solar power energija sunca
Post on 21-Nov-2014
146 Views
Preview:
TRANSCRIPT
380
4.4. Energija Sunca 4.4. Energija Sunca (Sunčevog zračenja)(Sunčevog zračenja)
Elektrotehnički fakultet Osijek
381
Postanak
� Energija Sunčeva zračenja koja dopire do vanjskog ruba Zemlje ovisno o udaljenosti Zemlje od Sunca iznosi 1307-1399 W/m2 na plohu okomitu na smjer zračenja
� Srednja vrijednost Sunčeva zračenja na okomitu plohu naziva se solarna konstanta i iznosi E0sr=1367.7 W/m2
� Za različite udaljenosti Zemlje od Sunca stvarna vrijednost Sunčeva zračenja na okomitu plohu je:
gdje je: r – srednja udaljenost Zemlje od Sunca
R - stvarna udaljenost Zemlje od Sunca (za promatrani dan može se smatrati konstantnom)
2
0
=
R
rEE
sro
Elektrotehnički fakultet Osijek
382
� Sunčevo zračenje (jakost) može se približno kvantitativno izraziti sa:
[W/m2]
gdje je: ε ekscentricitet elipse, n broj dana u godini
Ukupna dnevna količina energije u [J] koja se dobije ozračenjem vodoravne plohe po jedinici površine računa se po izrazu:
ωs satni kut sunca (12h=00, 13h=150, 15h=450);
Φ zemljopisna širina promatranog mjesta;
δ deklinacija Sunca (kut između spojnice središta Zemlje sa središtem Sunca i ravnine Ekvatora)
srsroE
nEnnE 00
0
00365
360cos034.01)()(
+== ε
+
Π
+
Π= δφωδφωωδφ coscossinsinsin
360
2
365
360cos034.01
86400),,,(
0
0
0 sssrso
nEnW
2
00
365
248360sin45.23
+=
nδ
Elektrotehnički fakultet Osijek
383
� Prosječna mjesečna ili godišnja energija Sunčeva zračenja u nekom mjesecu dobiva se kao aritmetička sredina dnevnih energija za sve dane u promatranom mjesecu/godini.
� Ipak, pri prolasku kroz atmosferu dolazi do gubitaka energije izravnog Sunčevog zračenja, ovisno o
atmosferskim prilikama (vedro, poluoblačno, oblačno) zagađenosti atmosfere i nadmorskoj visini!
� Maksimalni dotok energije do Zemljine površine iznosi u prosjekudnevno 920 W/m2 na plohu okomitu na smjer zračenja.
� Energija sunčeva zračenja zbog rotacije raspoređuje se površinomZemlje, pa na površinu Zemlje dolazi prosječno dnevno 230 W/m2,
� To daje dnevno 5.52 kWh/m2 energije, ovisno o trajanju insolacije (zemljopisna širina, godišnja dob), te naoblaci i zagađenosti (atmosferskim uvjetima).
Elektrotehnički fakultet Osijek
384
� Jakost zračenja koja dopire do Zemljine površine, a mogla bi se iskorištavati mijenja se tijekom dana i godine, te ovisi o položaju plohe na koju dopire zračenje.
� Smanjuje se s smanjenjem nadmorske visine (duži put zraka) i s povećanjem zemljopisne širine (manji upadni kut zračenja)
Snaga ukupnog zračenja Sunca na okomitu i vodoravnu plohu pri vedrom
vremenu na 59˚ (grad Zagreb)
okomita ploha vodoravna ploha
385
� Površina Zemlje je 510.1 106 km2 što daje godišnju energiju Sunčeva zračenja od oko 109 TWh/god (ogromno!)
