A Nap Napja - Gödöll 2014 Június 15 Véghely Tamás Napenergia szakért , oktató
az ISES az MNT és a MMESZ tagja Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
1/65
Kutatás fejlesztés Kisérlet a napelem ipar áttekint összefoglalására
NEXT Generation PV research targets
State-of-art
USA kutatási programok 2008 -2014 2
Agenda - Tartalomjegyzék
• • • • • • •
Termikus hasznosítás Rövid történeti áttekintés Kutatások Elméleti területen A gyártástechnológia területén Az alkalmazástechnika területén új eszközök, újdolgok bemutatása Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
3
Koncentrátor nélkül
Koncentrátoros megoldások
Síkkollektor Vákuumcsöves kollektor Egyfalú Kett s falú (Dewar) Cs a cs ben „Leveg kollektor”
CPC kollektor Dish Stirling Parabola vályús Fresnel Power tower
STE
Solar thermal electricity
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
Dish Stirling Mojave
r la
w w
g . w
o s a i a
Mojave Desert solar farm, which is expected to start commercial operations in 2011. Since 2008, PG&E has signed PPAs for more than 1900 MW of CSP plants. The countersigning companies include NextEra Energy Resources, Abengoa Solar, NRG Energy and Bright Energy Sources.
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
Parabola kollektor T>360 Cels
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
Fresnel tükör
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
köd közeg: só olvadék
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
Rankin vagy hasonló típusú er
komplex megújuló energia képzés
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
A legnagyobb STE: Ivanpah USA
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
Ivanpah 377 MW
r la
w w
g . w
o s a i a
Napkor Szaki
komplex megújuló energia képzés
GYÁRTÁS
ELMÉLET A hatásfok fejl dése Új alap anyagok Új adalékok Új koncepciók Quantum dot Dye napelemek Önszervez Nano-technika
Tömeggyártás Automatizálás
w w
ALKALMAZÁS Ipar Mez gazdaság Közlekedés E-mobil rtechnika Település Város
o s a i a
Új technikák a Min ség ell.-ben
g . w
r la
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
m o c .
[email protected]
ÚJ DOLGOK
Napelemes ing Napelemes táska Napelemes sátor Napelemes fa Energia tárolás
16
m o c .
Ma sokan azt hiszik hogy …
r la
A napenergia nem képes biztonságosan fedezni az igényeket A megoldást az atomenergia jelentheti
o s a i a
A napelemek hatásfoka csekély
w w
g . w
17/65
Átalakító berendezés v. technológia
Átalakítási hatásfok %
Égetéses er
10-50
vek
Gáztbina
m o c .
Max 40-45
Kombinált ciklusú er
(gáz +g z)
Max 60
r la
Vízturbina
90
Szélgenerátor
59 (elméleti határ)
Napelem (jelenleg)
18-22 (ürtechnika 40-60)
Napelem (MEG technológia)
114 (2007-2012) ……. 180 % 2015
Üzemanyag cella Víz elektrolízis
50-70 (elméleti max80-94)
Fotoszintézis
6-8
izomer
14-27
Villamos motorok Háztartási h
o s a i a
Max 80
30-60; (50-90); 70-99 (200W felett)
gépek
20, (40-50)
g . w
szivattyú (COP) izzólámpa LED fényforrás Fluoreszcens fényforrás
Kisnyomású nátrium lámpa
w w Fém halogén lámpa
300 …. 650 % 5-10
35-55 28-32 40-45 20-25
Kapcsoló módú tápegység
90-95
Elektromos zuhany
90-92
Elektromos f tések
Antianyag megsemmisülés
Kb 95% 100
m o c .
Gyártástechnológia 5 MWp/yr
400 MWp/yr
800 …. 1000 MWp/yr
Dunasolar 1997 …2003
2004 ….2009
2010 ….2014
r Vizsgálatok - tesztek a l o s a i a g . w w w
• • • • •
ELUM test Impedancia spektroszkópia Ammonia teszt PID – Potenciál indukált degradáció LID – fény indukált degradáció Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
19
m o c .
Újdonságok a gyártásban Új fémezési mintázatok
g . w
r la
o s a i a
• B helyett Ga – doppolás lassúbb öregedés • Hosszabb élettartam • Gyorsabb megtérülés
w w
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
20
m o c .
Színes napelemek
r la
w w
g . w
o s a i a
m o c .
