Napenergia hasznosítási lehetőségek összehasonlító elemzése. Mayer Martin János Dr. Dán András

Átírás

1 Napenergia hasznosítási lehetőségek összehasonlító elemzése Mayer Martin János Dr. Dán András

2 Napenergia hasznosítása Villamosenergiatermelés Hő hasznosítás: fűtés és használati melegvíz Közvetlen (napelemek) Közvetett (napkollektor és hőkörfolyamat)

3 Közvetlen és közvetett termelés Fontos szempont: mennyi energiát termelhetünk meg, milyen hatásfokkal működhet a rendszer különböző időjárás esetén. Legfőbb környezeti paraméterek: napsugárzás intenzitása külső levegő hőmérséklete

4 Napelem cella helyettesítő áramköre

5 Napelem modul egyenlete Karakterisztikát leíró származtatott paraméterek: I F fény áram [A] I 0 dióda telítési árama [A] a alakparaméter [V] belső soros ellenállás [Ω] R s

6 Rendelkezésre álló adatok Célom, hogy a modell csak olyan adatokat használjon, amelyek minden napelem adatlapján megtalálhatóak! Rövidzárási áram [A]: I rz Üresjárási feszültség [V]: U üj MPP áram [A] és feszültség [V]: I mpp, U mpp Hőmérsékleti együtthatók [%/ C]: µ Irz, µ Uüj, (µ Pmp ) Normál üzemi cellahőmérséklet [ C]: T NOCT Geometriai méretek [mm]: x, y Sorba kötött cellák száma: N S Cella anyaga: szilícium = 1,12 ev

7 Cellahőmérséklet meghatározása Energiamegmaradási egyenlet: NOCT (nominal operating cell temperature): cellahőmérséklet 800 W/m 2 sugárzásnál és 20 C külső hőmérsékletnél üresjárás esetén

8

9 Teljesítmény a sugárzás és cellahőmérséklet függvényében

10

11 Hatásfok a cellahőmérséklet és sugárzás függvényében

12

13 I-U karakterisztika, T c = 20 C esetén

14 Hatásfok a külsőhőmérséklet és a sugárzás függvényében

15

16 Közvetett napenergia hasznosítás Napkollektor + (Tárolás) + Hőkörfolyamat

17 Napkollektorok típusai Cél: napsugárzásból hasznosítható hő előállítása minél magasabb hőmérsékleten minél nagyobb hatásfokkal Síkkollektor Vákuumcsöves napkollektor Kettős parabola koncentrátor (CPC) Parabolavályús napkollektor (PTC) Parabolatükrös napkollektor Naptorony direkt és szórt napsugárzás koncentrátor (CSP), csak direkt sugárzás

18 Napkollektor hatásfoka

19 Hőkörfolyamat Magas hőmérsékletű hőközlés és alacsony hőmérsékletű hőelvonás a cél! Víz-vízgőz körfolyamat: Rankine-ciklus

20 Szerves Rankine-körfolyamat (ORC) Alacsony hőmérsékletű hőforrások hasznosítására ideális. Munkaközeg: víz helyett szerves anyag. Pl.: izopentán, pentán, izobután, bután, aceton, R11, R245fa

21 ORC szimuláció

22 Eredmények, következtetések Síkkollektor + ORC: ~ 6% maximális hatásfok Vákuumcsöves kollektor + ORC: ~ 6,5% maximális hf. Parabolavályús koll. + ORC/Rankine: akár 20% hatásfok! Sugárzás hatása: jelentősen csökken a hatásfok Változás mértéke mindkét esetben rendszerenként eltér!

23 Változékony időjárás hatása Napelem: nagyobb ingadozások. Naphőerőmű: termelés ingadozás csökken.

24 Szél hatása Napelemek: hűl a cella, javul a hatásfok. Naphőerőművek: kis mértékben nőnek a veszteségek.

25 Karbantartás Napelem: minimális karbantartásigény. Naphőerőmű: karbantartást igényel.

26 Költségek Beruházási és üzemeltetési költségek: mindkét esetben beruházási költség a döntő, jól becsülhető.

27 Tárolási lehetőségek Közvetlen: csak villamos energia tárolása. Közvetett: villamos energia és hőtárolás is lehet!

28 Összetett rendszerek Napelemek hűtésével használati meleg víz előállítás. Napkollektor: télen fűtési célra, nyáron ORC-vel villamosenergia-termelésre.

29 Összesítés Közvetlen átalakítás Szempont Közvetett átalakítás Hatásfok kis mértékben függ tőle, közepes sugárzás esetén legjobb Hőmérséklet növekedésével hatásfok csökken Nagy, hirtelen ingadozások, de jó termelési adatok Sugárzás Külső hőmérséklet Változékony idő Hatásfok jelentősen csökken a sugárzás csökkenésével Kialakítástól függ, általában hatásfok csökken hőm. növ. Kisebb és lassabb teljesítmény ingadozás, kevesebb termelt energia Jobb hatásfok Szeles idő Rosszabb hatásfok Alacsonyabb Karbantartásigény Magasabb Jól becsülhető Költségek Jól becsülhető Villamos energia Tárolási lehetőség Villamos és hőenergia

30 Köszönöm a figyelmet! Mayer Martin János (mayer.martinj@gmail.com)

31 Köszönetnyilvánítás A kutatási tevékenységet a Magyar Kormány, a Nemzeti Fejlesztési Ügynökségen keresztül, a Kutatási és Technológiai Innovációs Alap KMR_ számú szerződése alapján támogatta. This project has been partly supported by the KTIA grant of the National Development Agency, Hungary under contract number KMR_