Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice 31 marca 2006 roku, Zebranie Rz.O. PTF Małgorzata Pociask Laboratorium Odnawialnych Źródeł

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice 31 marca 2006 roku, Zebranie Rz.O. PTF Małgorzata Pociask Laboratorium Odnawialnych Źródeł"— Zapis prezentacji:

1 Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice 31 marca 2006 roku, Zebranie Rz.O. PTF Małgorzata Pociask Laboratorium Odnawialnych Źródeł Energii, Instytut Fizyki Uniwersytetu Rzeszowskiego

2 Plan wykładu O pierwotnych źródłach energii. O energetyce odnawialnej. O historii odkryć…PV. O bilansie energetycznym Ziemi. O polskich zasobach energii odnawialnej. Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV). O zastosowaniach systemów PV. O niewykorzystanych energetycznych możliwościach Słońca. M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

3 O pierwotnych źródłach energii...O pierwotnych źródłach energii M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

4 ... Kiedy Słońce było bogiem... 5 tys. lat pne...Ra, bóg-Słońce, król Egiptu;...Shamash; bóg-Słońce, Mezopotamia;...bogowie Słońca: Apollo, Helios, Grecja. Wpływ na religie: Zoroastrianizm, Mithraizm, Religia Rzymska, Hinduizm, Buddyzm. Wyznawcy: Druidzi (Anglia), Aztekowie (Meksyk), Inkowie (Peru), i wiele innych nacji.... Dziś wiemy... życie Wzrost roślin Pożywienie dla zwierząt Karbon - zanik (wymarcie), roślin i zwierząt węgiel, ropa naftowa, gaz Podstawowe (konwencjonalne) źródła energii elektrycznej, cieplnej na Ziemi...O pierwotnych źródłach energii M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

5 HELIOS = SŁOŃCE Model ciała doskonale czarnego b - uniwersalna stała Wiena, b=2899·10 -7 m·K...O pierwotnych źródłach energii Gwiazda – świeci własnym światłem (reakcje jądrowe); Skład: wodór (hydrogen), hel (helium); Masa Słońca = 99.9% masy układu słonecznego; W ciągu 1 s Słońce traci 4 mln kg swojej masy; Temperatura: 14 mln o C M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

6 Widmo fal elektromagnetycznych i inne widma......O widmach M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

7 VII w. pne – użycie szkła powiększającego do wzniecenia ognia (działania wojenne) III w. pne – Grecy i Rzymianie używają luster do zapalania pochodni w obrzędach religijnych 212 r. pne – Archimedes ogniskuje promienie słoneczne przy pomocy zwierciadeł z brązu, Imperium rzymskie zwycięża flotę morską pod Syrakuzami (1973, powtórzenie eksperymentu, wzniecenie pożaru na lodzi odległej 50 m od brzegu morza) 20 r. ne – rękopisy chińskie donoszą o stosowaniu luster do zapalania pochodni w obrzędach religijnych I-IV w. ne – łaźnie rzymskie budowane z oknami wychodzącymi na południe VI w. ne – budynki użyteczności publicznej, prywatne domy wyposażone w słoneczne pokoje (dzienne), kodeks Justyniana XII w. ne – Pueblo, lud Anasazi, Ameryka Poludniowa domostwa wyżłobione w południowych zboczach skał Wykorzystać Słońce – krótka historia odkryć... PV M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

8 1767 Horace de Saussure, Szwed, buduje pierwszy solarny (słoneczny) kolektor, użyty w 1830 w czasie podróży po Afryce Południowej przez Sir Joha Herschela Edmund Becquerel, Francuz obserwuje zjawisko fotoelektryczne (E. Becquerel,"Mčmoire sur les effets électriques produits sous l'influence des rayons solaires", C. R. Acad. Sci. Paris, 1839, 9, ) 1873 selen produkuje elektryczność 1876 William Grylls Adams, Richard Evans Day - eksperyment 1880 Samuel P. Langley, bolometr, pomiar jasności gwiazd, temperatury powierzchni Słońca O historii odkryć…PV. M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

9 1905 Albert Einstein publikuje swoje dwie prace: o teorii względności i zjawisku fotoelektrycznym (1921 – Nobel Prize) 1916 Robert Millikan, doświadczalny dowód zachodzenia zjawiska fotoelektrycznego 1918 Jan Czochralski, metoda hodowli kryształów krzemowych Professor Jan Czochralski ( ) and His Contribution to the Art and Science of Crystal Growth. Wczesne lata 50-te ubiegłego stulecia, udoskonalenie metody produkcji czystego krzemu O historii odkryć…PV. M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