Napelemek öregedése
r la
o s a i Bór helyett - Ga (gallium) a g . Lassított öregedés w w w 22
22/65
400 mikron 250 mikron
• Közvetlen ion implantáció
g . w
23/216
Hajlékony napelem
o s a i a
CÉL . Target A drága alapanyag mennyiségének csökkentése Várhatóan 50 % árcsökkentés
w w
r la
m o c .
m o c .
Csak egy példa – spheral napelem
r la
w w
g . w
o s a i a
Bárhonnan érkezik a fény Mindig ugyanaz a felületi elrendezés fogadja
r la
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
ELMÉLET A hatásfok fejl dése Új alap anyagok Új adalékok Új koncepciók Quantum dot Dye napelemek Önszervez Nano-technika
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
m o c .
o s a i a
Napenergia hasznosítás - elmélet
25/65
m o c .
Az els napelem 1954
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
• BELL laboratórium 1954 Április 25 - Bell Cell
r la
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
o s a i a
Napenergia hasznosítás - elmélet
26 26/145
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
1954 az els napelem eff= 2 %
r la
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
o s a i a
Napenergia hasznosítás - elmélet
27/
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
Új generációs PV * USA *
r la
g . w
w w
o s a i a
Technológia: 70 %
Vékonyréteg: 34 %
www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/next_generation_pv_prospectus.pdf
Gaiasolar ME oktatás
Napenergia hasznosítás - elmélet
28/60
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
11 téma kut. 24 egyetemen
r la
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
o s a i a
Napenergia hasznosítás - elmélet
29/145
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
m o c .
r la
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
o s a i a
Napenergia hasznosítás - elmélet
30/145
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
m o c .
r la
o s a i a
Viszonylag alacsony hatásfok!
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
Napenergia hasznosítás - elmélet
31/145
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
Miért ezek a félvezet k?
r la
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
o s a i a
http://www.climatetechnology.gov/stratplan/c omments/Hoffert-3.pdf Napenergia hasznosítás - elmélet
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
Relatív spektrális érzékenység
r la
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
o s a i a
Napenergia hasznosítás - elmélet
33 33/145
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
m o c .
r la
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
o s a i a
• CIS / CIGS
Napenergia hasznosítás - elmélet
m o c .
Az alap probléma: alacsony hatásfok (nagy veszteség)
DOE
r la
Hagyományos napelem cella Conventional PV Cell e-
o s a i a heat loss
Energy
e-
max
g . w p-type
w w
n-type
= 32%
usable photovoltage (qV)
heat loss
1 e- - h+ pair/photon 35/65
m o c .
A forró elektron vesztesége h vé alakul
r la
Main Process Limiting Conversion Efficiency
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
Hot eRelaxation
[email protected]
m o c .
PLASMONICS
Nanoszerkezet anyagok használata a fény vezérlésére, napelem iparban
r la
Plazmonok = s elektron nyalábok, melyek bizonyos körülmények között a fénnyel besugárzott fémfelületeken keletkeznek.
o s a i a
Új tudomány ágazat
Plasmonics is an emerging branch of
w w
g . w
photonics that uses nanostructured materials to control light, and as applied to photovoltaics, enable more light to enter the
absorber. Plasmons are density waves of electrons, created when light hits the surface of a metal under precise circumstances. These density waves couple light into a PV cell that would not otherwise be absorbed, increasing light absorption and therefore PV cell performance. 37/65
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
• •
m o c .
r la
A) különálló rétegenként szervezett, többszörös kivezetések B) integrált egység – két kivezetés
g . w
w w
Gaiasolar ME oktatás
o s a i a
Napenergia hasznosítás - elmélet
38/145
r la
m o c .
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
m o c .
High Efficiency Multijunction Solar Cells
r la
Want 1eV material latticematched to GaAs Try GaInNAs
w w
g . w
o s a i a
034016319
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
r la
m o c .
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
m o c .
Koncentrátoros teljesítmény növelés
r la
41% hatásfok konc
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
42/65
m o c .
