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 pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma 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 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma 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 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Mono/single Crystalline 1.56 m x 0.8 m Modül Alanı: Am = 1.25 m2 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma 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 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Poly-Crystalline 2 m x 0.95 m Modül Alanı: Am = 1.9 m2 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Poly-Crystalline Örnek seçilen modül: SunTech STP270 o 25 0C sıcaklığındaki güç: Pm = 270 W @ 25 C 25 0C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: Pm, d = 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 45 0C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: P PmT 245W = = = 129 W/m 2 2 Am 1.9 m T P 245W m 0 η = = = %12.9 45 C sıcaklığındaki verim: T s W Pd × A 1000 2 × 1 . 9 m m2 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Çok jonksiyonlu (multijunction, tandem): a-Si/c-Si 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) Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Çok jonksiyonlu (multijunction, tandem): a-Si/c-Si 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 45 C sıcaklığındaki verim: T s W Pd × A 1000 2 × 1 . 7 m m2 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma CdTe ince film 1.2 m x 0.6 m Modül Alanı: Am=0.72 m2 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma CdTe ince film Örnek seçilen modül: Calyxo CX-65 o 25 0C sıcaklığındaki güç: Pm = 65W @ 25 C 25 0C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: Pm, d = 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 45 0C sıcaklığındaki güç yoğunluğu: P PmT 62 W = = = 86 W/m 2 2 Am 0.72 m T P 62 W m 0 η = = = %8.6 45 C sıcaklığındaki verim: T 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 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Dye Sensitized PV Organic PV Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma 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 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma 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 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma GEPA: Güneş Enerjisi Potansiyel Atlası (www.eie.gov.tr) Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma 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 100 m 2 alandan YııllıkEnerji Üretimi : 1400 CdTe Verim %9@ 25 oC Verim %8.6@ 45 oC 100 m 2 alandan YııllıkEnerji Üretimi : 1400 kWh × 100m 2 × 0.086 = 12040 kWh 2 m yıı kWh × 100m 2 × 0.13 = 18200 kWh 2 m yıı Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma •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 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma 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 Güneş pili sistem bileşenleri, seçim ve boyutlandırma 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 Taşıyıcı yapılar Yatay eksenli Sabit eksenli (Yükseklik açısını izliyor) Düşey eksenli (Azimuth açısını izliyor) Taşıyıcı yapılar 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 Taşıyıcı yapılar 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 Taşıyıcı yapılar 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 Taşıyıcı yapılar 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 Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World 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) Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Jumilla (Murcia) Location / Startup Date La Hoya de Vicentes, Spain/2007 Nominal Power 23 MWp Power per meter square 23 W/m² Global Radiation 1750 kWh/m²-year Type of modules Multi- Number of modules 120,000 modules Support System single-axis Electricity Production 30,000 MWh/year Energy/ peak power 1300 MWh/MWp-year Cont. power equ. Factor 0.15 CO2 Reduction 1826 t/MW-year Manufacturing and installation cost 9.39 $/W Operating and Maintenance cost 0.09 $/W-year Feed-in Tariffs 0.44 €/kWh (64.73 ¢/kWh) Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Solarpark Calavéron Location / Startup Date Calavéron, Spain / 2008 Nominal Power 21 MWp Power per meter square 21.2 W/m² Global Radiation 1750 kWh / m²-year Type of modules Multi- Number of modules 96,000 modules Support System dual-axis Electricity Production 40,000 M Wh / year Energy/ peak power 1886 MWh / MWp-year Cont. power equ. Factor 0.22 CO2 Reduction 1839 t / MW-year Manufacturing and installation cost N/A Operating and Maintenance cost N/A Feed-in Tariffs 0.44 €/kWh (64.73 ¢/kWh) Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Solarpark Beneixama Location / Startup Date Province Alicante, Spain/2007 Nominal Power 20 MWp Power per meter square 40 W/m² Global Radiation 1934 kWh/m²-year Type of modules Multi- Number of modules 100,000 modules Support System single-axis Electricity Production 30,000 MWh/year Energy/ peak power 1500 MWh/MWp-year Cont. power equ. Factor 0.19 CO2 Reduction 1500 t/MW-year Manufacturing and installation cost N/A Operating and Maintenance cost N/A Feed-in Tariffs 0.44 €/kWh (64.73 ¢/kWh) Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World SinAn Power Plant Location / Startup Date Jeollanam-do, South Korea/2008 Nominal Power 20 MWp Power per meter square 33 W/m² Global Radiation 1314 kWh / m²-year Type of modules N/A Number of modules 108,864 modules Support System single-axis Electricity Production 33,000 MWh / year Energy/ peak power 1650 MWh / MWp-year Cont. power equ. Factor 0.19 CO2 Reduction 1200 t / MW-year Manufacturing and installation cost 7 $/W Operating and Maintenance cost 0.07 $/W-year Feed-in Tariffs 677.38 KRW/kWh (0.4 €/kWh, 51 ¢/kWh) Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Nellis Solar Power Plant Location / Startup Date Nevada, USA / 2007 Nominal Power 14 MWp Power per meter square 24.56 W/m² Global Radiation 1800 kWh / m²-year Type of modules Mono- Number of modules 70.000 modules Support System single-axis Electricity Production 25,000 MWh / year Energy/ peak power 1785 MWh / MWp-year Cont. power equ. Factor 0.2 CO2 Reduction 1785 t / MW-year Manufacturing and installation cost 7.143 $/W Operating and Maintenance cost 0.07 $/W Feed-in Tariffs 40 ¢/kWh (0.31 €/kWh) Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World Serpa Solar Power Plant Location / Startup Date Alentejo, Portugal / 2007 Nominal Power 11 MWp Power per meter square 18.3 W/m² Global Radiation 1900 kWh / m²-year Type of modules N/A Number of modules 52,000 modules Support System single-axis Electricity Production 23,000 MWh / year Energy/ peak power 2.090 MWh / MWp-year Cont. power equ. Factor 0.24 CO2 Reduction 2727 t / MW-year Manufacturing and installation cost N/A Operating and Maintenance cost N/A Feed-in Tariffs 0.32 €/kWh (41 ¢/kWh) Some Examples of MW-scale PV Power Plants in the World A Brief Comparison of the MW-scale PV Power Plants in the World Fuente Álamo Spain Name of Power Plant Waldpolenz Germany Jumilla Spain Calavéron Spain Beneixam a Spain SinAn Korea Nellis USA Serpa Portugal Nominal Power (MWp) 40 23 21 20 20 14 11 26 Startup Date Dec 2009 Nov 2007 May 2008 Sep 2007 Jan 2007 Sep 2008 Power per meter square (W/m2) 36 23 21 40 33 25 18 42 Global Radiation (kWh/m²-year) 1121 1750 1750 1934 1314 1800 1900 1750 Type of Modules Thin-film (CdTe) Multi-c N/A Multi-c N/A Mono-c N/A Mono&Multi -c Support System fixed single- dual- N/A single- single- single- N/A Electricity Production (MWh/year) 40,000 30,000 47,400 30,000 33,000 25,000 23,000 44,000 Energy per Peak Power (MWh/MWpyear) 1,000 1,300 2,052 1,500 1,650 1,785 2,090 1,692 Continuous Equivalent Power Factor (MWx 8760h/MWh) 8.76 6.74 4.27 5.84 5.31 4.91 4.20 5.18 CO2 Reduction (t/W-year) 0.63 1.83 2.16 1.50 1.20 1.79 2.73 0.58 Manufacturing and Installation Cost ($/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,