Druh paliva Emisní faktor Hnědé uhlí 0,36 t CO2/MWh výhřevnosti paliva Černé uhlí 0,33 t CO2 /MWh výhřevnosti paliva Těžký topný olej 0,27 t CO2 /MWh výhřevnosti paliva Olejký tOPný 0,26 t CO2 /MWh výhřevnosti paliva Zemní plyn 0,20 t CO2 /MWh výhřevnosti paliva Biomasa 0 t CO2 /MWh výhřevnosti paliva Elektřina 1,17 t CO2 /MWh elektřiny 1 40kWp Fotovoltaický systém na budově PdF MU (2005) Od ledna 2006 je v plném provozu fotovoltaický systém v ČR na budově PdF MU v Brně. Jedná se o panely s instalovaným výkonem 40 kWp , umístěné jednak na ploché střeše (30+5 kWp), jednak ve vertikálním pásu (5kWp) v horní části fasády budovy Poříčí 31 2 Tzv. Solární konstanta Volná interpretace: jde o výkon dopadajícího slunečního záření na 1 m2 plochy. Na dvoře Pedagogické fakulty MU byla za slunečního dne (26. června 2001, 12h) naměřena hodnota solární konstanty 721 W/m2. 40kWpFvs PdFMUAcvýkon-siunečno 7hodin*25kW=175kWh Slunný den 175/9= elektřina pro 19 domácností Normální platba 4Kč*9kWh = 36 Kč FV platba 13,5Kč*9 = 121 Kč oooooooo oooooooo v- v- v- CN c as 3 40kWp FV systém na PdF MU v Brně 40kWp FV systém- 2005 Květen Červen Červenec Srpen Zán Počet dní provozu 31 30 31 26 30 Dodaná AC energie (MWh) 4,46 5,06 4,43 3,34 3,61 Maximální denní energie (kWh) 24,42 247,51 216,64 201,44 195,71 Minimální denní energie (kWh) 19,69 69,27 28,89 15,0 15,08 Maximální AC výkon (kW) 31,6 32,5 31,39 31,48 30,53 Průměrná denní produkce (kWh) 138,2 168,7 142,9 128,5 120,3 4 Odběr elektřiny na PdF MU v průběhu jednoho týdne je na obr. Je zřejmé, že v pracovní dny nastává špička v odběru mezi 10 -12 hodinou. mo tu we ih fr sa 5 FV panely na jedné střeše čtyřpodlažní budovy pokrývají v létě téměř jeho denní potřebu elektřiny. Obr. 7 a) Střídavý výkon generovaný z 40 kWp F V systému na PdF MU v Brně - slunečné dny b) odběr elektrické energie ze sítě Obr. 8 Elektrická energie vyprodukovaná v období od 1.9.2005 do 30.9.2005 z 40 kWp FV systému na PdF MU v Brně (transformovaná stři dač i) To platí za slunného dne, pro dny kdy je zataženo a slunce je níže na obloze, tento příznivý stav klesá na 5-10% jejich špičkové hodnoty - viz měsíční diagram pro září 2005 . 6 To platí za slunného dne, pro dny kdy je zataženo a slunce je níže na obloze, tento příznivý stav klesá na 5-10% jejich špičkové hodnoty - viz měsíční diagram pro září 2005 . 7 „Zelená" energie V oblasti energií může coby největší vzor sloužit pedagogická fakulta, jejíž střešní solární elektrárna dokáže zásobit všechny tři velké budovy fakulty. „Od začátku provozu (2005-2010) naše solární elektrárna vyrobila už přes 155 MWh elektrické energie, což přepočteno na úsporu emisí reprezentuje 180 tun CO2, "provoz elektrárny ušetří fakultě ročně asi půl milionu korun. 8 Ukázka: dům - obytná plocha 140m2 spotřeba ročně Pasivní dům 15 kWhm2 2 100 kWh Obyč. nový dům 100 kWhm2 14 000 kWh Úspora 11 900 kWh ---12 MWh ročně 3 domy 36 MWh ročně (a totéž dalších 50let!!!) FVe za 5 let ušetřily 155 MWh Ročně 155 / 5 = 31 MWh --- 36 tun CO2 9 SPOTREBA ELEKTRINY V DOMÁCNOSTI (5 osob) spotřeba domácnosti za rok 3 150 kWh (cena za 1kWh 4,00 Kč) cena elektřiny za rok 12 600 Kč cena elektřiny za měsíc 1050 Kč cena elektřiny za den 35 Kč (9kWh) Spotřebiče: pračka Bosh spotřeba pračky za rok 226 kWh z celkové spotřeby 7 % lednice Ardo spotřeba lednice za rok 320 kWh z celkové spotřeby 10 % počítač Dell spotřeba počítače za rok 59 kWh z celkové spotřeby 2 % Celková spotřeba energie domácnosti