UNIVERZITET U NIŠU
Tehnološki fakultet u Leskovcu
Membranski i separacioni procesi
Primena membranskih separacionih procesa u solarnoj tehnologiji
Mentor:
Prof.Dr Staniša Stojiljković
Kandidat:
Dusan Stamenković 4885
Leskovac, 2014
Sadržaj:
Uvod----------------------------------------------------------------------------------------------------4
1.
Energetske karakteristike fotonaponskih panela
------------------------------------------5
2. Pretvaranje solarne energije u električnu
---------------------------------------------------5
3.
Koncentrirajuće solarne elektrane
------------------------------------------------------------7
3.1 Koncentratori--------------------------------------------------------------------------------------7
3.2 Parabolični kolektori-----------------------------------------------------------------------------9
3.3 Sunčevi tornjevi-----------------------------------------------------------------------------------9
3.4 Fresnelovi kolektori-----------------------------------------------------------------------------10
3.5 Sunčeve uzgonske elektrane-------------------------------------------------------------------11
4.
Tehnologija solarnih fotonaponskih ćelija i modula
-------------------------------------12
4.1 Fotonaponska tehnologija----------------------------------------------------------------------13
5.
Princip rada
pn
spoja u solarnim ćelijama
------------------------------------------------16
5.1 Kristal silicijuma--------------------------------------------------------------------------------16
5.2 Kristali fosfora-----------------------------------------------------------------------------------17
5.3 Dopiranje-----------------------------------------------------------------------------------------17
5.4 Naboj----------------------------------------------------------------------------------------------18
5.5 Supstitucija silicijuma sa borom--------------------------------------------------------------18
5.6 Kretanje elektrona i šupljina-------------------------------------------------------------------18
5.6 Stvaranje
pn
spoja-------------------------------------------------------------------------------19
5.7 Sloj protarnog naboja---------------------------------------------------------------------------21
5.8 Napon u propusnom smeru--------------------------------------------------------------------21
5.9 Napon u zapornom smeru----------------------------------------------------------------------22
6.
Rad solarne ćelije
--------------------------------------------------------------------------------25
7.
Materijali
------------------------------------------------------------------------------------------26
Uvod
Solarna energija je energija sunčevog zračenja koju primećujemo u obliku svetla i toplote
kojom nas naša zvezda svakodnevno obasipa.
Sunce je najveći izvor energije na Zemlji. Sem neposrednog zračenja koje greje Zemljinu
površinu i stvara klimatske uslove u svim pojasevima, ovo zračenje je odgovorno i za stalno
obnavljanje energije vetra, morskih struja, talasa, vodnih tokova i termalnog gradijenta u
okeanima. Postupkom fotosinteze se sunčeva energija pretvara u biljnu masu koja na taj način
postaje pretvorena energija u celulozu ili drugi oblik ugljenih hidrata. Energija koja potiče iz
posrednog i neposrednog sunčevog zračenja se smatra obnovljivim izvorom energije jer se
njenim korišćenjem ne remeti značajno ravnoteža toka materije i energije u prirodi.
Sva konvencionalna, fosilna, goriva su takođe jedan oblik energije sunčevog zračenja.
Međutim, ova energija je akumulirana i u dugim procesima geoloških i hemijskih transformacija
zarobljena pod površinom Zemlje u obliku nafte, gasa ili uglja.
Ova energija se može iskoristiti na razne načine i upotrebiti kao toplotna, električna,
hemijska ili mehanička energija.
Najjednostavniji način je sakupljanje toplotne energije, pomoću solarnih kolektora koji
daju toplu vodu ili topao vazduh koji se mogu koristiti za grejanje tople vode za domaćinstvo,
bazene, radijatore ili podno grejanje. Još u vreme antičkih Grka je pisac Ksenofont opisao kako
se pametnim građenjem može iskoristiti sunčeva energija za grejanje kuća zimi. Danas se u
zgradama toplotna energija Sunca koristi pasivnim i aktivnim zahvatom korišćenjem
arhitektonskih i građevinskih tehnika.
Napredni način je neposredna proizvodnja električne energije fotonaponskim ćelijama.
Ovaj način podrazumeva da se postavljanjem panela poluprovodničkih osobina i izlaganjem
sunčevom zračenju neposredno dobija električni napon odnosno električna energija.
