HELIOTECHNIKA W chwili obecnej jest niekonkurencyjna w porównaniu ze źródłami konwencjonalnymi, ale jest to „czysta energia” dlatego wiąże się z nią wiele nadziei. W przestrzeni kosmicznej wokół ziemi na 1 m2 przypada 1,3 kW energii promieniowania pod kątem prostym. W Polsce: 0,93 – 1,16 kW/ m2 ok. 50% to promieniowanie rozproszone tzw. dyfuzyjne ok. 1600 godzin słonecznych w roku Metoda pasywna wykorzystania promieniowania stosowana jest w gospodarce komunalno-bytowej i dotyczy systemów ogrzewania budynków. Do metod aktywnych zaliczamy kolektory cieplne (słoneczne) dostosowane do produkcji c.w.u. oraz kolektory świetlne (ogniwa fotowoltaniczne) dostosowane do produkcji energii elektrycznej. W przypadku oświetlania płytki stan równowagi, gdy promieniowane odbite równe jest absorbowanemu, wg prawa Stefana-Boltzmanna pozwala na wyznaczenie jej temperatury 𝑇 4 = 𝑎𝐼 · gdzie: a – absorpcyjność,  - emisyjność, T – temperatura [K], I – natężenie promieniowania,  = 5,667·10-8 W/m2K4 – stała Boltzmanna. Temperaturę tą można podwyższyć zwiększając „a” zwiększając I lub koncentrując strumień (w domyśle powierzchnie) na mniejszej powierzchni.

Podział kolektorów ze względu na wartość współczynnika koncentracji C: a) Niskotemperaturowe płaskie i próżniowe t = 120oC, C = 1 Współczynnik koncentracji C jest to stosunek przekroju poprzecznego kolektora do powierzchni przekroju ogniska

b) Średniotemperaturowe soczewkowe: - Paraboliczne t = 320 oC, C = 50 c) Wysokotemperaturowe z heliostatami t = 500 – 900 oC, C = 500

d) Bardzo wysokotemperaturowe (również paraboliczne) t = 900 – 1200oC, C = 6000 – 10 000 „pamiętaj o sprawności Carno” Stawy słoneczne: Różne zasolenie powoduje stratyfikacje wody Większe zasolenie to większa absorbcja ( w tropikach temperatura solanki może dojść do 100oC, ale jako obliczeniową przyjmuje się 90oC

Fotoogniwo – zamienia energię promieniowania na energię elektryczną, zwane ogniwem fotowoltanicznym, Zjawisko [polega na powstawaniu napięcia elektrycznego na styku dwóch różnych materiałów, na które pada promieniowanie elektromagnetyczne. + - p n Obecnie opracowani ogniwa krzemowe różnych typów: galenowo-arsenowe, których sprawność teoretyczna waha się w granicach 30 -35%. Koszty wytwarzania energii elektrycznej jest około 10-krotnie większy niż konwencjonalnych. Mają zastosowanie w sytuacjach Wysokich kosztów przyłączy małych mocy. promieniowanie Warstwa przeciwodblaskowa

Aktywne systemy słoneczne do domów jednorodzinnych: Zastosowanie: Ogrzewanie domów, c.o. Przygotowanie c.w.u. Suszenie i podgrzewanie ziemi jako zasobnika Rekreacja

CO2 + H2O  związki organiczne + O2 BIOMASA Wytworzona w sposób naturalny masa zawierająca węgiel pochodzący od roślin z fotosyntezy Mówimy o konwersji energii słonecznej w procesie fotosyntezy h CO2 + H2O  związki organiczne + O2 Rośliny wykorzystują fale o długości 400 – 700 nm, co stanowi 50% całkowitego promieniowania słonecznego. Bilans energii z biomasy – na świecie wykorzystujemy około 7% dostępnej biomasy. Kierunki rozwoju: Beztlenowa fermentacja materiałów organicznych (patrz rys.) Piroliza biomasy Spalanie i zgazowanie biomasy Biokonwersja, produkcja wodoru Biopaliwa (np. rzepak, etanol) Gospodarka skojarzona – wykorzystanie odpadów

NIEKONWENCJONALNE URZĄDZENIA ENERGETYCZNE Pompy ciepła Rury cieplne Ogniwa paliwowe Generator termoelektronowy Generator termoelekryczny Silnik Stirlinga Generator magnetohydrodynamiczny Pompa ciepła – to urządzenie transformujące ciepło z niższego poziomu energetycznego (niższa temperatura) na poziom Wyższy (wyższa temperatura)kosztem wkładu pracy mechanicznej, ciepła lub energii elektrycznej. Pompa ciepła jest jedynym urządzeniem umożliwiającym wykorzystanie energii o niskiej temperaturze, a więc o małej egzergii (maksymalna zdolność materii do wykonania pracy technicznej w danym otoczeniu).