Thermalized vs Hot Electron Transfer
r la
e-
o s a i a Energy lost as heat
e-
e-
Eg
w w
g . w h
Hot e-
Heat loss
Thermalized eAvailable Energy
h+
p-type photoelectrode
Liquid Redox Electrolyte Nozik, et. al. ,J. Applied Physics 54, 6463 (1983) Nozik &Turner, Appl. Phys. Lett., 41, 101 (1982)
m o c .
r la
Photocurrent Multiplication by Impact Ionization e
h
g . w
2 Eg
w w
Eg
h+
e
o s a i a h+
e
e
h+
h+
e
A gerjesztési alapegység: Exciton
h+
1 photon yields 2 (or more) e- - h+ pairs
(I.I. previously observed in bulk Si, Ge, InSb) Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
45/65
m o c .
Enhanced Photovoltaic Efficiency in Quantum Dot Solar Cells by Inverse Auger Effect (Impact Ionization)
r la
e-
o s a i a e-
e-
impact ionization
Egap
h
g . w
One photon yields two e-–h+ pairs
O h+
O
w w
h+
Quantum Dot
A.J. Nozik, Physica E14,115, 2002; Ann. Rev. Phys. Chem. 52, 193, 2001; in “Next Generation Photovoltaics”, Marti& Luque, Eds, AIP, 2003; in Semiconductor Nanocrystals”, V. Klimov, Ed., Marcel-Dekker, 2004
m o c .
MEG quantum dot
Az els kisérleteket, hogy elérjük a 100 feletti hatásfokot, 2004-ben by Richard Schaller and Victor Klimov kezdte el [NREL].
r la
A demonstráció sikeres volt
o s a i a
A közeg folyadék kolloid oldat volt. A munka folytatásához új vizsgálati módszereket kellett kidolgozni
First experiment to show 100-percent-plus in operating solar cells MEG, also referred to as Carrier Multiplication (CM), was first demonstrated experimentally in colloidal solutions of quantum dots in 2004 by Richard Schaller and Victor Klimov of the DOE’s Los Alamos National Laboratory.
g . w
Since then, many researchers around the world, including teams at NREL, have confirmed MEG in many different semiconductor quantum dots. However, nearly all of these positive MEG results, with a few exceptions, were based on ultrafast time-resolved spectroscopic measurements of isolated quantum dots dispersed as particles in liquid colloidal solutions.
w w
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
47
Elmélet 2002 … 2004
m o c .
Laborpéldány: 2012 … 2013
NREL 114% -os napelem
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
48
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
49/145
m o c .
MEG: 180 %-os napelem 2015
r la
2013 – ban 114%
w w
g . w
o s a i a
A jöv egyre naposabbnak t nik ….
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
50/65
m o c .
r la
CoolCAD Electronics, LLC. 5000 College Avenue, College Park, MD, USA
• •
o s a i a
A schematic of a rectenna based IR energy harvesting system
w w
g . w
Egyenirányító antenna az IR sugárzási spektrum hasznosítására
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
51
m o c .
A napelem mely összeállítja önmagát
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
52/65
m o c .
Spray cell
r la
Egyszer Olcsó Tömeggyártásra alkalmas Low cost – no cost
w w
g . w
o s a i a
Tömegtermelés – tömeges használat Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
53/65
m o c .
Az él világ és technika összekapcsolása
r la
o s a i a
Többlépcs s energia átalakítás közbens tárolással
w w
g . w
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
54
m o c .
r la
• A fejlesztés mindkét oldalról elindult Amorf Si
g . w
c_Si/m_Si
w w
o s a i a
Szelet alapú Si
Új rétegszerkezet napelemek Hetero junction
c_Si -vel b vített aSi
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
Amorf Si
aSi-vel b vített c_Si
[email protected]
55
m o c .
ASPV /uc-a_Si tipikus rétegrendje
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
56
Nyereségek: 2… 4 %
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
57
• Graphene szerkezetek
g . w
m o c .
r la
o s a i a
• 3 atom nanohuzal SEM
w w
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
58
m o c .
Graphene szerkezetek
r la
w w
g . w
o s a i a
59/65
m o c .
Folyadékkristály alapú napelem
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
LC napelem
60
Dye cell
w w
g . w
o s a i a
r la
m o c .
m o c .
Cinkoxid nanoszerkezetb l el állított különlegesen nagy felület mely alap lehet polimer – kompozit napelemek el állításában
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
MTA szaki Fizikai és Anyagtudományi intézet (MÜFI)
Forrás: MFA
62
m o c .
Átlátszó napelem
Magyar eredmények is voltak 1997 …. 2003 Dunasolar
r la
w w
g . w
o s a i a
Bangkok Solar
63
m o c .