je kolem 75 GJ (21 000kWh), Elektřina, pakliže se jí přímo netopí, činí pouze 1/7 až 1/5 celkové spotřeby 10 Spotřeba veškeré energie (palivo, teplo, elektřina) v průměrné domácnosti za rok až 75 GJ (21 000kWh) ... Tato energie je do domácnosti zpravidla dodávána z části jako přímé teplo, event. jako palivo a z části jako elektřina. Platí následující orientační přepočet: 1 GJ = 277,8 kWh = 29,9 m3 zemního plynu = 43,4 kg briket = 55,6 kg hnědého uhlí = 32,7 kg černého uhlí = 36,6 kg koksu Přibližné rozdělení spotřeb energie v domácnosti 20% 56% _24%_ □ Vytápění - 1 1 670 kWh (42 GJ) ■ Ohřev vody - 5000 hWh (18 GJ) □ Ostatní spotřeba (elektřina) - 41 70 WA/h (1 5 GJ) Přibližné rozdělení spotřeb elektrické energie v domácnosti □ Vaření -1370 kWh (4,9 GJ) ■ Chlazení a mrazení - 955 kWh (3,4 GJ) □ Praní prádla - 861 kWh (3,1 GJ) ■ Osvětlení - 500 kWh (1,8 GJ) ■ Ostatní elektrické spotřebiče - 500 kWh (1,8 GJ) 11 □ Řez Ibtovoltaickým článkem se znázorněným P-N přechodem přední kontakt křemík typu N P-N přechod křemík typu P zadní kontakt Fyzikální princip FV článku Fotovoltaickou produkci bychom mohli rozdělit do dvou kroků: přechod je osvětlen 1) Interakce záření a materiálu předání energie h v fotonu elektronu (tzv. generace páru elektron-díra) přičemž energie hv> Eg šířka zakázaného pásu (Eg =0,6 --2 eV) 2) Separace elektronu a díry - je potřeba p-n přechod (u krystalických článků) p-i-n přechod (u amorfních článků, vrstva cca 0,3 --0,8 jim) 12 Sluneční články Pro výrobu solárních fotovoltaických panelů (FV) se využívá buď krystalických článků, zejména na bázi křemíku, dále amorfních vrstev hydrogenizovaného křemíku a slitin s germániem a v poslední době pak mikrokrystalických či nanokrystalických vrstev. Křemíkové krystalické fotovoltaické články na mají sice vyšší účinnost (kolem 16%), ale je potřeba je deponovat v tlusté vrstvě (desítky mikronů), tím je jejich výroba dražší a časově náročnější. Většinou je možno je rozeznat podle tmavě modrého zabarvení. Nafialovělé články na bázi amorfního křemíku jsou deponovány v tenké vrstvě (desetiny, jednotky mikronu), jejich stabilizovaná účinnost je kolem 6-7%, Přes nižší účinnost jsou ekonomicky výhodnější, ale vykazují degradační efekt, kdy se jejich účinnost při expozici světlu snižuje. Tento jev je reverzibilní. V poslední době se výzkumná činnost zaměřuje na mikrokrystalické a nanokrystalické vrstvy, které se zařazují mezi výše uvedené dva směry. Pro výkonové využití (střešní systémy, fotovoltaické elektrárny) se tedy převážně využívá panelů na bázi krystalického křemíku, pro nízkovýkonové aplikace (kalkulačky) pak panelů na bázi amorfního křemíku. Křemík zůstal tedy dominantním PV materiálem, zahrnujícím asi 98% v Energetická měřítka z hlediska mikrosvěta 1eV = 1,602 . 10-19J Často užívanou jednotkou v mikrosvětě je elektronvolt 1J = 6,242 . 1018J Klidová energie komára Kinetická energie při chůzi Kinetická energie letícího komára Klidová energie atomu Energie fotonů ve viditelném světle Klidová energie elektronu Tepelná energie atomu \ H-hf L ++4 1018 1015 1012 109 (TeV) (GeV) Lidská denní spotřeba energie Největší energie jednotlivé částice pozorované v kosmickém záření Energie obsažená v půllitru piva (eV) (meV) Vazbová energie nukleonů v jádru Největší energie protonu ze současného urychlovače (Tevatron ve FNAL) Vazbové energie elektronů v atomech Energie elektronu v televizní obrazovce Zf Energie protonu z "příkladu o volném pádu" 14 15