Obnovitelné zdroje energie 125OZE1

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební

Obnovitelné zdroje energie 125OZE1

doc. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D. Praha 2014

Evropský sociální fond Praha a EU: Investujeme do vaší budoucnosti 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

1

Obnovitelné zdroje energie

125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

2

1

Počet obyvatel dle zemí Počet obyvatel v mil. (3/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/File:World_population.svg http://gnosis9.net/

V roce 0 žilo na světě 160 mil. obyvatel, V roce 2014 7200 mil. obyvatel


3

Vývoj počtu obyvatel • Vývoj počtu obyvatel ve světě a v regionech

http://en.wikipedia.org/wiki/World_population 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

4

2

Využití zdrojů energie ve světě • Scénáře vývoje světové energetiky – technická řešení x politická rozhodnutí 1600

1200

EJ

1000

800

geotermál mořská energie solár nová biomasa vítr voda dřevo jádro plyn nafta uhlí

obnovitelné

1400

Ostatní OZE Biomasa Jaderná Uhlí Plyn Ropa

600

400

200

0

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060

Scénář vývoje světové energetiky - Royal Dutch Shell 1996, 2008 5


Situace v Evropě • 40% veškeré energie v Evropě spotřebovávají budovy – 65% spotřeby budov tvoří domácnosti

ČR - spotřeba energie Domácnosti 26% Služby 9% Celkem přibližně 35%

Zdroj: REMODECE: Měření spotřeby energie v evropských domácnostech jako cesta ke snížení spotřeby energie a emisí, SEVEn, 2008

60% budov na Evropském trhu je starší více než 25 let 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

6

3

Složení atmosféry Plyn

Podíl v jednotkovém objemu

Dusík

78,084 %

Kyslík

20,946 %

Argon

0,934 %

CO2

0,035 %

Neon

0,00182 %

Helium

0,000524 %

Metan

0,00017 %

Krypton

0,00014 %

Vodík

0,000055 %

1% 21%

78%

vodní kapičky, ledové krystalky a různé znečišťující příměsi původu přírodního (prachové částečky, pylová zrna) i antropogenního (produkty člověka)

0,04% 0,04% 0,03% 0,03% 0,02% 0,02% 0,01% 0,01% 0,00% CO2

Neon

Helium

Metan

Krypton


Vodík 7

Atmosféra země

www. astro.cz

www.uni-mainz.de/FB/Physik/IPA/ www. astro.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

8

4

Globální oteplování •

•

•

Výraz globální oteplování, resp. změna klimatu, je v současnosti používán především pro poslední oteplování, které započalo na začátku 20. století a projevuje se jednoznačným a pokračujícím růstem průměrné teploty klimatického systému Země a které je, dle názoru většiny vědců, silně ovlivněno aktivitami člověka. Vědecký panel IPCC vydává v pravidelných šestiletých cyklech tzv. "hodnotící zprávy", které provádějí souhrny relevantní vědecké literatury v oboru. Hodnotící zpráva (2013) - 840 autorů z 38 zemí - uvádí, že vědci jsou si na 95—100 % jisti, že většina současného globálního oteplování je způsobena zvýšenými koncentracemi skleníkových plynů a že k navyšování koncentrací dochází v důsledku lidských aktivit a že primární příčinou nárůstu teplot jsou emise CO2 v důsledku lidské činnosti především spalováním fosilních paliv a změnami využití krajiny jako je odlesňování.

http://cs.wikipedia.org/wiki/Glob%C3%A1ln%C3%AD_oteplov%C3%A1n%C3%AD 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

9

Koloběh uhlíku (gigatuny)

http://earthobservatory.nasa.gov/Library/CarbonCycle/carbon_cycle4.html 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

10

5

Koncentrace CO2

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921818112001658 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

11

Producenti CO2 2008 • Producenti CO2 2008

Emise odvozené ze spalování fosilních paliv (není započtena zemědělská výroba) http://en.wikipedia.org/wiki/File:Countries_by_carbon_dioxide_emissions_world_map_deobfuscated.png 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

12

6

Emise CO2 2007

• Emise CO2 – absolutní hodnota emisí • Měrné emise CO2 – emise vztaženy k počtu obyvatel

2009

• Zřejmý rozdíl mezi rozvinutými zeměmi a zeměmi rozvíjejícími se s velkým počtem obyvatel

http://www.tzb-info.cz/6123-emise-co2-v-souvislostech 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

13

Teorie globálního oteplování Příčina a následek – podle měření a pozorování, výkyvy CO2 jsou důsledkem kolísání teplot, ne naopak – Postup procesu: 1. Oteplení hladiny oceánů 2. Oteplení povrchu kontinentů 3. Oteplení spodní troposféry 4. Růst hladin atmosférického CO2 na jižní polokouli (z oceánů) 5. Růst hladin atmosférického CO2 na severní polokouli (s příspěvkem lidského průmyslu)

Jiné vlivy – klimatický cyklus země – kosmické záření


14

7

Teorie globálního oteplování • Ekonomická náročnost opatření proti globálnímu oteplování • Omezování ekonomické svobody – Autoři populárních publikací (např. Bjørn Lomborg - http://www.lomborg.com/)

Climagate


15

Fakta • Dochází k růstu globální teploty • Teplota oceánů a koncentrace CO2 v atmosféře má souvislost • Spalování fosilních paliv má vliv na koncentraci CO2

NASA Goddard Institute for Space Studies (http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs/) 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

16

8

Snižování emisí CO2 Větší účinnost využívání energie Obchodovatelná emisní povolení Obnovitelné zdroje energie Nové technologie využití fosilních paliv (dosud zaměřovány na snížení množství polutantů jiných než CO2) • Významný přesun z uhlí na plyn (spalování plynu produkuje pouze polovinu množství CO2na jednotku energie, než spalování uhlí) • Separace a zachycování CO2při spalování fosilních paliv a jeho injektování do hlubokomořských sedimentů nebo do podzemních prostor (zásobníků). • Jaderná energie • • • •


17

Úsporné domy Nízkoenergetické domy - domy se spotřebou energie na vytápění ≤ 50 kWh/(m2.rok) Pasivní domy – domy se spotřebou energie na vytápění ≤ 15 kWh/(m2.rok) Nulové domy – domy jejichž celoroční spotřeba energie na vytápění je ≤ 5 kWh/(m2.rok) Domy s téměř nulovou spotřebou energie Aktivní domy – domy s přebytkem výroby energie

125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály Earch.cz

18

9

Legislativa a energie Energetická politika EU – začleněno do dalších odvětví (obchod, průmysl EU), regulace vlivem politiky životního prostředí, vnitřního trhu a obchodní politiky. Zvlášť řešena energie jaderná. Cíle: Snižování závislosti na dovozu energie, efektivní využívání vlastních zdrojů, bezpečnost, konkurenceschopnost, udržitelnost Snížení závislosti na dovozu energieàpodpora obnovitelných zdrojů energie Snížení produkce skleníkových plynů oproti 90. létůmàEmisní povolenky (Cena povolenky (EUR) v 2012 – 186, 2013 – 113, 2014 – 5) – zvýhodněny jsou tak nyní fosilní zdroje 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

19

Legislativní proces • Směrnice o energetické náročnosti budov (EPBDI) 2002/91/EC – Tvorba norem a předpisů podporujících snižování energetické náročnosti budov – ČR zákon 406/2006 Sb. o hospodaření energií – Požadavky na energetickou náročnost budov – Systém certifikace budov – Kontrola kotlů a klimatizačních zařízení

• Aktualizace v 8.6.2010 (EPDBII) 20-20-20 – Snížení emisí C02 o 20% do roku 2020 – Snížení energetické náročnosti budov o 20% – Pokrytí 20% spotřeby energie z obnovitelných zdrojů 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

20

10

Situace v ČR

Národní cíle pro využití OZE dle směrnice EU (2009/28/ES)


21

Obnovitelné zdroje

• • • • •

Obnovitelným zdrojem pro výrobu tepelné energie: a) sluneční energie, b) geotermální energie, c) biomasa v zařízeních do 20 MWt, d) bioplyn, e) palivové články.

www.pres.org.pk


22

11

Obnovitelné zdroje energie

• • • • • • •

Obnovitelné zdroje energie pro výrobu elektřiny: a) vodní energie v zařízeních do 10 MWe, b) sluneční energie, c) větrná energie, d) biomasa v zařízeních do 5 MWe, e) bioplyn, f) palivové články, www.earthtimes.org g) geotermální energie.


23

Zákon 201/2012 Sb. o ochraně ovzduší • Leden 2014 není možné prodávat kotle z první a druhé emisní třídy podle normy ČSN EN 303-5 a tyto kotle je možné provozovat jen 10 let - do roku 2022. Poté je nutné zakoupit kotel nový splňující 3. emisní třídu. • Leden 2017 – povinnost předložit na základě požadavku obecního úřadu s rozšířenou působností revizi domácího kotle na tuhá paliva • leden 2018 – ukončení prodeje kotlů na tuhá paliva 3. emisní třídy • září 2022 – od této doby už nebude možné provozovat kotle nižších emisních tříd tj. 1. a 2. třída dle ČSN EN 303-5. Domácnosti budou muset prokázat, že jejich kotel splňuje podmínky minimálně 3. emisní třídy. 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

24

12

Diagram energetických toků 2010

http://www.czso.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

25

Prognóza vývoje - OZE v ČR • Celkový energetický potenciál OZE v ČR odhadnut na 25 % současné spotřeby • Do roku 2020 se předpokládá využití zhruba 50 % teoretického potenciálu OZE • Dominantním zdrojem bude biomasa

http://energetika.tzb-info.cz/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

26

13

OZE v ČR


27

OZE v ČR


28

14

OZE v ČR


29

Druhy energií ž Sluneční energie -aktivní, pasivní solární systémy ž Větrná energie -větrné pohony, elektrárny ž Biomasa -lesní, odpad z dřevozpracujícího průmyslu, zemědělství, komunální odpad, kapalná paliva ž Geotermální energie -geotermální elektrárny, využití tepla suchých hornin, teplo prostředí (TČ) ž Vodní energie -elektrárny průtokové, akumulační, přílivové

vtm.e15.cz, astro.cz, astronomie.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

30

15

Solární energie


31

Slunce • • • • •

•

Nejbližší hvězda (150 mil km =1AU) Koule žhavých plynů Stáří 4,6 miliardy let Teplota na povrchu Slunce cca 5 800 K =žlutá barva Teplota v jádru 1,5 . 107 K a hustota plazmy se zde pohybuje okolo 130 000 kg.m-3. V tomto prostředí se vodík postupně a velmi pomalu mění na helium za uvolnění obrovského množství energie Slunce je zdrojem krátkovlnného záření

http://astro.wz.cz/astro/soustava/slunce.html


32

16

Slunce jako zdroj elektromagnetického záření

• Energie se šíří vakuem rychlostí světla • Zemský povrch záření buď odráží (krátkovlnné záření) , nebo ho absorbuje a transformuje do vyšších vlnových délek (dlouhovlnné záření) a opět emituje. 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

33

Elektromagnetické záření • Elektromagnetické vlny se skládají ze dvou částí elektrické a magnetické. Vektory obou složek svírají pravý úhel a jsou kolmé na směr pohybu. (Vlnová teorie – Maxwell)

www.aldebaran.cz

• Částicová teorie – světlo se chová, jako by bylo tvořeno malými částicemi – fotony (Einstein) Kvantová teorie


34

17

Elektromagnetické spektrum

energetika.tzb-info.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

35

Solární záření • Energetická bilance solárního záření

ppm.nasa.gov 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

36

18

Poloha slunce na obloze Obzorníkové souřadnice • Azimut (A): Úhel měřený po horizontu směrem od jihu k západu (jih 0°, západ 90°, sever 180°, východ 270°). • Výška (h): Úhel měřený po výškové kružnici směrem od horizontu k zenitu (horizont 0°, zenit 90°, nadir - 90°).

http://www.aldebaran.cz/astrofyzika/orientace/theory.html#coord


37

Poloha slunce na obloze


38

19

Poloha slunce na obloze

http://www.odbornecasopisy.cz/index.php?id_document=35853 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