� No, pri tome postoje veliki problemi pri iskorištavanju:
1. Mala gustoća energetskog tijeka,
2. Oscilacija intenziteta (jakosti) zračenja tijekom dana,
3. Ovisnost zračenja o klimatskim uvjetima, 4. Intezitet zračenja ne poklapa se s intenzitetom potrošnje,
5. Nemogućnost skladištenja,
6. Trenutna neisplativost (osobito za fotonaponske ili sunčeve
ćelije – PV) u usporedbi s ostalim izvorima energije
� Stoga se Sunčeva energija trenutno izravno koristi uglavnom za
dobivanje toplinske energije, a za sada samo u malom udijelu za
izravno pretvaranje u električnu energiju (PV)
Elektrotehnički fakultet Osijek
386
Uporaba energije Sunca
� Proizvodnja toplinske energije:
1. Pasivno solarno grijanje (Izravno grijanje zgrade kao kolektora)
2. Aktivno solarno grijanje (zagrijavanje vode pomoću solarnih kolektora)
3. Solarne toplinske elektrane
� Proizvodnja električne energije:
4. Fotonaponske ili sunčeve ćelije (Photo Voltaic Cells, PV)
Elektrotehnički fakultet Osijek
387
1. Pasivno solarno grijanje
� Izravno grijanje zgrade kao kolektora
� Osnovni zahtjevi:
1. Velika južna površina za
prihvat sunčeva zračenja.
2. Konstrukcija s velikom termalnom masom (npr. gusti beton ili cigle). Time se sprema toplinska energiju za dana i zadržava preko noći. Izbjegava se i ljetno pregrijavanje.
3. Dobra izolacije na vanjskim strukturama za održavanje topline
4. Izbjegavanje zasjenjavanja objekata.
Elektrotehnički fakultet Osijek
388
Energetska bilanca prozora - primjer London
Elektrotehnički fakultet Osijek
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
Rujan Listopad Studeni Prosinac Siječanj Veljača Ožujak Svibanj Lipanj
Kw
h/m
2/d
an
Jednostruki
Dvostruki
kWh
/m2 ,
dan
389
� Mehanizmi prijenosa topline:
1. Vođenje (kondukcija)
Toplina absorbirana u materijalu se dalje prenosi vođenjem među molekulama.
2. Konvekcija (izmjenjivanje medija)
Toplina se može prenijeti preko fluida, bilo plina ili tekućine, konvekcijom. Energija je prenesena na molekule fluida koje se dalje fizički gibaju i prenose energiju.
3. Radijacija
Toplinska energija se može prenositi zračenjem (elektromagnetski) kao i svjetlosna energija sunca. Količina zračenja i valna duljina ovise o temperaturi površine.
Elektrotehnički fakultet Osijek
390
2. Aktivno solarno grijanje
� Zagrijavanje vode pomoću solarnih kolektora, moguće primjene: grijanje vode u domaćinstvima, bazena i kupatila, procesne vode,
dogrijavanje za kondicioniranje zraka
� Indikatori potencijalno isplativih primjena solarnog zagrijavanja vode:
1. Potreba za toplom vodom konstantna kroz tjedan i godinu (ili više ljeti).
2. Visoka cijena ostale energije (el. energija, propan, itd.).
3. Dovoljno površine za postavljanje kolektora (0,025 m2/l/d).
4. Sunčanija klima pomaže, ali nije nužnost – solarno grijanje moguće i u hladnijoj klimi.
� Potencijalne lokacije: kuće za stanovanje, škole, bolnice, restorani, zatvori, praonice, ostalo
Elektrotehnički fakultet Osijek
391
� Tehnologija – solarni toplinski kolektori: preuzimaju energiju
svjetlosnog zračenja i griju vodu.
� Solarni toplinski kolektori se mogu kategorizirati prema temperaturi na
kojoj efikasno griju vodu:
1. Niskotemperaturni kolektori:
� Bez pokrova za grijanje vode.
� Perforirane ploče za predgrijavanje zraka.
2. Srednjetemperaturni kolektori:
� Izolirani kolektori s pokrovom.
3. Visokotemperaturni kolektori:
� Vakumirane cijevi.
� Koncentrirajući kolektori.
