Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας

Σχετικά έγγραφα
Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας

Εργαστήριο ήπιων μορφών ενέργειας

Τεχνοοικονομική Μελέτη

Νέες Τεχνολογίες και Καλλιτεχνική Δημιουργία

Λογιστική Κόστους Ενότητα 12: Λογισμός Κόστους (2)

Τεχνοοικονομική Μελέτη

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Τεχνολογία και Καινοτομία - Οικονομική Επιστήμη και Επιχειρηματικότητα

Λογιστική Κόστους Ενότητα 8: Κοστολογική διάρθρωση Κύρια / Βοηθητικά Κέντρα Κόστους.

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού σε κατάσταση Κορεσμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Ατμοσφαιρική Ρύπανση

Εννοιες και Παράγοντες της Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Μηχανολογικό Σχέδιο Ι

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΙIΙ

Ιστορία της μετάφρασης

Εκκλησιαστικό Δίκαιο. Ενότητα 10η: Ιερά Σύνοδος της Ιεραρχίας και Διαρκής Ιερά Σύνοδος Κυριάκος Κυριαζόπουλος Τμήμα Νομικής Α.Π.Θ.

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Ενότητα 6: Ηλεκτροστατικά Φίλτρα

Λογιστική Κόστους Ενότητα 11: Λογισμός Κόστους (1)

Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 14: Χημική ισορροπία

Ηλεκτροτεχνία ΙΙ. Ενότητα 1: Βασικές Έννοιες Ηλεκτροτεχία Ηλεκτρονική. Δημήτρης Στημονιάρης, Δημήτρης Τσιαμήτρος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους

Διοικητική Λογιστική

Λογιστική Κόστους Ενότητα 10: Ασκήσεις Προτύπου Κόστους Αποκλίσεων.

Τεχνική Προστασίας Περιβάλλοντος Αρχές Αειφορίας

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Ηλεκτροτεχνία ΙΙ. Ενότητα 2: Ηλεκτρικά κυκλώματα συνεχούς ρεύματος. Δημήτρης Στημονιάρης, Δημήτρης Τσιαμήτρος Τμήμα Ηλεκτρολογίας

Εισαγωγή στην πληροφορική

Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνων

Γεωργικά Φάρμακα ΙΙΙ

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 1: Η δομή του ατόμου. Τόλης Ευάγγελος

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Ενότητα 2: Αιωρούμενα σωματίδια & Απόδοση συλλογής Αν. Καθ. Δρ Μαρία Α. Γούλα Τμήμα Μηχανικών

ΓΕΝΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΟΡΓΑΝΗ ΧΗΜΕΙΑ

Διοίκηση Εξωτερικής Εμπορικής Δραστηριότητας

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Μάθημα: Συστήματα Μετρήσεων

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

Τίτλος Μαθήματος: Μαθηματική Ανάλυση Ενότητα Γ. Ολοκληρωτικός Λογισμός

Τίτλος Μαθήματος: Εργαστήριο Φυσικής Ι

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Τεχνολογία & Καινοτομία - Αρχές Βιομηχανικής Επιστήμης

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Μεθοδολογία Έρευνας Κοινωνικών Επιστημών Ενότητα 2: ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΜΑΡΚΕΤΙΝΓΚ Λοίζου Ευστράτιος Τμήμα Τεχνολόγων Γεωπόνων-Kατεύθυνση

Οργάνωση και Διοίκηση Πωλήσεων

Ηλεκτρικά Κινητήρια Συστήματα

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΙIΙ Ενότητα 6

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας (Α.Π.Ε.)

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 12: Κριτήρια Σύγκλισης Σειρών. Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής ΑΝΟΙΚΤΑ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ

ΗΛΕΚΤΡΟΤΕΧΝΙΑ-ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

ΣΤΑΘΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Τίτλος Μαθήματος. Ενότητα 1η: Εισαγωγή. Δημήτριος Σκούρας Σχολή Διοίκησης Επιχειρήσεων Τμήμα Οικονομικών Επιστημών

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Σχεδίαση Ολοκληρωμένων Κυκλωμάτων Ασκήσεις Μικροηλεκτρονικής

Γενική Φυσική. Ενότητα 4: Εισαγωγή στην ειδική θεωρία της σχετικότητας. Γεώργιος Βούλγαρης Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Μαθηματικών