39

Solární konstanta • Na vnějším okraji zemské atmosféry na ploše kolmé k záření je intenzita záření průměrně 1 367 W/m2, (solární konstanta Io) • Atmosférou projde jen část záření -v závislosti na vlnové délce záření.

http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2010/solar_variability.html


40

20

Spektrum solárního záření • Spektrum záření na hranici atmosféry • Spektrum absolutně černého tělesa • Spektrum v úrovni hladiny moře

http://en.wikipedia.org/wiki/Sunlight 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

41

Spektrum solárního záření

http://www.cfa.harvard.edu/research/ssp/stellar-atmospheres


42

21

Prostup sluneční energie sklem

http://sazovsky.com/2011/04/03/spektrum-slunecniho-zareni-vs-stavebni-sklo/#jp-carousel-1448 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

43

Propustnost atmosféry

www.aldebaran.cz

• • • •

Atmosféra je propustná jen v určitých vlnových délkách Optické okno Rádiové okno IR okno

www.rfcafe.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

44

22

Dávka globálního solárního záření


45

Dávka globálního solárního ozáření


46

23

Solární záření • Přímé solární ozáření Gb (W/m2) –přímé záření na jednotku plochy bez rozptylu v atmosféře –Intenzita záření velmi závislá na směru dopadu paprsků

• Difúzní solární ozáření Gd (W/m2) –difúzní záření vzniká rozptylem o molekuly plynů ve vzduchu, částečky prachu, vodní páru při prostupu atmosférou –Intenzita záření je stejná ve všech směrech

• Dávka solárního ozáření (kWh, kWh/m2)

slunce-projekt.blog.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

47

Solární energie • Celkové sluneční ozáření: –jasný slunečný den léto 800 – 1 000 W/m2 –lehce zataženo 400 - 700W/m2 –silně zataženo 100 - 300 W/m2

http://www.vpo.cz/solarni-systemy--367.html


48

24

Solární energie

• Roční úhrn globálního záření

Průměrně 3800 MJ/m2.rok

Zdroj: Atlas podnebí Česka


49

Solární energie • Celková doba slunečního svitu 1400-1700 h/rok

Zdroj: Atlas podnebí Česka


50

25

Solární soustavy Soustavy pro využití solární energie Výroba tepla pro vytápění, technologii, přípravu teplé vody nebo i chlazení

Fototermické (fototermální)

Pasivní

Pasivní systémy Pasivní architektura

Fotovoltaické (fotoelektrické)

Přímá výroba elektrické energie, která je univerzálně využitelná

Aktivní

Kapalinové

Solární soustavy Oběh média přirozený nebo nucený

Vzduchové


51

Fototermické solární soustavy


52

26

Pasivní využití solární energie • Architektura domů – Prosklené plochy orientované na jih – Teplotní zónování – Akumulační konstrukce

• Akumulační stěny – Trombeho stěna • sálání • Konvekce

• Zimní zahrada

http://stavebnikomunita.cz/

www.stavebnivyplne.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

53

Pasivní využití solární energie • Trombeho stěna – masivní stěna natřenou tmavou barvou ze strany exteriéru – Teplo se šíří do místnosti radiací ze stěny (s příslušným fázovým zpožděním) a konvekcí přes průduchy ve stěně.

www.nazeleno.cz

http://cs.wikipedia.org/


54

27

Trombeho stěna v ČR

http://www.envic.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

55

Pasivní využití solární energie • Energetická fasáda – Vzduchový kolektor – Zima-snížení tep. ztrát, využití pro vytápění – Léto-snížení tepelné zátěže odvětrávání

http://www.tzb-info.cz/

• Dvojitá fasáda – Sklo před stínícími prvky – Ochrana proti hluku, odvod tepelné zátěže, ..


56

28

Pasivní využití solární energie • Energetická střecha – Vzduchový kolektor v šikmé střeše – Možné propojení s výměníkem tepla

• Transparentní tepelná izolace – Izolační schopnost, propustnost slunečního záření, odolnost proti UV záření – Sklo, plasty – S orientovanými komůrkami, pěnové – Přenos tepelné energie s časovým posunem (léto?)

http://www.archiweb.cz


57

Transparentní tepelná izolace • •

•

Přínos – prostup solárního záření, redukovaná tloušťka, výplň vzácným plynem Podmínky použití – orientace na jih+30°, nestíněná konstrukce, nízké Ug=0,7(Kr), 0,8(Ar), 0,9(Air), masivní stěna min 1400kg/m3, zisky 100-150 kWh/m2a Panely 1x1 – 2x2m

http://www.okalux.de/en/solutions/brand s/kapilux/kapilux-twd.html 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

58

29

Solární komín • Podpora přirozeného větrání objektu • Ohřev odváděného vzduchu způsobuje větší průtok větracího vzduchu • Funguje pouze při působení slunečního záření • Bilance celoročního provozu

Ing. Radim Galko – Ph.D. práce www.asb-portal.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

59

Aktivní solární soustava • Kapalinová – (hydronický)-“hydronic“-využití vody pro vytápění případně chlazení

www.viessmann.cz

• Vzduchová – využití vzduchu pro přenos tepla

www.nazeleno.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

60

30

Schéma solární soustavy

• • • • • • • • • •

Solární kolektory Solární jednotka Pojistný ventil Odvod kapaliny Zásobník Výměník tepla Regulátor Čidlo teploty, termostat Odvzdušnění Výměník tepla

www.viessmann.cz


61

Solární soustava

www.buderus.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

62

31

Kapalinové solární kolektory •

•

•

•

Základní dělení dle tvaru: – Ploché (deskové) – Trubkové (trubicové) – Koncentrační Dělení dle média – kapalinové – vzduchové Dělení dle zasklení – bez zasklení – jednoduché – vícevrstvé – prizmatické Dělení podle umístění – horizontální – vertikální

www.regulus.cz www.viessmann.cz

www.biom.cz


63

Solární kolektor • Energetická bilance solárního kolektoru • Tepelné ztráty – konvekční, vedením, sáláním • Výše ztrát ovlivněna vnějšími vlastnostmi kolektoru, vnějšími podmínkami, způsobem provozu www.waifnova.cz


64

32

Účinnost solárního kolektoru η = užitečný výkon / energie ozáření Závisí na teplotě absorbéru a teplotě okolí

http://oze.tzb-info.cz/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

65

Kapalinové solární kolektory Plochý kolektor s plastovým absorbérem - zejména pro dohřev vody v bazénu - sezónní použití

www.solarenvi.cz

www.eldarf.sk 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

66

33

Kapalinové solární kolektory Plochý kolektor se selektivním povrchem (plochý selektivní kolektor) -deskový kolektor se spektrálně selektivním povlakem, kovový absorbér, celoroční provoz, 320 až 530 kWh/m2r - nejběžnější typ kolektoru - v podmínkách ČR vhodné zejména pro příprava TV (úspora až 80 %), možné vytápění (až 30 %).

www.thermosolar.sk

www.regulus.cz


67

Kapalinové solární kolektory

www.ceskestavby.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

68

34

Kapalinové solární kolektory • Hlavní technické vlastnosti – – – – – –

Selektivní povrch Kontakt absorbéru s registrem Typ zasklení Výstupní teplota Průtok kolektorem Použití odrazných ploch

www.solarni-systemy.eu


69

Kontakt absorbéru s registrem


70

35

Řešení registru kolektoru • Meandrový příčný, podélný, dvojitý • Lyrový, dvojlyrový

• Horizontální i vertikální umístění • Lyrový absorbér umožňuje paralelní propojení kolektorů do velkých sérií

www.regulus.cz

• Horizontální i vertikální umístění • Dvojlyrový absorbér 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

• Vertikální umístění • Lyrový absorbér umožňuje paralelní propojení kolektorů do velkých sérií 71

Umístění kolektoru • Orientace a sklon

www.viessmann.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

72

36

Kapalinové solární kolektory Trubkový vakuový kolektor - plochý nebo válcový selektivní absorbér ve vakuované skleněné trubce, tlak <1kPa, vysokoteplotní aplikace, 380 až 760 kWh/m2r

www.junkers.cz

www.levneteplo.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

73

Kapalinové solární kolektory • Konstrukce: – vakuová izolace skleněných trubic – větší využití difúzní radiace – vysoká účinnost, vyšší teploty až 200°C – vyšší energetický zisk v přechodném období – lehká konstrukce www.solareconomic.cz

www.rvel.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

74

37

Kapalinové solární kolektory Tepelná trubice (heat pipe)

http://www.aaasolar.cz

http://www.aaasolar.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

75

Trubkový vakuový kolektor • Vyšší investiční náklady • Vhodný zejména pro využití v zimním období tzn. vhodný pro vytápění, technologii – Optimální sklon 65-70° (zimní období, nedochází k zakrytí sněhem)

• Výkon lze zvýšit použitím zrcadel 1) Sluneční záření 2) CPC-zrcadla 3) Vakuová trubice 4) Vysokoselektivní povrch 5) Vakuum 6) Cu trubka 7) Teplonosný plech http://www.pasivnidomy.cz/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

76

38

Solární kapalinové kolektory ž Plochý kolektor s plastovým absorbérem nezakrytý plastová rohož, bez zasklení, pro ohřev bazénové vody

ž Plochý kolektor -deskový kolektor, kovový absorbér, sezónní ohřev vody, 250 až 370 kWh/m2r

ž Plochý selektivní kolektor -deskový kolektor se spektrálně

selektivním povlakem, kovový absorbér, celoroční provoz, 320 až 530 kWh/m2r

ž Plochý vakuový kolektor -deskový kolektor, tlak v kolektoru 110kPa, celoroční provoz, vysokoteplotní aplikace

ž Trubkový vakuový kolektor -plochý nebo válcový selektivní absorbér ve vakuované skleněné trubce, tlak <1kPa, vysokoteplotní aplikace, 380 až 760 kWh/m2r

ž Koncentrující kolektor -kolektor s optickými prvky pro soustředění slunečního záření (zrcadla, čočky)


77

Zapojení kolektorů • Počet kolektorů a způsob zapojení udává výrobce • Běžně dle typu 4-8ks kolektoru v jedné sérii • Výhodné zapojení Tiechelmann


78

39

Stagnační stav kolektoru • Není odběr energie • Porucha dodávky elektrické energie • Stagnační teploty různých typů kolektorů

http://ipa-solarenergy.net/en/izbor-solarnog-sistema/


79

Přehřívání kolektoru

http://www.tzb-info.cz/3462-problematika-stagnace-u-solarnich-tepelnych-soustav-i

1. 2. 3. 4. 5.

Nárůst objemu kapaliny Vytlačování tekutiny z kolektoru parou-vypařování lze potlačit zvýšením tlaku v soustavě, zvýšením koncentrace teplonosné látky, Vyprazdňování vody z kolektoru-var zbytkové vody (130-150°C) Přehřátá (suchá) pára v kolektoru-klesá objem páry (200°C)-trvá do poklesu solární radiace Plnění kapalinou při poklesu teploty pod bod varu, kondenzace 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

80

40

Umístění kolektorů • Nosná konstrukce kolektorů – hliníková eloxovaná, nevyžaduje údržbu – umístění většího kolektorového pole, umístění ve výšce nad 20m nutný samostatný projekt

• Nad střešní krytinu – Šikmá střecha (optimum 45°, jih ±30°) • rámová konstrukce nad střešní krytinou • Integrace do střešního pláště

www.svobodaaspol.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

81

Umístění kolektorů

• Nad střešní krytinu

– Plochá střecha-nosná konstrukce samostatná • Připevnění k vystupujícím prvkům nad střešní izolaci (min. 0,5m, konstrukce různé zátěžové skupiny • Přitížení zátěží

– Samostatný nosný rám mimo objekt • Pevný • Otočný-mechanický, motorický

http://www.twi.cz/solar/fotogalerie-ploche-strechy.php

http://www.ceskestavby.cz/clanky/znate-nejlepsi-instalace-solarnich-systemu-19308.html


82

41

Kapalinová solární soustava • Nepřímý

• Přímý

• Přirozený

• Nucený uzavřený


83

Samotížná solární soustava • Pracuje na principu přirozeného oběhu vody v soustavě • Soustava otevřená nebo uzavřená Výhody - jednoduchost - možná nezávislost na elektrické energii

www.solarnienergie.cz

NEvýhody - nemožnost regulace teplot - při celoročního užívání nutné opatření proti zamrznutí (TV) - menší variabilita - hmotnost?

www.solarnienergie.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

84

42

Samotížná solární soustava • Prvky systému – Solární kolektory – Solární zásobník. • Elektrická topná vložka a termostat.

