Dr. Német Béla, PTE, TTK, Környzetfizika és Lézerspektroszkópia Tanszék

1. Kutatók éjszakája, 2009. szeptember 25.16:45 - 17:30PTE TTK, 7624 Pécs, Ifjúság útja 6.E ép. 333. előadó Dr. Német Béla, PTE, TTK, Környzetfizika és Lézerspektroszkópia Tanszék "NULLA $ (€, Ft) költségű energiaforrások: napsugárzás, szélenergia" Kutatók Éjszakája

2. NAP ENERGIA HASZNOSÍTÁS Kutatók Éjszakája

3. A „napsugárzás fizikája” Energetikai hasznosítás két fő útja: 1. A sugárzás abszorpciójával az elnyelő közegetmelegítjük, növeljük a közeg atomjainak, molekuláinak hőmozgását (klasszikus példa: a talaj és a víz felmelegedése a természetben). (napkollektor) 2. A sugárzás egyes spektrális tartományán atomi és molekuláris elektron átmeneteket gerjeszt, fotofizikai, fotokémiai folyamatokat indít be, töltéshordozókat, főleg elektronokat szabaddá tesz (elektromos feszültséget, zárt körben áramot előállítani) (klasszikus példa a fotoszintézis) (napelem) A Földre érkező elektromágneses sugárzás spektrális eloszlása. A teljes sugárzás teljesítményfluxusa a földfelszínen: 800 W/m2. Átlagos éves besugárzási szint Magyarországon: 4 kWh/m2/nap=15 MJ/m2/nap. Kutatók Éjszakája

4. A napsugárzás energetikai hasznosításának irányai (hőenergia, elektromos energia) A napsugárzás hasznosításának eszközei: Használati melegvíz előállítás, fűtés rásegítés: - napkollektoros rendszerek Elektromos energia előállítása: - napelemes (photovoltaic (PV) cell - C) rendszerek - naperőművek Családi szint, kis közösségi szint, kisrégiós szint Kutatók Éjszakája

5. Magyarország 1000 - 1300 kWh/m2/év Kutatók Éjszakája

6. Napenergia; Évente begyűjthető mennyiség Kutatók Éjszakája

7. HASZNÁLATI MELEGVÍZ ELŐÁLLÍTÁS (HMV), FŰTÉS RÁSEGÍTÉS Kutatók Éjszakája

8. A használati melegvíz előállítása • 4 fő részére, napi 200 liter 45oC-os víz elegendő. • Qhmv=m*cvíz*(tm-tn), ahol • Qhmv - a felfűtési energia [kWh], • m - a felfűtendő víz tömege [kg], • Cvíz - a víz fajhője [ 4,2 kJ/kgK ], • tm - a kívánt hőmérséklet [ 45oC ], • tn _ - a hálózati víz hőmérséklete [ 15oC ] Qhmv = 200*4,2*(45-15)=25 MJ = 6,6 kWh • Tehát az egy napra szükséges használati melegvíz felfűtéséhez szükséges energia 25 MJ ~ 7 kWh. Kutatók Éjszakája

9. Síkkollektor, vákuumcsöves kollektor Kutatók Éjszakája

10. Kollektor, kazán, hőtároló, vezérlő egység együttes rendszere Kutatók Éjszakája

11. KOLLEKTOROS, HŐKONCENTRÁTOROS ELEKTROMOS ENERGIA ELŐÁLLÍTÓ ERŐMŰVEK Kutatók Éjszakája

12. Parabola-Vályu-tükrös gőzturbinás erőmű Kutatók Éjszakája

13. NapTornyos gőzturbinás erőmű Kutatók Éjszakája

14. „NapTányéros” Stirling motoros erőmű Kutatók Éjszakája

15. Lineáris-Fresnel tükrös gőzturbinás naperőmű Kutatók Éjszakája

16. NAPELEMEKKEL (PV) EGYENÁRAMÚ ELEKTROMOS ENERGIA ELŐÁLLÍTÁSÁRA Kutatók Éjszakája

17. Kutatók Éjszakája

18. Napelem mint „tető” Kutatók Éjszakája

19. Napelem mint „ablaküveg” Kutatók Éjszakája

20. Napelem mint „falburkoló” Kutatók Éjszakája

21. Napelemek, mint árnyékolók Kutatók Éjszakája

22. Napelemek, mint árnyékolók Kutatók Éjszakája

23. Napelemek, mint parkoló árnyékolók Kutatók Éjszakája

24. Fotovillamos rendszerek hálózatra kapcsolása Ha a fotovillamos rendszernek a villamos közmű hálózatra való kapcsolása lehetséges, akkor egyen-váltó átalakító (AC/DC inverter) alkalmazása szükséges . Hálózatra kapcsolt rendszer számára saját tároló nem szükséges, mert ha nincs saját termelés, akkor a hálózatról vehető áram (óra: előre ill. visszafelé forog, vagy két fogyasztásmérő). Kutatók Éjszakája

25. Alkalmazások épületszerkezetekbe integrálva és kollektorként A fotovillamos modulok külön állványzata, vagy tartószerkezete és azok helyszükséglete megtakarítható az integrált és a kombinált megoldásokkal. A főbb megoldási változatok a következők. a) Tetőcserép felületére felragasztott amorf szilícium cellák. b) Tetőfedő elemként kiképzett fotovillamos modulok. c) Homlokzati üveg-borító elemekbe integrált fotovillamos cellák. d) Vizes kollektorral kombinált fotovillamos rendszer. Kutatók Éjszakája

26. SZÉL ENERGIA HASZNOSÍTÁS Kutatók Éjszakája

27. Szélenergia; Széltérképek Európára Kutatók Éjszakája

28. A „szél fizikája” Kutatók Éjszakája

29. Szélerőmű; 600 kW (elektromos energia) Kutatók Éjszakája

30. Szélerőmű belseje Kutatók Éjszakája

31. Szélerő-művek Kutatók Éjszakája

32. Németország 2003 Kutatók Éjszakája

33. Szél kerék, generátor Kutatók Éjszakája

34. Szélkerék alkalmazás vízszivattyúzásra A felszivattyúzott víz tárolható. Csúcsrajáratás • Centrifugál-szivattyú alkalmazása. Rugalmas üzem, változó fordulatszámon is szállít, a hatásfoka fordulatszám-függő. • Térfogati (volumetrikus) szivattyú alkalmazása • Dugattyús, csavar, fogaskerék szivattyú. Nyomaték igényük nem függ a fordulatszámtól; hatásfokuk jobb, mint a centrifugál - szivattyúké. Mivel a meghajtó villamos-motor nyomatéka fordulatszám-függő , szükséges egy DC-DC konverter (egyenáramú átalakító) alkalmazása. A DC-DC konvertert a fotovillamos modul és a meghajtó egyenáramú motor közé kell kapcsolni, hogy a szivattyú számára a szükséges nyomaték biztosítható, - azaz: a kimenő U ki feszültség megfelelő értékű legyen. Kutatók Éjszakája

35. HOL TART A VILÁG? Kutatók Éjszakája

36. ELEKTROMOS ENERGIA TÁROLÁS Kutatók Éjszakája

37. Elektromos energia tárolása • Akkumulátor savas-ólom akkumulátor NiCd /nikkel-kadmium/ akkumulátor • Víztározó – tározós vízerőmű • Hidrogén előállítás, vízbontás • Metanol gyártás (Oláh) CO2 + H2 CH3OH • Motorokban, turbinákban történő felhasználás Kutatók Éjszakája

38. A tüzelőanyag cellák típusai A tüzelőanyag cellák hidrogént oxidálnak katalitikus elektrokémiai folyamat során. A felhasznált elektrolit jellege szerint különböző típusú tüzelőanyag cellákat fejlesztettek ki: - lúgos (AFC) - savas (PAFC) - olvadó karbonátos (MCFC) - szilárd oxid (SOFC) - szilárd polimer (PEM) - közvetlen metanol (DMFC) - mikroorganikus, biokémiai Kutatók Éjszakája

39. Tüzelőanyag cellák működésénél cél: annak megakadályozása, hogy az oxidáció során a tüzelőanyag molekuláiból az elektronok az oxidálószerbe közvetlenül átjuthassanak. Felépítés: anód - elektrolit - katód Kutatók Éjszakája

40. Hibrid rendszerek; Kapcsolt rendszerek Kutatók Éjszakája

41. Hibrid rendszerek; Kapcsolt rendszerek A Hibrid rendszerek többféle forrásból egyféle energiát állítanak elő. • szél és/vagy napenergiából (az időjárás függvényében) villamos energia. • Diesel + napenergia -> villamos energia A Kapcsolt vagy kombinált rendszerek egy forrást többféle energia előállítására hasznosítják. • Kombinált rendszer: napenergiából fotovillamoság és hő nyerése egyidejűleg, egy speciális kombinált berendezés segítségével. Létezik hibrid-kombinált rendszer is. Kutatók Éjszakája

42. Napelem + szélkerék Szélkerék + napelem + inverter + akkumulátor Eredmény 230 V váltóáram Kutatók Éjszakája

43. SOK SIKERT KÍVÁNOK A JÖVŐ NEMZEDÉKNEK a NULLA $ (€, Ft) költségű energiaforrások: napsugárzás, szélenergia„ SAJÁT CÉLRA TÖRTÉNŐ minél eredményesebb hasznosításában Kutatók Éjszakája