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Φροντιστήριο 1

Μαθηματική Ανάλυση Ι

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Κβαντική Επεξεργασία Πληροφορίας

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Μαθηματική Ανάλυση ΙI

Εισαγωγή στην Διοίκηση Επιχειρήσεων

Λογιστική Κόστους. Ενότητα 4: ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ - ΦΥΣΗ ΚΟΣΤΟΥΣ. Μαυρίδης Δημήτριος Τμήμα Λογιστικής και Χρηματοοικονομικής

ΣΤΑΘΜΟΙ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας. Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών. Χημεία. Ενότητα 6: Ομοιοπολικός δεσμός. Τόλης Ευάγγελος

Θεσμοί Ευρωπαϊκών Λαών Ι 19 ος -20 ος αιώνας

Θερμοδυναμική. Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα. Πίνακες Νερού Υπέρθερμου Ατμού. Γεώργιος Κ. Χατζηκωνσταντής Επίκουρος Καθηγητής

Γενικά Μαθηματικά Ι. Ενότητα 15: Ολοκληρώματα Με Ρητές Και Τριγωνομετρικές Συναρτήσεις Λουκάς Βλάχος Τμήμα Φυσικής

Εκκλησιαστικό Δίκαιο

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 3: Έλεγχοι στατιστικών υποθέσεων

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 1: Καταχώρηση δεδομένων

Έννοιες φυσικών επιστημών Ι και αναπαραστάσεις

Έλεγχος και Ευστάθεια Σ.Η.Ε

Εισαγωγή στους Αλγορίθμους Ενότητα 9η Άσκηση - Αλγόριθμος Prim

Βάσεις Δεδομένων. Ενότητα 1: Εισαγωγή στις Βάσεις δεδομένων. Πασχαλίδης Δημοσθένης Τμήμα Ιερατικών σπουδών

Διεθνείς Οικονομικές Σχέσεις και Ανάπτυξη

Τεχνικό Σχέδιο - CAD. Τόξο Κύκλου. Τόξο Κύκλου - Έλλειψη. ΤΕΙ Ιονίων Νήσων Τμήμα Τεχνολόγων Περιβάλλοντος Κατεύθυνση Τεχνολογιών Φυσικού Περιβάλλοντος

Ηλεκτρικές Μηχανές ΙI. Ενότητα 6: Εισαγωγή στους ασύγχρονους κινητήρες Τσιαμήτρος Δημήτριος Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών Τ.Ε

Τεχνολογία και Καινοτομία - Οικονομική Επιστήμη και Επιχειρηματικότητα

Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο ΤΕΙ Αθήνας. Βιοστατιστική (Ε) Ενότητα 2: Περιγραφική στατιστική

Εισαγωγή στους Η/Υ. Ενότητα 2β: Αντίστροφο Πρόβλημα. Δημήτρης Σαραβάνος, Καθηγητής Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανολόγων & Αεροναυπηγών Μηχανικών

Ενότητα. Εισαγωγή στις βάσεις δεδομένων

Εργαστήριο Χημείας Ενώσεων Συναρμογής

Transcript:

Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας Ενότητα :Ηλιακή Ενέργεια I Σκόδρας Γεώργιος, Αν. Καθηγητής gskodras@uowm.gr Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών

Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2

Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ψηφιακά Μαθήματα στο Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3

Στόχοι Η μελέτη των τεχνολογιών που σχετίζονται με τα συστήματα ηλιακής ενέργειας Η γνώση της ιστορίας, της έκτασης και των τύπων της ηλιακής ενέργειας Η ανάλυση των χαρακτηριστικών της ηλιακής ενέργειας Η κατανόηση της ανάγκης ο άνθρωπος να ζει σε αρμονία με το περιβάλλον Η παρουσίαση περιβαλλοντικά φιλικών λύσεων για την αντιμετώπιση των ενεργειακών αναγκών μέσω της χρήσης πράσινης ενέργειας 4

Ορολογία Απορροφητής Απορροφητικότητα Ενεργητικό ηλιακό σύστημα Παθητικό ηλιακό σύστημα Θερμοκρασία περιβάλλοντος Αποθήκευση με αλλαγή κατάστασης Θερμικές απώλειες σχεδίασης Άμεση (απευθείας) ηλιακή ενέργεια Έμμεση ηλιακή ενέργεια Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα Σχεδίαση φακέλου 5