Elektrotehnički fakultet Osijek
392
““Flat plate” solarni kolektorFlat plate” solarni kolektor(hr. ravna ploha)(hr. ravna ploha)
Prozirni pokrov (“solatex” staklo)
Crna apsorbirajuća ploha (“phelps dodge” bakar)
Izolacija (izostaklo)
Voda teče kroz cijevi
Kućište (aluminij)
Elektrotehnički fakultet Osijek
393
Vrste kolektoraVrste kolektora
Elektrotehnički fakultet Osijek
394
Pokrov: magija staklaPokrov: magija stakla
395
Vodljivost staklaVodljivost stakla
Elektrotehnički fakultet Osijek
396
Toplinski gubici kroz stakleni pokrovToplinski gubici kroz stakleni pokrov
Elektrotehnički fakultet Osijek
397
Stupanj korisnog djelovanja (efikasnost) kolektoraStupanj korisnog djelovanja (efikasnost) kolektora
Efikasnost = Korisna toplina / Solarno zračenje
η = Q.
k / (G··A)
Korisna toplina = Primljena energija - Gubici
Q.
k = F··A··[τ··α··G - k··(Tu-Tz)]
Efikasnost η = F··[τ··α - k··(Tu-Tz)/G]
G··τ··α··F··A
kk·(T·(Tuu--TTzz))··FF··AA
Q.k
G = globalno (izravno i difuzno) zračenje (W/m2)
A = površina kolektora (m2)
τ = vodljivost pokrova
α = apsorptivnost apsorbera
F = faktor prijenosa topline
Q.k = korisna toplinska snaga (W)
k = koeficijent ukupnih toplinskih gubitaka (W/m2,K)
Tu = ulazna temperatura (K)
Tz = vanjska temperatura (K)
SRCC – neovisna i neprofitna organizacija za testiranje (ττττ αααα i k) i certificiranje kolektora Institut za termodinamiku i termotehniku (ITV)Sveučilišta u Stuttgartu.
G··A
Elektrotehnički fakultet Osijek
398
Efikasnost kolektora ovisno o temperaturiEfikasnost kolektora ovisno o temperaturi......
Tu-Tz temperatura iznad ambijentne (°C ili K)G solarno zračenje (W/m2)
Efikasnost =% iskorištenog solarnog zračenja
najbolji za ~0 do 10 °C iznad temp. okoline
najbolji za ~10 do 50 °C iznad temp. okoline
najbolji za više od 50 °C iznad temp. okoline
Elektrotehnički fakultet Osijek
399
� Solarni sustavi grijanja vode
Elektrotehnički fakultet Osijek
Solar
Storage
tankCol
lect
or
Heatexchanger
Pump
Checkvalve
Expansiontank
Auxiliary
heater
Pump
Loadheat exchanger
Control Control
Relief
valve
400
� Procjena isplativosti solarnog sustava grijanja vode
1. Procjeniti dnevne potrebe za toplom vodom
2. Odrediti raspoloživu solarnu snagu
3. Izračunati dimenzije solarnog sustava (zadovoljiti potrebe za najsunčanijeg dana, bolje poddimenzionirati)
4. Izračunati godišnju uštedu u energiji
5. Izračunati godišnju uštedu u novcu
6. Izračunati cijenu sustava
7. Izračunati omjer uštede prema investiciji i jednostavni period povrata
� Prilika se pruža kod: velikih potreba za toplim vodom, visoke cijene konvencionalng izvora energije, stalnih potreba, kada postoji prostor za smještaj kolektora ili za isticanje
Elektrotehnički fakultet Osijek
401
� Primjeri isplativih solarnog toplinskih sustava
� Niske temperature: bazeni, jezera za uzgajališta, predgrijavanje za ventilaciju, pranje auta i sl., otapanje snijega
� Srednje temperature: stambena i komercijalna topla voda, kafeterije, praonice, zagrijavanje prostora(površina koja zrači), zatvori, rekreacioni centri, javne ustanove (vrtići i sl.)
� Visoke temperature: industrijskiprocesi, proizvodnja el. energije, zagrijavanje vode i prostora
Elektrotehnički fakultet Osijek
402
PrimjerPrimjer: Barnes Field House, Fort Huachuca, AZ: Barnes Field House, Fort Huachuca, AZ
� 200 m2 otvorenih kolektora
� 350 m2 zatvorenog bazena
� Cijena instalacije = $35,000
� Zadovoljava ~50% potreba
zagrijavanja bazena
� Ušteda od 880000 MJ/god
prirodnog plina (26000 m3)
� God. ušteda $5,400
� Instalirano 1980.
