Φωτοβολταϊκά Συστήματα Νέας Γενιάς: Οργανικά Φωτοβολταϊκά

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Φωτοβολταϊκά Συστήματα Νέας Γενιάς: Οργανικά Φωτοβολταϊκά"

Θυία Αγγελόπουλος
9 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Φωτοβολταϊκά Συστήματα Νέας Γενιάς: Οργανικά Φωτοβολταϊκά Σπύρος Χ. Αναστασιάδης Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσ/νίκης Τμήμα Χημικών Μηχανικών Θεσσαλονίκη Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Laser Ηράκλειο Κρήτης

2 Φωτοβολταϊκά Συστήματα Νέας Γενιάς: Οργανικά Φωτοβολταϊκά Σπύρος Χ. Αναστασιάδης Πανεπιστήμιο Κρήτης Τμήμα Χημείας Ηράκλειο Κρήτης Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Laser Ηράκλειο Κρήτης

3 Ενέργεια: το μεγάλο πρόβλημα Energy is the single most important challenge facing humanity today, Richard E. Smalley, Nobel Χημείας 1996, Απρίλιος 2004, Testimony to U.S. Senate ( )...energy is the single most important scientific and technological challenge facing humanity in the 21 st century..., Chemical and Engineering News, 22 Αυγούστου What should be the centerpiece of a policy of American renewal is blindingly obvious: making a quest for energy independence the moon shot of our generation, Thomas L. Friedman, New York Times, 23 Σεπτεμβρίου The time for progress is now... it is our responsibility to lead in this mission, Prof. Susan Hockfield, Πρόεδρος του MIT, Inauguration speech (on energy), 3 Μαΐου 2005

4 Παγκόσμιες Ανάγκες Ενέργειας 2050: TW 2100: TW Επί πλέον ανάγκες: ~14TW μέχρι το 2050 και ~33 TW μέχρι το 2100 Αντιμετώπιση? 10TW= GW σταθμοί παραγωγής. 1 νέος σταθμός ανά ημέρα για 27 έτη Energy Information Administration (EIA) International Energy Outlook Λύση? Ποικιλία πηγών ενέργειας και συνδυασμός επιλογών για βέλτιστο Energy Information Administration (EIA) International Energy Annual αποτέλεσμα 1 TW = 10 6 MW

5 Μη-ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας: Έλλειψη Πρώτων Υλών Source: Πετρέλαιο/Φυσικό Αέριο Γαιάνθρακας Πυρηνική Source: m/2007/06/uranium-priceboom.html

6 Μη-ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας: Επιβάρυνση Περιβάλλοντος J. R. Petit et al, Nature 399, 429, 1999 Intergovernmental Panel on Climate Change, N. Oreskes, Science 306, 1686, 2004 D. A. Stainforth et al, Nature 433, 403, 2005

7 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας: Το Μέλλον; Αιολική Υδροηλεκτρική Βιοκαύσιμα Ηλιακή Πλεονεκτήματα: Σχεδόν απεριόριστη διαθεσιμότητα Liquid biofuels 3,0% Organic waste Οικολογικά αβλαβείς 4,9% Biogases 10,9% Solid biofuels Photovoltaics 8,4% 4,0% Αποκεντρωμένη παραγωγή ενέργειας Γερμανία 2007 Hydropower Μειονεκτήματα: 23,7% Wind power Εξάρτηση από τοπικές συνθήκες 45,1% Παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια ακριβή (ακόμη ) Χαμηλή απόδοση Source: Federal Ministry of Economics and Technology

8 Ηλιακό Δυναμικό 5.5 kwh/m 2 /day 1, TW επί της γης ( TW επί της ξηράς) Ετήσια παραγωγή ενέργειας: 4, J 1 ώρα ηλιακού φωτός Συνολικά αποθέματα πετρελαίου: 3 τρισεκατομ. (Τ) βαρέλια 1, J 1,5 ημέρες ηλιακού φωτός

9 Αξιοποίηση Ηλιακής Ενέργειας Solar Electric Ηλιακή Ηλεκτρική Ενέργεια Solar Fuel Βιομάζα από φωτοσύνθεση Solar Thermal Ηλιακή Θερμική Ενέργεια G. Grabtree, Argonne National Lab.

10 Φωτοβολταϊκό Φαινόμενο

11 Φωτοβολταϊκό Φαινόμενο

12 Φωτοβολταϊκά Κύτταρα Evergreen Solar Source: Fthenakis et al, Progress in Photovoltaics, 14, 275, (2006).