– Spojovací a instalatérský materiál. – Nosná konstrukce (plochá, sedlová střecha, terén)

Použití: • Rekreační objekty • Sezónní provoz • Objekty bez nebo s problematickou dodávkou el. energie www.solarnienergie.cz


85

Solární soustava popis •

Potrubí-materiály Cu, ocel (často jen nepozinkovaná) – Odolnost teplotám kolem 180°C – Tepelné izolace na bázi minerálních, sklených vláken, kaučuku – Vnější provedení odolné vůči UV záření, nenavlhavé (5mm mezera mezi skříní kolektoru a izolací potrubí) – Cu potrubí-pájení na tvrdo-vývod z kolektorů, jinak pájení na měkko

•

Expanzní nádoba – – – –

• •

Použití uzavřených expanzních nádob Vyšší pracovní přetlaky omezují zavzdušnění Velikost dle zvětšení objemu látky v kolektorech - běžně 6litrů/kolektor Max. pracovní přetlak 600kPa

Teploměr, tlakoměr, filtr, průtokoměr Teplonosná kapalina (životnost 5-8 let) – Na bázi propylen-glykolu (etylenglykol nevyhovuje v ČR) – Ekologicky šetrná (ne fosfáty, dusičnany), inhibitory koroze – Nelze přímo ohřívat TV 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

86

43

Solární soustava Druhy solárních systémů: High flow system (systém s vysokým průtokem)- průtok 30-70 l/h.m2 kolektoru, ohřev média o 8-12°C, vhodné pro menší solární soustavy, pozvolné ohřívání zásobníku Low flow system (systém s nízkým průtokem)- průtok 8-15 l/h.m2 kolektoru, ohřev média až o 50°C, vhodné v kombinaci se stratifikovaným zásobníkem, nutné vychlazení zpátečky, úspory na čerpací práci a účinnosti až 20% Matchet flow system ( kombinovaný systém)- průtok 10-40 l/h.m2 kolektoru, kombinace předchozích systémů Drain back – systém kdy médium z kolektorů vyteče do zásobní nádrže, pokud nedochází k jeho ohřívání, lze použít čistou vodu


87

Solární soustava

• • • • •

Pouze systémová řešení Soustava bez expanzní nádoby a odvzdušňování Kompaktní tvar a integrace komponent Rychlá montáž Nižší účinnost (cca o 5%) 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

www.protherm.cz 88

44

• Zásobník tepla

Solární soustava

– životnost souvisí s kvalitou vnitřního povrchu zásobníku, výměníku (nejlépe nerez, keramika, teflon,..) – vhodné využít teplotní rozvrstvení (stratifikaci) v zásobníku-může zvýšit účinnost systému o 5-15% – předehřev vody solárními kolektory (zvýšení teploty z 10 na cca 2550°C) – zajistit pravidelnou termickou desinfekci

www.ratiotherm.co.uk http://www.ghtherm.cz/

www.dzd.cz


89

Solární zásobníky

• Systém s průtokovým ohřevem TV

– větší objemy 500-1500l – akumulace energie z více zdrojů – nižší zásoba TV – menší průtok TV

www.atrea.cz


90

45

Výměník tepla • Nejčastější příčinou nízké účinnosti solárních soustav bývá výměník tepla. • Solární výměník by měl být schopen přenášet maximální výkon kolektorového pole při teplotním rozdílu mezi ohřívací a ohřívanou kapalinou v rozmezí 5 až 8 K. • Přenos tepla ve výměníku se skládá z přestupu tepla z ohřívané kapaliny do materiálu teplosměnné plochy výměníku, vedení tepla materiálem plochy a přestupu tepla z materiálu teplosměnné plochy do ohřívané kapaliny. 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

91

Příklad zásobníku tepla s integrovanou čerpadlovou skupinou

Kabrhel 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

92

46

Příklad zásobníku tepla s detailem výměníku

Kabrhel Kabrhel 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

93

Solární jednotka, modul, čerpadlová skupina 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Solární čerpadlo Zpětná klapka Napouštěcí ventil Pojistný ventil Regulační ventil Průtokoměr Tlakoměr Teploměr Uzavírací ventil

Nutná odolnost proti působení teplonosné kapaliny (propylenglykol)

(kvalita těsnění) Tlaková ztráta 8ks kolektorů cca 3kPa 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

94

47

Čerpadlová skupina • Dvoutrubková • Jednotrubková • Integrovaný regulátor • Oběhové čerpadlo • Teploměry topné a vratné větve • Tlakoměr • Pojistný ventil • Napouštěcí a vypouštěcí ventily • Uzavírací ventily • Separátor vzduchu • Zpětný ventil Solar • Regulátor průtoku s průtokoměrem • Výstup pro připojení expanzní nádoby • Montážní sada na stěnu • Tepelná izolace • Připojení 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

95

Schéma solární soustavy Přímý ohřev vody v zásobníku

www.quantum.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

96

48

Schéma solární soustavy Zapojení s využitím deskového výměníku


97

Schéma solární soustavy Zapojení pro přípravu TV a vytápění


98

49

Schéma solární soustavy • Solární kolektorová pole s různou orientací ke světovým stranám • Použití 2 solárních jednotek

www.buderus.cz

www.buderus.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

99

Umístění kolektorů - příklady • Na fasádě domu

http://www.novinky.cz/bydleni/jak-na-to/275512-efektivni-vyuziti-slunecnienergie-na-vytapeni-i-ohrev-vody-v-domacnosti.html 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

100

50

Umístění kolektorů - příklady

http://www.regulus.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

101

Umístění kolektorů - příklady • Na terénu

http://www.pasivnidomy.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

102

51

Vzduchová solární soustava • teplonosná látka vzduch, technicky nejjednodušší solární systémy • pro ohřev větracího vzduchu, vysoušení,možné i temperování • pohon ventilátorem nebo komínovým efektem

www.eco-energo.eu/

www.slunecnikolektor.cz/


103

Vzduchové kolektory • Konstrukčně jednoduché provedení • Možná kombinace s dalšími solárními systémy (PV, TK)

bez vzduchové mezery

www.tzbinfo.cz

se vzduchovou mezerou

mírné klimatické pásmo v letním období příprava teplé vody v zimním období ohřev větracího vzduchu (t<30°C)


104

52

Vzduchová solární soustava Příklad vlastností kolektoru: • povrch ze skla ESG 4 mm • rám kolektoru z hliníku • žebrový absorbér z hliníku • tepelná izolace z minerální vlny 50 mm • vysoce kvalitní vzduchový filtr integrovaný do kolektoru • integrovaný ventilátor (výtlačný, umístěný v oblasti vstupu vzduchu)

http://www.eco-energo.eu/

http://www.grammer-solar.com/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

105

Vlastnosti vzduchového kolektoru

http://www.eco-energo.eu/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

106

53

Návrh solárních systémů • Návrh solárních systémů Typická řešení - odhad dle zkušeností z podobných aplikací - použití směrných hodnot - výpočet Atypická řešení - vhodné využít výpočtů, simulací

• Bilancování solárních systémů Výpočet provozních vlastností systému v konkrétních podmínkách. Nutnost využití výpočtů, simulací.


107

Bilancování solárního systému

• Bilanční výpočet

– Směrné ukazatele (referenční hodnoty pro měsíc) • Potřeba TV na osobu • Potřebné množství energie Q=m.c.dT • Množství solární energie – Charakteristický den v měsíci – Solární krytí – Plocha kolektorů (účinnost solárního systému 0,5-0,7) • Podklady výrobců (Thermosolar, Regulus, Viessmann,..) • Specializované publikace

• Simulace systému – Počítačové programy


108

54

Návrh solárních systémů Určení potřeby tepla: • Potřeba tepla na přípravu TV • Potřeba tepla na vytápění • Potřeba tepla na technologické účely (sušení paliva,…) • Potřeba tepla na doplňkové systémy (předehřev bazénové vody,..) • Určení potřebného výkonu • Časové určení potřeby tepla


109

Potřeba teplé vody • Potřeba tepla na přípravu teplé vody:

VTV,den ρ c tSV tTV z n

průměrná potřeba teplé vody (m3/den) hustota vody (kg/m3) měrná tepelná kapacita vody (J/kg.K) teplota studené vody (15 °C) teplota teplé vody (60 °C) přirážka na tepelné ztráty (rozvody vody a způsob ohřevu) počet dnů sledovaného období (pokud Qp,TV má být kWh/měsíc potom n=počet dnů daného měsíce)


110

55

Potřeba teplé vody

• Návrhová potřeba TV (návrh systémů) – Bytový dům 82 l/os.den – Administrativa 25 l/os.den

• Skutečná spotřeba TV Bytové domy Nízká Střední Vysoká Hotely Pokoj s vanou Pokoj se sprchou Hostely

l/os.den 10-20 20-40 40-80 l/os.den 95-140 50-95 25-50


111

Potřeba tepla • Potřeba tepla na vytápění:

Qz tiv tip tev tep n ε v

výpočtová tepelná ztráta objektu (kW) výpočtová vnitřní teplota (běžně 20 °C) střední vnitřní teplota v daném měsíci (běžně 20 °C) výpočtová venkovní teplota střední venkovní teplota v daném měsíci počet dní v daném měsíci korekční součinitel, který zahrnuje snížení potřeby tepla (0,7 standard, 0,5 pasivní dům, 0,6 NED dům) přirážka na tepelné ztráty (např. 5%)


112

56

Terminologie

• Solární pokrytí (podíl)

– udává kolik procent celoročně potřebné energie je možné pokrýt prostřednictvím solárního zařízení využitelné zisky solární soustavy potřeba tepla v dané aplikaci měrné roční využitelné zisky solární tepelné soustavy (kWh/m2.rok)-slouží pro hodnocení úspory energie

teoretické tepelné zisky (kWh/měsíc) 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

113

Určení parametrů solárního systému • Odhad dle zkušenosti projektantů – Přibližný výpočet, obdobné realizace – Reálná soustava v ČR 400-450 kWh.m-2.rok-1 Použití

Teplá voda Rodinný dům Bytový dům Vytápění a teplá voda Rodinný dům Bytový dům

Solární pokrytí (%)

Zisk kWh.m-2.rok-1

60 50

300-400 400-500

20-40 20

250-300 350-450


114

57

Zisky solární soustavy • Využitelné zisky solární soustavy nk HT,den Ak p

střední denní (měsíční) účinnost solárního kolektoru skutečná denní dávka slunečního ozáření v kWh/(m2⋅den) plocha apertury solárních kolektorů, v m2 hodnota srážky z tepelných zisků solárních kolektorů vlivem tepelných ztrát solární soustavy (rozvody, solární zásobník)

lineární součinitel tepelné ztráty a1 (W/(m2⋅K)

střední denní teplota teplonosné kapaliny (40-50°C)

střední venkovní teplota v době slunečního svitu (223°C) Údaje z protokolu o zkoušce tepelného výkonu podle ČSN EN 12975-2.

střední denní účinnost solárního kolektoru

optická účinnost střední denní sluneční ozáření (W/m2)

kvadratický součinitel tepelné ztráty kolektoru a2 (W/(m2⋅K2))


115

Terminologie • Plocha kolektoru • Plocha absorbéru • Plocha apertury – Otvor, kterým nesoustředěné solární záření vstupuje do kolektoru – Specifikace plochy kolektoru


116

58

Návrh solárního systému

• Odhad dle směrných hodnot

– Příprava TV RD 3-4 osoby 3m2 kolektorů, zásobník 300L – Příprava TV 0,8 až 1,5m2 kolektoru na osobu – 1 m2 plochy kolektoru odpovídá 50l teplé vody o teplotě 45°C – Objemy zásobníku se pohybují v rozmezí 30 – 70 l.m-2 absorpční plochy kolektoru – Solárnímu pokrytí na úrovni 50% odpovídá přibližně potřeba 1,3m2 absorpční plochy kolektoru a velikost zásobníku lze předpokládat na úrovni 60 l.m-2 absorpční plochy kolektoru. – plocha kolektorů vytápění = 0,25 x obytná plocha

• Využití diagramů – Zpravidla firemní materiály, zájmová literatura 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

117

Akumulace tepla • Pokud akumulujeme teplo ve vodě, je v našich zeměpisných podmínkách nejvhodnější volit velikost akumulační nádoby s objemem cca 60 litrů na 1 m2 plochých kolektorů. • Za současných ekonomických podmínek platí, že bude-li objem akumulace menší než 40 l/m2, bude to mít negativní vliv na účinnost soustavy. Při větším akumulačním objemu než 70 l/m2 se účinnost soustavy podstatně nezvýší. • Při více nádobách je nutné je postupně po kusech nahřívat, aby teplo bylo využitelné.


