uniwersytet warmińsko-mazurski w olsztynie - europejskie … · 2013-05-11 · bisnep - wspar ie...
TRANSCRIPT
EUROPEJSKIE SŁONECZNE DNI
ENERGIA SŁOŃCA
FOTOWOLTAIKA – TECHNOLOGIE,
OPŁACALNOSĆ, REALIZACJE Olsztyn 9 MAJA 2013 R.
Fotowoltaika - stan obecny oraz kierunki
rozwoju w Polsce oraz UE
Adam Cenian
IMP PAN
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Słońce (reaktor termojądrowy) - główne źródło energii na Ziemi
układy PV
kolektory słoneczne
PVT (hybrydowe)
skoncentrowane źródła termiczne (concentrated solar)
ale również
biomasa (w tym źródła kopalne: węgiel, ropa, gaz, …)
wiatr
woda
Energia słoneczna docierająca do powierzchni Ziemi przekracza o wiele rzędów
nasze zapotrzebowanie !!!
Poza tym zakresem:
energetyka jądrowa, w tym z rozpadu i syntezy jądrowej oraz naturalna (geotermia)
energia pływów (elektrownie morskie)
…
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
źródło postać energii udział (%) moc (PW)
słońce promieniowanie
elektromagnetyczne
99,978 174
energia jądrowa
wnętrza Ziemi
ciepło 0,02 0,03
energia pływów
morskich
energia
mechaniczna
0,002 0,003
Źródła energii na Ziemi, PW
1 PW = 1015 W
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Annual Global
PV Installations,
2007-2016
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Energetyka w EU - Udział różnych źródeł
energii elektrycznej OZE – 19 % (2010) – 33% (2020)
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Energetyka w EU - Udział różnych źródeł energii el.
3.3% 0.6 - 3% 2010 - 2020
Spadek cen - 2017
Poza znanym pakietem 3 x 20 dla rozwoju PV ważna jest DIRECTIVE 2010/31/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT
AND OF THE COUNCIL of 19 May 2010
on the energy performance of buildings
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Buildings account for 40 % of total energy consumption in
the Union
Article 9
Nearly zero-energy buildings
1. Member States shall ensure that:
(a) by 31 December 2020, all new buildings are nearly
zero- energy buildings; and
(b) after 31 December 2018, new buildings occupied and
owned by public authorities are nearly zero-energy
buildings.
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
PV wg NREAP in EU (27)
100 GW world
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
the price at which electricity must be
generated from a specific source to break
even over the lifetime of the project
2017
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Efficiency/Performance-Adjusted Module Supply Stack, Q4 2013E
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Technologie PV
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
• I generacja (krzem)
Polikrystaliczne
Monokrystaliczne
Amorficzne
• II generacja (TF, in)
– GaAs
– CdTe
– CIS, CIGS
• III generacja
– Barwnikowe
– Organiczne
– Polimerowe
– Termoelektryczne
www.arrakis-group.com www.tf.uni-kiel.de
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Udziały na rynku technologii w % 2010
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Złącze p – n ( prekursor PV)
Styk obszarów o rożnym typie przewodnictwa ('p' oraz 'n') wytworzony w
obrębie tego samego materiału półprzewodnikowego.
• domieszkowanie zmienia w sposób istotny własności półprzewodnika
• domieszki powodują powstawanie dodatkowych poziomów
energetycznych w strukturze pasmowej
• p – przewodnictwo dziurowe
• n – przewodnictwo elektronowe
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
• Dziury z p do n • Elektrony z n do p • Id – prąd dyfuzji (ruch nośników
większościowych) przeciwny do • Iu – prądu dryfu (ruch nośników
mniejszościowych)
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Powstaje warstwa zaporowa – warstwa zubożona (lub zneutralizowana) w ładunki –
pojawia się napięcie
domieszka np. boru (3) domieszka np. P (5)
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Metoda
Czochralskiego
2013 rokiem
Jana Czochralskiego
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
p - type
Proces produkcji ogniw PV
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Formowanie złącza
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Ogniwo c – Si budowa
emiter – grubość: kilka μm
baza – grubość: ok. 300 μm
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Energetyka solarna – perspektywy PV
Perspektywy i wyzwania energetyki solarnej
+ wysoki koszt energii
- zwiększenie sprawności układów solarnych: PV > 15%
Perspektywa zrównania ceny energii do roku 2017
+ skojarzona produkcja prądu i ciepła – PVT
+ inteligentne sieci (smart grid)
+ zmienna produkcja energii – magazynowanie (dzienne i sezonowe)
+ (solar thermal) integracja z budynkami, układy chłodzenia, integracja i eksploatacja
dużych instalacji, materiały polimerowe przewodzące ciepło, technologie odsalania,
funkcjonalne materiały i powierzchnie (np. anty-refleksyjne, samoczyszczące,
pokrycia antykorozyjne, tanie szkła o wysokiej transmitancji – przepuszczalności
i zmiennych własnościach optycznych, PCM, … )
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