10 1954 Daryl Chapin, Calvin Fuller, Gerald Pearson – odkrycje krzemowego ogniwa fotowoltaicznego (PV), Laboratorium Bella. 4% - 11% wydajność. D.M. Chapin, C.S. Fuller and G.L. Pearson, "A New Silicon p-n JunctionPhotocell for Converting Solar Radiation into Electrical Power ", J. Appl. Phys., 1954, 25, ) 1962 Bell Telephone Laboratories, satelita telekomunikacyjny, Telstar (moc początkowa 14 W). O historii odkryć…PV. M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

11 1976 David Carlson i Christopher Wroński, RCA Laboratories, wyprodukowanie pierwszego ogniwa z amorficznego krzemu 1968 NASA, pierwsze Obserwatorium Astronomiczne na orbicie 1kW – system PV, (astronomiczne badania 1969w zakresie UV i X poza atmosfera ziemską) 1963 Sharp Corporation, produkcja PV modułów krzemowych 1964 Japonia, instalacja 242 W systemu PV na latarni morskiej, największego wtedy na świecie 80 – obecnie - gwałtowny rozwój PV, projekty ekonomiczne, propagowanie PV jako ekologicznego sposobu wytwarzania energii elektrycznej O historii odkryć…PV. M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

12 Więcej i więcej …… W pogoni za coraz większą sprawnością ogniw słonecznych M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

13 Si... Przyrządy półprzewodnikowe … Techniki informacyjne Elektronika … Informatyka… Informacja Krzem… zastosowania nie tylko w PV M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 20063

14 Energetyka odnawialna?! M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

15 Niekonwencjonalne (alternatywne) źródła energii elektrycznej odnawialne nieodnawialne wodór, energia magneto-hydro- dynamiczna, ogniwa paliwowe energia słoneczna energia wiatru, energia wody, pływów morskich, fal morskich, energia cieplna oceanów (maretermiczna) geotermalna gejzery gorące skały O energetyce odnawialnej M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

16 Energia wiatru Energia wody O energetyce odnawialnej M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

17 Geotermia Energia maretermiczna Energia fal O energetyce odnawialnej M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

18 O energetyce odnawialnej M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

19 ŚWIAT POLSKA ŚWIATOWE ZUŻYCIE ENERGII USA M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

20 Bilans energetyczny Ziemi (w %) O bilansie energetycznym Ziemi M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

21 Groźny efekt cieplarniany Atmosfera jest względnie przezroczysta dla fal krótkich emitowanych przez Ziemię, natomiast ze względu na obecność gazów cieplarnianych pochłania fale dłuższe widm absorpcyjnych (jest kołdrą utrzymującą życie przy powierzchni Ziemi) O bilansie energetycznym Ziemi M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

22 Zasoby energetyczne (OŹE) Polski i krajów skandynawskich Źródła energii POLSKA Zasoby [PJ/rok] POLSKA Wykorzystanie [PJ/rok (%)] DANIA [PJ/rok] SZWECJA [PJ/rok] Biomasa (11,18) Energia wodna432 (4,65)0,3266 Zasoby geotermalne 2000,1 (0,05)1000 Energia wiatrowa 363,6 (10)97209 Promieniowanie słoneczne 13400,01 (0,00075) OGÓŁEM ,71 (4,2)498,31307 O polskich zasobach energii odnawialnej M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

23 Polskie zasoby energii odnawialnej ENERGIA WODY największe elektrownie wodne O polskich zasobach energii odnawialnej M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

24 Warunki nasłonecznienia w Polsce O polskich zasobach energii odnawialnej M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

25 Jeśli kąt padania promieniowania jest < 90° (musi być jednak większy niż 20 °) światło musi pokonać większa masę atmosfery niż w warunkach AM1. Względny wzrost przebytej masy atmosfery określa równanie AM = (sin Uwzględniając lokalne ciśnienie mas atmosfery p mamy AM* (p 0 =1.013bar): AM * = (p/p 0 ) AM. AM-1.5 (ISO : 1992, ASTM E892-87: 1992) i przyjęto wartość 1000Wm 2 (tzw. warunki jednostkowego słońca – stała słoneczna) AM0 –natężenie promieniowania słonecznego padającego na powierzchnię Ziemi przy braku atmosfery (jak w przestrzeni kosmicznej, W=1370 Wm -2. AM1 – jest to natężenie promieniowania padającego na powierzchnię Ziemi na równiku, na poziomie morza, w momencie górowania Słońca, kąta padania promieni słonecznych 90°, idealne wolne od zachmurzenia niebo (W=1007 Wm -2 ) AM2 – AM1, 60, przy idealnie wolnym od zachmurzenia niebie. O stałej słonecznej M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