118

59

Výpočetní software • Počítačové programy – Podpora výrobce (bilanční) – Specializované - simulace • T*sol (Katedra TZB) • Polysun (cz) • F-Chart (měsíční bilance)

– Výzkumné a univerzální - simulace • TRNSYS (Katedra TZB) • Dynamická simulace s využitím hodinových údajů • Detailní simulace prvků systému


119

Solární soustavy • TNI 730302:2009 Energetické hodnocení solárních tepelných soustav - Zjednodušený výpočtový postup


120

60

Dynamická simulace • Polysun – light – professional – designer

http://www.velasolaris.com Winterthur, Switzerland 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

121

Dynamická simulace • GetSolar

• T*sol

http://www.valentin.de Berlin, Germany


122

61

Detailní dynamická simulace • TRNSYS


123

Příklad Systém přípravy teplé vody (RD) • • • •

3ks solárních kolektorů (TS 300N), 45°, jih 400l zásobník TV Praha (50,1°) 4 osoby á 50l /den

• GETSOLAR

2218 kWh/rok SF 55% Účinnost 38% 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

124

62

T*sol


125

Příklad Systém přípravy teplé vody (BD) • • • •

30ks solárních kolektorů (TS 300N), 45°, jih 2500l zásobník TV Praha (50,1°) 45 osob á 50l /den

• GETSOLAR

23986 kWh/rok SF 56% Účinnost 41% 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

126

63

Stagnační stavy kolektoru

Zásobník 2500l

Zásobník 3500l

Zásobník 1500l


127

Ekonomika solárních systémů • Obytné budovy – Především pro přípravu teplé vody – Cena solárního systému „na klíč“ (bez akumulačního zásobníku) • 20-30 m2 cena 600-800€/m2 2 • 40-60 m cena 400-500 €/m2 • Cena může být ovlivněna dalšími specifickými náklady-integrace do pláště, délky rozvodů, podpůrný systém- 15-35 €/m2

• Čím větší solární systém tím nižší náklady na zařízení potřebné pro provoz kolektorů • Cena solárního systému – – – –

65% solární systém 15% instalace 10% projekt 5% další náklady (PR,..) 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

128

64

Bilance solárních systémů • Nejvyšší účinnost mají velké solární systémy • Návratnost solárních systémů (bez dotace) – RD cca 15 let – BD cca 11 let – Vliv však mají i rozdílné podmínky provozu, výše spotřeby tepla atd.

• Hodnocení provozu solárních systémů – doporučeno využití počítačové simulace

• V některých evropský zemích zákonná povinnost využití OZE (např. v Německu od r. 2009 solární systémy min. 15% potřeby energie) 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

129

Koncentrační solární soustavy


130

65

Koncentrační solární systémy

Historie: Augustin Mouchot (1825 - 1912) vytvořil první parní stroj poháněný solární energií. Alessandro Battaglia in Genoa, Italy, 1886 patent solárního kolektoru.

1878 http://en.wikipedia.org/wiki/Auguste_Mouchout


131

Koncentrační solární systémy Koncentrování solárního záření pomocí čoček nebo zrcadel na malou plochu. Výroba tepla nebo elektrické energie Solární energie-tepelná energie-pára-turbína-generátor Koncentrátory - použití pokud energie dopadajícího záření větší než 1 700 kWh/m2∙rok (zhruba pod 40 rovnoběžkou) Geometrický koncentrační faktor Cgeo=Aa/AA Aa - plocha apertury (vstupní plocha nebo plocha odrážející vstupní světlo) AA - plocha absorbéru


132

66

Solárně termické systémy • Parabolické žlaby (Parabolic trough) 2D traker – nejrozvinutější technologie koncentrátorů – v ohnisku zrcadla umístěna vakuová trubice s teplonosnou látkou – médium ohříváno na 150-350°C – C geo<80 – osa S-J, otáčení za sluncem – možná Osa V-Z, pevná poloha, sezónní změna – tepelná účinnost 60-80% – účinnost výroby elektrické energie 15% (odpovídá FV systémům) – hybridní zdroje (kombinace solar-fosilní paliva) • max. podíl fosilních paliv omezen např. 27% 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

133

Elektrárna Andasol 3 části (Španělsko) • • • • • • • •

€900 million Zprovozněna v 2011 Parabolické žlaby 150MWe, 500tis.m2 zrcadel Plocha 200ha cca 4,3Kč/KWh Výroba 495GWh/rok Elektrárna odpaří 870.000 m³ vody za rok (1 stupeň) – odpovídá 5 l/kWh


134

67

• Parabolické koncentrátory (Andasol)

www.kedarvideo.wordpress.com

www.ekobydleni.eu


135

www.estelasolar.eu 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

136

68

Solární elektrárna Andasol • •

Teplonosná látka syntetický olej (až 400°C) Akumulace tepla pro noční provoz

•

Zásobník tepla se sestává ze dvou nádrží (průměr 36 m, výška 14 m) naplněných směsí roztaveného dusičnanu sodného (60%) a dusičnanu draselného (40%). Celkové množství tepelného média činí 28 500 tun. Ve dne je akumulační médium přečerpáváno ze „studené“ nádrže (290°C) do „horké“ nádrže, přičemž prochází tepelným výměníkem, kde se ohřívá teplonosným médiem solárního okruhu na požadovanou „akumulační teplotu“ (390°C).

Turbína s generátorem Parogenerátor

Akumulační systém


137

• Parní turbína pro solární tepelnou elektrárnu

https://www.cee.siemens.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

138

69

• Zapojení parabolických žlabů

www.evwind.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

139

Technologie koncentrátorů • Fresnelova zrcadla (Fresnel reflectors) 2D traker – zrcadla v jejichž společném ohnisku je potrubí s teplonosnou látkou – technologie je levnější než parabolická zrcadla – zrcadla zabírají méně místa, jsou odolnější větru

http://en.wikipedia.org/wiki/Compact_Linear_Fresnel_Reflector 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

140

70

Technologie koncentrátorů • Solární věž (Solar power tower) – 3D traker – zrcadla v jejichž společném ohnisku je věž s výměníkem s teplonosnou látkou – C geo<2000 – teplota 500–1000 °C – využití jako zdroj páry nebo zdroj tepla např. pro tavení látek

blog.longnow.org 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

141

Technologie koncentrátorů • Stirlingův talíř, parabola (Dish stirling) – – – – –

3D traker zrcadla odrážející záření do jednoho bodu C geo<4600 teplota 250-700°C tepelný motor pro výrobu elektrické energie

www.xaharts.org

www.stirlingengines.org.uk 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

142

71

Stirlingův talíř

http://globalnvcorp.com/divisions/energy/solar 143


Solární pec • • • • •

Francie, Odeillo, Pyreneje (1700 m.n.m) Vybudováno v roce 1969. Parabolické zrcadlo o ploše 2 000 m² 63 heliostatů na protější stráni vědecký výzkum materiálů (tavení kovů)

www.infoglobe.cz www.infoglobe.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

144

72

Solární tepelná elektrárna • Ivanpah Solar Electric Generating System (SEG) 2014 • 13km2, 350 tisíc zrcadel, věž 140 metrů, cena 44,3 miliardy Kč • 377MWe elektřiny • 3 věže • Kondenzátory chlazeny vzduchem – o 90% menší spotřeba vody ve srovnání s klasickým chlazením • 90 zaměstnanců


145

Pohled na solární elektrárnu

http://ivanpahsolar.com/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

146

73

Solar Energy Generating Systems (SEGS) • systém 9 solárních elektráren na světě • California, Mojave desert • Plocha 6,5km2 ,výkon 354 MW


147

Abu Dhabi 100MW elektrárna • Výkon 100MWe • 258 tis. Zrcadel na 768 natáčecích žlabech • Plocha 2,5km2 • Doba výstavby 3 roky • Cena projektu $600million

https://www.google.com/maps 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

148

74

Abu Dhabi 100MW elektrárna (2013)

http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2295717/Who-needs-oil-Worlds-largest-concentrated-solar-power-plant-258-000-mirrors-opens-Abu-Dhabi.html


149

Ekologické vlastnosti zařízení • Výroba elektřiny ze slunce • Vliv na živočichy v okolí elektráren – horký vzduch a srážka se zrcadly může způsobovat úhyn ptactva – vliv na migrační koridory zvířat – Vysoká intenzita záření odrazem od solární věže

• Spotřeba vody


150

75

• • • •

Nevada Solar One

maximální výkon 74MW zprovozněno 3/2007 cena $240 millionů cena energie 9-13centů/kWh

nevadasolarone.net/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

151

Solární komín • Využití větrných turbín pro výrobu elektrické energie • Velký zábor území – možné využití pro pěstování plodin • Vysoká výška komínu (až 1km) • Ekologie www.solarpanelsindustry.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

152

76

Fotovoltaické solární systémy


153

Příklad FV systému na fasádě

www.yoursunyourenergy.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

154

77

Fotovoltaické systémy (FV) • Přímé využití solární energie • Rozšířené využití v zařízeních s malým odběrem elektrické energie (kalkulačky) nebo na odlehlých místech (osvětlení, doprava) • Větší uplatněníàcena fotovoltaických panelů àdotace à instalace pilotních, demonstračních zařízení àpokles ceny a ukončení dotací àinstalace s ohledem na návratnost


155

• Fotoelektrický jev – Fotoelektrický jev v roce 1887 poprvé popsal Heinrich Hertz. – Vzájemným působením slunečního záření a hmoty dochází k pohlcování fotonů a uvolňování elektronů, v polovodiči pak vznikají volné elektrické náboje, elektron-díra, které jsou už jako elektrická energie odváděny ze solárního článku přes regulátor dobíjení do akumulátoru nebo ke spotřebiči.

www.solartec.cz


156

78

Fotovoltaické systémy Princip:

www.viessmann.cz

Křemíkový krystalický článek

Dopadem světelného záření se vlivem předávání energie z fotonů na atomy krystalické mřížky uvolňují elektrony, které díky přechodu PN nemohou přecházet do vrstvy typu P a hromadí se ve vrstvě typu N. Stejně tak se v oblasti typu P hromadí díry. Tato nerovnoměrnost rozdělení nosičů náboje vytváří elektrický potenciál (cca 0.6 V). Připojí-li se na elektrody článku elektrický obvod se spotřebičem, začnou elektrony procházet vodičem z N vrstvy, kde je jich přebytek, do vrstvy P. PN přechod umožňuje snadnější přechod volných elektronů z vrstvy P do vrstvy N.


