Fotovillamos rendszerek
Működés A szolár cellák két rétegűek (pozitív és negatív). Amikor a fény fotonjai a félvezető kristály felületére érkeznek és elnyelődés után a kristály vegyérték elektronjait gerjesztik. Az elektronok magasabb energiaszintre (vezetési sávba) kerülnek, vagyis szabad töltéshordozók keletkeznek. A töltéshordozókat egy külső terhelésen átvezetve, zárt áramkört létrehozva, villamos áram keletkezik. A keletkezett feszültség nagysága függ a félvezető anyagától és független a félvezető cella méretétől.
Napállandó: A napsugárzásnak a földi légkör külső határáig eljutó mennyisége ~ 1370 W/m2 Veszteségek: A sugárzás ~50%-a még a földfelszínig jutás előtt elvész, szétszóródik, elnyelődik, illetve visszaverődik a légköri poron és a felhőkön. Hasznosítható maximális energiamennyiség Magyarországon: nyáron délben = 1000 W/m2 Napsütéses órák száma: 1900-2200 óra/év
DS 40 típusú amorf szilícium napelem (6-8% hatásfok): felülete: 0,8 m2 teljesítménye: 40 Watt (vagyis 50 W/m2) energiahozama télen 40-50 Wh/nap – nyáron 240 Wh/nap Egy év alatt nyerhető energiamennyiség ~ 60 kWh/év/m2
„A solar panel on every building” - illúzió??
Mire elegendő 1 kW névleges teljesítmény?? Németországban a komplett rendszer ára (szerelés nélkül): 3340 Euro/kW (880 000 Ft) – 2008. novemberi adat Megtermelt villamos áram: ~1250 kWh/év saját családi fogyasztásunk: 1200 kWh/év helyigény: 10 m2 Energiagazdász: 2,2 millió Ft (kulcsrakészen) E.ON: új villanyóra (220 000 Ft) + szekrény (50 000 Ft)
A napelemeknek többféle technológiája létezik: 1. szilicium kristály alapú - monokristály, - polikristály 2. vékonyfilm alapú - amorf szilicium - kadmium-tellurid - réz-indium, A hatásfokot javító megoldások: napkövető + 35-50% hatásfok koncentráló (CPV) + 100% Speciális alkalmazások: biztonsági (SPV) épületbe integrált (BIPV)
Nagyobb mechanikai igénybevételből adódó plusz költségek Mozgatómechanizmus költségei Számítógépes forgatásvezérlés költségei Technológiai felügyelet költségei
NANOSOLAR vékonyréteg napelem A céget 2002-ben alapították Kaliforniában (az alapító tulajdonosok között szerepelnek a Google alapítói is) Az amerikai Popular Science magazin a technológiát a 2007. év legfontosabb környezetvédelmi találmányának választotta meg 2008-ban terveznek beindítani egy 430 MW éves termelésű napelemgyártó üzemet San Jose-ban. A napelem anyaga nem szilícium, hanem réz-indium-gallium-szelénium vegyület, amelyet egy nyomtatáshoz hasonló módszerrel visznek fel fémfóliára – a gyártás 100-szor gyorsabban, mint a hagyományos napelemek esetében. A gyártási költsége várhatóan 30-60 cent/watt lesz, ami tizede-ötöde a hagyományos napelemek 3 dollár/watt körüli gyártási költségének minden eddigi technológiához képest gazdaságosabb.
Worldwatch Institute: Global Status Report 2005
Global PV module installations (systems only) from 2000 to 2006 and forecast for 2007. Source: PV News, July 2007
Global PV cell use by application. Source: PV News, July 2007; PV Energy Systems
PV industry demand/sales 1982–2007
Conservative and accelerated grid-connected forecast 2007–2017
demand for grid-connected PV systems has ranged from 3% of annual demand in 1989 to 90% of annual demand in 2007. In 1983, demand for grid-connected systems grew by 212% over 1982, falling by 21% in 1984 – with, of course, much lower volumes than are experienced today.
Global demand share for 2002, 2007, 2012, accelerated estimate
PV történelem ► Eddig
10,3 GW (10 300 MW) PV-kapacitás épült ki világszerte ► Ennek 50%-a az elmúlt 3 évben! ►
Forrás: epia.org, 2008-as market review
Napelemes erőművek Németországban új erőmű
termelés
2 400
1200
2 200
1100
2 000
1000
1 800
900
1 600
800
1 400
700
1 200
600
1 000
500
800
400
600
300
400
200
200
100
0
Kihasználás:
kiadott energia, GWh
teljesítőképesség, MW
összes teljesítőképesség
0
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
450
480
500
470
580
730
740
Forrás: BWK – Brennstoff-Wärme-Kraft, 58. k. 4. sz. 2006. p. 87.
h/a
37.
