A napenergia-hasznosítás alapjai

Hasonló dokumentumok
Mit sütünk ki mára?! (Napenergia és a Fizika) Dr. Seres István SZIE, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék

Mit sütünk ki mára?! (Napenergia és a Fizika) Dr. Seres István SZIE, Fizika és Folyamatirányítási Tanszék

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

FIZIKA. Atommag fizika

FIZIKA. Radioaktív sugárzás

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

A fotovillamos napenergia-hasznosítás alapjai. Szent István Egyetem Gödöllő

Sugárzásos hőtranszport

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

A légköri sugárzás. Sugárzási törvények, légköri veszteségek, energiaháztartás

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

Modern fizika vegyes tesztek

A NAPENERGIA HASZNOSÍTÁSÁNAK HAZAI LEHETŐSÉGEI. Farkas István, DSc egyetemi tanár, intézetigazgató

Napenergia hasznosítás

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

FOTOSZINTETIKUSAN AKTÍV SUGÁRZÁS GLOBÁLSUGÁRZÁS

A napenergia alapjai

INTÉZMÉNYI NAPENERGIA HASZNOSÍTÁS LEHETŐSÉGEI MAGYARORSZÁGON. Kopasz Gábor Soltec Kft. Key Account Manager

G03 eladás* A napenergia-hasznosítás alapjai

A hőmérsékleti sugárzás

Színképelemzés. Romsics Imre április 11.

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Az elektromágneses hullámok

Szilárd testek sugárzása

Mit értünk a termikus neutronok fogalma alatt? Becsüljük meg a sebességüket 27 o C hőmérsékleten!

Mőszaki menedzserek részére 2. témakör

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

MEGÚJULÓ ENERGIÁK INTEGRÁLÁSA A HAZAI ENERGIARENDSZERBE, KÜLÖNLEGES TEKINTETTEL A NAPENERGIA TERMIKUS HASZNOSÍTÁSÁRA. Prof. Dr.

Megújuló energiák hasznosítása: a napenergia. Készítette: Pribelszky Csenge Környezettan BSc.

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

KOGENERÁCIÓS NAPENERGIA HASZNOSÍTÓ BERENDEZÉS KIFEJLESZTÉSE VILLAMOS- ÉS HŐENERGIA ELŐÁLLÍTÁSÁRA ÉMOP

Napelemek és napkollektorok hozamának számítása. Szakmai továbbképzés február 19., Tatabánya, Edutus Egyetem Előadó: Dr.

G04 előadás Napelem technológiák és jellemzőik. Szent István Egyetem Gödöllő

A hőmérsékleti sugárzás

Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

GYAKORLATI ÉPÜLETFIZIKA

A napenergia magyarországi hasznosítását támogató új fejlesztések az Országos Meteorológiai Szolgálatnál

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

Energia Műhely 3. A hazai napkollektoros szakma jelene és jövője. Körkép a megújuló energiák alkalmazásáról. Varga Pál elnök

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Hullámok tesztek. 3. Melyik állítás nem igaz a mechanikai hullámok körében?

Farkas István és Seres István HÁLÓZATRA KAPCSOLT FOTOVILLAMOS RENDSZER MŐKÖDTETÉSI TAPASZTALATAI FIZIKA ÉS FOLYAMAT- IRÁNYÍTÁSI TANSZÉK

NCST és a NAPENERGIA

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Abszorpciós fotometria

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Energiahasznosítás lehetőségei koncentráló kollektorokkal Délkelet-Magyarországon

OPT TIKA. Hullámoptika. Dr. Seres István

Hadronok, atommagok, kvarkok

A távérzékelés és fizikai alapjai 3. Fizikai alapok

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

Tipikus megvilágítás szintek a szabadban (délben egy napfényes napon) FISHER LED

Milyen színűek a csillagok?

Szabadentalpia nyomásfüggése

Amit a Direktívával kapcsolatban tudni érdemes. Számítási módszerek - Benapozás

ÜZEMBEHELYEZÉSI ÚTMUTATÓ CPC U-Pipe vákuumcsöves kollektorhoz

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK és MEGFIGYELÉSEK

A napenergia hasznosítási lehetőségei a Váli völgy térségében. Simó Ágnes Biológia környezettan 2008

Úton az elemi részecskék felé. Atommag és részecskefizika 2. előadás február 16.

