Szukaj na tym blogu

środa, 24 lutego 2010

bloom energy - cd..

Ku mojemu zaskoczeniu o bloom energy mówiły wczoraj nawet main-stream media widziałem wzmianki w serwisie tvn 24 i cnbc. Nawet oficjalna strona bloom energy wzbogaciła się o garść bardziej precyzyjnych informacji.

Choć nadal nie ujawniono wielu szczegółów wiadomo już że technologia bloom energy opiera się o ogniwa SOFC a schemat działania tego ogniwa można zobaczyć tu Niestety nie ujawniono jak i czy został rozwiązany problem wysokiej temperatury pracy ogniwa oraz elastyczność mocy. Typowy SOFC źle radzi sobie z pracą pod zmieniającym się obciążeniem z uwagi na długi czas rozruchu. Dodatkowo choć bloom energy chwali się wysoką sprawnością ogniw w materiałach reklamowych dołączanych do sprzedawanych modułów o mocy 100kW ES-5000 Energy Server sprawność konwersji oszacowano na ok 50% i emisję CO2 na poziomie 350kg/MWh co trzeba przyznać nie jest wynikiem oszałamiającym.

Pytanie jakie się nasuwa to jak szybko firmie uda się wdrożyć masową produkcję która pozwoliłaby obniżyć cenę i uczynić produkt bardziej dostępnym. Nadzieje na rychłą rewolucję w energetyce studzi także sam prezes bloom energy K.R. Sridhar podkreślając że kompaktowych rozwiązań dla domów jednorodzinnych opartych o nowe ogniwa możemy spodziewać się już bądź aż za 5-10 lat

wtorek, 23 lutego 2010

Czy to początek końca centralnego wytwarzania energii

Ostatnio czytelnik bloga przesłał mi ciekawy link, który jest na tyle interesujący, że warto go przedyskutować na forum bloga. Temat najlepiej opisuje poniższy reportaż.




Idea produkcji energii za pomocą ogniw paliwowych nie jest nowa. Wiele firm pracuje nad rozwiązaniami tego typu jednak zawsze na drodze staja podobne problemy – wysoka cena samego ogniwa oraz problemy z dystrybucją paliwa, którym jest wodór drogi, trudny w transporcie i magazynowaniu nośnik energii.
Właśnie w tym miejscu pojawia firma bloom energy która twierdzi, że opracowała ogniwo paliwowe tanie w produkcji, gdyż nie zawiera drogich metali szlachetnych jak np. platyna a dodatkowo bardzo uniwersalne gdyż jako paliwo może być stosowany metan, biogaz, propan butan a nawet biodiesel. Sama firma bloom energy jest niezwykle tajemnicza niewiele mówi o szczegółach swojej technologii choć wśród swoich klientów posiada tak znanych gigantów jak Google, Fed Ex, Wal mart czy Ebay. Także wielu znanych inwestorów powierzyło jeje swoje pieniądze. Bloom energy pewnością nie narzeka na brak funduszy podobno udało jej się pozyskać 400 mln$. Obecnie firma sprzedaje jedynie kilkuset kW moduły za 700 – 800 tys $ które mają być o 50% bardzie wydajne niż turbiny gazowe (znów brak szczegółów). Jednak prawdziwą rewolucja mają stać się ogniwa przeznaczone do domów jednorodzinnych tzw Bloom Box cały moduł ma być wielkości lodówki a znajdujące się w nim ogniwa będą mogły zarówno produkować energię z np. gazu ziemnego jak również produkować wodór z energii dostarczanej z zewnętrznego np. odnawialnego źródła. Dodatkowo zgodnie z zapowiedzią koszt takiego Bloom Box dla domu jednorodzinnego biedzie wynosił ok 3000$ co wydaje się niezwykle atrakcyjną ceną.

Jeżeli spełnią się zapowiedzi firmy bloom energy możemy spodziewać się prawdziwej rewolucji w produkcji energii. Może okazać się to początek odchodzenia od scentralizowanego systemu produkcji energii. Ogniwa paliwowe w formie zaprezentowanej przez bloom energy mają szansę stać się także ogniwem łączącym odnawialne źródła energii z paliwami kopalnymi. Magazynowanie wodoru choć mniej efektywne energetycznie od magazynowania prądu w akumulatorach jest znacznie tańsze i prostsze dając realna szansę na niezależność energetyczną w rozsądnych kosztach.