Rury cieplne – wynalezione przez Genglera w 1944 r.; służą do transportu ciepła poprzez przegrody, przez które przenikanie ciepła jest niemożliwe. Ze względu na siłę powodującą ruch czynnika dzielą się na: grawitacyjne, ruch wywołany przyciąganiem ziemskim, kapilarno-porowaty, ruch wywołany podciąganiem kapilarnym. Termoelektryczna pompa ciepła – zjawisko Peltier’a (potocznie termoelement)

Silni Styrling’a - Jest najbardziej zbliżonym obiegiem do obiegu Carnot’a (ma dwie przemiany izotermiczne) Charakteryzuje się doskonałą regeneracja ciepła Klasyczny silnik spalinowy był by silnikiem Stryrling’a gdyby ciepło nie wywiązywało się w komorze spalania ale dopływało przez ścianki (stąd nazwa – silnik zewnętrznego spalania)

Generator magnetohydrodynamiczny Doprowadzone do komory spalania paliwo ulega spaleniu w wyniku czego powstają gazy spalinowe o wysokiej temperaturze - ponad 2200oC. W tej temperaturze atomy gazu w skutek intensywnych zderzeń ze sobą ulegają jonizacji - powstają jony i ujemne elektrony swobodne. Aby zintensyfikować ten proces do komory spalania dodaje się intensyfikatorów (np. sód lub potas) … uzyskujemy plazmę. Pod wpływem wysokiego ciśnienia plazma wpływa do kanału generatora (o długości 50m) z prędkością około 1000 m/s. Plazma przepływając przez elektromagnes o indukcji 2 – 6 Tesli. Na cząstki naładowane działa pod kątem prostym siła Lorenz’a rozdzielając jony i elektrony. Dostajemy więc ładunek dodatni i ujemny, czyli prąd stały. Istnieje instalacja o mocy 50 MW, a projektowana jest o mocy 250 MW.

Czyste technologie węglowe Najnowsze techniki spalania węgla obejmują: Kotły z paleniskami fluidalnymi o złożach wrzących atmosferycznych Kotły z paleniskami fluidalnymi pospiesznych z systemem cyrkulacyjnym Kotły z paleniskami fluidalnymi ciśnieniowe Zintegrowane systemy parowo-gazowe, w których gaz palny uzyskuje się w wyniku zgazowania węgla W nowoczesnych instalacjach sprawność termiczna osiąga 85%, a przereagowanie węgla 95%.

Technologie wodorowe: Roczna produkcja wodoru w 1990 wynosiła 350 mld m3, przy czym podstawowym surowcami były ropa naftowa 50%, gaz ziemny 30% i węgiel 15%. Podstawowe technologie wytwarzania wodoru: Piroliza olefinow (przeróbka ropy w temperaturze 700oC Reformowanie ropy naftowej (reforming) Zgazowanie węgla Rozkład wody Biotechnologie do wytwarzania wodoru: Biokatalityczna produkcja wodoru za pomocą bakterii Sztuczne membrany chlorofilowe Biofotoliza z wykorzystaniem bakterii Magazynowanie wodoru: Pod ciśnieniem 20 MPa w butlach i zbiornikach w fazie gazowej W postaci ciekłej w cysternach i na statkach (temperatura wrzenia przy ciśnieniu atmosferycznym to: - 253oC W postaci wodorków metali różnego rodzaju.

Zalety i wady wodoru: Zalety - łatwo tworzy jednorodne mieszanki - brak toksycznych składników w spalinach z wyjątkiem NOx - potrzebna mała energia do zapłonu mieszanki - duża prędkość spalania - szerokie granice palności 0,14    9,5 b) Wady - mała liczba oktanowa (spalanie stukowe) - silne oddziaływanie na metale w wysokich temperaturach - zdolność wodoru do rozkładania olei smarnych - mała gęstość energetyczna (benzyna to 3,75 a wodór to 2,97 MJ/m3) - trudne przechowywanie