Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Energia w środowisku (8). Wykorzystanie energii słonecznej Zamiana na energię cieplną w celu ogrzewania pomieszczeń Zamiana na energię cieplną w celu.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Energia w środowisku (8). Wykorzystanie energii słonecznej Zamiana na energię cieplną w celu ogrzewania pomieszczeń Zamiana na energię cieplną w celu."— Zapis prezentacji:

1 Energia w środowisku (8)

2 Wykorzystanie energii słonecznej Zamiana na energię cieplną w celu ogrzewania pomieszczeń Zamiana na energię cieplną w celu ogrzewania pomieszczeń Rośnie popularność małych instalacji, stosowanych głównie w domach jednorodzinnych. Rośnie popularność małych instalacji, stosowanych głównie w domach jednorodzinnych. Ograniczona możliwość magazynowania energii cieplnej. Ograniczona możliwość magazynowania energii cieplnej. Panel słoneczny musi być wspomagany innym źródłem ciepła Panel słoneczny musi być wspomagany innym źródłem ciepła Koszt inwestycji zwraca się po okresie lat Koszt inwestycji zwraca się po okresie lat

3 Wykorzystanie energii słonecznej Zamiana na energię elektryczną Zamiana na energię elektryczną Od kilku lat powstają duże instalacje na przemysłową skalę – elektrownie słoneczne Od kilku lat powstają duże instalacje na przemysłową skalę – elektrownie słoneczne Rozwijają się elektrownie cieplne stosujące zwierciadła o kształcie parabolicznej rynny. Wymagane duże przestrzenie i bardzo nasłonecznione lokalizacje Rozwijają się elektrownie cieplne stosujące zwierciadła o kształcie parabolicznej rynny. Wymagane duże przestrzenie i bardzo nasłonecznione lokalizacje Nadzieja na bezpośrednią konwersję energii słonecznej w elektryczną ulokowana jest w ogniwach fotowoltanicznych. Nadzieja na bezpośrednią konwersję energii słonecznej w elektryczną ulokowana jest w ogniwach fotowoltanicznych. Gwałtownie rośnie produkcja ogniw, działają już elektrownie. Koszt produkcji takiej energii ciągle jest jednak bardzo wysoki Gwałtownie rośnie produkcja ogniw, działają już elektrownie. Koszt produkcji takiej energii ciągle jest jednak bardzo wysoki

4 Energia słoneczna – energia użytkowa Aktualne tendencje Realizowane sposoby wykorzystania energii słonecznej

5 Konwersja na energię elektryczną w małych instalacjach Ogniwa fotowoltaniczne staną się źródłem energii elektrycznej w domach? Dzięki rządowym programom w Niemczech elektrownie odkupują energię elektryczną wytwarzaną za pomocą solarnych systemów trzy razy drożej niż jest sprzedawana od odbiorców. Dzięki takiemu systemowemu rozwiązaniu dynamicznie rozwija się rynek ogniw fotowoltaicznych.