13 Learning Curve στην Παραγωγή Φωτοβολταϊκών Κυττάρων Παρών ρυθμός learning curve: 80% (20% μείωση για κάθε διπλασιασμό παραγωγής) Εκτιμήσεις για ρυθμούς 90% ή 70% για μετά το 2003 (T. Surek, J. Crystal Growth 275, 292 (2005)

14 Learning Curve στην Παραγωγή Φωτοβολταϊκών Κυττάρων Αναγκαία η εστιασμένη ερευνητική προσπάθεια που θα οδηγήσει σε μία τεχνολογική επανάσταση με στόχο τιμές $0,40/W p. Η επανάσταση πρέπει να οδηγήσει σε μείωση κόστους υλικού και αύξηση απόδοσης (T. Surek, J. Crystal Growth 275, 292 (2005)

15 Οργανικά Φωτοβολταϊκά Add-Vision Inc. Cornell Konarka

16 Εύκαμπτα Φωτοβολταϊκά Στοιχεία Alan Heeger, Nobel Χημείας 2000

17 Οικογένειες Οργανικών Ημιαγωγών Molecularly Doped Functional Small Molecules Polymers (MDP) Polymers

18 Οργανικοί Ημιαγωγοί R 1 Polythiophene N N PPV H 3 C CH 3 TPD C H 3 R 2 CH 3 n R 1 H 3 C O CH 3 [ ] n N O Al 3 Alq 3 R 2 H 3 C O CH 3 H 3 C Pentacene

19 Οργανικά Φωτοβολταϊκά: Σύσταση, Αρχιτεκτονική και Μορφολογία Polythiophene PCBM Poly(phenylenevinylene)-block-poly(C60-grafted BA-stat-CMS) [ ] n Donor Acceptor Ma, et al, Adv. Funct. Mater. 15, 1617 (2005). Li, et al, Nature Mater. 4, 864, (2004). Barrau, et al, Macromolecules 41, 2701 (2008).

20 Βελτίωση Απόδοσης

21 Ενέργεια: Η λύση; Considering the urgency of the energy problem, the magnitude of the needed scientific breakthroughs, and the historic rate of scientific discovery, current efforts will likely be too little, too late. Accordingly, BESAC believes that a new national energy research program is essential and must be initiated with the intensity and commitment of the Manhattan Project, and sustained until this problem is solved. Basic Energy Sciences Advisory Committee (BESAC) Report, Feb. 2003

22 Ενέργεια: Η λύση; Research in solar energy conversion sits squarely at the intersection of physics, chemistry, biology and nanoscience Fabrication of complex nanoscale architectures enables assembling and interconnecting functional molecular units for solar energy capture, conversion, and storage with precision and reliability never before attainable Basic Energy Sciences Advisory Committee (BESAC) Report, Sept. 2005

23 Ερευνητικό Δυναμικό Τ.Ε.Ι. Κρήτης Φωτοβολταϊκό Πάρκο Κρήτης Πανεπιστήμιο Κρήτης Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης

24 Σύνοψη Οι ανάγκες ενέργειας υπολογίζεται πως θα διπλασιασθούν παγκοσμίως μέχριταμέσατου21 ου αιώνα Η αντιμετώπιση των αναγκών αυτών αποτελεί την μεγαλύτερη πρόκληση για την κοινωνία για αειφόρο τεχνολογική πρόοδο, οικονομική ανάπτυξη και πολιτική σταθερότητα Η σταδιακή εξέλιξη υπαρχόντων ενεργειακών τεχνολογιών δεν είναι αρκετή να καλύψει το χάσμα Το τεράστιο και ανεκμετάλλευτο δυναμικό της ηλιακής ενέργειας είναι ίσως η μοναδική ευκαιρία για την κάλυψη των αναγκών Τρεις δρόμοι για την εκμετάλλευση του ηλιακού φωτός: ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια, βιομάζα από φωτοσύνθεση, ηλιακή θερμική ενέργεια Επιστημονικές προκλήσεις: συλλογή, μετατροπή και αποθήκευση Τα οργανικά φωτοβολταϊκά παρουσιάζουν μεγάλες δυνατότητες βελτιστοποίησης για την αύξηση της απόδοσης και την μείωση του κόστους Έρευνα σε υλικά και φαινόμενα είναι άκρως απαραίτητη

25 THANK YOU

Σχετικά έγγραφα

Πολυτεχνείο Κρήτης. Θ. Τσούτσος, Α. Καλογεράκης. Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος. Η περίπτωση του Βιοντίζελ. (ReSEL)

Πολυτεχνείο Κρήτης. Θ. Τσούτσος, Α. Καλογεράκης. Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος. Η περίπτωση του Βιοντίζελ. (ReSEL) Πολυτεχνείο Κρήτης Τµήµα Μηχανικών Περιβάλλοντος Εργαστήριο Ανανεώσιµων & Βιώσιµων Πηγών Ενέργειας (ReSEL) Ενέργεια από Βιοκαύσιµα & Περιβάλλον: Η περίπτωση του Βιοντίζελ Θ. Τσούτσος, Α. Καλογεράκης ιηµερίδα: