1. Physics Department
olar University of Patras
nergy
aboratory
Αξιοποίηση των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας
και αντιμετώπιση Περιβαλλοντικών Προβλημάτων
Παναγιώτης Γιαννούλης
Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Πατρών
Γενικό Λύκειο Πελοπίου
Περιβάλλον-Αειφορία
Από την αυλή μας στην πόλη μας… 5 Απριλίου 2013
2. Μετατροπές μορφών ενέργειας
Ενεργειακές ανάγκες
● Η παραγωγή χρήσιμων μορφών ενέργειας σε
παγκόσμιο επίπεδο βασίζεται σήμερα κυρίως στα
ορυκτά καύσιμα (άνθρακας, πετρέλαιο, φυσικό αέριο)
● Οι τεράστιες σύγχρονες ενεργειακές ανάγκες (που
είναι σήμερα είναι περίπου 1011 ΜWh/y) οδηγούν στην
εξάντληση των αποθεμάτων των ορυκτών καυσίμων,
ενώ οι ενεργειακές ανάγκες της ανθρωπότητας αυξάνουν
με ταχείς ρυθμούς
● Εξοικονόμηση Ενέργειας
olar
nergy
aboratory
3. Ενεργειακές ανάγκες
Χρήση ενεργειακών πόρων στην ΕΕ
● Οι ενεργειακές ανάγκες της
ανθρωπότητας αυξάνουν με 40%
1990
ταχείς ρυθμούς 35%
2005
Αύξηση του πληθυσμού
30%
Βιομηχανική ανάπτυξη
25%
Άνοδος του βιοτικού
επιπέδου 20%
Η αύξηση της τιμής των 15%
ορυκτών καυσίμων 10%
διαταράσσει την 5%
παγκόσμια οικονομία
0%
Kάρβουνο Πετρέλαιο Φυσικό αέριο Πυρηνικά Ανανεώσιμες
πηγές
olar
nergy
aboratory
4. Συνέπειες από τη χρήση ορυκτών καυσίμων
● Η αυξανόμενη χρήση των ορυκτών καυσίμων
αποτελεί μείζονα κίνδυνο για τον άνθρωπο και το
περιβάλλον
Αύξηση του φαινομένου του θερμοκηπίου
Ελάττωση του στρατοσφαιρικού όζοντος
Δημιουργία όξινης βροχής
Υποβάθμιση της ποιότητας του αέρα
Κίνδυνοι για την υγεία
● Απαραίτητη η χρήση ενεργειακών πόρων, οι
οποίοι είναι ανεξάντλητοι και ταυτόχρονα φιλικοί
προς το περιβάλλον olar
nergy
aboratory
5. Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Ρυθμός Ενέργειας
[kWh/year ]
Ηλιακή ακτινοβολία που απορροφάται από τη γη ~ 10 18
Γεωθερμία ~ 3×10 14
Παλίρροιες ~ 3×10 13
Έμμεσες μορφές ηλιακής ενέργειας
Φωτοσύνθεση (βιομάζα) ~ 8×10 14
Κινητική ενέργεια (συνολική αιολική και ενέργεια κυμάτων) ~ 2×10 17
Εξάτμιση νερού στην ατμόσφαιρα ~ 2,9×10 17
Συνολική υδροδυναμική ενέργεια. ~ 7,8×10 13
Εκμεταλλεύσιμη υδροδυναμική ενέργεια ~ 2,5×10 13
Θερμική ενέργεια ωκεανών (μεταβολή θερμοκρασίας με το βάθος) ~ 2×1012
olar
nergy
aboratory
6. Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
● Κύριες μορφές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και η
εγκατεστημένη ισχύς στη χώρα μας
Ηλιακή ακτινοβολία
Θερμικοί συλλέκτες 3000 MWth * (περίπου 4,2 εκατ m2)
Φωτοβολταϊκά 280 MW
Αιολική ενέργεια 1300 MW
Υδροηλεκτρική ενέργεια Μικρά Υ/Η 180 MW
Μεγάλα Υ/Η 3100 MW
Βιομάζα 200 MW
Γεωθερμία
* 700 Wth /m2
olar
nergy
aboratory
8. Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας
● Η ηλιακή ακτινοβολία είναι η πρωταρχική πηγή ενέργειας
για τις ενεργειακές ανάγκες και τις ενεργειακές
μετατροπές που γίνονται στην επιφάνεια του πλανήτη μας