100 000 PV-háztető Program Németországban ► 1999-2003;
terv szerint 300 MW → 3 kW/háztartás; ► buy back rates of ~0,5 €/kWh; ►a
2007. ápr: 11 MW teljesítményű Serpa-i (Portugália) naperőmű = 52. 000 db fotovoltaikus modul + PowerTracker® napkövető rendszer = 80 futballpálya
PowerShade – zsalúzia és PV
Lehrter pályaudvar, Berlin
Freising, Németország
Graz, Ausztria
2003. aug. 14. áramkimaradás – a bal felső képen a megelőző éjszaka készített műholdkép, az alsó képen az áramkimaradás napján készített felvétel – mindkettő 21 órakor. Ottawa, Toronto, Buffalo és Detroit teljes sötétségben, Long Island szerényebb fényekben
SANYO Solar Ark
Structure Overall length
315m
Height
31.6 m (center) - 37.1 m (both ends)
Width
4.3 m (top) - 13.7 m (bottom)
Weight
3,000 tons
Solar Power Generator Number of solar battery panels installed
5, 046
Maximum system power
630 kW
Annual electrical output
Approx. 530,000 kWh
Petroleum energy equivalent
Approx. 128,610 Litres (33,975 US gallons)
CO 2 reduction
95 t-C/year
Éves kapacitásnövekedés
Forrás: epia.org, 2008-as market review
Forrás: epia.org, 2008-as market review
Forrás: epia
A k tí v h a s z n o s í tá s
eszköze Teljesítmény összes kapacitás a világon Beépített kapacitás Magyarországon
fotovillamos
fototermikus
napelem
napkollektor
8 m2 – 1 kW (4 kW/rendszer = = 30-35 m2/háztartás) 4000 MW
1,5 m2 – 1 kW (3-6 kW/rendszer = = 4,5-9 m2/háztartás) 77000 MW ~ 110 millió m2
500 - 1000 kWp
~4375 kWth
PVT (PhotoVoltaics/Thermal) A fotovillamos rendszerek hatásfoka 0,4%-kal csökken 1 °C hőmérséklet-emelkedésnél Standard teszt hőmérséklet: 25 °C Nyári üzemi hőmérséklet: 80 °C !!! Megoldás: PVT, ami vissza is hűti a rendszert, hiszen a fotovillamos felület alatt egy napkollektor is dolgozik.
Naperőművek
parabolic trough collector
central receiver system with dish collector
linear Fresnel collector
central receiver system with distributed reflectors
N a p v á ly ú
E ln y e l ő-to r n y o s n a p e r őm ű/n a p to r o n y (~1 0 M W )
P a r a b o la tá n y é r o s e r őm ű/n a p tá n y é r S tir lin g -m otorral
McDonnell Douglas/Southern of California 25 kW dish/Stirling system (at 1000W/m2 insolation). The 87,8 m2 concentrator consists of 82 spherically curved glass mirrors each 0,9 m x 1,2 m.
Stirling Thermal Motors 25 kW power conversion system under test at Sandia National Laboratories. Using STM4-120 engine incorporating variable displacement power control.
Advnco/Vanguard 25 kW dish/Stirling system installed at Rancho Mirage, California. The Vanguard concentrator is approximately 11 meters in diameter (95 m2) and made of 366 mirror facets.. The engine used is a United Stirling AB (USAB) Model 4-95 Mark II driving a commercial 480 volt/ac 60-Hz alternator.
A
B
A fenti Stirling-motor működése: 1) B dugattyú a B henger végébe tereli a gázt, ahol azt kívülrõl melegítik, 2) a melegített gáz nyomása megnõ, és így az A dugattyút tolva mechanikai munkát végez, 3) A B dugattyú elõre van nyomva, a levegõt (gázt) a motor bordázott részébe sepri, ahol az lehûl. -Tanszergyártók kínálata között különbözõ kialakítású Stirling-motorok találhatók -A motor tengelyét forgatva, ellenkezõ irányban végezve a körfolyamatot, eszközünk hûtõként is mûködik.
N apkém ény
An interesting secondary use is one of Greenhouse Cultivation, since plants may be grown under 75% of the solar collector area. The greenhouse effect provides stabile even temperature conditions. However since Solar chimneys are best sited in dry and infertile lands, in order to support intensive agriculture, additional water would be required.
Manzanares Solar Chimney Prototype. -üveg kollektor 240 m átmérő, -kémény 195 m magas, 10 m átmérővel -és szélturbinák. Prototype: near Manzanares (Spain) 1982 - 1989