6 Produkcja ogniw fotowoltanicznych na świecie Szybki wzrost produkcji ogniw fotowoltanicznych w ostatnich latach

7 Czy ogniwa fotowoltaniczne są zawsze krzemowym złączem n-p? Przykład CdTe Tellurek kadmu (CdTe) bardzo dobrze absorbuje światło i może być wykorzystany do produkcji ogniw fotowoltaicznych w układzie CdTe jako złącze typu P i CdS jako złącze typu N. Tellurek kadmu (CdTe) bardzo dobrze absorbuje światło i może być wykorzystany do produkcji ogniw fotowoltaicznych w układzie CdTe jako złącze typu P i CdS jako złącze typu N. W roku 1992 opracowano strukturę bardzo cienkiego ogniwa w układzie CdS/CdTe o sprawności 15%. Dawało to otwartą drogę do komercjalizacji nowych tanich i wydajnych ogniw fotowoltaicznych wolnych od krzemu. W roku 1992 opracowano strukturę bardzo cienkiego ogniwa w układzie CdS/CdTe o sprawności 15%. Dawało to otwartą drogę do komercjalizacji nowych tanich i wydajnych ogniw fotowoltaicznych wolnych od krzemu. Przejście z laboratoryjnej do masowej skali produkcji nie jest proste. W przypadku CdTe trwało prawie dekadę. Przejście z laboratoryjnej do masowej skali produkcji nie jest proste. W przypadku CdTe trwało prawie dekadę. Zaletą ogniw CdTe jest radykalna redukcja zużycia drogich półprzewodników, a tym samym poprawa stosunku ceny do mocy wyprodukowanego ogniwa. Zaletą ogniw CdTe jest radykalna redukcja zużycia drogich półprzewodników, a tym samym poprawa stosunku ceny do mocy wyprodukowanego ogniwa. Standardowa płytka krzemowa ma grubość 200–300 mikrometrów. Standardowa płytka krzemowa ma grubość 200–300 mikrometrów. Stosując tellurek kadmu (CdTe) równie skutecznie można absorbować promieniowanie słoneczne za pomocą warstwy 2 mikrometrów. Stosując tellurek kadmu (CdTe) równie skutecznie można absorbować promieniowanie słoneczne za pomocą warstwy 2 mikrometrów. Chociaż nominalnie CdTe jest znacznie droższy od krzemu krystalicznego, to jednak ponad 100-krotna redukcja zużycia materiału rekompensuje wyższe koszty ze znaczną nawiązką. Chociaż nominalnie CdTe jest znacznie droższy od krzemu krystalicznego, to jednak ponad 100-krotna redukcja zużycia materiału rekompensuje wyższe koszty ze znaczną nawiązką.

8 Wzrost wydajności ogniw fotowoltanicznych różnych typów w warunkach laboratoryjnych

9 Produkcja ogniw fotowoltanicznych na świecie Zainstalowana moc elektrownii fotowoltanicznych Nadzieja na zmniejszenie kosztów produkcji elektryczności w elektrowniach słonecznych

10 Wykorzystanie energii do zasilania w małych urządzeń w miejscach odległych od sieci energetycznych Najnowsze technologie elektroniczne trafiły do prewencji bezpieczeństwa ruchu drogowego. O ile problemem było podłączzenie urządzeń wymagającyc prądu elektrycznego, to teraz nie ma z tym już żadnego problemu. Najnowsze technologie elektroniczne trafiły do prewencji bezpieczeństwa ruchu drogowego. O ile problemem było podłączzenie urządzeń wymagającyc prądu elektrycznego, to teraz nie ma z tym już żadnego problemu. Dzisiaj fotoradary czy też obserwatoria pogody są podstawowym klientem energii produkowanej przez ogniwa fotowoltaiczne. Słońce okazuje się mieć ogromną energię jeszcze do zagospodarwowania. Akumulator doładowywany energią słoneczną, podłączenie za pośrednictwem internetu i przesyłanie obrazów to najnowsze trendy

11 Lampy solarne do oświetlenia ulicznego

12 Egzotyczne „zastosowania” energii słonecznej Wielka Brytania: Próby z substancją,która w dzień absorbuje promieniowanie słoneczne a w nocy świeci i oświetla krawędzie szosy

13 Egzotyczne „zastosowania” energii słonecznej Tajwan – wózek z napędem zasilanym energią słoneczną Japonia – szczoteczka do zębów. Mycie bez użycia pasty – antybakteryjne działanie samej szczoteczki wtedy, gdy pada na nią promieniowanie słoneczne

14 Piec słoneczny w Odeilo w Pirenejach

15 Piece słoneczne Stosując bardzo duże zwierciadła paraboliczne można otrzymać bardzo wysoką temperaturę w ognisku zwierciadła Stosując bardzo duże zwierciadła paraboliczne można otrzymać bardzo wysoką temperaturę w ognisku zwierciadła Przykład Laboratorium Promieniowania Słonecznego w Pirenejach we Francji Przykład Laboratorium Promieniowania Słonecznego w Pirenejach we Francji Zwierciadło o średnicy 50 metrów – obraz słońca ma w nim 50 cm średnicy; moc 1200 kW Zwierciadło o średnicy 50 metrów – obraz słońca ma w nim 50 cm średnicy; moc 1200 kW Piece ze zwierciadłami parabolicznymi służą do oczyszczania trudnotopliwych materiałów o temperaturze topienia rzędu 3000 o C Piece ze zwierciadłami parabolicznymi służą do oczyszczania trudnotopliwych materiałów o temperaturze topienia rzędu 3000 o C

