Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 1
Kutatók éjszakája, 2009. szeptember 25.16:45 - 17:30
PTE TTK, 7624 Pécs, Ifjúság útja 6.E ép. 333. előadó
Dr. Német Béla,PTE, TTK, Környzetfizika és Lézerspektroszkópia Tanszék
"NULLA $ (€, Ft) költségű energiaforrások: napsugárzás, szélenergia"
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 2
NAP ENERGIA HASZNOSÍTÁS
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 3
A „napsugárzás fizikája”
Energetikai hasznosítás két fő útja:1. A sugárzás abszorpciójával az elnyelő közeget melegítjük,
növeljük a közeg atomjainak, molekuláinak hőmozgását (klasszikus példa: a talaj és a víz felmelegedése a természetben). (napkollektor)
2. A sugárzás egyes spektrális tartományán atomi és molekuláris elektron átmeneteket gerjeszt, fotofizikai, fotokémiai folyamatokat indít be, töltéshordozókat, főleg elektronokat szabaddá tesz (elektromos feszültséget, zárt körben áramot előállítani) (klasszikus példa a fotoszintézis) (napelem)
A Földre érkező elektromágneses sugárzás spektrális eloszlása.A teljes sugárzás teljesítményfluxusa a földfelszínen: 800 W/m2.Átlagos éves besugárzási szint Magyarországon:4 kWh/m2/nap=15 MJ/m2/nap.
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 4
A napsugárzás energetikai hasznosításának irányai (hőenergia, elektromos energia)
A napsugárzás hasznosításának eszközei:Használati melegvíz előállítás, fűtés rásegítés:- napkollektoros rendszerekElektromos energia előállítása:- napelemes (photovoltaic (PV) cell - C) rendszerek- naperőművek
Családi szint,kis közösségi szint,kisrégiós szint
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 5
Magyarország 1000 - 1300 kWh/m2/év
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 6
Napenergia; Évente begyűjthető mennyiség
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 7
HASZNÁLATI MELEGVÍZ ELŐÁLLÍTÁS
(HMV),
FŰTÉS RÁSEGÍTÉS
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 8
A használati melegvíz előállítása
4 fő részére, napi 200 liter 45oC-os víz elegendő.Qhmv=m*cvíz*(tm-tn), ahol• Qhmv - a felfűtési energia [kWh],• m - a felfűtendő víz tömege [kg],• Cvíz - a víz fajhője [ 4,2 kJ/kgK ],• tm - a kívánt hőmérséklet [ 45oC ],• tn _ - a hálózati víz hőmérséklete [ 15oC ]Qhmv = 200*4,2*(45-15)=25 MJ = 6,6 kWh
Tehát az egy napra szükséges használati melegvíz felfűtéséhez szükséges energia 25 MJ ~ 7 kWh.
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 9
Síkkollektor, vákuumcsöves
kollektor
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 10
Kollektor, kazán, hőtároló, vezérlő egység együttes rendszere
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 11
KOLLEKTOROS, HŐKONCENTRÁTOROS
ELEKTROMOS ENERGIA ELŐÁLLÍTÓ
ERŐMŰVEK
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 12
Parabola-Vályu-tükrös gőzturbinás erőmű
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 13
NapTornyos gőzturbinás erőmű
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 14
„NapTányéros” Stirling motoros erőmű
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 15
Lineáris-Fresnel tükrös gőzturbinás naperőmű
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 16
NAPELEMEKKEL (PV)EGYENÁRAMÚ ELEKTROMOS
ENERGIA ELŐÁLLÍTÁSÁRA
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 17
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 18
Napelem mint „tető”
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 19
Napelem mint „ablaküveg”
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 20
Napelem mint „falburkoló”
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 21
Napelemek, mint árnyékolók
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 22
Napelemek, mint árnyékolók
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 23
Napelemek, mint parkoló árnyékolók
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 24
Fotovillamos rendszerek hálózatra kapcsolása
Ha a fotovillamos rendszernek a villamos közmű hálózatra való kapcsolása lehetséges, akkor egyen-váltó átalakító (AC/DC inverter) alkalmazása szükséges .
Hálózatra kapcsolt rendszer számára saját tároló nem szükséges, mert ha nincs saját termelés, akkor a hálózatról vehető áram (óra: előre ill. visszafelé forog, vagy két fogyasztásmérő).