Dr. JUVANCZ ZOLTÁN Óbudai Egyetem Dr. FENYVESI ÉVA CycloLab Kft

NAPELEMEK KÖRNYEZETI SZEMPONTÚ VIZSGÁLATA AZ ÉLETCIKLUS ELEMZÉS SEGÍTSÉGÉVEL. Darvas Katalin

Hőterjedési formák. Dr. Seres István. Fizika I. Hőterjedés. Seres István 1

Adatgyőjtés, mérési alapok, a környezetgazdálkodás fontosabb mőszerei

OPTIKA. Fotometria. Dr. Seres István

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

A lézer alapjairól (az iskolában)

A SUGÁRZÁS ÉS MÉRÉSE

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Mag- és neutronfizika

MÉGNAP A hazai napkollektoros szakma jelene és jövıje

Deme Sándor MTA EK. 40. Sugárvédelmi Továbbképző Tanfolyam Hajdúszoboszló, április

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

Áttekintés. Optikai veszélyek. UV veszélyek. LED fotobiológia. Az UV sugárz szembe. Bevezetés Optikai sugárz. Összefoglalás.

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

TestLine - Fizika 8. évfolyam elektromosság alapok Minta feladatsor

Termográfiai vizsgálatok

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Fotoszintézis. fotoszintetikus pigmentek Fényszakasz - gránum/sztrómalamella. Sötétszakasz - sztróma

AZ ÉGHAJLATI ELEMEK IDİBELI ÉS TÉRBELI VÁLTOZÁSAI MAGYARORSZÁGON A NAPSUGÁRZÁS

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

NAPENERGIA TERMIKUS ÉS FOTOVILLAMOS HASZNOSÍTÁSA INNOVÁCIÓK AZ EU-BAN

TERMÉSZETTUDOMÁNY JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Abszorpciós spektroszkópia

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Rádl Attila december 11. Rádl Attila Spalláció december / 21

A Föld helye a Világegyetemben. A Naprendszer

Átírás:

G03 elıadás A napenergia-hasznosítás alapjai Werner Roth Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE Freiburg, Germany

Tartalom G03 - A napenergia-hasznosítás alapjai A napenergiában rejlı potenciál Az energia felhasználása A sugárzási modellek A sugárzás és az anyag kölcsönhatása Sugárzásfizikai definíciók Napsugárzás A hatékony napenergia-felhasználás alapjai

A napenergiában rejlı potenciál A Napból a Föld felszínére sugárzott energia: 8 10 8 TWh/év Az elsıdleges energiafelhasználás a világon: 1 10 5 TWh/év Vagyis napenergia útján 8000-szer több energia érkezik a Földre, mint a teljes energiaigény.

SZIE FFT Atommag fizika Hélium atommag (α részecske): 2 proton + 2 neutron A napenergia és a Fizika Tömeg-deffektus: m = m (2 m + 2 m ) < α p n 0 m α = 6,6447 10-27 kg, m p = 1,6727 10-27 kg, m n = 1,6749 10-27 kg, Dr. Seres István, SZIE FFT 6 Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT Atommag kötési energiája tömegdeffektus: m = m (2 m + 2 m α p n ) A napenergia és a Fizika Einstein-féle tömeg-energia ekvivalencia elv: Kötési energia: ε = mc 2 = -5 10-29 (3 10 8 ) 2 = -5 10-29 kg ε = 4,5 10-12 J = 2,8 10 7 ev = 28 MeV (1 ev = 1,6 10-19 J) A látszólag eltőnı tömeg energiává alakul! Dr. Seres István, SZIE FFT 7 Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT Atommag kötési energiája ε ~ 4,5 10-12 J A napenergia és a Fizika Mennyi energia lenne kinyerhetı 1 vödör vízbıl ha magreakcióval belıle a hidrogént héliummá alakítanánk? M(H 2 O) = 18 g/mol = 2 g/mol H + 16 g/mol O. A víz tömegének 2/18-ad része, vagyis 1/9-ed része hidrogén. Dr. Seres István, SZIE FFT 8 Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT A napenergia és a Fizika Atommag kötési energiája A víz tömegének 2/18-ad része, vagyis 1/9-ed része hidrogén. 1 vödör vízben > 1 kg hidrogén 1 kg H = 1000 mol proton 500 mol p + + 500 mol n 250 mol He Dr. Seres István, SZIE FFT 9 Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT Atommag kötési energiája 250 mol He kötési energiája: A napenergia és a Fizika E = N ε = 250 6 10 23 4,5 10-12 = 6,75 10 14 J. 1 kg koksz égéshıje: 30 MJ/kg = 3 10 7 J/kg. 1 vödör víz hidrogénjének fúziós energiája kb. 2,25 10 7 kg = 22 500 tonna koksz elégetésének megfelelı energiát termel. Dr. Seres István, SZIE FFT 10 Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT Nap energia kibocsátása Dr. Seres István, SZIE FFT 11 A napenergia és a Fizika Hıterjedési formák: Hıvezetés Hıáramlás Hısugárzás Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT A napenergia és a Fizika Nap energia kibocsátása - hısugárzás Fekete test sugárzás Wien törvény: λ T = max áll. Stefan-Boltzmann törvény: E = σt 4 Dr. Seres István, SZIE FFT 12 Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT Nap energia kibocsátása A napenergia és a Fizika látható ultraibolya infra Spektrum a légkörön kívül Spektrum a Földfelszínen Wien törvény: λ max T = 2,884 10 3 Nagy energia kis energia mk hullámhossz(µm) λ max = 0,5 µm = 5 10-7 m, Innét T~5800 K Dr. Seres István, SZIE FFT 13 Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT A napenergia és a Fizika Nap energia kibocsátása Stefan-Boltzmann törvény Kibocsátott energiasőrőség: 4 E = σt E = 5,67 10-8 5800 4 E = 6,42 10 7 W/m 2 A Nap felülete: A = 4 R 2 π = 4 (7 10 8 ) 2 π = 6,16 10 18 m 2 Innét az 1 s alatt kisugárzott teljesítmény: P = E A = 4 10 26 W Dr. Seres István, SZIE FFT 14 Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT A napenergia és a Fizika Nap energia kibocsátása Innét az 1 s alatt kisugárzott összes energia: P = E A = 4 10 26 W 1 He atommag keletkezésekor: m = 5 10-29 kg ε=4,5 10-12 J energia. 1 s alatt N = 8,9 10 37 reakció, azaz m N = 5 10-29 8,9 10 37 = 4,4 10 9 kg Tehát 1 s alatt kb. 4,4 millió tonna! Dr. Seres István, SZIE FFT 15 Seres.Istvan@gek.szie.hu