Solarna energija je u poslednje vreme stekla veliku popularnost kao obnovljivi izvor
energije koji sa sobom ne donosi zagađenje povezano s fosilnim gorivima.
1. Energetske karakteristike fotonaponskih panela
Jedan od rasprostranjenih načina dobijanja električne energije iz obnovljivih izvora jeste
pomoću solarnih ćelija. Ćelije se ređaju u nizove koji formiraju modul. Zavisno od mesta
ugradnje, moduli mogu dalje biti smešteni u panele koji se montiraju na omotač objekta ili mogu
biti sastavni deo staklenog omotača ili krovnog pokrivača.
Konvencionalne solarne ćelije koriste vidljivu i infracrvenu svetlost za proizvodnju
energije. Nasuprot tome, novije solarne ćelije koriste ultraljubičasto zračenje. Korišćene kao
zamena za prozorsko staklo, ili postavljene preko njega, površina za instalaciju može biti velika,
što vodi ka kombinovanju prednosti funkcije proizvodnje energije, osvetljenja i kontrole
temperature. Fotonaponski paneli pretvaraju sunčevu svetlost u električnu energiju direktno, bez
ikakvih štetnih gasova. Sistem se može koristiti decentralizovan, odnosno može se razviti u
blizini potrošača i bez gubitaka energije na prenosnoj mreži. Prednost integrisanih fotonaponskih
ćelija nad uobičajenim neintegrisanim sistemima je u tome što se početni troškovi neutralizuju
redukcijom količine utrošenog građevinskog materijala i radne snage potrebne za izgradnju dela
zgrade koga zamenjuju ovi moduli. Ove prednosti čine integrisane module segmentom
fotonaponske industrije koji se najbrže razvija.
Fotonaponski sistemi su veoma pouzdani na dugi rok. Prosečna garancija za ovu vrstu
proizvoda je 20-25 godina, koliko, u stvari, oni i postoje. Za duži rok mora da prođe još vremena
da bi se dokazalo. Do 2020. godine biće konkurentni maloprodajnoj ceni električne energije u
Evropi. Sistemi skoro da ne iziskuju nikakvo održavanje. Fotonaponski moduli, za razliku od
drugih građevinskih materijala, proizvode energiju i stoga pružaju vlasniku mogućnost da povrati
početnu investiciju u njihovu ugradnju.
metalnoj elektrodi skupljaju se elektroni – negativno naelektrisani, a na poluprovodničkoj
elektrodi pozitivna naelektrisanja pa nastaje razlika potencijala. U upotrebi su: bakar-oksid na
bakru, selen na gvožđe i silicijum na gvožđe. Stepen delovanja fotoelementa je vrlo nizak (11-
14%)
3. Koncentrirajuće solarne elektrane
3.1 Koncentratori
U slučaju primene solarne energije za napajanje ventilacionih sistema, proizvodnju
električne energije i industrijske potrebe, solarni paneli ne mogu obezbediti dovoljno visoku
temperaturu nosećeg fluida da bi sistem bio efikasan. U ovom slučaju solarni paneli se obično
koriste u prvim fazama procesa ulaznog zagrevanja; temperatura fluida se nakon toga još više
podiže posredstvom konvencionalnih sistema zagrevanja. Alternativno, u primeni se mogu naći
kompleksniji i skuplji koncentracioni kolektori. Ovi uređaji reflektuju zrake Sunca sa velike
površine na malu zacrnjenu prijemnu površinu. Intenzitet svetlosti je skoncentrisan na jednu
tačku da bi se dobile temperature od nekoliko stotina do nekoliko hiljada stepeni Celzijusa;
koncentratori se pomeraju prateći putanju Sunca uređajima koji se nazivaju heliostati.
Koncentratori koriste zakrivljena ogledala sa reflektujućom površinom izrađenom od
aluminijuma ili srebra koja pokriva podlogu od stakla ili plastike. Naučnici razvijaju jeftine
polimerne filmove koji bi trebalo da zamene staklo a pored toga je inovirana i tehnologija koja
koristi savitljivu membranu razvučenu preko čela cilindra i još jednu takvu preko zadnjeg dela