26 Konwersja promieniowania słonecznego: -fotochemiczna - prowadząca dzięki fotosyntezie do tworzenia energii wiązań chemicznych w roślinach w procesach asymilacji, -fototermiczna - prowadzącą do przetworzenia energii promieniowania słonecznego na energię cieplną, -fotowoltaiczna (PV)- prowadząca do przetworzenia energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

27 Wszechobecna PV, ale... jak to działa? Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

28 Jak pracuje zł ą cze p-n? Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

29 F. C. TREBLE (Editor); Generating Electricity from the Sun; Pergamon Press, Inc.;New York; 1991 Efekt fotowoltaiczny czyli konwersja fotowoltaiczna. Ogniwo słoneczne Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

30 Wyznaczanie charakterystyki prądowo-napięciowej ogniwa fotowoltaicznego przy zmiennym natężeniu oświetlenia. Schemat układu pomiarowego. X – źródło światła, V – woltomierz, A – amperomierz, R – dekadowy opornik obciążający ogniwo PV M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

31 Powstawanie barierowej foto SEM q s – szybkość generacji powierzchniowej, ß – część fotodziur dochodzących do złącza bez rekombinacji, S – oświetlone pole. i I – prąd fotodziur. Jeśli elektrody fotoogniwa są rozwarte: Układy zastępcze barierowych fotoogniw: doskonałego (a) i realnego (b) związek ten jest podstawowy w teorii ogniw barierowych Jeśli elektrody fotoogniwa są zwarte obciążeniem (opornikiem) zewnętrznym ( to na podstawie I prawa Kirchhoffa): Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

32 Charakterystyka prądowo-napięciowa dla doskonałego ogniwa w ciemności (1) i przy oświetleniu (2) Dla i = 0 (obwód otwarty) napięcie na fotoogniwie nie jest równe zeru, oznacza to, że powstaje w nim pewna SEM równa U 0. Analogicznie, dla u = 0 (zwarcie) w obwodzie występuje prąd zwarciowy, równy prądowi świetlnemu i I DLA FOTOOGNIWA DOSKONAŁEGO Zgodnie z prawem Kirchhoffa i I =i d +i Natomiast, przyjmując i=0, znajdujemy, że SEM ogniwa jest równa: U – napięcie pomiędzy elektrodami fotoogniwa, i s – prąd nasycenia, Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

33 Ze wzrostem i I wzrasta SEM (wg prawa logarytmicznego). Jednocześnie maleje wysokość bariery potencjału w złączu p-n. Kiedy bariera jest rzędu kT, wzrost SEM ustaje. Wynika stąd, że SEM nie może przewyższać stykowej różnicy potencjałów pomiędzy obszarami p i n. Dla najkorzystniejszego przypadku (bez oświetlenia) poziom Fermiego położony jest w pobliżu krawędzi pasm energetycznych, U 0,max Eg/e. Np. german Ge: U 0,max 0,6 V, krzem Si: U 0,max 1V. Układ włączenia fotoogniwa (a) i fotodiody (b). Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

34 Tradycyjna notacja Współrzędne punktu maksymalnej mocy M pozwalają wyznaczyć moc maksymalną P max ogniwa: Moc idealna: P id J sc – prąd zwarciowy (SC – short currient), gęstość prądu przepływającego przez obciążenie R V oc napięcie otwartego obwodu (OC – open currient) Iloraz mocy maksymalnej i mocy idealnej określa współczynnik wypełnienia (FF – Fill Factor) Sprawność ogniwa otrzymamy jako procentowy udział mocy maksymalnej do mocy promieniowania elktromagnetycznego oświetlajacego czynną powierzchnię ogniwa P o. : Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

35 Budowa najpopularniejszego ogniwa o wydajności powyżej 30% - monokrystaliczne krzemowe, prototyp laboratoryjny) DLAR (double layer antireflection) – system minimalizujący odbicie. Passivated emitter, rear locally- diffused (PERL) cell with a double layer antireflection coating. Pierwsze doniesienia w pracy: (A.W. Blakers and M. A. Green, "20% Efficiency Silicon Solar Cells", Appied Physic. Letters 48, pp , 1986) Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