SZIE FFT A Földre eljutó energia P = 4 10 26 W A napenergia és a Fizika A Föld Nap körüli keringésének pályasugara: R p = 1,5 10 11 m. R p A Föld távolságában az egységnyi felületre jutó teljesítménysőrőség: P E = = A Dr. Seres István, SZIE FFT 1397 W m 2 16 Seres.Istvan@gek.szie.hu

A napenergia felhasználás lehetıségei sugárzás rendszer (hatásfok) hasznos energia Napsugárzás elnyelı Mivé alakítja Energiafajta fekete fém hı hıenergia növény biomassza kémiai energia fotovillamos cella elektromosság villamos energia napkollektor hı hıenergia Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

A napenergia termikus hasznosítása Energiaelnyelı (kollektor) napsugárzás átalakítás hı Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Mi a fény? Albert Einstein, Annals of Physics folyóirat, 1905: a fény mozgó részecskék ( fotonok vagy hullámcsomagok ) árama fotonok (ϕϖς fény) Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Sugárzás intenzitás Minden foton egy meghatározott mennyiségő energiát képvisel, ami a frekvenciájával arányos A foton csak teljes egészében hozható létre, vagy semmisíthetı meg (nem osztható kisebb részekre) A fotonok sőrősége szabja meg a fény intenzitását alacsony intenzitás magas Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

A napsugárzás légkörön kívüli és a földfelszíni spektruma ultraibolya látható infravörös Spektrum AM 0 Spektrum AM 1,5 Besugárzás intenzitás [Wm -2 ] nagy energiájú fotonok kis energiájú fotonok Hullámhossz [µm] Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Színek a napsugárzás látható tartományában ibolya kék zöld sárga vörös hullámhossz [nm] Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Egyszínő fény spektruma intenzitás sárga 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 hullámhossz [nm] Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Az anyag és a sugárzás kölcsönhatási formái foton kölcsönhatás eltőnik elnyelés (abszorpció) átbocsátás megmarad tükrözı visszaverıdés diffúz visszaverıdés, szóródás Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Összefüggés a felületek fényessége és felmelegedése között a felület színe kölcsönhatás energia elnyelés fehér túlnyomóan visszaverıdés csekély szürke visszaverıdés és elnyelés közepes fekete túlnyomóan elnyelés nagymérvő

Különbözı anyagok abszorpciós tulajdonságai megnevezés meghatározás fekete A teljes szoláris spektrum fotonjainak elnyelése fehér Teljes visszatükrözés szürke Egységes, de minden fotonra nem teljes elnyelés szelektív Bizonyos spektrumtartományok fotonjainak elnyelése, a spektrum más tartományába esı fotonok visszatükrözése vagy átengedése. Az összes színes test szelektív elnyelı.