Ιστορική αναδρομή (1/4) Η ηλιακή ενέργεια είναι η ενέργεια που μεταδίδεται στη γη από τον ήλιο και έχει δημιουργήσει, έμμεσα ή άμεσα, όλα τα ενεργειακά αποθέματα στον πλανήτη (εκτός της πυρηνικής και της παλίρροιας) Σε όλους τους μύθους και τις φιλοσοφίες (δυτικές και ανατολικές) διαφαίνεται η υποχρέωση του ανθρώπου προς τον ήλιο, που παρέχει την απαραίτητη ενέργεια αλλά τον απαιτούμενο μηχανισμό καλλιεργειών 6

Ιστορική αναδρομή (2/4) Η ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται, αιώνες τώρα, για την αποξήρανση τροφής, ως καύσιμο και για την εξαγωγή αλατιού Οι Έλληνες πρώτοι ενσωμάτωσαν την ηλιακή ενέργεια στην αρχιτεκτονική (νότιος προσανατολισμός κτιρίων) Η γνώση της ηλιακής ενέργειας στην ψύξη των κατασκευών συναντάται σε όλη σχεδόν την τροπική Ασία (καλαμωτή οροφή, πύργοι ψύξης) 7

Ιστορική αναδρομή (3/4) Η χρήση της ηλιακής ενέργειας δεν περιορίστηκε μόνο στη θέρμανση και στην ψύξη των κτιρίων Ο Αρχιμήδης χρησιμοποιώντας κάτοπτρα έκαψε με τις ακτίνες του ήλιου τον Ρωμαϊκό στόλο κατά την πολιορκία των Συρακουσών το 222 πχ Το 1872 κατασκευάστηκε στη Χιλή ένα αποστακτήριο για την παραγωγή πόσιμου ύδατος από αλμυρό νερό 8

Ιστορική αναδρομή (4/4) Παρά το πλήθος των ιστορικών στοιχείων για επιτυχείς εφαρμογές της ηλιακής ενέργειας, η χρήση της δεν έχει διαδοθεί ευρέως. Αυτό οφείλεται: Στην διακοπτόμενη φύση της Στην προτίμηση για τα εύκολα στην χρήση ορυκτά καύσιμα Η χρήση της ηλιακής ενέργειας ταλανίζεται επειδή είναι άφθονη, καθαρή και δωρεάν 9

Πλεονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας Το κόστος της ηλιακής ενέργειας περιορίζεται στην αρχική επένδυση και την περιορισμένη συντήρηση Κατά την διάρκεια ζωής ενός συστήματος ηλιακής ενέργειας (κόστος κύκλου ζωής) είναι πολύ χαμηλότερο από τις άλλες μορφές ενέργειας Πρακτικά η ηλιακή ενέργεια: Δεν εξαντλείται ποτέ Είναι περιβαλλοντικά ελκυστική Παράγεται επιτόπια, στην θέση κατανάλωσης Καμία άλλη μορφή ενέργειας που βρίσκεται σε χρήση σήμερα, δεν διαθέτει τόσα πλεονεκτήματα 10

Μειονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας (1/2) Η ηλιακή ενέργεια διαχέεται η ηλιακή ακτινοβολία σε μια καθαρή ημέρα είναι 100% σε μια χαμηλής ορατότητας ημέρα, μόνο το 60-80% της ηλιακής ακτινοβολίας θα φθάσει στο έδαφος σε μια συννεφιασμένη ημέρα μόνο το 5 50% θα φθάσει στη γήινη επιφάνεια Για να είναι χρήσιμη η ηλιακή ενέργεια πρέπει να συγκεντρωθεί 11

Μειονεκτήματα της ηλιακής ενέργειας (2/2) Η ηλιακή ενέργεια είναι διακοπτόμενη Μπορεί εύκολα να διακοπεί από τα σύννεφα Είναι διαθέσιμη μόνο για περίπου 15 ώρες το εικοσιτετράωρο (ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος και την εποχή) Πρέπει να βελτιωθεί η τεχνολογία αποθήκευσης της ηλιακής ενέργειας μέχρι να ζητηθεί από τον καταναλωτή 12