I – technologie na bazie Si
II – cienkowarstwowe,
inne półprzewodniki
nieorganiczne
III – barwniki, polimery,
organika 32%
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
87%
66%
niedostateczna absorpcja
+ modyfikacja i koncentracja
promieniowania
+ modyfikacja materiałów i
konstrukcji
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
układy modyfikujące i koncentrujące padające promieniowanie
z fotonu o wysokiej energii generujemy dwa o energii
mniejszej lub
z dwóch fotonów o zbyt małej energii jeden o energii
większej od przerwy energetycznej
koncentratory
1000 słońc
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Warstwa antyodbiciowa - antyrefleksyjna
Teksturowanie powierzchni krzemu
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Czarny krzem (Natcore Technology/ NREL - 1998)
sprawność teoretyczna: 30-40% 12.10.2012 – 18,6 % (Natcore)
33
Laser Trawienie chemiczne (nanocząstki Au, Ag, Cu)
Nowe materiały…
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
wielozłączowe ogniwa PV (Multi – junction solar cells)
Obecny rekord wydajności tego rozwiązania to 37% przy koncentracji 173 słońc
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Ogniwa z poziomami przejściowymi Ogniwa z wykorzystaniem studni kwantowych
dodatkowe poziomy energetyczne, aby fotony o różnych energiach
mogły by absorbowane
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
PV na kropkach kwantowych
kropki kwantowe umożliwiają wydajną
wielokrotną generację par elektron-
dziura z pojedynczego fotonu o
odpowiedniej energii
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Nowe cienkowarstwowe CIGS 13.4%
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
38
Nowe technologie…
produkcja ogniw
elastycznych
Roll 2 Roll
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Ogniwa fotowoltaiczne trzeciej generacji
Barwnikowe Organiczne Polimerowe Termoelektryczne
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Ogniwa słoneczne uczulone barwnikiem
Dye – Sensitized Solar Cells DSSC
Ogniwa Barwnikowe
Ogniwa Grätzela
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Zastosowania
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
The Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE, www.ise.fraunhofer.de/en
Nowe zastosowania…
Barwnikowe ogniwa fotowoltaiczne
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
15 min. ładowania - 1 min. świecenia wydajność: 4%
Nowe zastosowania…
barwnik – kolor ogniwa
Sony
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
MNACTEC Terrassa in Spain
Building-integrated
photovoltaics (BIPV) Instalacje samodzielne
Nowe zastosowania…
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
ZALETY - półprzezroczyste
- działanie niezależnie od kąta padania promieni
- lekkie
- blokuje światło IR i UV
- łatwa instalacja
- dowolna długość
- nietoksyczne, brak metali ciężkich
46
Nowe zastosowania…
Szklarnia, Brookdale
Fruit Farm of Hollis,
New Hampshire, USA
standard 83
z ogniwami 80
standard 154
z ogniwami 152
standard 22
z ogniwami 23
standard 20
z ogniwami 24
wydajność / lbs (czerw - wrzes, 2011)
fotowoltaika czy elektrownie wiatrowe,
pompy ciepła bądź biogazownie ?
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
EWEA (European Wind Energy Association ) podała,
+ największy udział w miksie nowych mocy zainstalowanych w ubiegłym roku
miały źródła fotowoltaiczne (PV) -16,75 GW. Takich elektrowni w ubiegłym
roku nie wyłączano z eksploatacji.
+ farm wiatrowych przybyło o mocy 11,566 GW, a z eksploatacji wyłączono
takie elektrownie o mocy 207 MW.
+ rosła moc zainstalowana elektrowni gazowych - 10,535 GW, ale też sporo
ich wycofano z użytku, bo o mocy 5,495 GW.
Jednak potrzebny mix, ze względu na stabilność dostaw
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Elektrownia OZE
dopasowana
do potrzeb
Kombikraftwerk
Kassel
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Smart grid – regulacja popytu i podaży
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Zwiększone użycie energii
słonecznej będzie prowadziło
do redukcji emisji CO2 o około
730 mln ton metrycznych.
Ponadto do 2020 roku
energetyka słoneczna stworzy
2.25 mln. nowych miejsc pracy.
Korzyści dodatkowe
najlepsze praktyki - PVT
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Ze wzrostem temperatury spada
sprawność generacji prądu
+ odbiór ciepła i …
magazynowali je z wykorzystaniem pc
najlepsze praktyki
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Magazyny
ciepła w Danii
Podsumowanie
BISNEP - WSPARCIE DLA BIZNESU I INNOWACJI W PÓŁNOCNO – WSCHODNIEJ POLSCE
Energetyka solarna jest ważnym energetycznego miksu OZE
Energia solarna przekracza wielokrotnie zapotrzebowanie
ludzkości na energię
Wraz ze spadkiem cen i/lub wzrostem sprawności układów rola
PV w miksie będzie rosła
Technologie PV są na początku drogi czeka nas
prawdopodobnie wiele przełomów.
Możliwa jest znaczący wzrost udziału OZE w miksie pod
warunkiem rozwiązania problemu magazynowania energii
Dziękuję za uwagę