157

Fotovoltaické systémy • Fotovoltaický článek - pevný, ale křehký • Fotovoltaický panel - složen ze článků, nosné a ochranné konstrukce

www.solarhaus.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

158

79

Fotovoltaické systémy • Monokrystalické články – dlouhá životnost – vysoké výrobní náklady www.solarchoice.net.au – hl. monokrystalické články z křemíku Si (arzenid galia GaAs kosmický program)

– účinnost laboratorní až 24 %, reálná 14-16 % – využití především přímého solárního záření, difuzní záření jen omezeně (problémy se stíněním) – použití koncentrátorů (až 30%)

www.solarchoice.net.au 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

159

Fotovoltaické systémy • Polykrystalické články – – – – – –

použití Si nižší výrobní náklady, nižší účinnost laboratorně 18 %, v praxi 11-15 %. pokles parametrů během životnosti větší schopnost zachytit difuzní záření opticky rozlišitelné dle struktury (ledové květy)

www.solarfeeds.com

www.thegreenhome.co.uk 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

160

80

Fotovoltaické systémy • Vícevrstvé články – – – – –

účinnosti až 40 % (laboratorní) perspektivní trend vysoká degradace možnost integrace do střešního pláště, folie, šindele CdTd, CIGS, a-Si,..

www.nrel.gov 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

161

Fotovoltaické systémy • Organické články – – – – – – –

tekuté články (Graetzelovi, barvocitlivé, polymerové) schopnost pracovat i s menším množstvím světla levné materiály, možnost nátěru,tisku výhodnější ekologie výroby předpokládána nižší cena barevnost, průhlednost účinnost do 10%

New Mexico State University, University of California - Los Angeles

www.sigmaaldrich.com


162

81

Konstrukce panelů • • • •

Solární články jsou zataveny ve speciální průhledné fólii EVA, zakryté pod vysoce průhledným a tvrzeným sklem Panel je vytvořen montážním rámem z hliníku Životnost kvalitně vyrobeného panelu dosahuje 25 let a více. EVA=ethylen vinyl acetát - folie pro průmyslové vrstvené sklo s dobrou průhledností a vynikající odolností

www.hqline.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

• Umístění panelů

163

FV panely

– Jih+15°, sklon 30-40% – Schopny využívat i difúzní záření – Fasádní systémy-využití svislých ploch, jinak energeticky neaktivních – Nutné chlazení vzduchem proti přehřívání (nad 80°C klesá účinnost)

• Vlastnosti panelů – – – –

typ konstrukce panelu, provedení teplotní koeficienty napěťové parametry bypass diody, konektory

– – – – – –

certifikace pro EU, IEC 61646 záruka výrobce, pokles výkonu v čase reference výrobce, světové zkušenosti časová dostupnost panelů cena forma plnění záručních podmínek

1 kWp = cca 1 000 kWh/rok = cca 8–10 m2 plochy 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

164

82

Fotovoltaika • Volt-Ampérová charakteristika článku Isc-proud nakrátko

Uoc- napětí naprázdno

V-A charakteristika panelu

•

• Základní parametr – špičkový výkon ve wattech, uváděný s označením Wp, ( watt-peak)


165

AM • • •

• •

AM0 – spektrum solárního záření na hranici atmosféry AM1 = 1 atmosféra AM1,5 – spektrum vhodné pro testování solárních systémů. Představuje roční průměr pro střední zeměpisnou šířku (zenitový úhel 48,2°) AM2-3 používáno pro solární systém ve vyšších zeměpisných šířkách AM38 – spektrum při zenitovém úhlu 90°, horizontála.

http://en.wikipedia.org/wiki/AM1.5 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

166

83

Výroba fotovoltaika ve světě

http://www.pse.de/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

167

Instalace fotovoltaika ve světě


168

84

Vývoj různých typů fotovoltaických článků

http://www.nrel.gov/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

169

Globálně instalovaná fotovoltaická technologie


170

85

• Materiálové řešení fotovoltaických článků

www.epia.org 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

171

Výroba energie z fotovoltaiky

http://www.pse.de/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

172

86

Materiálové vlastnosti fotovoltaiky • •

Nejběžnějším materiálem pro FV je krystalický křemík (c-Si) – 80% Dalším často používaným řešením jsou tenkovrstvé technologie

•

Hlavním materiálem pro výrobu FV je křemík a stříbro – Cílem je snížit množství stříbra a jeho náhrada za jiné levnější materiály (např. Cu)

•

Tenkovrstvé technologie (TFPV) – Technologie založena na použití materiálů o tloušťkách několika nanometrů až desítek mikrometrů

• • •

CdTe - Cadmium telluride (8% na trhu) CIGS - Copper indium gallium (di)selenide a-Si - Amorphous silicon


173

Vícepřechodové články • • • • •

Dosahují nejvyšší účinnosti (laboratorně 43,5%) Nejpokrokovější technologie solárních článků Potenciál odhadován na 50% Výrobní cena 100x nižší než křemíkových Vhodné pro koncentrační systémy (celková účinnost laboratorně 36% křemíkové 18%)

Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems


174

87

Systémy koncentrátorů

• CPV Concentrated photovoltaic

– Využívá se optických prvků - zrcadel nebo čoček – Koncentrace funguje pouze pro přímé sluneční záření – musí tomu odpovídat lokalita – Přímá výroba elektřiny ze solárního záření – Vyžadováno je aktivní natáčení vzhledem k poloze slunce – Koncentrátory mohou zvýšit produkci energie o přibližně 30 % – Malá (2-100 x) - není nutné aktivní chlazení, ekonomické řešení, použití běžných nebo upravených silikonových článků, většinou nutné natáčení – Střední (100-300x) - nutné dvouosé natáčení, chlazení – Velká koncentrace (>1000 x) – talířové reflektory, Fresnelovy čočky, nutné výkonné pasivní chlazení – Problém mohou představovat nízké úhly dopadajícího záření

• CST Concentrated solar power – Tepelné systémy – konkurence fotovoltaiky 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

175

Fotovoltaické systémy • Zvyšování účinnosti článků – Koncentrátory, čočky, zrcadla (korýtková, plošná)-nutná větší teplotní odolnost článku, nutné polohovací zařízení – Oboustranné moduly-využití průsvitnosti článků – Natáčecí systémy

www.solarfeeds.com

www.greenrhinoenergy.com


176

88

Systémy • CPVT (Concentrated photovoltaics and thermal) • CHAPS (combined heat and power solar) – Technologie kogenerace využívající koncentrační fotovoltaiku pro výrobu tepla a elektřiny

• Příklad – – – –

Využití talířových koncentrátorů pro výrobu tepla a elektřiny 16 jednotek Z20 (Izrael) Výkon tepelný 140 kWp, elektrický 70 kWp na ploše 352m2 Konstrukce • • • • • • •

11m2 zrcadel na 2 osém natáčecím zařízení Použití vícepřechodových článků Předpokládaná životnost 20 let 70-90m2 na jednu jednotku 4,5kWp elektřina /při 1000W/m2 11kWp teplo (max. 100°C, 12m/min 1,5 tuny 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

http://www.zenithsolar.com/ 177

http://www.zenithsolar.com/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

178

89

Natáčecí zařízení-sledovače slunce

kdmegatech.en.ec21.com

www.civicsolar.com

• Použitý typ na základě velikosti FV systému a požadavků na vlastnosti natáčení 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

179

• Příklad natáčecího zařízení

Foto Kabrhel


180

90

Fotovoltaické systémy

• Autonomní ostrovní systém („grid-off“) • 12/24V nebo 230V • Spotřebiče s nízkou spotřebou 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

181


• Spotřebiče s nízkou spotřebou • Problém s přebytky-cena akumulátorů


182

91

Solar impuls (1, 2) • • • •

•

Letadlo využívající solární fotovoltaické panely jako zdroj energie Využití nových materiálů a technologií (zvýšení kapacity baterií, nanomateriály,..) Solar impuls 1 (2010) Letadlo využívá solární energii k pohonu, stoupání (8500m) a dobíjení baterií, v noci pak pozvolna klesá až na 1500m (plachtí 4-5 hodin) a poté využívá baterie pro pohon Rychlost 45km/h – energeticky optimální

www.solarimpuls.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

183

Helios (2001) • • • •

Dálkově řízené letadlo (atmosférický satelit) vyrobené pro NASA Rozpětí křídel 75 metrů Dosažení rekordní výšky 30.000 metrů Zničeno při havárii vlivem turbulence v roce 2003

www.nasa.gov

www.theengineer.co.uk 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

184

92

Solární loď Turanor PlanetSolar (2010) • • • •

Plavba kolem světa 38 tis. fotovoltaických článků (500m2) výkon 93kWe+ baterie (13tun) Průměrná rychlost 14km/h Cena 310 mil. Kč

http://www.planetsolar.org/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

185

Solární automobily

www.sunwindsolar.com

www.ford.com www.inhabitat.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

186

93


Zapojení do sítě ( „grid-on“) vyžadují měnič (střídač) pro přeměnu stejnosměrného proudu na střídavý 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

187


0.06

4

0.04

2

0.02

0

0.00

η [-]

6

12.3. 18:00

0.08

12.3. 17:00

8

12.3. 16:00

0.10

12.3. 15:00

10

12.3. 14:00

0.12

12.3. 13:00

0.14

12

12.3. 12:00

14

12.3. 11:00

0.16

12.3. 10:00

16

12.3. 9:00

0.18

12.3. 8:00

0.20

18

12.3. 7:00

20

12.3. 6:00

El. výkon [kW]

• Nestálost výkonu FV panelů-příklad

čas [hod] 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

188

94

Skutečný výkon FVE na RD (5,88kWp)

Plocha 43m2 Roční výroba 5400kWh

Ing. Jakub Ulč


189

Skutečný denní výkon FVE

Ing. Jakub Ulč


190

95

Postup výstavby FV systému • Posouzení vhodnosti instalace FV panelů dle dispoziční plochy (sklon, orientace,..) • Stanovení systému využívání vyrobené energie • Žádost provozovateli distribuční soustavy o připojení (ČEZ, EON, PRE - schválení s uvedením podmínek • Stavební úřad-umístění FV panelů na střeše-územní souhlas • Realizace-malé FV systémy(do 10kWp) cca 2-7dnů • Licence výrobce elektrické energie-ERÚ. Fyzická osoba provozující systém do 20kWp nemusí mít odborné vzdělání. • Smlouva o připojení s provozovatelem distribuční sítě


191

Legislativa

• •

•

• • •

• •

Zákon 180/2005Sb. o podpoře výroby elektřiny z obnovitelných zdrojů energie. Zrušeno k 1.1.2013 Vyhláška 475/2005Sb. ve znění 364/2007Sb., kterou se provádějí některá ustanovení zákona o podpoře využívání obnovitelných zdrojů. Životnost FV elektrárny je 20let. Zrušeno k 1.1.2013 Vyhláška 150/2007Sb. Vyhláška o způsobu regulace cen v energetických odvětvích a postupech pro regulaci cen Roční zvyšování cen v průběhu životnosti zařízeni. Zrušeno k 25.2.2009 Vyhláška č. 51/2006 Sb. o podmínkách připojení k elektrizační soustavě. Cenové rozhodnutí Energetického regulačního úřadu Např. č. 7/2007 – V roce 2008 je výkupní cena elektřiny dodané do sítě: 13,46 Kč/kWh, zelené bonusy: 12,65 Kč/kWh. 2013 – podpora pouze pro systémy s výkonem do 30kWp, garantovaný výkup po dobu 20 let 2014 – jsou zrušeny veškeré podpory pro fotovoltaické systémy 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

192

96

Cenové rozhodnutí ERU 4/2013

http://www.tzb-info.cz/vyse-vykupnich-cen-a-zelenych-bonusu 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

193

Výkupní cena elektrické energie z FV systémů


194

97

• Zdroje energie Německo

www.pse.de


195

Skladba ceny elektřiny pro domácnosti

www.nazeleno.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

196

98

FV elektrárny • • • •

Údržba pozemku Údržba FV systému Řešení likvidace po končení životnosti Nutné zabezpečení proti krádeži – Označení panelů – Obvod pozemku střežen buď infračervenými čidly, nebo detekčním kabelem nataženým v plotu

http://fotovoltaicke-elektrarny.revamont.cz/

http://www.solartechnika.sk/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

197

Příklad natáčecího FV systému


198

99

Fotovoltaika integrovaná do budov Building Integrated Photovoltaics (BIPV) • architektonická variabilita • vztah k životnímu prostředí • ekonomický přínos www.dynamicsolartech.com

http://www.greentechmedia.com/

http://www.solar-fabrik.de/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

199

Příklad možné integrace FV do pláště budovy

www.plusplasticelectronics.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

200

100

Návratnost FV systémů

www.pse.de 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

201

Ekonomika fotovoltaiky • Ceny FV v Německu – 1990 14.000 E/kWp – 2014 1.500 E/kWp – Odhady hovoří o poklesu o 20% v dalších 30 letech

www.pse.de 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

202

101


203

Návrh FV systémů • PV-GIS – http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/


204

102

FV příprava TV • • • • •

Sestava pro elektrický dohřev TV v zásobníku Výkon 1470Wp (6ks á 245Wp) Zásobník větší než 100l Příkon spirály 2-3kW (230V) Cena 2014: 76tis. Kč vč. DPH

www.solartec.cz


205

SolárníFV systémy Porovnání a FT soustav Účinnost systému (odhad) Maximální měrný výkon

Fotovoltaický systém

Fototermická soustava

15%

60%

125 W/m2

800 W/m2

Zatažená obloha (5% výkon)

Optimální orientace / Celoroční sklon

Jih Sklon 30-35°

Další vlastnosti

Zakrytí panelů Pokles účinnosti Nízké náklady na údržbu Dlouhá životnost 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

Jih Sklon 45° Sklon v závislosti na době využití tepelné energie. Zimní sklon 60-90°

Menší plocha Vyšší náklady na údržbu a provoz Malý pokles účinnosti 206

103

Moderní čištění FV panelů v elektrárnách

• • •

Využití automatických robotů Bez potřeby vody (např. v pouštních oblastech) Použití mikrovláken

http://www.ecoppia.com/


207

Tepelná čerpadla


208

104

Tepelné čerpadlo • Tepelné čerpadlo je stroj, který čerpá teplo z jednoho místa na jiné vynaložením vnější práce. Obvykle je to z chladnějšího místa na teplejší.

