"NULLA $ (€, Ft) költségű energiaforrások: napsugárzás, szélenergia" 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

NAP ENERGIA HASZNOSÍTÁS Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

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

A napsugárzás energetikai hasznosításának irányai (hőenergia, elektromos energia) A napsugárzás hasznosításának eszközei: Használati melegvíz előállítás, fűtés rásegítés: - napkollektoros rendszerek Elektromos energia előállítása: - napelemes (photovoltaic (PV) cell - C) rendszerek - naperőművek Családi szint, kis közösségi szint, kisrégiós szint Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Magyarország 1000 - 1300 kWh/m2/év Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Napenergia; Évente begyűjthető mennyiség Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

HASZNÁLATI MELEGVÍZ ELŐÁLLÍTÁS (HMV), FŰTÉS RÁSEGÍTÉS Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

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

Síkkollektor, vákuumcsöves kollektor Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Kollektor, kazán, hőtároló, vezérlő egység együttes rendszere Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

KOLLEKTOROS, HŐKONCENTRÁTOROS ELEKTROMOS ENERGIA ELŐÁLLÍTÓ ERŐMŰVEK Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Parabola-Vályu-tükrös gőzturbinás erőmű Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

NapTornyos gőzturbinás erőmű Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

„NapTányéros” Stirling motoros erőmű Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Lineáris-Fresnel tükrös gőzturbinás naperőmű Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

EGYENÁRAMÚ ELEKTROMOS ENERGIA ELŐÁLLÍTÁSÁRA NAPELEMEKKEL (PV) EGYENÁRAMÚ ELEKTROMOS ENERGIA ELŐÁLLÍTÁSÁRA Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Napelem mint „tető” Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Napelem mint „ablaküveg” Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Napelem mint „falburkoló” Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Napelemek, mint árnyékolók Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Napelemek, mint árnyékolók Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Napelemek, mint parkoló árnyékolók Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

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

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

SZÉL ENERGIA HASZNOSÍTÁS Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Szélenergia; Széltérképek Európára Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

A „szél fizikája” Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Szélerőmű; 600 kW (elektromos energia) Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Szélerőmű belseje Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Szélerő-művek Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Németország 2003 Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Szél kerék, generátor Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

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

HOL TART A VILÁG? Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

ELEKTROMOS ENERGIA TÁROLÁS Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

Elektromos energia tárolása Akkumulátor savas-ólom akkumulátor NiCd /nikkel-kadmium/ akkumulátor Víztározó – tározós vízerőmű Hidrogén előállítás, vízbontás Metanol gyártás (Oláh) CO2 + H2 CH3OH Motorokban, turbinákban történő felhasználás Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

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

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

Hibrid rendszerek; Kapcsolt rendszerek Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

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 energia A 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

Napelem + szélkerék Szélkerék + napelem + inverter + akkumulátor Eredmény 230 V váltóáram Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája

SOK SIKERT KÍVÁNOK A JÖVŐ NEMZEDÉKNEK a NULLA $ (€, Ft) költségű energiaforrások: napsugárzás, szélenergia„ SAJÁT CÉLRA TÖRTÉNŐ minél eredményesebb hasznosításában Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája