Napenergia s hasznostsa Napenergia Tnyek Az egy nap

Napenergia és hasznosítása

Napenergia Tények Az egy nap alatt sugárzással érkező energia többszöröse a más forrásból származó energiának. n Jól tervezett épület esetén az energiafelhasználás 1/3. . 1/2 része fedezhető napenergiával. n A napenergia felhasználás az összes energiafelhasználás kb. 1, 5%-át teszi ki. n

Sugárzások A sugárzási energia forrása a Napban végbemenő fúziós folyamat. n A beeső sugárzás a légkör jellemzőitől függ. n Sugárzási komponensek: Ø Direkt (közvetlen) sugárzás Ø Diffúz sugárzás Ø Visszavert sugárzás n

Sugárzás energiamérlege

Sugárzási energia (éves)

Elegendő? n Éves átlagos primer energiahordozó teljesítmény-igény a világon: 16 TW n Átlagos sugárzási teljesítmény a légkör határán: 1360 W/m 2 n A Föld keresztmetszetének területe: πR 2=1, 29· 1014 m 2 =1 n A napsugárzás teljesítménye a légkör határán: 1, 76· 1017 W n Ebből az atmoszférán átjut: 9, 1· 1016 W

Elegendő? n A Nap állásszögének változása, időjárási viszonyok és a nappal/éjszaka váltakozások miatt átlagosan 200 W/m 2 hasznosítható. n Napcella hatásfok: ~10% → 20 W/m 2. n A szükséges terület: 8· 1011 m 2 = 800 000 km 2

Elegendő? 5 darab 3, 2 TW teljesítményű naperőmű

Napenergia hasznosítás Elterjedt megoldás: használati melegvíz készítés n Típusok: n Ø aktív, Ø passzív. Közvetlen HMV készítés

Aktív napenergia hasznosítás A napsugárzás által melegített közeget hőcserélőn keresztül használjuk. n Típusok: n Ø síkkollektor Ø melegített tároló Ø termoszifon

Síkkolektorok Abszorber: vékony fémlemez. n A csövekben folyadék kering, mely elszállítja a hőt. n

Kollektor hatásfok

Melegített tároló Előmelegített vizet tovább melegítünk vagy temperálunk. n A tartályokon sugárzáselnyelő bevonat van. n A vizet tovább melegítjük felhasználás előtt. n

Termoszifon Kollektorral együtt működik. n A víz sűrűség szerinti rétegződését használja. n

Passzív napenergia hasznosítás n Az épület maga a kollektor és a tároló. n Nincs aktív elem (szivattyú, ventilátor stb. ). n Az épület anyaga az abszorbens. n Típusok: Ø Közvetlen sugárzás hasznosítás Ø Közvetett sugárzás hasznosítás Ø Üvegházzal kiegészített hasznosítás

Közvetlen passzív hasznosítás Nagy felület nyitott a sugárzás számára. n Az építőanyag-tömeg energiatárolóként működik. n A nappal elnyelt energiát éjszaka kisugározza. n

Közvetett passzív hasznosítás A ház egy része a kollektor és a tároló. n Hőszállítás természetes cirklulációval. n Elterjedt módszer a Trombe-fal (tömegfal), mely abszorber és energiatároló. n

Kiegészítő üvegház A direkt és indirekt módszer kombinációja: a tömegfal víztartály. n A termoszifon hatás használható közvetlen légfűtésre, akár mesterséges keringtetéssel is. n

Energiatárolás n Melegvízre, fűtésre hideg éjszakákon (is) szükség van → tárolót kell építeni. n A tároló nagyságát az anyagjellemzők és az igények (nagyság, időtartam) határozzák meg. n Hőtárolás: szilárd test, folyadékgőz fázisváltozással.

Nagyléptékű energiaátalakítás: Naperőmű Napvályú Naptányér

Naperőmű: Központi torony

Naperőmű: Központi torony

Heliosztatikus tükörmező

Naperőmű: Szoláris farm

Szoláris farm 354 MW beépített teljesítőképesség (USA, Kalifornia állam)

Stirling motor alkalmazása §Heliosztatikus tükörrendszer, §Kisteljesítményű alkalmazások, §Magas technikai felkészültség, §Kisebb területfoglalás

Naperőmű: Napkémény

Napkémény: A prototípus n n n Manzanares (Spanyolország, Madridtól délre). Üzemidő: 1986 július - 1989 február. Csúcsteljesítmény: 50 k. W. Kollektor átmérő: 240 m, felület 46 000 m 2. Kéményátmérő: 10 m, magasság: 195 m.