• Použití: – Chladící stroje – Zdroje tepla • Tepelný stroj, umožňující využití nízkopotenciálního tepla okolí pro energetické systémy budov. • 2. termodynamický zákon – Určuje směr, kterým probíhají přirozené procesy – Žádný tepelný stroj pracující mezi dvěma teplotami nemůže mít vyšší účinnost než Carnotův stroj pracující mezi stejnými teplotami. – Teplo nemůže při styku dvou těles různých teplot samovolně přecházet z tělesa chladnějšího na těleso teplejší.


209

Tepelné čerpadlo • Typy tepelných čerpadel – Absorpční tepelná čerpadla • pracují bez kompresoru, méně nehlučná, nutný zdroj tepla (spalování paliva, solární energie) • Sorpční oběh

– Kompresorová tepelná čerpadla • Parní oběh – nejběžnější systém • pohon zajišťuje kompresor – Elektrická – elektrický motor – oddělený - kompaktní – Plynová –plynový motor - turbína


210

105

Kompresorové tepelné čerpadlo Základní části tepelného čerpadla • výparník – kompresor – kondenzátor – expanzní ventil • teploty a tlaky primárního okruhu • Vlastnosti: • Kompresor • Výparník • Kondenzátor • Expanzní ventil (elektronický, termostatický)

http://vytapeni.tzb-info.cz/tepelna-cerpadla/9147-ac-heating-faktory-ovlivnujici-ucinnost-tepelnych-cerpadel

211


Tepelné čerpadlo • • •

Pracovní diagramy tepelného čerpadla P-V diagram (tlak-objem) T-S diagram (teplota-entropie)

http://www.calorex.com/

http://www.mpoweruk.com/heat_engines.htm


212

106

Kompresorové tepelné čerpadlo • TČ s pístovými kompresory - levnější, hlučnější, nižší topný faktor. Životnost 15 let. • TČ se spirálovými kompresory Scroll - dražší, nejlepší topný faktor, nejpoužívanější typ. Životnost kompresoru Scroll min. 20 let. • TČ se šroubovými kompresory

www.viessmann.cz

www.eccb.cz


213

Absorpční tepelné čerpadlo • •

•

V absorpčním oběhu koluje chladivo a absorpční látka Páry chladiva odcházející z výparníku jsou absorbovány v absorbéru do kapalné absorpční látky za současného uvolnění absorpčního tepla. Vzniklá kapalná směs je čerpadlem dopravena do části oběhu s vyšším pracovním tlakem. Po zvýšení teploty směsi jsou páry chladiva v desorbéru vypuzeny z absorpční kapaliny.

http://energetika.tzb-info.cz/kogenerace/6519-systemy-spolecne-vyrobyelektricke-energie-tepla-a-chladu


214

107

Chladiva • Chladiva – Čisté kapaliny • jedno nebo vícesložkové

• např. R22 (chlorodifluormethan), R21, R123, R124 • Pozor na možné problémy s doplňování/změnou nevhodného chladiva v TČ (např. dříve R22 (freon)-1.1.2010 zákaz používání pro údržbu a servis, 1.1.2015 zákaz používání zařízení)

– Směsi 2-4 chladiv • Nestejnoměrné vypařování a kondenzace • Např. R407

www.pentabell.cz


215

Chladiva • HFC - (fluorované uhlovodíky) nazývané také jako F-plyny byly vyvinuty jako náhrada za chladiva poškozující ozonovou vrstvu. • CFC - (tvrdé freony) - R12, R502, • HCFC – (hydrochlorofluorouhlovodíky)-tzv. měkké freony – 1.1.2010 zákaz používání pro údržbu a servis – 1.1.2015 zákaz používání zařízení) http://www.jdk.cz/cs/produkty/chladivo


216

108

Carnotův cyklus • Teoretický nereálný cyklus • Nezohledňuje řadu důležitých vlastností – pracovní látku, teplosměnné plochy, tepelné ztráty…

• Skutečný topný faktor je nižší řádově o 50-60% Reálný provoz tepelného čerpadla Podchlazení chladiva - Výhodné pro správnou funkci expanzního ventilu - Zvyšuje se topný faktor

http://vytapeni.tzb-info.cz/tepelna-cerpadla/9147-ac-heating-faktory-ovlivnujici-ucinnost-tepelnych-cerpadel

217


Předávání tepla • Tepelné výměníky – Kapalinový výměník • Deskový výměník - složený z tenkých kovových destiček • Trubkový žebrovaný výměník – zásobníky

– Vzduchový výměník • Trubkový výměník

http://www.alfalaval.com/


218

109

Topný faktor

Tepelné čerpadlo

• Vyjadřuje poměr dodaného tepla k množství spotřebované energie (2-5).

Q množství tepla, které TČ vyrobí (kWh) E množství energie spotřebované na provoz TČ (kWh)

www.ekowatt.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

219

Trocha teorie.. • COP - Coefficient of Performance – Charakteristika kompresoru, vznikl pro odlišení vlastností tepelných čerpadel – Udávají výrobci za laboratorních-určených podmínek

• EER-Energy Efficiency Ratio • Topný faktor vztažen k primárnímu okruhu – charakteristika chladícího stroje – Pro TČ voda-voda, země-voda i provoz čerpadel =


220

110

Trocha teorie.. • COSP - Coefficient of System Performance • SEER-System Energy Efficiency Ratio – Charakteristika celého vytápěcího/chladícího systému

§ SPF – Seasonal Parformance Factor • Provozní topný faktor (reálný, vhodný pro výpočet ekonomiky provozu) – Dle podmínek na primární i sekundární straně TČ. Čím vyšší je teplota prostředí, ze kterého je teplo odebíráno a čím nižší je teplota soustavy, do které je teplo odevzdáváno, tím vyšší má TČ topný faktor.

• Díky vyššímu topnému faktoru u TČ země-voda než vzduch-voda má toto řešení cca o 20% nižší spotřebu elektrické energie. SPF pro RD (Německo): Země – voda SPF=3,9 Vzduch – voda SPF=2,8 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

221

Pracovní teploty • Max. teplota získaná z TČ 55°C • Pro vyšší teploty nutné zvolit jiné řešení – Více okruhový systém (např.2 kompresory) – Vstřikování páry do kompresoru (EVI)

http://www.alfaco.cz/novinky/117/evi.html


222

111

Tepelné čerpadlo Základní požadavky kladené na zdroj energie pro TČ: • dostupnost • kapacita • vyšší teplota

Zdroj tepla

Teploty

Vzduch

+25 až -18°C

Země

2-10°C

Spodní voda (studny)

8-12°C

Povrchová voda (vodoteč)

+18 až 0°C


223

Tepelné čerpadlo vzduch-voda • • • •

Nižší cena Provozně horší COP Nutnost řešení hlučnosti ventilátoru na výparníku Provedení – Samostatná venkovní a vnitřní jednotka – Kompaktní provedení vnitřní – Kompaktní provedení venkovní

• Zdroj tepla

– Okolní vzduch – Levnější varianta, výměník vně nebo uvnitř objektu, nutné velké množství vzduchu – vyšší hlučnostnároky na umístění, funkce do cca -12°C, nebezpečí namrzání výměníku. – Odpadní vzduch – Výhodný zdroj tepla pokud je v dostatečném množství. 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

224

112

Tepelné čerpadlo vzduch-voda Samostatná venkovní jednotka • Venkovní jednotka s ventilátorem je propojena s vnitřní částí izolovaným potrubím, délka bývá do 10 m. • Jednotka umístění – střecha – venkovní stěna – země

http://www.kodek.cz/kategorie/vzduch-voda.aspx

• Umístění venkovní jednotky musí být zvoleno tak, aby hluk kompresoru a ventilátoru byl co nejmenší. • Nejvhodnější umístění u objektu jižní strana • Průtok vzduchu dle výkonu (např. 2000m3/h pro 6kW, 5000 pro 12kW)


225

Tepelné čerpadlo vzduch-voda

Kompaktní provedení vnitřní

• Celé tepelné čerpadlo je umístěno ve vnitřním prostoru. Sání i výfuk vzduchu musejí být v dostatečné vzdálenosti od sebe, aby nedocházelo k míchání vzduchu. Umístění v technickém prostoru uvnitř budovy je výhodné i s ohledem na hluk v exteriéru, umístěni však musí odpovídat dispozici budovy a umístění pobytových místností.

www.topeni-chlazeni.cz


226

113

Tepelné čerpadlo vzduch-voda Kompaktní provedení venkovní • Řešení, kdy je celé tepelné čerpadlo je umístěno ve venkovním prostoru. Výhodou je, že toto zařízení nezabírá žádný vnitřní prostor a lze tu využít i hořlavá chladiva např. propan.

www.nibe.cz

www.energiehome.eu


227

Tepelné čerpadlo země-voda • Zdroj tepla – soustava vrtů (hlubinný, povrchový, koaxiální) – plošný zemní výměník – energetické piloty


228

114

Tepelné čerpadlo země-voda

• Vrty – Nutná schopnost uvrtat danou hloubku vrtu – V CZ cca 20 profi firem – Vývrt zeminy cca 1m3 – Vrty běžně do hloubky 100m(zvládnutelné 130-150m) duplexy – rozteč vrtů cca 10m, volíme zpravidla stejnou hloubku vrtů např. 2x70m – Cena vrtu cca 1000Kč/m – Zkouška vrtu – tlaková, průtoková

www.envirex.cz

www.dekonta.cz


229

Zemské teplo • Solární energie má rozhodující vliv na teplotu zeminy do hloubky cca 15 m • Pod touto hloubkou se již neprojevuje vliv ročních období – určující je dodávka tepla ze země • Teplota v hloubce 20 m je cca 10°C – každých 30m stoupá o cca 1°C (geotermický gradient 3K/100m) – Tepelná vodivost země průměrně 2W/m.K


230

115

Hlubinné vrty • Nesmí být poškozeny hydrogeologické vrstvy • Nutné zajistit vodivé spojení vrtu a okolí – Jílocementy (vodivost 0,6-0,8) – Termosměsi (vodivost 2,1-2,5)

• Vždy platí, že materiál použitý pro primární systém potrubí TČ by měl být vzhledem k ekonomické náročnosti vrtů co nejlepší, aby vrty bylo možné využívat co nejdéle. • Záruka na vrt 10let • Životnost vrtů dle materiálů 50 let • Legislativa: – Územní řízení – projekt na vrt – Hydrogeologický posudek

• Nad 30kW udělat průzkumný vrt – (TRT thermal response test)


231

Hlubinné vrty • výstroj vrtu • tvarové uspořádání výměníku – Jednoduché – Duplexní (o cca 12% lepší)

