotowoltaiczne w Polsce  543
    12.3.1. Farmy fotowoltaiczne w Polsce  543
    12.3.2. Wybrane aplikacje fotowoltaiczne w budownictwie  548
    12.4. Producenci modułów  557
    12.4.1. EKOpower21 Sp. z o.o. z Warszawy  557
    12.4.2. Linia produkcyjna modułów Solar-Energy  557
    12.4.3. SELFA GE ze Szczecina  559
          Literatura do rozdziału 12  559
          Indeks nazwisk  563
Liczba szt.

Cena: 94.50 zł

Książki autora

Energia ze źródeł odnawialnych i jej wykorzystanie
Jastrzębska Grażyna
73.50 zł
Ogniwa słoneczne. Budowa, technologia i zastosowanie
Jastrzębska Grażyna
59.00 zł
Ogniwa słoneczne. Budowa, technologia i zastosowanie
Jastrzębska Grażyna
94.50 zł