16 Destylacja wody przy pomocy promieniowania słonecznego Przy pomocy promieniowania słonecznego odparowujemy wodę Przy pomocy promieniowania słonecznego odparowujemy wodę Para wodna skrapla się na pokrywie naczynia; powstaje czysta, odmineralizowana woda Para wodna skrapla się na pokrywie naczynia; powstaje czysta, odmineralizowana woda

17 Destylacja wody przy pomocy promieniowania słonecznego Woda niezdatna do picia wprowadzana jest do płaskiego naczynia Woda niezdatna do picia wprowadzana jest do płaskiego naczynia Dno naczynia silnie absorbuje promieniowanie Dno naczynia silnie absorbuje promieniowanie Woda nagrzewa się i dzięki temu cząsteczki wody szybciej odrywają się od powierzchni i nasycają powietrze parą wodną. Woda nagrzewa się i dzięki temu cząsteczki wody szybciej odrywają się od powierzchni i nasycają powietrze parą wodną. Ruchy konwekcyjne powietrza sprawiają, że para styka się z przezroczystą, chłodniejszą pokrywą naczynia i skrapla się Ruchy konwekcyjne powietrza sprawiają, że para styka się z przezroczystą, chłodniejszą pokrywą naczynia i skrapla się Kropelki cieczy spływają do kanalików odprowadzających wodę Kropelki cieczy spływają do kanalików odprowadzających wodę

18 Destylacja wody przy pomocy promieniowania słonecznego W obszarach tropikalnych urządzenia destylacyjne mogą pracować z wydajnością odpowiadającą opadom deszczu 0.5 cm na dobę czyli z powierzchni 1 m 2 można uzyskać 5l wody W obszarach tropikalnych urządzenia destylacyjne mogą pracować z wydajnością odpowiadającą opadom deszczu 0.5 cm na dobę czyli z powierzchni 1 m 2 można uzyskać 5l wody Reklama urządzenia: Reklama urządzenia: One „solar still” manufacturer claimed their 40 square feet line focused solar collector would produce an average 2.9 gallons of destilled water per day in southern California 2.9 gallon / 40 stóp kwadratowych 2.9 gallon / 40 stóp kwadratowych = 2.9*3.785 / 40* = 3 litry / m 2 = 2.9*3.785 / 40* = 3 litry / m 2

19 Chłodzenie radiacyjne Chłodzenie identycznym urządzeniem jak to służące do ogrzewania mieszkań Chłodzenie identycznym urządzeniem jak to służące do ogrzewania mieszkań Możliwe wychładzanie cieczy w kolektorze: Możliwe wychładzanie cieczy w kolektorze: gdy nie ma promieniowania słonecznego (w nocy) i gdy ograniczony jest dopływ promieniowania długofalowego z atmosfery (suche powietrze) gdy nie ma promieniowania słonecznego (w nocy) i gdy ograniczony jest dopływ promieniowania długofalowego z atmosfery (suche powietrze) Magazynuje się zimną wodę w nocy i chłodzi się nią pomieszczenia w dzień Magazynuje się zimną wodę w nocy i chłodzi się nią pomieszczenia w dzień Wydajność chłodzenia: około 200 Wh z 1 m 2 Wydajność chłodzenia: około 200 Wh z 1 m 2 Inne urządzenia do chłodzenia bez konieczności magazynowania chłodnej wody Inne urządzenia do chłodzenia bez konieczności magazynowania chłodnej wody