Elektrotehnički fakultet Osijek
403
PrimjerPrimjer: Chickasaw : Chickasaw nacionalno izletištenacionalno izletište, OK, OK
� Malo odmorište
� 19 m2 ravnih kolektora
� spremište od 1900 litara
� cijena $7,800
� proizvodi 9,400 kWh/god.
� ušteda $850 / god.
� Veliko odmorište
� 48 m2 ravnih kolektora
� spremište od 3790 litara
� cijena $16,100
� proizvodi 18,200 kWh/god.
� ušteda $1,790 / god.
Elektrotehnički fakultet Osijek
404
� Tri zatvorena sustava kolektora s vakuumskim cijevima i izmenjivačem topline u spremniku za predgrijavanje. Neotrovna otopina propilen glikola kao zaštita od smrzavanja.
� dio F 300 l spremnik za predgrijavanje i 1,9m2 kolektora.
� dio B 300 l spremnik za predgrijavanje i3,7 m2 kolektora
� dio D 450 l spremnik za predgrijavanje i 8,4 m2 kolektora, mjerena toplina iznosi52,75 MJ/dan u prosincu, 1998.
� Ukupna cijena = $26,000, 15 god. povrat
PrimjerPrimjer: Building 29, EPA Lab, Edison NJ: Building 29, EPA Lab, Edison NJ
Elektrotehnički fakultet Osijek
405
PrimjerPrimjer: Phoenix Federal Correctional Institution: Phoenix Federal Correctional Institution
� 1550 m2 paraboličnih kolektora
� spremnik 75700 l
� cijena instalacije $650,000
� proizvodi 1,500,000 kWh/god. (87% potreba za toplom vodom).
� uštedi $96,000 godišnje uz $0.064/kWh.
� instalirano 1998, financirano kroz poseban program
� zatvor plaća tvrtki koja je sustav instalirala 90% cijene energije iz konvencionalnih izvora – 10% osigurane uštede kroz preko 20 godina
Elektrotehnički fakultet Osijek
406Elektrotehnički fakultet Osijek
3. Solarne toplinske elektrane
� Koncentrirana solarna energija
407
Solarna termalna elektrana Solarna termalna elektrana –– izvedba s središnjim prijemnikom izvedba s središnjim prijemnikom (“One pilot” izvedba)(“One pilot” izvedba)
Elektrotehnički fakultet Osijek
408
Solarna termalna Solarna termalna elektrana elektrana –– efikasnostefikasnost
Samo 10 – 30 % izravnog sunčevog zračenja sa pretvara u el. energiju
409
Solarne termalne elektrane Solarne termalne elektrane –– cijena izvedbecijena izvedbe
Elektrotehnički fakultet Osijek
410
Solarne termalne elektrane – cijena el. energije
411
� Solarne toplinske elektrane
Iskustvo: 354 MW u pogonu uspješno preko 10 godina
Raspoloživost: korištenje spremnika topline ili hibridnih rješenja
Konkurentnost cijene solarne el. energije: $0,10/kWh
Brzo rješenje, investicije industrije: 90 do 100 milijuna USD
� Lokacije projekata
50 MW Grčka, 50 MW Španjolska, 100 MW J. Afrika, 178 MW Maroko, 135 MW Indija, 140 MW Meksiko, 140 MW Egipat, 40 MW Italija
� Kratkoročni ciljevi: 1000 MW na mreži i 0,5 miliona m2 sustava integriranih u zgrade.
Elektrotehnički fakultet Osijek
Energetski krov integriran u zgraduEnergetski krov integriran u zgradu
Raleigh, North Carolina, USA
412
4. Fotonaponske (sunčeve ili solarne) ćelije (izravna proizvodnja električne energije)
Povijest
� 1890. Henri Becquerel: Fotonaponski efekt
� Početak 20. stoljeća bio je predmetom mnogih istraživanja (jedina Nobelova nagrada Einsteina - za istraživanje solarne energije).
