Καθηγητης Παναγιώτης Γιαννούλης

1. Έρευνα και Διδασκαλία στον κλάδο των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Πατρών από το 1975 ως σήμερα Καθηγητης Παναγιώτης Γιαννούλης ΔΙΗΜΕΡΙΔΑ Διδασκαλία Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας με χρήση Εικονικής Πραγματικότητας 24-25 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2014

2. Ενέργεια • Πηγές Ενέργειας(ανανεώσιμες/ ήπιες, πυρηνική…) • Μετατροπή Ενέργειας(ηλεκτρισμός, υγρά/ αέρια καύσιμα…) • Μεταφορά Ενέργειας(υπεραγωγιμότητα, υδρογόνο, heat pipes) • Αποθήκευση Ενέργειας(θερμοχημεία, συσσωρευτές…) • Εξοικονόμηση Ενέργειας(smart windows, παθητικά συστήματα…) Επιπτώσεις • Θερμική μόλυνση • CO2 (φαινόμενο θερμοκηπίου) • Στρώμα O3 • Χημική μόλυνση • Θόρυβος • Πυρηνικά ατυχήματα/ ραδιενέργεια

4. Ερευνητική δραστηριότητα για την αξιοποίηση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας • Ηλιακά Ενεργητικά Συστήματα • Παθητικά Συστήματα • Φωτοβολταϊκά • Στοιχεία καυσίμου (Fuel Cells) • Αιολική Ενέργεια • Βιομάζα • Εξοικονομιση Ενέργειας

5. Σήμερα στηριζόμαστε στην εντατική χρήση της ηλεκτρικής ενέργειας και των υγρών καυσίμων για μεταφορές. Ως πηγή ενέργειας χρησιμοποιούνται κυρίως τα ορυκτά καύσιμα, τα οποία είναι αποθηκευμένη χημική ενέργεια που έχει παραχθεί από την ηλιακή ακτινοβολία σε χρονικό διάστημα εκατομμυρίων ετών με τη βοήθεια γεωλογικών φαινομένων κάτω από ευνοϊκές φυσικοχημικές συνθήκες και μεταβολές. Η πυρηνική ενέργεια η οποία ελευθερώνεται κατά την αλληλεπίδράση σωματιδίων και πυρήνων, ή σωματιδίων μέσα στον πυρήνα έχει μικρή συμμετοχή στο ενεργειακό ισοζύγιο. Πυρηνικές διεργασίες που μας ενδιαφέρουν από πλευράς ενέργειας είναι η σχάση και η σύντηξη. Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν έχουν αξιοποιηθεί σε σημαντικό βαθμό, παρά τις υποδείξεις της επιστημονικής κοινότητας σχετικά με την ευεργετική επίπτωση στο περιβάλλον (μείωση εκπομπών αερίων θερμοκηπίου και άλλων).

7. Μονοκρυσταλλικά Πυριτίου (c-Si)Πολυκρυσταλλικά Πυριτίου (poly-Si) Αμόρφου Πυριτίου (a-Si:H), ΜικροκρυσταλλικόΆλλα ΠολυκρυσταλλικάΦβGaAs (III-Vs) Thin films Cu(In, Ga) (Se, S)2 CdTe/CdSΜονοκρυσταλλικά ΠυριτίουΑνώτατη Απόδοση ~29%Εμπορικά διαθέσιμα με Απόδοση 24% Φωτοβολταϊκές (Φβ) Τεχνολογίες