20 Fotochemia i fotobiologia Promieniowanie słoneczne wywołuje reakcje: Promieniowanie słoneczne wywołuje reakcje: chemiczne (fotochemia) chemiczne (fotochemia) w organizmach żywych (fotobiologia) w organizmach żywych (fotobiologia) Energia promieniowania wykorzystana jest do wywołania reakcji. Można ją potem odzyskać w reakcji odwrotnej. Energia promieniowania wykorzystana jest do wywołania reakcji. Można ją potem odzyskać w reakcji odwrotnej. Rozwiązany jest problem magazynowania energii Rozwiązany jest problem magazynowania energii

21 Magazynowanie energii słonecznej w postaci energii chemicznej Energia promieniowania wykorzystana jest do wywołania reakcji chemicznej. W dowolnej chwili można ją odzyskać w reakcji odwrotnej. Energia zostaje zmagazynowana. Energia promieniowania wykorzystana jest do wywołania reakcji chemicznej. W dowolnej chwili można ją odzyskać w reakcji odwrotnej. Energia zostaje zmagazynowana. Przykłady możliwych reakcji fotochemicznych: Przykłady możliwych reakcji fotochemicznych: Fotodysocjacja Fotodysocjacja Pod wpływem promieniowania następuje rozpad cząsteczek i rekombinacja do innej postaci chemicznej Pod wpływem promieniowania następuje rozpad cząsteczek i rekombinacja do innej postaci chemicznej Teoretyczna możliwość: Teoretyczna możliwość: 2H 2 O + promieniowanie = 2H 2 + O 2 2H 2 O + promieniowanie = 2H 2 + O 2 wygodny produkt wyjściowy wygodny produkt wyjściowy łatwość transportu wodoru do miejsca zużycia energii łatwość transportu wodoru do miejsca zużycia energii

22 Magazynowanie energii słonecznej w postaci energii chemicznej 2H 2 O + promieniowanie = 2H 2 + O 2 2H 2 O + promieniowanie = 2H 2 + O 2 W środowisku naturalnym nie obserwujemy, żeby taka reakcja zachodziła (m. in. brak wodoru w atmosferze). W środowisku naturalnym nie obserwujemy, żeby taka reakcja zachodziła (m. in. brak wodoru w atmosferze). Dysocjacja cząsteczki H 2 O wymaga energii Dysocjacja cząsteczki H 2 O wymaga energii co najmniej 3 eV. Tylko 3% promieniowania co najmniej 3 eV. Tylko 3% promieniowania słonecznego spełnia ten warunek energetyczny (fotony posiadają wystarczającą energię). słonecznego spełnia ten warunek energetyczny (fotony posiadają wystarczającą energię). Woda nie absorbuje promieniowania słonecznego. ( silnie absorbuje ultrafiolet) Woda nie absorbuje promieniowania słonecznego. ( silnie absorbuje ultrafiolet)

23 Magazynowanie energii słonecznej w postaci energii chemicznej Sensybilizacja fotolizy wody – np..Metoda Heidt’a Sensybilizacja fotolizy wody – np..Metoda Heidt’a W wodzie rozpuszczamy związek chemiczny, który poprawia absorpcję promieniowania. W wodzie rozpuszczamy związek chemiczny, który poprawia absorpcję promieniowania. Nadchloran ceru w wodzie: Nadchloran ceru w wodzie: W nadchloranie występują jony Ce 4+ i Ce 3+ : W nadchloranie występują jony Ce 4+ i Ce 3+ : 4Ce H 2 O + prom. = 4Ce H + + O 2 4Ce H 2 O + prom. = 4Ce H + + O 2 4Ce H 2 O + prom = 4Ce OH - +2H 2 4Ce H 2 O + prom = 4Ce OH - +2H 2 4H + + 4OH - = 4H 2 O 4H + + 4OH - = 4H 2 O Sumaryczne równanie zachodzących reakcji: Sumaryczne równanie zachodzących reakcji: 2H 2 O = 2H 2 + O 2 2H 2 O = 2H 2 + O 2 oraz odtwarzana struktura jonów Ce oraz odtwarzana struktura jonów Ce Reakcja wymaga bardzo czystej substancji wolnej od wszelkich domieszek. W praktyce nie do zastosowania. Reakcja wymaga bardzo czystej substancji wolnej od wszelkich domieszek. W praktyce nie do zastosowania.

