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