Átlátszó napelemek – már iparszer használatban
r la
w w
g . w
o s a i a
64/65
m o c .
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
Transparens napelem tet
r la
g . w
w w
o s a i a
Gaiasolar ME tanfolyam Napnergia hasznosítás - alkalmazások
m o c .
Mesterséges levél
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
66
m o c .
PETE solar converter (2013) Photon-enhanced thermionic emission (PETE)
r la
Fénnyel segített termo-ionikus emisszió …intenzív kutatás a ”Seebeck effektus” tájékán
w w
g . w
o s a i a
Most 2 % hatásfok, Fejlesztés 50% eff 500 Celsius Stanford univ
67
r la
m o c .
Seebeck – Peltier effektus környezetében
w w
g . w
o s a i a
TEG Thermo Electric Generator
m o c .
Seebeck Spin tunneling
r la
w w
g . w • • • • • •
o s a i a
Diagram of the structure in which Seebeck spin tunnelling was observed The silicon is separated from a ferromagnetic electrode by a thin oxide layer. If a temperature difference is applied between the ferromagnet and the silicon then a transport of spin to the silicon occurs. No net flow of charge is required for this.
Szál formájú napelem
w w
g . w
m o c .
r Fiber solar a l o cell s a i a
Zhong Wang, a scientist at Georgia Tech, holds up a new solar cell prototype. Georgia Tech
70/65
m o c .
EIPV (f leg vékonyréteg) Eszköz Integrált Napelem
w w
g . w
r la
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
71
m o c .
Biomimetikus napelemek • Önmagukat képesek javítani
r la
w w
g . w
o s a i a
72
m o c .
Biomimetikus napelemek
r la
w w
g . w
o s a i a
73/240
r la
Napelemes szúnyogriasztó
Napelemes hátizsák
o s a i a
Napelemes hirdet tábla
w w
g . w
m o c .
Napelemes telefon tölt
Napelemes karóra
Napelemes kulcstartó
74/240
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
75/65
m o c .
Otthoni magántölt
r la
Copyright Minden jog fenntartva –
© Véghely Tamás 2009-2013
Most még hagyományos kinézet (de megváltozott m szaki tartalommal épített) autókkal ….. de hamarosan új formák várhatók ……..
w w
g . w
o s a i a
TÜV E-mobilitas 2013 * Véghely *
gsinfo@gaiasolar,com
GAIASOLAR
76
m o c .
E közlekedés
r la
w w
g . w
o s a i a
77/240
m o c .
Napelemes autók versenye
r la Austrália
g . w
o s a i a
Magyar csapat is indul
• 3000 km solar energia • Villamos hajtású auto • 80 kg terhelés
w w
78/240
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
TÜV E-mobilitas 2013 * Véghely *
gsinfo@gaiasolar,com
GAIASOLAR
m o c .
r la
w w
g . w
o s a i a
80/240
m o Napelem levél c .r a l o s a i a
10 x több energia hozam Spin solar
w w
g . w
•
inhabitat.com/v3solars-photovoltaic-spin-cell-cones-capturesunlight-all-day-long/
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
81/65
[email protected]
81
m o c .
Mesterséges fák - településfejlesztés
r la
w w
g . w
o s a i a
Mindig árnyékot ad Klímafüggetlen Energiát termel
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
82
m o c .
FONTOS * ISKOLA - NEVELÉS
r la
w w
g . w
o s a i a
Véghely Tamás * Napenergia kutatás *
[email protected]
83/65
Tudásmegosztás
2009 óta végzünk szervezett oktatásokat Akkreditált oktatások Alap-, közép-, és fels szinten Szakmunkásképzés 1 napos, 3 napos, 5 napos és 200 órás képzések Eddig mintegy 1000 f t oktattunk
a Kárpát medencében 84
Anyag ismeret Eszköz ismeret
Copyright Minden jog fenntartva – Véghely Tamás
Létesítmény biztonság
Helyes telepítés Eszköz használat
Berendezés ismeret
Rendszer ismeret
Gaiasolar ME tanfolyam Szélenergia hasznosítás - szélgenerátorok
85
Véghely Tamás (
[email protected] ) Megújuló Energia vezet tanácsadó • 30 9967675 • Gaiasolar kft • Iroda és bemutató terem: • 2040 Budaörs Domb u 9 • tel 23 510 024 • fax 23 500 711 • Honlap: www.gaiasolar.com