Ταξινόμηση συστημάτων ηλιακής ενέργειας (1/4) Άμεση (απευθείας) ηλιακή ενέργεια σημαίνει ότι η ηλιακή ακτινοβολία που φθάνει στη γη μετατρέπεται αμέσως, με την βοήθεια της τεχνολογίας, σε κάποια χρήσιμη μορφή ενέργειας Έμμεση ηλιακή ενέργεια σημαίνει ότι η ηλιακή ακτινοβολία που φθάνει στη γη μετατρέπεται με την πάροδο του χρόνου, μέσα από φυσικές διαδικασίες, σε μορφές που δεν είναι άμεσα χρησιμοποιήσιμες και πρέπει πρώτα να μετατραπούν σε κάποια άλλη μορφή 13

Ταξινόμηση συστημάτων ηλιακής ενέργειας (2/4) Τα άμεσα ηλιακά συστήματα διακρίνονται Θερμικά συστήματα που μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία απευθείας σε θερμική ενέργεια για χρήση Ενεργητικά ηλιακά συστήματα είναι αυτά που χρησιμοποιούν αντλίες, ανεμιστήρες και εξωτερικές ενεργειακές πηγές για την μεταφορά της συλλεγόμενης θερμότητας Παθητικά ηλιακά συστήματα δεν χρησιμοποιούν αντλίες, ανεμιστήρες κλπ αλλά φυσικά ρεύματα μεταφοράς της θερμότητας Τα συστήματα εστίασης συγκεντρώνουν την ηλιακή ακτινοβολία Φωτοβολταϊκά ηλιακά συστήματα που μετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία απευθείας σε ηλεκτρική ενέργεια για χρήση 14

Ταξινόμηση συστημάτων ηλιακής ενέργειας (3/4) 15

Ταξινόμηση συστημάτων ηλιακής ενέργειας (4/4) Τα θερμικά ηλιακά συστήματα περιλαμβάνουν συστήματα Συλλογής Όλα τα θερμικά ηλιακά συστήματα πρέπει να διαθέτουν κάποιο τρόπο συλλογής της ενέργειας Αποθήκευσης Τα θερμικά ηλιακά συστήματα συνήθως διαθέτουν κάποιο τρόπο αποθήκευσης Ελέγχου Τα συστήματα ηλιακής ενέργειας συνήθως χρησιμοποιούν κάποιο τρόπο κατεύθυνσης της θερμότητας Διανομής Όλα τα συστήματα ηλιακής ενέργειας απαιτούν κάποιο τύπο συστήματος διανομής, που μεταφέρει την θερμότητα από το σημείο συλλογής ή αποθήκευσης στα σημεία κατανάλωσης 16

Αρχές ηλιακής ενέργειας Η ηλιακή ακτινοβολία καταφθάνει στην γη υπό την μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και έχει χαρακτηριστικά κύματος Μετράται με το μήκος κύματος και την συχνότητα Το εύρος των συχνοτήτων του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος είναι εκτεταμένο Από τα οπτικά κύματα που φθάνουν στην γη το 9% βρίσκεται στην υπεριώδη περιοχή Το ορατό τμήμα της ακτινοβολίας που φθάνει στην γη αποτελεί το 40% της προσπίπτουσας ηλιακής ενέργειας Το 51% της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του ήλιου βρίσκεται στην περιοχή του υπέρυθρου 17

Αρχές ηλιακής ενέργειας Η υπεριώδης ακτινοβολία έχει μήκος κύματος 10-15 nm, ενώ η υπέρυθρη έχει 100 φορές μεγαλύτερο μήκος κύματος Μονάδες μήκους κύματος: 1 nm = 10-9 m, 1 Angstrom = 0.1 nm 18

Μέτρηση Ηλιακής Ακτινοβολίας (1/3) Η Ηλιακή Σταθερά αποτελεί μέτρο του συνολικού ποσού ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στην εξωτερική ατμόσφαιρα της γης. Η ηλιακή σταθερά μετράται σε κάποιο συγκεκριμένο χρονικό διάστημα. Η μέση τιμή της είναι 1,354 W/m2 19