� 1954., Bell Telephone: otkrivena PV ćelija, pri ispitivanju osjetljivosti adekvatno pripremljenog silikonskoga oblata na sunčevo svjetlo. Predstavljen prvi fotonaponski članak koji je generirao upotrebljivu količinu električne energije.
� Od 1958. ugrađivanje u komercijalne aplikacije (za svemirski program, napajanje SAD satelita). Uspješnost PV u svemiru dovela je do komercijalnih primjena PV tehnologije.
Elektrotehnički fakultet Osijek
413
Fotonaponska pretvorba
� Fotonaponska pretvorba je izravna pretvorba sunčevoga svjetla u električnu struju preko fotonaponske (PV) ćelije, za koju je uobičajeni naziv solarna (ili sunčeva) ćelija.
� Fotonaponska ćelija je poluvodički element koji se obično pravi od silikonske legure, tj. legure Silicija (ili drugog poluvodiča).
� Sunčevo svjetlo se sastoji od fotona (dijelova solarne energije). Fotoni sadržavaju različite količine energije koje odgovaraju različitim duljinama valova solarnoga spektra.
� Kada fotoni pogode fotonaponsku ćeliju, oni se mogu reflektirati od nje, proći direktno kroz nju ili biti apsorbirani (upijeni).
� Samo apsorbirani fotoni daju energiju za proizvodnju električne struje.
Elektrotehnički fakultet Osijek
414
� Kada poluvodič apsorbira dovoljno sunčevog svjetla (energije), elektroni se istiskuju iz atoma materijala.
� Specijalna obrada površine mat.: prednja površina ćelije prijemljiva za slobodne elektrone, elektroni se prirodno sele na površinu.
� Elektroni napuštaju njihovu poziciju, oblikuju se rupe.
� Elektrona (neg. naboji) putuju prema prednjoj površini ćelije: neravnoteža naboja između ćelijine prednje i stražnje površine - naponski potencijal.
� Poput baterije – površine se spoje izvana i poteče struja.
Elektrotehnički fakultet Osijek
415
Spektralna distribucija solarnog zračenja
i spektralni odziv solarne ćelije
Valna duljina µµµµm
Od
ziv
sola
rneće
lije
(pro
izv.
jed
.)
So
larn
o z
rače
nje
W/m
2 ,µµ µµ
m
ULTRA-LJUBIČASTO INFRACRVENOVIDLJIVOPODRUČJE
Elektrotehnički fakultet Osijek
416
Fotonaponski sustav (ćelija, modul i niz)
� Fotonaponska ćelija je temeljni gradivni blok fotonaponskog (PV)sustava. Individualne ćelije variraju od oko 1 - 10 cm (0.5 - 4’’).
� Jedna ćelija proizvodi samo 1 ili 2 W, premalo za većinu primjena: električno se povezuju u modul zaštićen od atmosferskih utjecaja.
� Moduli se mogu dalje povezati da bi oblikovali niz.
� Niz: cjelokupno proizvodno postrojenje, sastavljeno od jednog do nekoliko tisuća modula (ovisi o potrebnoj izlaznoj snazi)
Osnovne prednosti
1. Fotonaponska pretvorba je izravna - veliki mehanički sustavi generatora nisu potrebni.
2. Modularna karakteristika – moguće brzo i u dopuštenim veličinama instaliranje nizova (moguće postupno povećanje snage).
3. Korištenje i održavanje jednostavno - solarne ćelije nemaju pokretnih dijelova, nije potrebna koncentracija zračenja, solarne ćelije iskorištavaju i izravno i raspršeno zračenje Sunca.
Elektrotehnički fakultet Osijek
417
Tehnološki pravci
1. Monokristalni (i polikristalni) Silicij
Površina ovisi o površini presjeka monokristala od kojeg se proizvode i
iznosi 5 do 10 cm, debljina im je od 0.2 do 0.3 mm.
