ΚΑΤΟΠΤΡΑ -Slides(27-11-2008)

Πηγές Ενέργειας στο Περιβάλλον: Διαφάνειες από τις παραδόσεις Α. Μπάης

9

Παραβολικά κάτοπτρα εκ περιστροφής

Συνεχής παρακολούθηση της κίνησης του ήλιου για καθετοποίηση των ακτίνων Μεγάλες διαστάσεις Τεχνικές δυσκολίες για την κίνηση Μεμονωμένα κάτοπτρα:

παράγουν υψηλές θερμοκρασίες ~700 °C

δεν ενδείκνυνται για παραγωγή ηλεκτρισμού

Παράδειγμα: Διάμετρος κατόπτρου 30 m παραγόμενη ισχύς: π(15 m2) (1 kW m-2) ~ 700 kW παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος 700 kW *0.3 = 210 kW (απόδοση ~30%)


10

ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΑΠΟ ΗΛΙΑΚΑ ΠΑΡΑΒΟΛΙΚΑ ΚΑΤΟΠΤΡΑ

Μερική αποθήκευση προϊόντων εξασφαλίζει λειτουργία και κατά τη νύχτα.

1463 2 2

12

kJ mole−ΝΗ ⎯⎯⎯⎯→ Ν +Η


11

ΗΛΙΑΚΟΙ ΠΥΡΓΟΙ – ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΥ


12

ΗΛΙΑΚΟΙ ΦΟΥΡΝΟΙ

Συγκέντρωση μεγάλης πυκνότητας ενέργειας σε ένα σημείο για επίτευξη εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών (π.χ. Odellio Γαλία Τ = 3,000 °C)


13

ww o b r v e

dTmc E q q q qdt

τα= − − − −

Απώλειες θερμότητας: b: Βάση r: ακτινοβολία v: αγωγή e: εξάτμιση

LΗ2Ο = 2.4 ΜJ kg-1 Εο = 20 ΜJ m-2 day-1

MΗ2Ο = 8 kg-1 m-2 day-1

Τελική απόδοση συστήματος ~ 60%

ΕΞΑΤΜΙΣΥΓΡΟΠΟΙΗΣΗ ΘΑΛΑΣΣΙΝΟ ΝΕΡΟ

ΑΦΑΛΑΤΙΣΜΕΝΟ ΝΕΡΟ


14

ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ

Διαφορά δυναμικού ~ 0.5 Volt

Παράγεται συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα ~200 Α m-2

(για 1 kW m-2 ροή ηλιακής. ακτινοβολίας) Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι πηγές ηλεκτρικού ρεύματος όχι τάσης Το παραγόμενο ρεύμα μεταβάλλεται ακολουθώντας τις μεταβολές της ηλιακής ακτινοβολίας (συστηματικές ή τυχαίες)

ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ


15

Αποδοτική χρήση της παραγόμενης ισχύος εξαρτάται από: • Αποτελεσματική παραγωγή ενέργειας από το στοιχείο • Δυναμικό συνδυασμό του φορτίου με το εξωτερικό κύκλωμα

o Αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά

ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗ ΦΩΤΟΝΙΩΝ Φωτοβολταϊκό φαινόμενο όταν: hν ≥ Εg Για φωτοβολταϊκά στοιχεία Si: Εg ≈ 1 eV

19 115

34

8 1

15

(1.1 )(1.6 10 ) 0.27 106.63 10

3.0 10 1.1 11000.27 10

gE eV J eVv Hzh J s

ms m nmHz

λ μ

− −

−

−

×> ≈ = ×

×

×< = =

×


16

A. Ενέργεια πολύ μικρή για φωτοβολταϊκή παραγωγή σε στοιχεία Si Β. Ενέργεια που χρησιμοποιείται για φωτοβολταϊκή παραγωγή C. Επιπλέον ενέργεια που δεν χρησιμοποιείται Η αχρησιμοποίητη απορροφούμενη ενέργεια καταναλώνεται σαν θερμότητα

ΟΡΙΟ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ

ΕΔΑΦΟΣ


17

Η απόδοση ενός φωτοβολταϊκού στοιχείου εξαρτάται από το συνδυασμό του φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας και του Εg του υλικού

ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ • Πλέγμα των ηλεκτροδίων (απώλειες ~3%) • Φωτόνια μικρότερης ενέργειας (hν < Εg) (απώλειες ~23%) • Επιπλέον ενέργεια φωτονίων (hν - Εg) (απώλειες ~33%) • Ικανότητα συλλογής (ποσοστό ζευγών οπών-ηλεκτρονίων που παράγουν ρεύμα) (απώλειες ~30%)

• Από ανακλάσεις (~40%) στην επιφάνεια (τελική απώλεια ~2%)

Τελική απόδοση ~ 14%


18

Συστοιχία ηλιακών κυττάρων με αυξανόμενο ενεργειακό χάσμα

• Στόχος: Μεγαλύτερη απόδοση

o μείωση της απαιτούμενης έκτασης

o συγκεντρωμένη παραγωγή ενέργειας

• Απορροφώνται περισσότερα φωτόνια και χάνεται σαν θερμότητα λιγότερη ενέργεια

• Μέγιστο απόδοση 41% (για κύτταρα τριπλής επαφής)

• Μέγιστη θεωρητική απόδοση 87% (γι απεριόριστο αριθμό επαφών)

• Μειονέκτημα η περίπλοκη κατασκευή και το υψηλό κόστος

• Περιορίζεται σε διαστημικές εφαρμογές και συστήματα συγκέντρωσης ηλιακής ενέργειας


19

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

Ανάγκη συνδυασμού περισσότερων του ενός (τυπικά 33 στοιχεία)

Σύστημα αποθήκευσης ενέργειας: Ηλεκτρικά στοιχεία + κύκλωμα

Προστασία από υπερφόρτιση

Προστασία από αποφόρτιση

Μέγιστο ρεύμα ~1.5Α Μέγιστο δυναμικό ~15V (ανοιχτό κύκλωμα)


20

ZΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΟ

ΣΤΟΙΧΕΙΟ

ΕΛΕΓΧΟΣ ΥΠΕΡΦΟΡΤΙΣΗΣΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ

ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΠΟΦΟΡΤΙΣΗΣΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΣΤΟΙΧΕΙΟΥ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΣΤΟΙΧΕΙΟ

ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΟΥΣΤΟΙΧΕΙΟΥ

ΦΟΡΤΙΟ

ΚΑΤΟΠΤΡΑ -Slides(27-11-2008)

Documents

Transcript of ΚΑΤΟΠΤΡΑ -Slides(27-11-2008)