Link do tematu
businessweek.com

czwartek, 18 lutego 2010

Jak obliczyć uzysk energii z ognniw fotowoltaicznych

W ostatnim poście pisałem jak zmienia się moc ogniw w zależności od warunków atmosferycznych ta wiedza jest dobrą bazą do znacznie bardziej istotnych obliczeń jakimi są uzyski słoneczne czyli ilości energii elektrycznej uzyskane z ogniw fotowoltaicznych dziennie, miesięcznie, rocznie.

Spotkałem się z wieloma metodami obliczania ilości energii dostarczanymi przez ogniwa jedne są lepsze inne zupełnie błędne. Dziś postaram się przedstawić moją autorską metodę obliczeń pozwalającą dostatecznie dokładnie i prosto obliczyć uzysk słoneczny w oparciu o ogólnie dostępne dane jak moc ogniw i lokalizacja instalacji.

Aby rozpocząć obliczenia konieczne są dane o nasłonecznieniu czyli ilości energii padającej na określoną powierzchnię w jednostce czasu. Takie dane dla polski można znaleźć na tu:
http://www.mi.gov.pl/2-48203f1e24e2f-1787735-p_1.htm

Najbardziej pomocne są dane z ostatniej kolumny zwanej statystyki ISO STAT TXT Znajdują się w nich miedzy innymi średnie miesięczne dane o nasłonecznienia ITHrednia suma miesięczna całkowitego natężenia promieniowania słonecznego czyli miesięczne nasłonecznianie ) wyrażone w Wh/m2. Należy pamiętać że dane w kolumnie ITH odnoszą się do powierzchni poziomej a ogniwa słoneczne zazwyczaj instalowane są pod pewnym kontem w kierunku południowym. Dane z powierzchni poziomej można przeliczyć na powierzchnię pochyłą lecz nie jest to łatwe. Lepiej skorzystać z danych już przeliczonych znajdujących się także w pliku z danymi statystycznymi. Dostępne są dane o nasłonecznieniu dla pochylenia 30,60,45,90 stopni i podstawowych kierunków świata. Z punktu widzenia energetyki słonecznej istotne są dane oznaczone jako I_S__30, I_S__45 , I_S__60 , I_S__90 gdzie S oznacza że są to dane dla kierunku południowego a liczba po "_ "liczba oznacza kat pochylenia. W przypadku kątów pośrednich można zastosować ekstrapolacje.

Mając dane o nasłonecznieniu można obliczyć średnie natężenie promieniowania słonecznego dla danego okresu (w tym przypadku miesiąca) dzieląc nasłonecznienie przez liczbę godzin dziennych(liczba godzin od wschodu do zachodu słońca np w danym miesiącu). Błędem jest tu stosowanie usłonecznienia czyli liczby godzin słonecznych w danym okresie. Usłonecznienie odnosi się do czasu operowania słońca bez zachmurzenia a ogniwa fotowoltaiczne produkują energię także w pochmurne dni (odpowiednio mniej ale produkują).

Długość dnia w danym miesiącu w danej lokalizacji można odnaleźć w wielu publikacjach można też je wyliczyć samodzielnie.

wzór na obliczenie długości dnia

gdzie
N -szerokość geograficzna
Q - deklinacja

deklinacje można obliczyć wg wzoru

gdzie D to kolejny dzień roku

Wzory pozwalają obliczyć długość kolejnego dnia roku np. w arkuszu kalkulacyjnym

Taki prosty kalkulator umieściłem pod linkiem tu
http://spreadsheets.google.com/ccc?key=0AqrQUMXHpwk9dFVBOXZRTHhkeWozVjNXVXMyRFBIbnc&hl=pl

(proszę nie zmienić formuł jedynie szerokość geograficzną )

Posiadając dane o nasłonecznieniu oraz długość dnia możemy wyliczyć średnie natężenie promieniowania słonecznego w danym miesiącu.

Biorąc za przykład Kraków i pochylenie instalacji 45 stopni S uzyskamy
Dane dla Krakowa

Na podstawie tych danych możemy wyliczyć uzysk energii z danej instalacji fotowoltaicznej.

