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

Az előadások a következő témára: ""NULLA $ (€, Ft) költségű energiaforrások: napsugárzás, szélenergia""— Előadás másolata:

1 "NULLA $ (€, Ft) költségű energiaforrások: napsugárzás, szélenergia"
Kutatók éjszakája, szeptember : :30 PTE TTK, 7624 Pécs, Ifjúság útja 6. E ép 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 rendszerek Elektromos 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 EGYENÁRAMÚ ELEKTROMOS ENERGIA ELŐÁLLÍTÁSÁRA
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” 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
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

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 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

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 Nulla $ Nap Szél Kutatók Éjszakája