• řešení spodní části výměníku • kvalitní plasty (PE)-RC materiál • zhlaví vrtu


232

116

Povrchové vrty-Energetické koše

• Vrty hloubky 5m vzdáleny 3-4 m, odstup od budovy 2m • Délka sondy 3m (délka 40m, průměr 40cm) • Vhodné pro malé pozemky kde není možné provést hloubkové vrty. Paralelní zapojení nebo až 3 sondy sériově. • Výkon 400-700 W/m (1,4kW chladícího výkonu pro 2400h) • Pomalejší reakce na solární energii

www.rehau.cz


233

Plošné výměníky • orientační chladící výkon 20W.m-2 plochy kolektoru při běžné hloubce uložení zemního výměníku 1,5m, výskyt spodní vody až 40W.m-2, velmi suchá zem 8W.m-2 nutné udělat sondu • smyčky potrubí ukládané v rozteči 0,5-2m, délka 150-200m (při větší dimenzi 40 až 350m) • Dimenze potrubí 25,32(Ger,Aus.), 32,40(Cz) • Odstup 0,5m (dům, strom), hloubka min. 1m • pokud více než 5 smyček-vhodné použít rozdělovač a sběrač

cz.complexenergy.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

234

117

Výkonové charakteristiky plošného výměníku Standardní plošný zemní kolektor – výkony pro odběr tepla

(W/m2)

Suchá písčitá půda

8-15

Vlhká písčitá půda

15-20

Suchá jílovitá půda

20-25

Vlhká jílovitá půda

25-30

Půda s protékající spodní vodou

30-35

• Dimenzování velikosti výměníku provádět podle doby provozu ne podle maximálního výkonu TČ. 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

235

Výkopové provedení plošného výměníku • • • • • •

Plošný výměník hloubka 1,2-1,5m Velký zábor plochy, omezení z pohledu zeleně Nutné spádování pro odvzdušňování v šachtě Materiály odolné vůči poškození – kvalitní PE Písek na obsyp do vlhka - suchý písek izoluje Frakce kameniva vhodné pro zásyp nelze jednoduše určit na stavbě – nutné speciální potrubí

www.regulus.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

236

118

Plošný výměník - poruchy • • • •

• • • •

Správné dimenzování Spádování Použité potrubí Dodržení bezpečných vzdáleností (rozteč potrubí u klasického položení je minimálně 0,6-1m v závislosti na průměru použitého potrubí, optimálně 1m ) Vzdálenost min. 0,7-1m od vodovodního potrubí/kanalizace Izolace potrubí při křížení Nemožnost následné výstavby na místě uložení plošného kolektoru Prostup do objektu


237

Tepelné čerpadlo • Primární okruh musí mít pro vyrovnávání objemových změn vybaven vyrovnávací nádobou a pojistným ventilem. • Kontrola skutečného provedení vrtu pomocí označených potrubí • TČ vzduch-voda hrozí vznik kondenzátu/námrazy. Umístění TČ ve větrané a temperované místnosti. • Hluk z provozu TČ-pozor zvláště u lehkých staveb • Přerušované vytápění a TČ-výhodný většinou jen u NED domů (3-5kW), pozor na setrvačnost podlahových systémů


238

119

Koaxiální sondy • • • • • • •

GRD vrty Lze provést až 12x50m vrtu Práce z jednoho místa Kombinace plošného a hlubinného výměníku Min 2 m od základů Lze vrtat i pod budovou Menší zásah do pozemku

http://www.taq.cz/

239


Tepelné čerpadlo voda-voda • Povrchová voda - Voda v toku nebo rybníku, výměník ve vodě, na břehu. Pozor na teploty v zimním období. Teplota 0-18°C. • Podzemní voda - Voda se odebírá ze sací studny (10-15m) a po ochlazení se vypouští do vsakovací studny (20 m) nebo vodoteče (platba stočného). Zdroj podzemní vody musí být dostatečně vydatný (přibližně 15 - 25 l/min pro TČ s výkonem 10 kW) – zkoušeno i déle než 20 dnů. Teplota 8-10°C. Ochlazení vody 4°C. • Hlubinná voda, geotermální voda – teploty >40°C (Teplice) • Odpadní voda – čistírny odpadních vod – teplota 20-30°C • Je vodní dílo.

www.solarenvi.cz


240

120

Dimenzování velikosti tepelného čerpadla • výkon TČ 70-90% celkového požadovaného výkonu zdroje tepla – pozor na žádané parametry interiéru -20°C?) – pozor na náklady TČ+primární okruh • Výkon TČ 100% ekonomika, vestavba elektrokotle

www.city-data.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

241

Dimenzování TČ • Bod bivalence představuje bod, kdy je nutné připojit k tepelnému čerpadlu, s ohledem na potřebu tepla, další zdroj (běžně 0 až -7°C) • Monovalentní zdroj • Vícevalentní zdroj – Bivalentní – Alternativně bivalentní TČ zcela vypne pod určitou teplotou


242

121

Tepelné čerpadlo • navrhnout TČ tak, aby pracovalo co možná nejvíce a po co nejdelší dobu • omezit krátkodobé zapínání a vypínání, překlenout např. tarifní přerušení dodávky elektrické energie-elektronika tč max. 3-4 starty za hodinu, min. doba provozu 20min, • řízení výkonu kompresoru (frekvenční měnič, rozsah) • objem otopného systému zvýšit pomocí akumulačního zásobníku tepla • vhodná kombinace s nízkoteplotním systémem vytápění (soustava nejlépe <40°C např. 45/30°C PDL, 50/40°C OT) • nejčastěji jako bivalentní zdroj tepla-doplnění např. elektrokotlem • nutná kapacita elektrické přípojky, využití speciálního tarifu • max. teplota 55°C (při úpravě primárního okruhu až 65°C) 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

243

Schéma zapojení tepelného čerpadla Akumulační zásobník topné vody

http://www.tzb-info.cz/2820-tepelna-cerpadla-teorie-a-schemata-i


244

122

Schéma zapojení tepelného čerpadla Akumulační zásobník topné vody

http://www.buderus.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

245

Schéma zapojení tepelného čerpadla Akumulační zásobník topné vody a zásobníková příprava teplé vody


246

123

Kombinace zdrojů energie Solární kolektory a tepelné čerpadlo


247

Příklad použití TČ • Příprava teplé vody pro panelový dům (48 bytů) • Vzduch-voda 18kW s parním vstřikem (60°C až při 15°C) a elektrokotel 24kW a akumulační nádoba

www.topin.cz Ing. Robert Krainer 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

248

124

Příklad použití TČ

• • • • •

Kompaktní vnitřní provedení 5 podobných panelových domů (1-9.2013) Návratnost instalace Cena zařízení 650-950tis.Kč, cena tepla 300-350Kč/GJ Návratnost dle situace 3-7let

www.topin.cz Ing. Robert Krainer 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

249

Chlazení pomocí TČ Reversní provoz - obrácení provozu TČ, tedy odebírání tepla v interiéru a jeho odevzdávání v primární části. Technicky je nutné provést instalaci speciálních armatur, které toto obrácení běhu umožní. Přímé chlazení - kompresor TČ není v provozu a teplo z interiéru je odváděno do země nebo vody. Chlazení interiéru přímo chladem ze země nebo vody. Tento způsob chlazení je energeticky úsporný a má využití u budov s nízkou spotřebou energie.


250

125

Energetické piloty • Objem betonu a zeminy pod slouží jako akumulátor chladu nebo tepla. • Využití stavebních pilot. • Piloty o průměru 0,12-1,2m a hloubce 3-30 m. • Možné použití systému přímého chlazení (bez TČ). • Min. teplota-2°C (nebezpečí promrzání zeminy)

www.ge-tra.cz 251


Příklad realizace 12lofts (Praha Bubeneč) • • • • •

Využití energie pro chlazení – aktivace betonového jádra 78 pilot (620-900mm) Rozteče pilot 5-13m 60kW chladu, volné chlazení+kompresor PE potrubí 25x2,3 ve šroubovici se stoupáním 0,5m

http://www.gerotop.cz/cs/

http://www.12lofts.cz/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

252

126

Vzduchový zemí výměník • Využití zemního tepla pro předehřev nebo předchlazení vzduchu • Nutná dostatečná délka výměníku • Nutné řešit hygienu provozu a údržbu systému • Ekonomická bilance – přínos vs. Investiční náklady • Doba provozu

www.fraenkische.com

www.zigersnead.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

253

Geotermální energie


254

127


Zdroj tepla: • vznik planety + rozpad radioaktivních látek Využití: • zásobování teplem • výroba elektřiny (ohřev >150°C) • zásobníky tepla, chladu

www.carbonneutral.com 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

255

Geotermální energie • energie z hydrotermálních zdrojů vysoké teploty (>130 °C) pro výrobu elektrické energie • energie tepla hornin („suché zemské teplo“) vysoké teploty (>130 °C) pro výrobu elektrické energie • energie z hydrotermálních zdrojů vyšší teploty (<130 °C) pro výrobu tepla • geotermální energie pro nízkoteplotní systémy (tepelná čerpadla)


256

128

Zjednodušený geotermální model

www.unugtp.is 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

257


• Hlavní sledované fyzikální veličiny – tepelný tok • Průměrný tepelný tok (množství tepla, které projde jednotkovou plochou na zemském povrchu) na Zemi je 60 +/- 10 mWm-2.

– tepelná vodivost hornin – hydrogeologické parametry lokality

http://www.mzp.cz/cz/geotermalni_energie


258

129

Geotermální elektrárna • Principem je využití energie páry pro výrobu elektrické energie v generátoru.

http://visual.merriam-webster.com/energy/geothermal-fossilenergy/production-electricity-from-geothermal-energy.php


www.energybandgap.com

259

Biomasa


260

130

Biomasa Biomasa je hmota organického původu (rostlinného i živočišného). Rostlinná biomasa (fytomasa) složena z vody, oxidu uhličitého ze vzduchu, malého procenta různých prvků z půdy a za existence fotosyntézy a slunečního záření o volné vlnové délce 0,38 až 0,79 mikronů: 6 CO2 + 6 H2O + energie + stopové prvky = C6H12O6 + 6 O2 Vytváří se cukry, škrob, lignin, bílkoviny, tuky, latexy, vláknina-celulóza a další látky.

Fotosyntéza - pomocí zeleného barviva (chlorofylu) je zachycována do org. sloučenin sluneční energie. Hlavní přínosy biomasy: • redukce skleníkových plynů • snížení závislosti na dovozu energie • regionální rozvoj 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

261

Biomasa • Způsoby získávání energie – Termo-chemicky (spalování)-problematika vlhkosti- např. dřevo za 1,5 roku w=20%, výhřevnost závisí na množství hořlaviny (organická část, směs hořlavých uhlovodíků). Spalování přímé nebo spalování vyrobených kapalných nebo plynných produktů (olej,..) C6H12O6 + 6 O2 = 6 CO2 + 6 H2O + energie + popel – Bio-chemicky (fermentace, alkoholové kvašení, anaerobní vyhnívání, metanové kvašení (bioplyn)) – Mechanicko-chemická přeměna (lisování olejů, štípání, drcení, lisování , peletování, výroba bionafty)


262

131

Biomasa • Pěstovaná k energetickým účelům – Lignocelolůzové • Dřeviny (vrba, olše), obiloviny • Travní porosty (sloní tráva) • Ostatní porosty (šťovík,..)

– Olejnaté (řepka, slunečnice) – Škrobo-cukernaté (brambory, kukuřice)

www.biomtrade.cz


263

Biomasa • Odpadní produkty – Rostlinné odpady - zemědělská prvovýroba (řepková sláma, sekaná tráva, sláma..) – Lesní odpady (dendromasa) - nevyužitá stromová hmota po lesní výrobě (větve, pařezy) – Organické odpady z průmyslové výroby (dřevařská výroba, cukrovary, mlékárny,..) – Odpady ze živočišné výroby (hnůj, kejda,..) – Komunální organické odpady (kal, komunální tuhý odpad)

nizkoenergetickydomek.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

264

132

Biomasa

Rychle rostoucí rostliny Dřeviny (RRD)-výmladkové platáže využitelnost po 8 letech, životnost 15-20 let nejedná se o zemědělskou půdu, (cca 1h/1RD) topoly, vrby (ověřované jilm, olše) Byliny (energetické byliny) Jednoleté, víceleté, vytrvalé, nižší energetický zisk např. šťovík, sklizeň od 2 roku každý rok, životnost 10 let, cena energie cca 100 Kč/GJ Rostliny obsahující škrob a cukr výroba etanolu (brambory, kukuřice) Olejnaté rostliny výroba oleje, využití vedlejších produktů (řepka, slunečnice) 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

265

Biomasa


266

133

Biomasa Palivo upravené do lépe využitelné podoby: (výroba paliva-cena energie-dostupnost)

štěpka -použití: kotle na kusové dřevo, interiérové kotle, krbová

kamna, kotelny na automatické spalování biomasy

dřevo-použití: kotle na kusové dřevo, interiérové kotle, krbová kamna

dřevní brikety-použití: kotle na kusové dřevo, interiérové kotle,

krbová kamna

piliny- kotle na kusové dřevo, kotelny na automatické spalování biomasy

pelety-slisované piliny a hobliny v podobě malých válečků.