W sposób uproszczony:
uzysk (w kWh) = czas * Iśr/STC* Ep

gdzie
czas - liczba godzin dziennych w danym miesiącu [h]
Iśr - średnie natężenie promieniowania słonecznego dla danego miesiąca [W/m2]
Ep - moc elektrowni [kW]
STC - Natężenie promieniowania słonecznego w warunkach laboratoryjnych 1000 [W/m2]

Jeżeli moc elektrowni podana będzie w kW wynik będzie w kWh jeżeli moc podana zostanie w Watach wynik będzie w Wh

Jak wspominałem w ostatnim poście zależność między natężeniem promieniowania słonecznego a mocą ogniw nie jest prostoliniowa dlatego dla bardziej dokładnych obliczeń należy użyć mocy ogniw odczytanych z charakterystyk dla danego natężenia promieniowania.

uzysk (w kWh) = czas * moc ogniw dla danego Iśr


Produkcję energii z instalacji fotowoltaicznej można także oszacować w prostszy sposób opisany we wpisie:
Jak obliczyć uzysk energii z instalacji fotowoltaicznej


REKLAMA

sobota, 13 lutego 2010

Moc ogniw fotowoltaicznych w pochmurny dzień

Z uwagi na natłok innych zajęć nie miałem czasu dla bloga a tu przy okazji ostatniego tematu padło ciekawe pytanie związane ze zmianą mocy ogniw wraz z pogodą.

Instalując na dachu domu elektrownie fotowoltaiczną o mocy np. 1kW użytkownik zdaje sobie zazwyczaj sprawę, że na te nominalne 1000W nie może liczyć każdego dnia.

Precyzyjnie rzecz biorąc ogniwa osiągają moc nominalną jedynie przy natężeniu promieniowania słonecznego 1000W/m2 i temperaturze otoczenia 25C (warunki normatywne). Zwłaszcza ogniwa krzemowe są wrażliwe na temperaturę i szybko tracą moc jak robi się ciepło.

Aby móc oszacować moc ogniw w zależności od pogody i zachmurzenia w pierwszej kolejności należy określić natężenie promieniowania w zależności od warunków atmosferycznych.

Zależność tą najlepiej obrazuje ten rysunek


W przypadku, gdy słońce w ogóle nie jest zakryte przez chmury natężenia sięga 1000W/m2, gdy pokrywa chmur zupełnie zasłania słońce tak, że nie da się nawet określić jego położenia natężenia spada do 100W/m2

Moc ogniw najsilniej zależy właśnie od natężenia promieniowania słonecznego w przypadku pobieżnej kalkulacji można założyć liniową zależność

1000W/m2 – 100% mocy nominalnej ogniw
600W/m2 – 60% mocy nominalnej ogniw
300W/m2 – 30% mocy nominalnej ogniw
100W/m2 – 10% mocy nominalnej ogniw

W zależności od typu ogniwa takie szacunki mogą być obarczone mniejszym lub większym błędem.

Trochę teorii
Aby powstał prąd z słońca na ogniwo musi padać promieniowanie o odpowiedniej długości fali a precyzyjnie rzecz biorąc do ogniwa muszą docierać fotony o energii równej barierze potencjału półprzewodnika (ang. band gap).

charakterystyka ogniwa monokrystalicznego oś pionowa współczynnik absorpcji oś pozioma długość fali promieniowania.

Fotony o energii mniejszej od bariery są zupełnie bezużyteczne fotony o energii większej są tylko częściowo użyteczne. Dlatego moc ogniwa nie zależy jedynie od natężenia, ale także od aktualnego spektrum promieniowania słonecznego.
Ten temat szerzej opisywałem tu.
http://solaris18.blogspot.com/2009/05/czy-rozne-typy-ogniw-fototowoltaicznych.html

Wraz ze zmianą warunków pogodowych (zachmurzenie, opady itd) zmienia się spektrum promieniowania słonecznego tzn. przy 1000W/m2, gdy niema ani jednej chmurki na niebie procentowy udział promieniowania widzialnego, podczerwonego, ultrafioletowego będzie inny niż przy pełnym zachmurzeniu i 100W/m2.

Aby precyzyjnie określić zależność mocy ogniwa od natężenia promieniowania słonecznego należy zajrzeć do charakterystyki prądowo napięciowej ogniwa

Biorąc za przykład ogniwo polikrystaliczne widać że w zależności od natężenia promieniowania słonecznego bardzo silnie zmiana się natężenia prądu a w niewielkim stopniu także napięcie. Wyznaczając punkt pracy dla poszczególnych wartości natężenia promieniowania spadek mocy będzie wyglądał następująco.