● Δημιουργεί έμμεσες, ανανεώσιμες μορφές ενέργειας
Η περιστροφή της γης σε συνδυασμό με την ηλιακή θέρμανση
της επιφάνειας της γης παράγει ρεύματα αέρα στην ατμόσφαιρα
(αιολική ενέργεια) και θαλάσσια ρεύματα στους ωκεανούς
Η ηλιακή θερμότητα δημιουργεί εξάτμιση νερού και τη
δημιουργία βροχής, παράγοντας υδροηλεκτρική ενέργεια
Η ηλιακή ενέργεια που δεσμεύεται με τη φωτοσύνθεση είναι
περίπου δεκαπλάσια της συνολικής ενέργειας που
καταναλίσκεται στις διάφορες ενεργειακές χρήσεις
Η βιομάζα που δημιουργείται με τη φωτοσύνθεση είναι η
αποθηκευμένη χημική ενέργεια στη φυτική και ζωική ύλη
olar
nergy
aboratory
9. Αιολική ενέργεια
● Έμμεση μορφή της ηλιακής ενέργειας
Η ηλιακή ακτινοβολία δημιουργεί διαφορές πίεσης,
θερμοκρασίας και πυκνότητας στην ατμόσφαιρα
Μετατρέπεται σε δυναμική ενέργεια, η οποία κινεί τις
αέριες μάζες
● Ανεμογεννήτριες μετατρέπουν την αιολική
ενέργεια σε ηλεκτρική
● Οι εγκαταστάσεις παραγωγής αιολικής ενέργειας
παγκοσμίως, έχουν συνολική ισχύ ~ 100 GW
olar
nergy
aboratory
10. Χάρτης μέσης ετησίας ταχύτητας ανέμου στην Ελλάδα
Η παραγόμενη ισχύς
είναι ανάλογη του
κύβου της ταχύτητας
ανέμου
PA =1/2 ( ρ S u3 )
olar
nergy
aboratory
13. Υδροηλεκτρική ενέργεια
● Η υδροηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από τη
δυναμική ενέργεια του νερού που πέφτει από
μεγάλο ύψος – Εξαρτάται από την ποσότητα του
νερού και από το ύψος
● Κατασκευή υδροηλεκτρικών εγκαταστάσεων
Δημιουργείται φράγμα που εγκλωβίζει μεγάλες
ποσότητες νερού
Το νερό που πέφτει περνάει από τουρμπίνα, η οποία
είναι συνδεδεμένη με γεννήτρια για την παραγωγή
ρεύματος
olar
nergy
aboratory
14. Υδροηλεκτρική ενέργεια
● Μεγάλα υδροηλεκτρικά φράγματα
Παράγουν ~ 58% της ενέργειας από ανανεώσιμες
πηγές σε παγκόσμιο επίπεδο και ~ 20% της συνολικής
ενέργειας παγκοσμίως
Οι σημαντικότερες εγκαταστάσεις βρίσκονται στην
Κίνα, τον Καναδά και τις Η.Π.Α.
Δεν θεωρούνται εντελώς φιλικά προς το περιβάλλον
Μπορεί να προκαλέσουν διαταραχές στο φυσικό
περιβάλλον και σε γειτονικά οικοσυστήματα
(μεταφορά οικισμών, αλλαγή στο φυσικό περιβάλλον
ψαριών, κ.ά.) olar
nergy
aboratory
15. Υδροηλεκτρική ενέργεια
● Μικρές εγκαταστάσεις παραγωγής
υδροηλεκτρικής ενέργειας
Παραγωγή ισχύος έως 10 MW
Παράγουν ~ 5% της συνολικής ενέργειας από
ανανεώσιμες πηγές σε παγκόσμιο επίπεδο
Θεωρούνται φιλικότερα προς το περιβάλλον
από τις μεγαλύτερες εγκαταστάσεις παραγωγής
υδροηλεκτρικής ενέργειας
olar
nergy
aboratory
16. Γεωθερμική ενέργεια
● Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από τη θερμική
ενέργεια που είναι αποθηκεμένη κάτω από την
επιφάνεια του εδάφους
● Οι εγκαταστάσεις παραγωγής γεωθερμικής
ενέργειας παρέχουν ~ 1% της συνολικής
ενέργειας παγκοσμίως
● Μεγάλες εγκαταστάσεις βρίσκονται σε
γεωλογικά ασταθείς περιοχές
Ηφαίστεια, θερμές πηγές, κ.ά.