Umožňují automatizovat dopravu paliva do kotle. Výhřevnost do 18MJ/kg 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

267

Biomasa • Pelety použití: automatické kotle na obilí a pelety, kotelny na automatické spalování biomasy Pelety z řepky Pelety ze šťovíku Dřevní pelety s kůrou Dřevní pelety bez kůry

• Obilniny Použití: automatické kotle na obilí a pelety pšenice, oves, hořčice


268

134

• přímé spalování

Spalování biomasy

– ekonomické u produktů ze dřeva (polena, štěpka, brikety, pelety) a slámy – nutný nízký obsah vlhkosti – u slámy vysoký obsah létavých částeček

• zplyňování – přeměna pevných paliv v plynná paliva – teploty 500 až 1200 °C, způsob konverze ligninu (tvoří cca 25–30 % biomasy), kdy je objem hmoty redukován až o 90 %. Jako vstupní surovinu na výrobu syntetického plynu lze použít různé druhy obilovin, trávu, rychle rostoucí dřeviny (topoly, vrby). Nejlepší účinnosti zařízení se dosáhne, pokud je konstruováno speciálně pro daný druh paliva.

• pyrolýza – zužitkování tuhých odpadů 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

269

Peletové kotle • Výhodné použití akumulačního zásobníku – – – –

Doporučená velikost 20l/1kW výkonu Umožněno spalování s vysokou účinností Lepší provozní vlastnosti vzhledem k odtahu spalin Nutné posoudit zda komín nemusí být řešený jako mokrý (nebezpečí kondenzace spalin v komíně)


270

135

Bioplyn • Dříve bioplynové stanice spojeny především s ČOV • Kompostování zemědělského a komunálního odpadu • Oddělení frakcí-fermentor (ohřev na cca 40°C) bakterie rozkládají odpad-výroba bioplynu a hnojiva, odpad je nutné hygienizovat. • Hnojivo je ekologicky nezávadné, kvalitní. • Bioplyn dosahuje 70% výhřevnosti zemního plynu cca 21MJ/m3

www.ekolist.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

271

Schéma bioplynové stanice

www.power-energo.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

272

136

Skládkový plyn • Směs plynů vznikajících při mikrobiologickém rozkladu organických složek odpadu. • Skládky tuhých komunálních odpadů (TKO) – Nepříjemný zápach v okolí, možná exploze skládkového plynu – Skládkový plyn musí být odváděn a využíván – ČR cca 312kg TKO/os.rok cca 35% organického původu

www.envicrack.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

273

Kogenerace


274

137

Kogenerace • Kombinovaná výroba elektrické energie a tepla (KVET, CHP) • Jedná se zpravidla o přeměnu primární energie na energii elektrickou tak, aby bylo možné využít odpadní teplo. • Podmínkou využití kogenerace je celoroční zajištění odběru tepla v blízkosti zdroje (např. příprava TV, technologie, vytápění). Umístění zdrojů: teplárny v blízkosti měst elektrárny v blízkosti zdroje paliva Trigenerace - výroba tepla, chladu a el. energie


275

Kogenerace Technologie zdrojů KVET: • Parní protitlaková turbína • Parní odběrová turbína • Plynová turbína s rekuperací tepla • Paroplynové zařízení s dodávkou tepla • Spalovací pístový motor • Další technologie – mikroturbína, Stirlingův motor, palivový článek, parní stroj, organický Rankinův cyklus a kombinace uvedených technologií a zařízení

www.allforpower.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

276

138

Kogenerace

Spalovací pístové motory • Motor spalující levné palivo s přeměnou mechanické práce na elektrickou energii v generátoru a s využitím vznikajícího tepla. • Nejběžněji využito v malých a středních kog. jednotkáchnemocnice, sportovní haly, bazény, obchodní a administrativní centra, ČOV, bioplynové stanice, okrskové kotelny. • Provedení od malých 2 válcových kompaktních motorů až po oddělené 18 válcové umístěné z důvodu hluku v samostatných prostorách.


277

Kogenerace

Spalovací pístové motory • Odvod tepla běžně 2 stupňový-předehřev olej/voda a dohřev výfukové plyny/voda • Vyráběné teplo má omezenou teplotu (100°C). • Vhodné ve spojení s akumulátorem tepla-není nutné maření tepla při potřebě elektřiny. • Snížení výkonu nemá výrazný vliv na snížení účinnosti.

www.biom.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

278

139

Mikrokogenerace • Kogenerace – současná výroba tepla a elektřiny při vysoké účinnosti

• Mikrokogenerace – výroba elektřiny a tepla pro oblast malých výkonů (rodinné domy,..) při nízkých emisích

• Technologie – Stirlingův motor – Motor s vnitřním spalováním – Palivový článek

279 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

279

Mikrokogenerace Sestava motoru s vnitřním spalováním a zdroje tepla • • • •

Celková účinnost až 92 % Elektrický výkon 1 kWe při tepelném výkonu 2,5 kW Celkový tepelný výkon až 25,8kW servisní interval motoru 6tis.h (cca 1,5 roku) Výhoda – modulární řešení Nevýhoda – v některých případech vyšší hmotnost


280

140

Mikrokogenerace Palivový článek • Využití paliva a okysličovadla pro výrobu elektřiny a tepla • Umístění článku uvnitř i vně objektu • Účinnost až 85 % (elektrická 60%) • Nutná odolnost vysokým teplotám

www.infoenergie.cz

www.enviros.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

281

Energie větru


282

141

Energie větru • Slunce nerovnoměrně zahřívá zemi-vznikají vzdušné proudy • Snadné využití pro výrobu elektrické energie • Rozvoj větrné energetiky v souvislosti se státními garancemi výkupních cen • Možnost likvidace po skončení životnosti

www.general-energy.eu

www.csve.cz/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

283

Schéma výroby elektrické energie


284

142

Konstrukční provedení větrné turbíny • Vodorovná osa otáčení • nejběžnější typ • vztlakový princip – využívá princip vztlaku-podobně jako letecké křídlo » podél rotorových listů vznikají aerodynamické síly; listy proto musejí mít speciálně tvarový profil velmi podobný profilu křídel letadla » energie větru je převedena na rotační energii mechanickou. Ta je poté prostřednictvím generátoru zdrojem elektrické energie. – natáčení rotoru kolmo na směr větru

www.ekobydleni.eu

www.csv.cz

285


Konstrukční provedení větrné turbíny

• Svislá osa otáčení

• vztlakový princip-možnost vyšší rychlosti otáček, nižší hlučnost (možnost výstavby ve větší blízkosti), nižší životnost-vyšší namáhání, nižší výkony • odporový princip

www.nazeleno.cz

www.pvsolar.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

www.impel.cz 286

143

•

Větrná turbína

Vícelopatkový rotor

– desítky listů rotoru (např. americké kolo) – malá náběhová rychlost (cca od 0,2m/s) – účinnost 20-30 %

•

Vrtule – – – –

•

1-4 listy rotoru náběhová rychlost 3-6m/s nejpoužívanější typ pro výrobu elektrické energie účinnost 30-40 %

Savoniův rotor – 2 listy rotoru – účinnost do 20 % – náběhová rychlost od 2 m/s

•

Darrierův rotor

www.ueen.feec.vutbr.cz

– 2-3 listy rotoru – účinnost do 40 % – náběhová rychlost 5-8 m/s (nutnost roztočení) 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

287

Výkon větrné turbíny • Maximální účinnost větrného stroje 59 % • odvedená práce je rovna rozdílu kinetické energie na vstupu a výstupu z rotoru) • Teoreticky dosažitelný výkon Pt Betzův koeficient kB=0,59

• Reálný výkon P

D průměr rotoru (m) v rychlost větru (m/s) ρ měrná hmotnost vzduchu (m3/s)

Cp součinitel výkonnosti (ideálně 0,59)-závisí na rychlosti větru 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

288

144

Příklad větrné turbíny 3.0M122

http://www.senvion.com/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

289

Konstrukce větrné turbíny

www.ekobydleni.eu/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

290

145

Energie větru • Ukazatele využitelnosti: – Rychlost větru (m/s) v dané výšce -běžně 10m (logaritmický profil rychlosti v závislosti na drsnosti povrchu) – Četnost rychlosti větru (distribuční charakteristika) – Vhodné lokality je možné stanovit pomocí analýzy dat dostupných z meteorologických stanic – Dostupnost lokality – Nadmořská výška (námraza,..) – Majetkoprávní vztahy – Zátěž ŽP


• Využití energie

291

Energie větru

– Grid-off systém - systém nezávislý na elektrické síti • malé výkony • synchronní generátor • stejnosměrné napětí 12V nebo 24V • zpravidla malé elektrárny výkon 0,1-5 kW+baterie+elektronika

• možné propojení se systémem fotovoltaických panelů


292

146

• Využití energie

Energie větru

– Grid-on systém -propojení s elektrickou sítí • Zpravidla komerční výroba elektrické energie • Trend výstavba velkých elektráren (omezené území, nižší náklady na výkon) • Velké výkony • Asynchronní generátor 660V, střídavé napětí • Nelze použít pro autonomní systémy • Rotor 50-100m, stožár >100m • Výkon 100-2000kW (moře, pobřeží 5MW) • Většinou konstantní otáčky a 3-listé provedení-s rostoucí silou větru se zvyšuje zátěž • Výstavba většího počtu elektráren - větrné farmy • ČR systém výkupní ceny elektřiny nebo zelené bonusy


293

Energie větru • Problematika větrných elektráren – Hlučnost-lze řešit umístěním do vhodné vzdálenosti od obydlí, nutná hluková studie – Rušení zvěře a ptactva -údajně není významné, umístění mimo tahy ptáků – Rušení signálu TV, rádio, telefony -technicky řešitelné posílením signálu – Stroboskopický efekt (vhání pohyblivých stínů) -umístění – Narušení rázu krajiny • Otázka vhodného výběru lokality


294

147

Energie vody


295

Vodní energie • Vodní elektrárny - založeny na přeměně potenciální energie vodního toku • Využitelná energie závisí na průtoku a spádu • Výroba elektrické energie • Základní části (vodní dílo) – vodní stavba - přehrada, jez – vodní stroj - turbína – generátor elektrické energie

• Stabilní výkon zdroje • Nutnost údržby toku

http://mve.energetika.cz/


296

148

Vodní elektrárny

• Přehradní vodní elektrárny Vltavská kaskáda - Orlík (364MW), Slapy (144MW) a Lipno (120MW) • Přečerpávací vodní elektrárny Dlouhé stráně (650 MW) a Dalešice (480 MW) • Přílivové vodní elektrárny Využití energie přílivu a odlivu

www.chatamerin.cz

www.cez.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

297

Přečerpávací elektrárny • Dlouhé stráně (650 MW) *1996 – reakční doba 55-400 s do plného výkonu

www.buddymag.cz

www.casopisstavebnictvi.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

298

149

Vodní elektrárny

• Přílivové vodní elektrárny – Využití energie přílivu a odlivu – Často v déltách řek – Snaha o budoucí využití i dále v moři

evvo.spaco.cz

vtm.e15.cz 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

299

Použití turbín

Peltonova turbína

www.bracek.com

www.cez.cz

http://mve.energetika.cz/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

300

150

Rovnotlaké turbíny Peltonova turbína

Turgo turbína Bánkiho turbína

http://mve.energetika.cz/ 125OZE1 - Kabrhel - Pracovní materiály

301

Přetlakové turbíny Přetlaková turbína-osa turbíny horizontální i vertikální Francisova turbína Kaplanova turbína

http://mve.energetika.cz/


302

151

Konec


303

152

Obnovitelné zdroje energie 125OZE1

Recommend Documents