11. Μετατροπή με ενδιάμεσο Θερμικό μετασχηματισμό

13. Κατηγορίεςφ/β συστημάτων ·   Αυτόνομο σύστημα: Το σύστημα αποτελείται από συστοιχία φ/β στοιχείων, ηλεκτρονικό σύσημα ελέγχου και μπαταρίες με δυνατότητα παροχής συνεχούς ή εναλλασσόμενου ρεύματος με χρήση αντιστροφέα. ·  Σύστημα συνδεδεμένο με το δίκτυο: Το σύστημα αποτελείται από συστοιχία φ/β στοιχείων τα οποία μέσω αντιστροφέα συνδέονται με το ηλεκτρικό δίκτυο. Το δίκτυο χρησιμοποιείται για την αποθήκευση της παραγόμενης ενέργειας. ·   Υβριδικό σύστημα: Αυτόνομο σύστημα που αποτελείται από φ/β panel που λειτουργούν μαζί με άλλες πηγές ενέργειας (π.χ. σε συνδυασμό με ανεμογεννήτρια). Σύστημα μικρής ισχύος: Τοποθετείται σε κτίσματα που διαθέτουν ενεργητικά ή παθητικά ηλιακά συστήματα. Για τη λειτουργία αντλιών ή ανεμιστήρων συνεχούς ρεύματος που χρησιμοποιούνται για την κυκλοφορία του αέρα ή του νερού στους ηλιακούς συλλέκτες. Ενσωματωμένος ρυθμιστής ισχύος σταματά την λειτουργία του συστήματος, όταν η ηλιακή ακτινοβολία δεν επαρκεί. π. χ. πλαίσιο, με ανεμιστήρα που το χειμώνα βοηθά την κυκλοφορία του ζεστού αέρα από ένα θερμοκήπιο στο υπόλοιπο κτίριο ή τον αερισμό των υπερθερμαινόμενων χώρων το καλοκαίρι.

14. Ισοδύναμο κύκλωμαΦβ στοιχείου

15. Current–voltage characteristic of a c-silicon solar cell

16. I-V και Ισχύς Φβ συστήματος

17. Επίδραση της θερμοκρασίας και της έντασης της ακτινοβολίας στις καμπύλες I-V

19. CdTe/CdS solar cells

20. CuxS/CdS CdTe/CdS CuxS/CdS

21. Οργανικά φωτοβολταϊκά (organic solar cells) • φωτοβολταϊκά με νανοσωματίδια ημιαγωγών ευρέως χάσματος (TiO2)

22. Dye-sensitized Solar Cells

23. P3HT:PCBM devices

24. Quantum Dot PV • Possible application of Quantum Dots and very thin PV solar energy converters. • Confinementincreases the energy gap of a semiconductor nanocrystal. (In QM decreased size increases the energy gap of a quantum dot). • Maximum spectral utilization.

25. Πλεονεκτήματα των φ/β ● Δεν έχουν κινούμενα μέρη ● Σταθερή απόδοση για μικρά και μεγάλα συστήματα ● Τα φ/β συστήματα δεν ρυπαίνουν το περιβάλλον, δεν προκαλούν θόρυβο ● Κατάλληλα για κάλυψη μικρών φορτίων σε απομακρυσμένες περιοχές. ● Μεγάλος λόγος ισχύος προς βάρος(σημαντικό για τις διαστημικές εφαρμογές) ● Τα φ/β συστήματα έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής ● Είναι ανεξάρτητα από καύσιμα και δίκτυα διανομής ● Απλότητα και ασφάλεια ● Αφθονία πρώτης ύλης (Si) η τεχνολογία της φ/β μετατροπής, όπως και οι περισσότερες τεχνολογίες αξιοποίησης των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, εμφανίζει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τα οποία κάνουν δύσκολη τη σύγκριση με τις συμβατικές τεχνολογίες π.χ. δεν λαμβάνεταιυπόψη το κόστος στο περιβάλλον από τις κοινές τεχνολογίες.

26. Si cells of 20% efficiency are commonly considered as the most cost effective option for use in solar carsThe solar car HERMES was developed for the Phaethon 2004 solar car race The HERMES solar car

27. Experimental: Methods The Vacuum Chamber System

28. Ηλεκτροχρωμική συσκευή μεγάλων διαστάσεων (40x40 cm) στην διαυγή και τη χρωματισμένη κατάσταση. Διάγραμμα των οπτικών ιδιοτήτων της