Ν. Ζηλανδία, Ισλανδία, Ιαπωνία, Φιλιππίνες
olar
nergy
aboratory
18. Ηλιακή ενέργεια
● Χρήση ηλιακής ενέργειας για παραγωγή ηλεκτρικής
Άμεση μετατροπή
Έμμεση μετατροπή
● Άμεση μετατροπή - Φωτοβολταϊκά στοιχεία που
εμφανίζουν διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού όταν
φωτίζονται
● Έμμεση μετατροπή
Επίπεδοι ή παραβολικοί συλλέκτες μετατρέπουν την ηλιακή
ενέργεια σε θερμική και στη συνέχεια μέσω μιας μηχανής με
θερμοδυναμική μετατροπή σε ηλεκτρική
Άλλες διατάξεις (π.χ. θερμοηλεκτρικές δίοδοι) οι οποίες έχουν
μελετηθεί ερευνητικά αλλά δεν εμφανίζουν πρακτικό
ενδιαφέρον
olar
nergy
aboratory
19. Μετατροπή ηλιακής ενέργειας σε θερμική
● Επίπεδοι συλλέκτες
Υψηλές θερμοκρασίες (έως 1500ο C) επιτυγχάνονται
προσθέτοντας την ακτινοβολία από πολλούς
επίπεδους συλλέκτες που ακολουθούν την κίνηση του
ήλιου. Θέρμανση υγρού για παράγωγή ατμού - Θέτει
σε κίνηση ένα στρόβιλο με τη βοήθεια μιας μηχανής
και παράγει ηλεκτρική ενέργεια
Θερμοδυναμική μετατροπή (κύκλος Carnot)
Μέγιστη απόδοση 1-(Tout/Tin). Για να αυξηθεί η
απόδοση (αύξηση του Tin) κατασκευάζονται ηλιακοί
πύργοι οι οποίοι δέχονται στη κορυφή τους την
ανάκλαση από επίπεδα κάτοπτρα. Από την παραγωγή
ατμού παράγεται ηλεκτρική ενέργεια ισχύος ~ 10MW
olar
nergy
aboratory
20. Μετατροπή ηλιακής ενέργειας σε θερμική
● Παραβολικοί συλλέκτες
Κάτοπτρα γραμμικής εστίας
Η ηλιακή ακτινοβολία συγκεντρώνεται στην εστία
Θερμοκρασία έως 500ο C - Μέση ημερήσια απόδοση 14%
9 συστήματα στην έρημο Mojave (Καλιφόρνια). Ισχύς 13 -
80 MW
Κάτοπτρα σημειακής εστίας
Μεγαλύτερη συγκέντρωση
Θερμοκρασίες έως 1500ο C - Μέση ημερήσια απόδοση έως
30%
Αντί να μεταφέρεται το ρευστό στη μηχανή τοποθετείται η
ίδια η μηχανή στη σημειακή εστία του κοίλου κατόπτρου
(μηχανές Stirling)
olar
nergy
aboratory
37. CuxS/CdS Physics Department
olar University of Patras
IL L U M IN A T IO N
nergy CdTe/CdS
aboratory
C d S , 0 .1 μ m
CdTe, 3μm
TCO
G la s s S u b s tra te
IL L U M IN A T IO N
CuxS/CdS
E le c t r o d e s
A u o r N i- C r C u x S , 0 .1 μ m
CdS, 3μm
G la s s S u b s tra te
42. ΑΛΛΕΣ ΝΕΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ
Φωτοβολταϊκές κυψελίδες ευαισθητοποιημένες με
χρωστική.
Φωτο-ηλεκτροχρωμικές διατάξεις με συνδυασμό των
φωτοβολταϊκών και ηλεκτροχρωμικών για
ταυτόχρονο έλεγχο του ήλιου και παραγωγή
ενέργειας.
olar
nergy
aboratory
43. Ηλεκτροχρωμική συσκευή μεγάλων διαστάσεων (40x40 cm)
ην διαυγή και τη χρωματισμένη κατάσταση. Διάγραμμα των οπτικών ιδιοτήτων της
olar
nergy
aboratory
44. ● Ni-Co-Fe- SEM micrographs of Ni-Co-Fe-Zn
Zn electrodeposit at 100mA/cm2
current density and pH=0.5
SEM micrographs of Ni-Co-Zn
● Ni-Co-Zn electrodeposit at 250mA/cm2 current
density and pH=3.6
SEM micrographs of Ni-Mo-Zn
● Ni-Mo-Zn electrodeposit at 250mA/cm2
current density and pH=5.5
● Co-Mo-Zn SEM micrographs of Co-Mo-Zn
electrodeposit at 500mA/cm2
Vμέσο Υπερδυναμικό Κλίση Tafel Πυκνότητα ρεύματος
(mV) (mV/dec) ανταλλαγής
(ml)
(mA/cm2)
NiFeZn 8,93 302 408 15,8
NiCoZn 18,0 190 345 22,7
NiCoFeZn 21,4 170 316 23,9
olar
NiMoZn 23,9 157 314 25,1
nergy
aboratory
45. The HERMES solar car Physics Department
olar University of Patras
nergy
aboratory
Si cells of 20% efficiency are commonly considered as the most cost
effective option for use in solar cars
The solar car HERMES was developed for the Phaethon 2004 solar car
race
46. Ηλιακό αυτοκίνητο (ΕΡΜΗΣ)
που κατασκευάστηκε στο
Πανεπιστήμιο Πατρών με την
συμβολή του Εργαστηρίου μας
olar
nergy
aboratory