A napsugárzással kapcsolatos elnevezések és mértékegységek Fizikai mennyiség megnevezés mértékegység Teljesítmény sőrőség Sugárzás intenzitás (besugárzás) Wm -2, kwm -2 Energia sőrőség Sugárzási energia Whm -2, kwhm -2

Napsugárzás Besugárzás: A felületegységre beesı sugárzási teljesítmény. Mértékegysége: Wm -2, jele: E Besugárzottság: A besugárzás idı szerinti integrálja egy adott idıtartamra. Mértékegysége: Whm -2, jele: H Megvilágítás: A besugárzás analóg mennyisége a látható fényre. Mértékegysége: lmm -2 vagy lx

Napsugárzás Globál besugárzás: Az úgynevezett globál besugárzás a Föld felszínén a direkt és a diffúz besugárzás összege. Definíciója: E g = E dir + E dif

Napsugárzás Levegı tömeg (Air Mass - AM): Ha a napsugarak merılegesen érkeznek a Föld felszínére, a fénysugaraknak csak egyszer kell áthaladniuk a légkörön. Ezt az esetet jelöljük AM 1-el. Minden más esetben a fénysugarak útja a légkörön át hosszabb. Az úthossz a Nap magasságától (a fénysugarak beesési szögétıl) függ. Például az AM 2 azt jelenti, hogy a fénysugár útja a légkörön át kétszerese az AM 1 értékhez tartozó útnak. Ez az eset akkor áll elı, ha a Nap 30º -os szöget zár be a horizonttal. Definíció: AM = 1 / sin(β)

A napsugár útja a légkörön át visszaverıdés visszavert sugárzás (albedo) direkt sugárzás diffúz (szórt) sugárzás Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Sugárzás intenzitás különbözı idıjárási körülmények között égbolt idıjárás tiszta kék ég párás/felhıs, a Nap fehéressárgás korong borult ég, globál sugárzás 600 1000 Wm -2 200 400 Wm -2 50 150 Wm -2 diffúz sugárzás aránya 10 20 % 20 80 % 80 100 % Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Éves napenergia besugárzás különbözı helyszíneken Helyszín Éves energia besugárzás [kwhm -2 ] Szahara 2200 Izrael 2000 Freiburg, Dél-Németország 1200 Hamburg, Észak-Németország 1000

Besugárzottság Khartoumban és Freiburgban (összehasonlítás) 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 Freiburg, Németzország Khartoum, Szudán átlagos napi globál sugárzás [Wh/m 2 d] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 hónap Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

A besugárzás éves megoszlása, Freiburg, Németország Freiburg, Németország 7 6 5 4 3 2 1 átlagos napi globál sugárzás [kwhm -2 ] 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 hónap Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

A direkt, diffúz és globál sugárzás éves megoszlása Freiburg, Németország 7 6 5 4 3 2 1 0 direkt diffúz átlagos napi globál sugárzás [kwh/m 2 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 hónap Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Besugárzás vízszintes felületen, Freiburg, Németország (derült napok) 1000 900 800 700 600 500 400 300 1999.06.28 1999.12.28 Besugárzás [W/m 2 ] 200 100 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 óra Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Direkt sugárzás egy dılt elnyelı felületen nyár tél Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Diffúz sugárzás egy dılt elnyelı felületen Az égbolt azon tartománya, amelyrıl a sugárzás eljuthat az elnyelı felületre Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Az elnyelı-felület dılésszöge különbözı feltételekre (Közép-Európában) Rendszer jellemzı szög Maximális évi teljes energia-nyereség kb. 30 Téli hónapokra optimalizált kb. 60 Tavasszal és ısszel jó energiahozam kb. 45

Napsugárzás (Közép-Európában tipikus) Maximális besugárzás: 1000 Wm -2 Átlagos besugárzás: 100 Wm -2 Éves globális besugárzás: 1000 kwhm -2

Napsugárzás Standard teszt feltételek: (STC = Standard Test Conditions): Azon feltételek, amelyek mellett az eszközt tesztelik. Besugárzás: 1000 Wm -2 Cella hımérséklet: 25 C Levegı tömeg: AM 1,5

G03 - A napenergia-hasznosítás alapjai Köszönöm a figyelmet! Kérdés?

Tudás teszt: 1. Lehetséges-e energiát létrehozni vagy eltüntetni? 2. Mi a lehetséges legnagyobb besugárzottság egy a beesı napsugarakra merıleges felületen? 3. A diffúz sugárzás fontos szerepet játszik a napenergia felhasználásban Közép-Európában. Mekkora a diffúz sugárzás aránya az éves besugárzottságban?

További ábrák:

Atommodell atommag elektronok Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Az anyag halmazállapotai szilárd folyadék gáz Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany

Hıenergia eredményezte atommozgás az anyagban kis mozgás: hideg szilárd test intenzív mozgás: forró szilárd test Image: Fraunhofer ISE, Freiburg, Germany; Solarpraxis AG, Berlin, Germany