1000W/m2 – 100% mocy nominalnej ogniw
600W/m2 – 59.7% mocy nominalnej ogniw
300W/m2 – 29% mocy nominalnej ogniw
100W/m2 – 8.6% mocy nominalnej ogniw

Ogniwa krzemowe polikrystaliczne podobnie jak monokrystaliczne mają dość niską barierę potencjału i absorbują dość dobrze promieniowanie widzialne, które łatwo przenika przez chmury stąd prawie prostoliniowy spadek mocy wraz ze spadkiem natężenia promieniowania.


REKLAMA




sobota, 6 lutego 2010

Kolektory pod śniegiem

Mamy w końcu zimę, jakiej nie było od lat. Gruba warstwa śniegu pokrywa wszystko także coraz bardziej powszechne instalacje słoneczne. Choć kolektory słoneczne są na poważnie obecne na polskim rynku przynajmniej 10 lat nikt do tej pory głębiej nie zastanawiał się nad problemem zalegającego na nich śniegu czy kurzu. Można zaakceptować argument, że śnieg to problem zazwyczaj kilku tygodni, i to w okresie, gdy instalacja, i tak nie dostarcza dużo energii. Dodatkowo instalatorzy twierdzą, że w przypadku kolektorów płaskich zawsze można pozbyć się śniegu topiąc go obiegiem cieczy solarnej w kolektorach. Ten argument trudno mi zaakceptować gdyż jest to jawne marnowanie energii, której trzeba naprawdę sporo, aby pozbyć się jak w tym roku 20cm śniegu. Dodatkowo w dalszym ciągu nie rozwiązuje to problemu kurzu który gromadzi się cały rok. Zdecydowanie nie trafia do mnie też argument, że kolektory zamontowane pod kątem 30 stopni same czyszczą się z kurzu pod wpływem warunków atmosferycznych. Wystarczy spojrzeć na niemyte przez rok okna dachowe i ich stopień samoczyszczenia.

Zasadniczym źródłem problemów z instalacjami słonecznymi są budynki, na których się je instaluje – zupełnie nie przystosowane architektonicznie do pozyskiwania energii ze słońca. Osobiście jestem zwolennikiem rozwiązań, w których użytkownik ma swobodny dostęp do całej instalacji. Takie rozwiązanie pozwala nie tylko łatwo odśnieżyć kolektory w zimie, ale także kontrolować stan instalacji i jej elementów. Spełnienie tego warunku często wiąże się z nieinstalowaniem kolektorów na dachu, lecz np. na południowej ścianie budynku czy obok budynku. W przypadku instalacji całorocznej zainstalowanie kolektorów na ścianie zamiast na dachu ma szereg korzyści:

  • kolektory są bardziej pochylone zazwyczaj 70-90 stopni. Takie ustawienie znacznie zwiększa ilość energii dostarczanej przez kolektory w zimie z uwagi na zwiększoną ilość docierającego do nich promieniowania bezpośredniego i odbitego. Co prawda duży kąt pochylenia przekłada się na zmniejszoną ilość energii dostarczaną okresie w letnim. Sumarycznie jednak ustawienie kolektorów pod dużym kątem choć powoduje spadek całorocznej energii pozyskanej przez kolektory sprawia, że jest ona rozłożona bardziej równomiernie na poszczególne miesiące i może być bardziej efektywnie wykorzystana. Osobiście w przypadku instalacji całorocznych zawsze rekomenduję kąt pochylenia ponad 60 stopni co niestety nie znajduje się ze zrozumieniem wśród instalatorów.
  • W przypadku montażu kolektorów na ścianie odpada problem zalegającego śniegu i zredukowany jest problem kurzu. Wystarczy porównać o ile mniej zabrudzone są okna dachowe oraz ścienne. Dodatkowo mając dostęp do kolektorów na ścianie można je w prosty sposób regularnie czyścić tak jak robi się to z oknami.
  • Dostęp do instalacji pozwala regularnie kontrolować jej stan. Choć kolektory charakteryzują się małą awaryjnością po latach pracy zawsze może dojść do rozszczelnienia przewodów, uszkodzenia izolacji na przewodach rurowych (znane są przypadki niszczenia izolacji przez ptaki), utraty próżni przez kolektory próżniowe rurowe. Jeżeli posiadamy swobodny dostęp do instalacji wiele usterek możemy zdiagnozować samodzielnie a koszty naprawy też będą niższe gdy serwisant będzie miał łatwy dostęp do urządzenia.

kolektor płaski na ścianie do którego użytkownik ma swobodny dostęp.
kolektory próżniowe na ścianie budynku umieszczone w bezpośredniej bliskości okien.