Μέτρηση Ηλιακής Ακτινοβολίας (2/3) Η Προσπίπτουσα Ηλιακή Ακτινοβολία ((insolation-incident solar radiation) είναι η ηλιακή ακτινοβολία που λαμβάνεται ανά μονάδα επιφάνειας για δεδομένο χρονικό διάστημα πάνω στην επιφάνεια της γης και μετράται σε W/m2/h. Είναι πιο χρήσιμη από την ηλιακή σταθερά επειδή μετράται στην επιφάνεια της γης Είναι χρησιμότερη στον προσδιορισμό της απόδοσης των ηλιακών συλλεκτών Μεταβάλλεται ανάλογα με την πυκνότητα του αέρα, την κάλυψη νεφών, τη γεωγραφική τοποθεσία την χρονική στιγμή της ημέρας, την θερμοκρασία περιβάλλοντος και την γωνία του ήλιου ως προς την γήινη επιφάνεια Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την σύγκριση της ηλιακής ακτινοβολίας μεταξύ διαφορετικών τοποθεσιών 20

Μέτρηση Ηλιακής Ακτινοβολίας (3/3) Το Langley είναι μονάδα μέτρησης της ηλιακής ενέργειας και ισοδυναμεί με μία θερμίδα (calorie) ανά τετραγωνικό μέτρο ακτινοβολούμενης επιφάνειας Χρησιμοποιείται στην μελέτη των καιρικών φαινομένων 21

Βασικές Αρχές Ηλιακών Συστημάτων (1/3) Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας μπορεί να γίνει με: Ένα Φωτοκύτταρο Μετατρέπει άμεσα την ακτινοβολούσα ενέργεια του ήλιου σε ηλεκτρική ενέργεια Έχει ενδιαφέρον μόνο για μετρητικούς σκοπούς ή σε εφαρμογές σημάτων 22

Βασικές Αρχές Ηλιακών Συστημάτων (2/3) Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας μπορεί να γίνει με: Τους Ηλιακούς Συλλέκτες(ηλιοθερμικά ή ηλιακοί θερμοσίφωνες) Μετατρέπεται η ηλιακή ενέργεια σε θερμική 23

Βασικές Αρχές Ηλιακών Συστημάτων (3/3) Η εκμετάλλευση της ηλιακής ενέργειας μπορεί να γίνει με: Τις ΦωτοβολταΙκές Εγκαταστάσεις Μετατρέπεται άμεσα η ηλιακή ενέργεια σε ηλεκτρική 24

Ηλιακοί Συλλέκτες (1/3) Η χρήση ηλιακών συλλεκτών αποτελεί την πιο διαδεδομένη μέθοδο αξιοποίησης της ηλιακής ενέργειας στην Ελλάδα Είναι ο πλέον αποδεκτός και οικονομικός τρόπος προετοιμασίας ζεστού νερού χρήσης σε κατοικίες και επιχειρήσεις 25

Ηλιακοί Συλλέκτες (2/3) Περιλαμβάνει: Τον ηλιακό συλλέκτη με την απορροφητική επιφάνεια Το θερμοδοχείο (δοχείο αποθήκευσης ή boiler) Το εφεδρικό σύστημα θέρμανσης του νερού με ηλεκτρική αντίσταση Μπορεί να συνδεθεί και με τον λέβητα κεντρικής θέρμανσης ο οποίος μπορεί να λειτουργεί και αυτόνομα 26

Ηλιακοί Συλλέκτες (3/3) Σύστημα τριπλής ενέργειας για την παραγωγή ζεστού νερού. Για την κάλυψη των αναγκών σε ζεστό νερό τετραμελούς οικογένειας απαιτείται επιφάνεια συλλεκτών 6-8 m 2 και εξοικονομούνται 50 ως 150 l το χρόνο πετρελαίου θέρμανσης ανά m 2 επιφάνειας του συλλέκτη 27

Φωτοβολταϊκό Φαινόμενο (1/3) Το έτος 1899 ο Γάλλος φυσικός A.E. Becquerel (1852-1908) ανακάλυψε το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Το εσωτερικό φωτοηλεκτρικό φαινόμενο σημαίνει αν πέφτει φως σε μια επιφάνεια φραγής ημιαγωγού τότε απελευθερώνονται ηλεκτρικά φορτία στο εσωτερικό του ημιαγωγού αυτού (δηλ. ηλεκτρόνια δέσμευσης) Μετά από 44 χρόνια παρήχθησαν οι πρώτες ηλιακές κυψέλες που χρησιμοποιούνται στα φωτόμετρα, στην διακρίβωση του ίχνους του ήχου σε κινηματογραφικές ταινίες και σε μεταλλάκτες φωτός. Ο βαθμός απόδοσης ήταν πολύ χαμηλός (n = 1%) 28

Φωτοβολταϊκό Φαινόμενο (2/3) Το 1954 παράγονται οι πρώτες κυψέλες πυριτίου υψηλής καθαρότητας με βαθμό απόδοσης ~4% Η πετρελαϊκή κρίση του 1973 έδωσε ώθηση στην έρευνα των υλικών για φωτοβολταϊκά στοιχεία 29

Φωτοβολταϊκό Φαινόμενο (3/3) Σήμερα για την κατασκευή φωτοβολταϊκών στοιχείων χρησιμοποιούνται Μονο-κρυσταλλικό πυρίτιο (Si). Οι μονο-κρυσταλλικές κυψέλες έχουν βαθμό απόδοσης 14 ως 17% και αρκετά υψηλή διάρκεια ζωής Πολυ-κρυσταλλικό πυρίτιο (Si). Οι πολυ-κρυσταλλικές ηλιακές κυψέλες έχουν βαθμό απόδοσης 12 ως 14% και υψηλή αναμενόμενη διάρκεια ζωής Άμορφο πυρίτιο (a-si) Οι στόχοι που έχουν τεθεί είναι η αύξηση του ηλιακού βαθμού απόδοσης και η μείωση του χρόνου επιστροφής ενέργειας Με την τεχνολογία λεπτής στοιβάδας αναπτύχθηκαν πολύ-κρυσταλλικές κυψέλες Δισεληνιούχο-Ινδιο-Χαλκού (CIS) με πάχους ενεργού στοιβάδας 1 3 μm, βαθμό απόδοσης >15% και χρόνο επιστροφής ενέργειας 1-3 χρόνια 30

Βαθμός απόδοσης ηλιακού συλλέκτη Ο βαθμός απόδοσης συλλέκτη εκφράζει τον ρυθμό συλλογής της χρήσιμης ενέργειας σε σχέση με την προσπίπτουσα στην επιφάνεια του συλλέκτη ηλιακή ακτινοβολία Ιδανικά, εάν συλλεγόταν ολόκληρη η ηλιακή ακτινοβολία, ο βαθμός απόδοσης θα ήταν 100% Το παραπάνω δεν είναι δυνατόν καθώς μέρος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας ανακλάται ή χάνεται με άλλους τρόπους Εάν ο συλλέκτης συλλάβει την μισή από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία ο βαθμός απόδοσης θα είναι 50% 31

Καθορισμός απόδοσης ηλιακού συλλέκτη Ο υπολογισμός του βαθμού απόδοσης συλλέκτη είναι πολύπλοκη διαδικασία καθώς εξαρτάται από πολλές μεταβλητές, όπως Η σχεδίαση και τα υλικά κατασκευής του συλλέκτη όπως πχ. η τζάμωση (το διαφανές κάλυμα), το μέγεθος της μόνωσης, ο τύπος της προσπίπτουσας επιφάνειας απορρόφησης της προσπίπτουσας ακτινοβολίας (πχ. κασσίτερος, αλουμίνιο, χαλκός κλπ) Η εξωτερική θερμοκρασία του περιβάλλοντος Η ταχύτητα του ανέμου Η διαφορά θερμοκρασίας του ρευστού μεταξύ εισόδου και εξόδου του συλλέκτη Όλοι οι παραπάνω παράγοντες είναι σημαντικοί και όσο περισσότεροι λαμβάνονται υπόψη στον σχεδιασμό, τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός απόδοσης 32

Καμπύλες απόδοσης, χαρακτηριστικά λειτουργίας και βαθμός απόδοσης (1/8) Οι χαρακτηριστικές εμπορικές καμπύλες απεικονίζουν διαφορές θερμοκρασίας περιβάλλοντος διαφορές προσπίπτουσας ακτινοβολίας τα εσωτερικά υλικά και τις διαφορές τους Για θερμοκρασίες κάτω από 60 F (15,4 C) όσο υψηλότερη είναι η τιμή insolation τόσο υψηλότερος είναι ο βαθμός απόδοσης Χρησιμοποιούνται πολλοί τύποι βαθμών απόδοσης για να εκφράσουν την αναμενόμενη απόδοση ενός ηλιακού συλλέκτη 33