36 =14% =8-10 % (AM1) a-Si ogniwa PV stanowią 16% światowej produkcji USA: Solarex Enron, United Solar, Canon - pilotażowe elektrownie fotowoltaiczne o mocy produkcyjnej 10 MWp/rok każda. Japonia (pionierem w komercjalizacji ogniw fotowoltaicznych z krzemu amorficznego) - program GENESIS. szeregowe łączenie – max. U; równoległe łączenie – max. P typowe moduły: W Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

37 Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

38 Indywidualni odbiorcy, gospodarstwa domowe Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

39 Moduły fotowoltaiczne można wykorzystać również do produkcji energii oddawanej bezpośrednio do sieci elektrycznej. Umieszczanie modułów fotowoltaicznych: na fasadach lub dachach budynków i domów mieszkalnych. - np. w Berlinie (ta sama szerokość geograficzna co Warszawa). Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

40 W najbliższej przyszłości najbardziej obiecującymi zastosowaniami ogniw fotowoltaicznych w Polsce będą systemy zasilania w miejscach oddalonych od sieci energetycznej. (Unika się dużych kosztów doprowadzenia linii energetycznych). Wykorzystać Słońce... o konwersji fotowoltaicznej (PV) M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

41 Zastosowania PV Szwecja... na małą skalę O zastosowaniach systemów PV M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

42 ... na dużo większą Kalifornia O zastosowaniach systemów PV M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

43 Austria O zastosowaniach systemów PV M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

44 Kolektory... najprostsze, najtańsze wykorzystanie energii Słońca...basen słoneczny O zastosowaniach kolektorów M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

45 HYBRYDY, czyli dwa lub trzy w jednym O zastosowaniach systemów PV M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

46 Udział odnawialnych źródeł energii w produkcji energii pierwotnej - prognozy Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

47 Autor: Wykorzystanie odnawialnych źródeł energii M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

48 Odnawialne Źródła Energii przyszłość energetyki Dlaczego stosować PV? - minimalny, nawet żaden wpływ na środowisko. Ograniczenia w stosowaniu : technologiczne, ze względu na formę występowania i możliwości praktycznego wykorzystania; ekonomiczne, związane z dużymi kosztami ich wykorzystania. Podsumujmy…O niewykorzystanych energetycznych możliwościach Słońca. M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

49 Niewykorzystany potencjał Słońca - tylko niewielki procent (>1%) energii słonecznej jest aktywnie wykorzystywany (głównie w fotosyntezie i energii wiatrowej); - reszta, 99% z 27·10 9 MW ( miliardów megawatów) energii, która dzięki Słońcu pada na lądy marnuje się. -Światowe zapotrzebowania na energię pod wszystkimi postaciami (a więc nie tylko na prąd elektryczny) wynosi obecnie 0,01·10 9 MW czyli % niewykorzystanego potencjału Słońca. O niewykorzystanych energetycznych możliwościach Słońca. M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

50 Literatura. 1.Z. Pluta, Podstawy teoretyczne fototermicznej konwersji energii słonecznej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa W. M. Lewandowski, Proekologiczne źródła energii odnawialnej, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa E. Klugmann-Radziemska, E. Klugmann, Systemy słonecznego ogrzewania i zasilania elektrycznego budynków, Wydawnictwo ekonomia i Środowisko, Białystok E. Boeker, R. van Grondelle, Fizyka Środowiska, wydawnictwo Naukowe PWN, warszawa H. Haken, H. C. Wolf, Atomy i kwanty, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006

51 6. Rzeczpospolita, Słońce na dachu, 10 marca 2001; 7. Materiały reklamowe: GTB-SOLARIS Solarex Marle, Sunflower Farm 8."Wiedzy i Życia" nr 7/1997 ENERGIA SŁONECZNA NARESZCIE TAŃSZA? 9."New Scientist", 2077/1997 Internet: 10.www.nasa.com 11.www.imgw.pl 12.www.energiaodnawialna.com.pl oraz M. Pociask, Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice, 31 marca 2006


Pobierz ppt "Energetyka odnawialna. O korzyściach ze Słońca i fotowoltaice 31 marca 2006 roku, Zebranie Rz.O. PTF Małgorzata Pociask Laboratorium Odnawialnych Źródeł"

Podobne prezentacje


Reklamy Google