Fotovoltaikus energiaátalakítás (PV) Cellák felépítés n Fotovillamos jelenség n Előnyök és hátrányok n

Fotovillamos jelenség Történeti áttekintés: 1839 Becquerel: fényelektromos hatás; 1877 Fritts: Se fotocella (hatásfok: 1%); 1950: félvezetők alkalmazása; 1958: napcella az űrkütatásban (Vanguard -1 műhold, 6%)

Félvezető anyagok n Szilícium (Si) (leggyakoribb) n Gallium-arzenid (Ga. As) n Kadmium-telurid (Cd. Te) n Réz-indium-diszelenid (Cu. In. Se 2)

Si egykristály cellák n n A PV cellák többsége ezzel a technológiával készül. A szilícium-dioxid (Si. O 2) a cellagyártás alapanyaga. Finomítás → tisztítás → olvasztás → újrakristályosítás → cellagyártás. Foszfort és bórt használnak szennyezőként a félvezető rétegek előállításához (n-p rétegek). A rétegeket egyesítik: létrejön a fotovillamos cella.

Cellagyártás Si. O 2 mindenütt megtalálható egykristály gyártás cellagyártás

Hogyan lesz a cellából panel? n n n A PV rendszer alapköve a cella. A cellafeszültség 0, 5 és 1 V közötti. A cellákat modulokba, a modulokat panelekbe rendezik. A jobb használhatóság érdekében DC→AC konverterrel látják el a paneleket. A panel önmagában már használható.

Fotovillamos jelenség Az elnyelt foton elektront „üt ki” a helyéről. n A P-ral szennyezett nréteg elektrontöbblettel rendelkezik, mely a Bral szennyezett prétegbe vándorol. n Külső összekötéssel villamos áramkör hozható létre. n

PV cella felépítése

PV modul felépítése

Hatásfok 25 Hatásfok (%) 20 15 10 monokristályos Si amorf Si nano Ti. O 2 5 1950 Cu. In. Se 2/Cu. In. Ga. Se Cd. Te 1960 1970 1980 1990 2000 25 °C és 1 k. W/m 2 mellett; általában cella: 14. . 17%, modul: 11. . 13%

Egy rövidfilm…

PV rendszerek Szigetüzemű Hálózatra kapcsolt

Fotovillamos rendszer

Alkalmazási előnyök n Tiszta technológia, kevés környezeti hatás (területfoglalás). n Nincs légszennyezés. n Nincs üvegházhatású gáz kibocsátás.

Gyártás n Veszélyes anyagok felhasználás + magas hőmérséklet → energiaigényes = drága. n A gyártási költség a mennyiség növekedésével csökken.

Üzemidő n Általában 20. . 30 év. n Hatásfokromlás kb. 1%/a. n Folyamatos kutatás és fejlesztés: – nagyobb hatásfok, – elhasznált cellák feldolgozása. n Megtérülési idő: 15. . 20 a.

Leszerelés n Hulladék csak az üzemidő végén keletkezik. n Megesemmisítéskor veszélyes anyagok és mérgező gázok keletkeznek. n Energiaigényes (magas hőmérséklet).

Előnyök/Hátrányok n n n A félvezető cellák előállítása meglehetősen drága. Csökkenti az energiafüggőséget. A PV cellák gyártása munkahelyet teremt(het). A gyártás rendkívül energiaigényes. Nem jár veszélyes anyagok szállításával. A napenergia szabadon, bárki által hozzáférhető!

Előnyök/Hátrányok n n n A PV cellák széles körben alkalmazhatók. Nincs zaj és légszennyezés. Karbantartási igény minimális, karbantartási időszak hosszú. Szigetüzemben és hálózatra kapcsoltan is üzemeltethető. Gyártás és leszerelés: veszélyes hulladékok keletkeznek.