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 25
Alkalmazások épületszerkezetekbe integrálva és kollektorként
A fotovillamos modulok külön állványzata, vagy tartószerkezete és azok helyszükséglete megtakarítható az integrált és a kombinált megoldásokkal.
A főbb megoldási változatok a következők. a) Tetőcserép felületére felragasztott amorf szilícium
cellák. b) Tetőfedő elemként kiképzett fotovillamos modulok. c) Homlokzati üveg-borító elemekbe integrált
fotovillamos cellák.d) Vizes kollektorral kombinált fotovillamos rendszer.
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 26
SZÉL ENERGIA HASZNOSÍTÁS
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 27
Szélenergia; Széltérképek Európára
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 28
A „szél fizikája”
35,0 AvP )(1
212 h
hvv
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 29
Szélerőmű; 600 kW (elektromos
energia)
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 30
Szélerőmű belseje
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 31
Szélerő-művek
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 32
Németország 2003
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 33
Szél kerék, generátor
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 34
Szélkerék alkalmazás vízszivattyúzásra
A felszivattyúzott víz tárolható. Csúcsrajáratás• Centrifugál-szivattyú alkalmazása. Rugalmas üzem, változó
fordulatszámon is szállít, a hatásfoka fordulatszám-függő.• Térfogati (volumetrikus) szivattyú alkalmazása• Dugattyús, csavar, fogaskerék szivattyú. Nyomaték igényük
nem függ a fordulatszámtól; hatásfokuk jobb, mint a centrifugál - szivattyúké. Mivel a meghajtó villamos-motor nyomatéka fordulatszám-függő , szükséges egy DC-DC konverter (egyenáramú átalakító) alkalmazása. A DC-DC konvertert a fotovillamos modul és a meghajtó egyenáramú motor közé kell kapcsolni, hogy a szivattyú számára a szükséges nyomaték biztosítható, - azaz: a kimenő U ki feszültség megfelelő értékű legyen.
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 35
HOL TART A VILÁG?
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 36
ELEKTROMOS ENERGIA TÁROLÁS
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 37
Elektromos energia tárolása
• Akkumulátorsavas-ólom akkumulátorNiCd /nikkel-kadmium/ akkumulátor• Víztározó – tározós vízerőmű• Hidrogén előállítás, vízbontás• Metanol gyártás (Oláh) CO2 + H2 CH3OH• Motorokban, turbinákban történő
felhasználás
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 38
A tüzelőanyag cellák típusai
A tüzelőanyag cellák hidrogént oxidálnak katalitikus elektrokémiai folyamat során. A felhasznált elektrolit jellege szerint különböző típusú tüzelőanyag cellákat fejlesztettek ki:
- lúgos (AFC)- savas (PAFC)- olvadó karbonátos (MCFC)- szilárd oxid (SOFC)- szilárd polimer (PEM)- közvetlen metanol (DMFC)- mikroorganikus, biokémiai
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 39
Tüzelőanyag cellák működésénél cél: annak megakadályozása, hogy az oxidáció során a tüzelőanyag molekuláiból az elektronok az oxidálószerbe közvetlenül
átjuthassanak. Felépítés: anód - elektrolit - katód
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 40
Hibrid rendszerek; Kapcsolt rendszerek
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 41
Hibrid rendszerek; Kapcsolt rendszerek
A Hibrid rendszerek többféle forrásból egyféle energiát állítanak elő.
• szél és/vagy napenergiából (az időjárás függvényében) villamos energia.
• Diesel + napenergia -> villamos energiaA Kapcsolt vagy kombinált rendszerek egy
forrást többféle energia előállítására hasznosítják. • Kombinált rendszer: napenergiából fotovillamoság
és hő nyerése egyidejűleg, egy speciális kombinált berendezés segítségével.
Létezik hibrid-kombinált rendszer is.
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 42
Napelem + szélkerék
Szélkerék + napelem + inverter + akkumulátor
Eredmény 230 V váltóáram
Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája 43
SOK SIKERT KÍVÁNOK A JÖVŐ NEMZEDÉKNEK a
NULLA $ (€, Ft) költségű energiaforrások: napsugárzás,
szélenergia„
SAJÁT CÉLRA TÖRTÉNŐ
minél eredményesebb hasznosításában