Elektromotorna im je sila 0.55 do 0.70 V, stvarna efikasnost 10 do 13.5 %, a teorijska efikasnost 16 do 25 %.
Visoka proizvodna cijena (kompliciran tehnološki postupak) solarnih ćelija od monokristalnog silicija jedina je njihova mana.
Poseban problem predstavlja vijek trajanja solarnih ćelija koje su izložene atmosferskim utjecajima (kiša, snijeg, tuča).
Tehnologija je te proizvodnje međutim znatno napredovala, pa je i proizvodna cijena uvelike snižena.
Elektrotehnički fakultet Osijek
418
2. Tanki filmovi
Radi smanjenja cijene razvija se tehnologija tankog filma (npr. amorfni Silicij, CIS, CTS spojevi). Prihvatljivija cijena, ali i niži stupanj djelovanja.
3. Galij- arsenid (i Kadmij-Telurid)
Ćelije od galij-arsenida prave se u obliku tankog filma od jedne (GaAs )
ili dviju komponenata ( GaAs + Cu2S ). Takva bi ćelija prema teorijskim
predviđanjima trebala biti vrlo efikasna.
Njezina elektronička svojstva ukazuju na teorijsku efikasnost od 25 do 40 %. Ostvarena efikasnost iznosi 11 do 13 %. Problem: visoka cijena.
4. Novi koncepti – niža cijena/veća efikasnost
“Dye” (obojane) i organske ćelije – niža cijena, mala efikasnost
Istraživanja, npr. “vrući” elektroni, nanostrukture, kvantni izvori, dvosmjerne pretvorbe i sl. s ciljem povećanja efikasnosti na 30 do 60 %.
Elektrotehnički fakultet Osijek
419
Teorijski i praktični stupanj djelovanja
Materijal ηηηη ideal ηηηηt ηηηηp
monokristalni Silicij (Si) 33% 22% 15%
polikristalni Silicij (p-Si) 33% 17,8% 13%
amorfni Silicij (a-Si) 33% 11,5% 7,5%
Galij-Arsenid (GaAs) 33% 28% 17%
Kadmij-Telurid (CdTe) 33% 15% -
Istraživanja 35% -
Elektrotehnički fakultet Osijek
0
5
10
15
20
25
30
monokr. Si polikr. Si amorfni Si CIS tanki film CdTe tanki film
St.
dje
lova
nja
%
KomercijalneIstraživanje
420
Materijali za puni spektar
Ge
GaAs
GaInP
µSolarni tok(1021 fotona/s/m2/mm)
Sadržaj Ga uIn1-x GaxN leguri
Savršeno poklapanje područja pokrivanja In1-xGaxN i solarnog spektra
En
ergija
(eV)
� Efikasne fotonaponske ćelije koriste višestruke poluvodiče s fiksnim energetskim šupljinama (npr. ćelija s trostrukim spojem GaInP/GaAs/Ge)kako bi se obuhvatilo što veći dio solarnog spektra (prikazan lijevo)
� Takve fotonaponske ćelije s višetrukim spojevima mogu imati stupanj djelovanja i do 50%.
Istraživanja na intitutu LBLN s materijalima izrađenima na Cornell University SAD i u Japanu, pokazuju da izravna energetska šupljina materijala In1-xGaxN pokriva energiju od 0.7 do 3.4 eV (crvene oznake) solarnog spektra, a ne 2.0 do 3.4 eV kako je navedeno u lit. (plave oznake).
En
erg
ija(e
V)
421
PV tehnologije – cijena i efikasnost
Elektrotehnički fakultet Osijek
422
Uporaba
1. Samostalni izvor energije (off-grid):
Sateliti (u svemiru snaga sunčeva zračenja i dobivena energija puno veća jer nema apsorbcije kroz atmosferu),
Zemaljska primjena:
a) industrija: za potrebe tehnoloških procesa
b) ostali potrošači: cestovni znakovi, kalkulatori, ručni satovi, i sl.
c) elektrifikacija ruralnih područja
2. Dodatni izvor energije na mreži (on-grid)
Poput baterija: istosmjerna struja za mala napajanja, npr. opreme).