31. Advantagesofelectrochromicwindows • do not impede visibility • provide glare control and thermal comfort management • have no moving parts resulting to minimum maintenance costs • require low voltage power supply • can be integrated into the central power management of the building • have practically infinite coloration stages • can block both direct and diffuse solar radiation • have low energy consumption (typically 8 W/m2) energy saving benefits • reduction of cooling, heating and ventilating loads • reduction of electric lighting use by managing daylight admittance

32. Experimental techniques used Cyclic Voltammetry Galvanostatic Intermittent Titration Optical measurements Electrochemical Quartz Crystal Microbalance

33. Cycling reversibility testing of prototypes Galvanostatic coloration Potentiostatic coloration Various coloration/bleaching scenarios have been employed. Inprinciplegalvanostaticcolorationensuresnotrappedchargeduringthecoloration/bleachingcycle. Weobservedhighovervoltagebleachingvaluesresultingtodegradationofthedevices. Potentiostatic coloration was used in prototypes accepting that an amount of charge would be trapped after each cycle.

34. Experimental techniques used Optical density Coloration Efficiency SEM FTIR

35. Properties of materials suitable for the electrochromic devices

36. Υμένια WO3 με διαμορφωμένη επιφάνεια.

37. Life Cycle Assessment(LCA) Eco-efficiency Analysis (EEA) Eco-efficiency indicators Environmental – economic – energy evaluation and optimisation of the product Methodology

38. Heating dominated Moderate Cooling dominated Implementation in buildings The energy gains from the implementation of electrochromic windows in buildings depend on various parameters, such as: window orientation, geographic location and mostly the climatic type of the area. Commonly used terms are cooling and heating dominated zones, implying areas that buildings mostly spend energy for cooling or heating respectively throughout the year. In moderate climate areas mixed heating and cooling loads are supposed. An assessment of the energy saving profile of an electrochromic window has been carried out for implementation in an office building in Greece .

39. The maximum energy gain (cool. dom. zone) can reach the 5608 MJ The energy for the operation for 25 years will be3.3 MJ. The total energy for the production is 180.2 MJ Energy balance The total energy spent during the device lifecycle are 183.5 MJ. 98.2% are attributed to the production processes and only 1.8% to the operation phase. The energy saving is accomplished through the reduction in heating and cooling loads and varies (depending on the climatic region) from 4400 to 5600 MJ.

40. Fuel cells: The SOFC • Major Parts of IT-SOFC • Anode • NiO / YSZ • Νi-(CeO2 ντοπαρισμένο με 20% Sm2O3) (Ni-SDC) • Electrolyte • YSZ (ZrO2 – Y2O3) • CeO2 – Ln2O3 (Ln: Sm, Gd, Y) • LaGaO3 ντοπαρισμένα με Sr, Mg (LSGM) • Cathode • La1-xSrxMnO3

41. Παραγωγή Υδρογόνου από νανοδομημένα ηλεκτρόδια Είδη υποστρωμάτων (StS 304, Carbon rod, Cu & Pt wires, Cu & Pt plates, Ti) Πειραματική διάταξη ηλεκτρολυτικής παραγωγής Υδρογόνου Πειραματική διάταξη ηλεκτροχημικής εναπόθεσης λεπτών υμενίων Λεπτό υμένιο Ni-Fe-Zn σε υπόστρωμα StS 304 Λεπτό υμένιο Ni-Mo-Zn σε υπόστρωμα StS 304

42. Τυπικό διάγραμμα Tafel n=f(logI) αντίδραση Volmer αντίδραση Heyrovsky αντίδραση Tafel

43. Ni-Co-Fe-Zn • Ni-Co-Zn • Ni-Mo-Zn • Co-Mo-Zn SEM micrographs of Ni-Co-Fe-Zn electrodeposit at 100mA/cm2 current density and pH=0.5 SEM micrographs of Ni-Co-Zn electrodeposit at 250mA/cm2 current density and pH=3.6 SEM micrographs of Ni-Mo-Zn electrodeposit at 250mA/cm2 current density and pH=5.5 SEM micrographs of Co-Mo-Zn electrodeposit at500mA/cm2

44. Fuel cell bus used in 2008 summer olympics, Beijing, ChinaThe Global Environment Facility (GEF)