Καμπύλες απόδοσης, χαρακτηριστικά λειτουργίας και βαθμός απόδοσης (2/8) Το τμήμα του απορροφητή ενός ηλιακού συλλέκτη βρίσκεται εσωτερικά της τζάμωσης και χρησιμοποιείται για την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας 34

Καμπύλες απόδοσης, χαρακτηριστικά λειτουργίας και βαθμός απόδοσης (3/8) Μια δεύτερη ομάδα χαρακτηριστικών καμπυλών απόδοσης είναι αυτές που δίνονται για διαφορετικές θερμοκρασίες περιβάλλοντος και συγκεκριμένες τιμές insolation 35

Καμπύλες απόδοσης, χαρακτηριστικά λειτουργίας και βαθμός απόδοσης (4/8) Ο οριζόντιος άξονας απεικονίζει την διαφορά θερμοκρασίας εισόδου και εξόδου του συλλέκτη για διάφορες θερμοκρασίες περιβάλλοντος κατά την διάρκεια της ημέρας και οι τιμές του υπολογίζονται από την σχέση 36

Καμπύλες απόδοσης, χαρακτηριστικά λειτουργίας και βαθμός απόδοσης (5/8) Από τις καμπύλες απόδοσης προκύπτουν κάποια χαρακτηριστικά για τους ηλιακούς συλλέκτες Καθώς εισέρχεται το ρευστό μέσα στον συλλέκτη (νερό ή αέρας) μέσω κάποιας αντλίας ή ανεμιστήρα, απορροφά θερμική ενέργεια 37

Καμπύλες απόδοσης, χαρακτηριστικά λειτουργίας και βαθμός απόδοσης (6/8) Όσο αργότερα κινείται το ρευστό (χαμηλότερη ταχύτητα) τόσο περισσότερη θερμική ενέργεια απορροφάται από δεδομένο όγκο ρευστού και τόσο μεγαλύτερη είναι η θερμοκρασία εξόδου. Όμως καθώς αυξάνει η θερμοκρασία εξόδου, διατηρώντας την ίδια θερμοκρασία εισόδου, ο βαθμός απόδοσης μειώνεται. 38

Καμπύλες απόδοσης, χαρακτηριστικά λειτουργίας και βαθμός απόδοσης (7/8) Από τις καμπύλες απόδοσης προκύπτουν κάποια χαρακτηριστικά για τους ηλιακούς συλλέκτες: Όσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία του απορροφητή τόσο μεγαλύτερος είναι ο βαθμός απόδοσης του συλλέκτη η θερμοκρασία του απορροφητή μεταβάλλεται ανάλογα με την ποσότητα του διερχόμενου από τον συλλέκτη ρευστού και την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία Αυτό συμβαίνει γιατί καθώς ο συλλέκτης συγκρατεί περισσότερη ενέργεια, η περισσότερη από την προσπίπτουσα ακτινοβολία ανακλάται πίσω στην ατμόσφαιρα από τον αυξημένης θερμοκρασίας απορροφητή Στην περίπτωση αυτή ο συλλέκτης έχει κορρεσθεί από συγκεντρωμένη θερμότητα, οπότε δεν μπορεί πλέον να απορροφήσει την ενέργεια της προσπίπτουσας ακτινοβολίας 39

Καμπύλες απόδοσης, χαρακτηριστικά λειτουργίας και βαθμός απόδοσης (8/8) 40

Τέλος Ενότητας 41

Σημείωμα Αναφοράς Copyright, Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Σκόδρας Γεώργιος. «Ήπιες και νέες μορφές ενέργειας». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. Διαθέσιμο από τη δικτυακή διεύθυνση: https:// eclass.uowm.gr/courses/mech244/ 42

Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Όχι Παράγωγα Έργα Μη Εμπορική Χρήση 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] h t t p ://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό 43

Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς το Σημείωμα Αδειοδότησης τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει) μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 44