Priključene na električnu mrežu: za sada neisplativo!!!
Zahvaljujući sustavima poticaja primjena na mreži čini daleko najveći dio instaliranih kapaciteta (2002.: 320 MW ili 71%) na PV tržištu i bilježi konstatan rast!
Elektrotehnički fakultet Osijek
423
Elektrifikacija ruralnih područja
Pokazatelji: cijena na sat i cijena po litri vode
Elektrotehnički fakultet Osijek
424
Primjena na mreži
Pokazatelji: estetika, cijena po površini i cijena po energiji
Njemački parlament
Elektrotehnički fakultet Osijek
425
Usporedba primjene na postojećoj mreži i pri elektrifikaciji
Elektrotehnički fakultet Osijek
426
Primjena na mreži -integracija u zgradi
Doxford Int. PLC ured:Prva komercijalna
zgrada s integririranim PV u zgradu
Podudarnost PV proizvodnje i potrošnje u poslovnoj zgradi
427
Primjena na mreži - noviji projekt
Elektrotehnički fakultet Osijek
428
PV Tržište
Konstantan porast
Neisplativost primjene na mreži
429
PV tržište - stanje u EU
� U Europskoj Uniji trenutno je 40% godišnji rast instalirane snage fotonaponskih ćelija. To se naizgled čini kao velik rast, ali u biti radi se o vrlo malim količinama, pa rast od 40% ne utječe posebno na ukupnu zastupljenost takvih izvora energije.
� U 2000. godini u Europskoj Uniji bilo je instalirano 183.5 MWp, a to je 43.6% povećanja u odnosu na 1999. I u tom području Njemačka je sa 113.8 MWp (uključujući 100 MWp priključenih na električnu mrežu) vodeća država u Europi. (Japan u svijetu).
� Razlog: njemački zakon o obnovljivim izv. en.: otkupna cijena energije iz PV je 0.5 € po kWh za prvih 350 MWp.
Poticaj presudan!!!
� Plan EU: 3000 MWp do 2010. realno: 1780 MWp.
Elektrotehnički fakultet Osijek
430
Njemačka – primjer poleta tržišta: 1999. program 100.000 krovova i 2000. poticaj (feed-in law)
Elektrotehnički fakultet Osijek
431
Fotonaponkse ćelije
Konv.: vršna snaga
Konv: temeljna snaga
Elektrotehnički fakultet Osijek
Konkurentnost proizvodnje el. energije iz fotonaponskih ćelija- povijest od 1990., stanje 2000. i predviđanja do 2040.
� Ipak i u ovom trenutku moguća isplativost primjene u nekim slučajevima, npr. u kombinaciji s dizelskim agregatom ili baterijom za potrebe pričuvnog napajanja
432
Marginalni troškovi proizvodnje el. energije - satno i sezonski
Primjer:Australija
Ljeto
Zima
Elektrotehnički fakultet Osijek
433
Ovisnost cijene modula o proizvedenoj energiji - povijest i očekivanja
Elektrotehnički fakultet Osijek
434
Najveći svjetski proizvođači PV tehnologije – stanje 1999.
16%
15%
15%13%
6%
35%
BP SolarexKyoceraSharpSiemens SolarSanyoOstali
Izvor: PV news
Elektrotehnički fakultet Osijek
435
PV tržište u svijetu – prognoza porasta
� Trenutno instalirano oko 600 MWp
� Očekivani porast: do 2010. 30% godišnje, potom do 2030. 25% godišnje
� Očekivano 2030. 300 GWp
Industrija 70 GWp , Potr. 20 GWp , Elektrifik. 60 GWp , Na mreži: 150 GWp
� Očekivana ulaganja do 2030. 200 milijardi eura!
Elektrotehnički fakultet Osijek
436
Proizvodnja električne energije iz PV Proizvodnja električne energije iz PV –– prognoza do 2030.prognoza do 2030.