24 Fotosynteza Złożony i wielostopniowy proces zapisywany symbolicznie: Złożony i wielostopniowy proces zapisywany symbolicznie: nCO 2 + nH 2 O + prom = nCH 2 O + nO 2 nCO 2 + nH 2 O + prom = nCH 2 O + nO 2 n=6 glukoza n=6 glukoza Podstawą procesu jest dysocjacja cząsteczki wody ( nie dwutlenku węgla) Podstawą procesu jest dysocjacja cząsteczki wody ( nie dwutlenku węgla) Potrzebna absorbcja około 8 fotonów o łącznej energii ok. 13 eV aby wykorzystać ok. 5 eV potrzebnych do syntezy 1 cząsteczki cukru Potrzebna absorbcja około 8 fotonów o łącznej energii ok. 13 eV aby wykorzystać ok. 5 eV potrzebnych do syntezy 1 cząsteczki cukru

25 Fotosynteza W szczególnych warunkach rośliny potrafią zmagazynować do 10% padającego na nie promieniowania słonecznego W szczególnych warunkach rośliny potrafią zmagazynować do 10% padającego na nie promieniowania słonecznego Najważniejszą rolę odgrywają cząsteczki chlorofilu czyli porfiryny magnezowej Najważniejszą rolę odgrywają cząsteczki chlorofilu czyli porfiryny magnezowej

26 Fotosynteza – absorpcja promieniowania Istnieją dwie cząsteczki chlorofilu – „chlorofil a” absorbuje promieniownie fioletowo-niebieskie i czerwone a „chlorofil b” promieniowanie niebieskie i pomarańczowo-czerwone

27 Fotosynteza – zależność od koncentracji CO 2 Wydajności reakcji fotosyntezy w zależności od koncentracji CO 2. Liniowy wzrost asymilacji CO 2 wraz z jego koncentracją. Nasycenie następuje przy koncentracji około 450 ppm. Przy większej koncentracji CO 2 wydajność fotosyntezy nie zmienia się. Koncentracja CO 2 w atmosferze wynosi 350 ppm. Ilość dopływającego CO 2 nie zawsze wystarcza roślinom

28 Fotosynteza – przykład liścia bawełny Wydajność fotosyntezy zmienia się wraz rośliny. W liściach rosnących przez około 20 dni fotosynteza zachodzi z największą wydajnością

29 Fotosynteza – różnice między roślinami Wydajność fotosyntezy określona jest przez nachylenie prostej opisującej liniową część zależności szybkości fotosyntazy od naświetlenia. Różne rośliny mają różne wydajności fotosyntezy. W różny sposób zachowują się przy dużych natężeniach światła.

30 Fotosynteza – aklimatyzacja roślin

31 Fotosynteza – bilans energii zaabsorbowanej i energii przerobionej na biomasę

32 Fotosynteza – naturalna i sztuczna

33 Fotosynteza - podsumowanie Rośliny realizują pomysł magazynowania energii słonecznej w postaci energii chemicznej Rośliny realizują pomysł magazynowania energii słonecznej w postaci energii chemicznej Ostatecznym zadaniem nauki jest pełne odtworzenie tego procesu tak aby móc go kontrolować Ostatecznym zadaniem nauki jest pełne odtworzenie tego procesu tak aby móc go kontrolować Badane są różne gatunki roślin w tym rośliny proste, zależności od koncentracji CO 2 i natężenia światła i temperatury Badane są różne gatunki roślin w tym rośliny proste, zależności od koncentracji CO 2 i natężenia światła i temperatury Trwają prace nad sztuczną fotosyntezą Trwają prace nad sztuczną fotosyntezą


Pobierz ppt "Energia w środowisku (8). Wykorzystanie energii słonecznej Zamiana na energię cieplną w celu ogrzewania pomieszczeń Zamiana na energię cieplną w celu."

Podobne prezentacje


Reklamy Google