Elektrotehnički fakultet Osijek
437
Fotonaponske ćelije i ekologija
� Iako je kod “eko-vjernika” korištenje Sunčeve energija putem fotonaponske pretvorbe najpopularniji nekonvencionalni izvor,fotonaponske ćelije su osobito problematične za okolinu:
1. Poluvodiči od kojih su izrađene sadrže teške metale (napr. GaAs) pa se tretiraju kao specijalni otpad kod odstranjivanja
2. Pri izradi dijelova koriste za okolinu vrlo neugodne kiseline
3. Tijekom korištenja sunčanih ćelija je dolazilo do požara, koji su prouzrokovali širenje toksičnih sastojaka
� S druge strane (osim mogućnosti požara) u pogonu su fotonaponskisustavi pouzdani, ne zahtjevaju vodu za hlađenje sustava i ne postoji emisija štetnih plinova.
� Osnovni nedostatak veće primjene ostaje visoka cijena, za koju se očekuje da će postati prihvatljiva s razvojem tehnologije.
Elektrotehnički fakultet Osijek
438
Vizija svjetske FV mreže
Elektrotehnički fakultet Osijek
439
Sunčeva energija u RH
� Prirodni potencijal
Kopnena površina RH 56538 km2 ,uz pretpostavku o intenzitetu sunčevog zračenja od 3,6 kWh/m2 na dan (oko 13MJ/dan)
Godišnji prirodni potencijal 250 EJ (700 puta više od ukupnepotrošnje u HR 2001.: 370 PJ)
� Tehnički potencijal
Površina od oko 33 km2 dovoljna za finalnu potrošnju vruće vode, pare i el. energije.
3% površine na raspolaganju (1700 km2): 2% prekriti termičkim pretvornicima s prosječnom godišnjom efikasnošću od 40%, 1% prekriti fotonaponskim pretvornicima s prosječnom efikasnošću od 10%
Godišnji tehnički potencijal 2,8 EJ (7,5 puta više od ukupna potrošnjau HR 2001., 370 PJ)
Elektrotehnički fakultet Osijek
440
� Gospodarski potencijal
podaci samo za primorske županije, # ne uključuje visokotemp. primjene u termalnim i fotonaponskim elektranama, čiji se potencijal procjenjuje ukupno na skoro 50 PJ, * podaci za poljoprivredu odnose se na cijelu RH
� Ekonomski potencijal
Potencijal niskotemp. potrošnje sunčeve energije priobalnih županija:
Potencijal solarne arhitekture priobalnih županija:
Industrija Kućanstva Usluge Poljoprivreda* Ukupno
Potencijal# [PJ] 11,5 4,6 1,6 13,0 30,7
Elektrotehnički fakultet Osijek
Industrija Kućanstva Usluge Poljoprivreda* Ukupno
Potencijal [TJ] 91 888 386 55 1420
Individualno Stanogradnja Hoteli Turistička naselja
Ukupno
Potencijal [TJ] 70 70 175 35 350
441
� Potencijal sunčeve energije u sedam primorskih županija mnogostruko veći od ukup. energetske potrošnje topline i el. energije.
� Dinamika iskorištavanja tog potencijala u funkciji ekonomskih prilika i strategije, financijske atraktivnosti te dinamike razvoja tehnologije korištenja sunčeve energije.
� Trenutni planovi i programi (2000.) imaju za cilj prvo razvijati korištenje sunčeve energije za pripremu potrošne tople vode.
� Tek u drugoj fazi, iza 2010. godine, znatnije bi se povečavao udio sunčeve energije u potrošnji za grijanje i hlađenje.
� Za drugi dio programa oslanja se na korištenje hibridnih toplanaSunce - ukapljeni naftni plin (UNP), te Sunce – prirodni plin, gdje se očekuje ekonomični udio sunčeve energije do 50%.
� Značajan početak korištenja fotonaponskih elektrana u EES-u ne očekuje se prije 2005, kada bi cijena takve el. en. mogla pasti tri ili više puta prema današnjoj (ni danas se ne koriste!!!).
� Izuzetak su posebne instalacije na otocima i sl. u smislu samostojnih sustava. Snaga iznosi od 100 – 1000 kWp.
Elektrotehnički fakultet Osijek
top related