Milowym krokiem byłoby projektowanie budynków pod instalacje słoneczne ze specjalnie przygotowaną południową fasadą budynku w którą wkomponowane byłyby czy to kolektory czy ogniwa. Zapewne na takie rozwiązania przyjdzie nam jeszcze poczekać.

środa, 3 lutego 2010

Ci którzy obiecują i Ci którzy obietnice spełniają

Zapewne każdy zna tego człowieka

Prezydent USA Barac Obama kreowany przez media super bohater ratujący świat od recesji i zmian klimatycznych. Dziwię się jak media mogą w prezydencie odpowiedzialnym za największą w historii dziurę budżetową widzieć opokę gospodarki ? Nie wiem na ekonomii się nie znam.

Przechodząc do spraw klimatu i czystej energii sytuacja nie wygląda lepiej. Na szczycie w Kopenhadze po raz pierwszy widać było jak daleko jest prezydent Obama od swoich obietnic. W mojej ocenie to USA stały się głównych hamulcowym porozumienia choć słowami prezydenta z kampanii wyborczej miały stać się liderem.

W ostatnim przemówieniu w kongresie w kontekście inwestycji związanych z zieloną energią prezydent Obama powiedział że nie zaakceptuje drugiego miejsca USA w tej kwestii. Po czym otrzymał gromkie brawa. Ja osobiście stwierdzenie to traktuje trochę w w kontekście żartu gdyż szanse USA na wejście do czołówki nie mówiąc o liderze są nikłe. Jeżeli przyjrzymy się największym inwestycjom w odnawialne źródła energii które częściowo podsumował wczorajszy Forbes lider wyłania się jeden.

Już obecnie w chinach znajduję się największa elektrownia wodna ponad 18GW na zaporze trzech przełomów. Z uwagi na kontrowersje jakie budzi budowa tak dużych hydroelektrowni mało prawdopodobne jest aby gdzieś zbudowano większy obiekt.

Największa farma wiatrowa znajduje się obecnie w Teksasie (USA) i ma moc 782 MW (ta na marginesie to Chińczycy byli głównym dostawcą turbin) zapewne szybko straci koronę na rzecz 20 000 MW farmy w chinach. Już przed końcem tego roku ma powstać pierwsze 5 000 MW tej olbrzymiej chińskiej farmy wiatrowej.

Największa elektrownia fotowoltaiczna jest obecnie w Hiszpanii i ma moc 60MW. W tej dziedzinie chińskie plany są naprawdę ambitne. We współpracy z First Solar w chinach ma powstać elektrownia słoneczna o mocy 2000 MW (fotowoltaika i o podobnej mocy elektrownia słoneczna termiczna)

Za kilkanaście lat to chiny mogą stać się miejscem gdzie nie tylko będą największe elektrownie oparte o odnawialne źródła energii ale Chiny rosną na największego wytwórcę czystej energii i producenta podzespołów. Już obecnie Azjatyckie tygrysy OZE Chiny Japonia i Korea południowa wyprzedzają USA w produkcji technologii z zakresu czystej energii. Patrząc na skalę planowanych inwestycji przewaga ta będzie się powiększać. Jak donosi planetgreen w najbliższych larach Chińskie inwestycje w czystą energię szacowane na 440 mld$ będą 6 razy wyższe niż amerykańskie 69mld$. Trudno mi sobie wyobrazić aby przy tak dużych dysproporcjach Ameryce udało się zdobyć pozycję lidera. Wielce prawdopodobne że za kilka lat najbardziej kojarzony z zieloną energią będzie

prezydent Chin Hu Jintao choć nie porywa obecnie mediów płomiennymi przemowami.

wtorek, 2 lutego 2010

Korzyści społeczne z rozwoju OŹE a system wsparcia

W Polsce w przeciwieństwie do innych krajów UE bardzo rzadko dyskutuje się o korzyściach społecznych rozwoju odnawialnych źródeł energii i nie chodzi tu wcale o czystsze środowisko. Długo zastanawiałem się dlaczego tak duże poparcie jest dla OZE w Niemczech Danii, UK itd. Dlaczego ludzie tak chętnie godzą się płacić więcej za zieloną energię i widzą w tym głownie korzyści. Choć oficjalnie większość odpowie że chcą być przyjaźni dla środowiska, ratować klimat itd. W mojej ocenie sukces dużego poparcia dla oze na zachodzie leży w tym że, tamtejsi decydenci wykorzystali olbrzymią zaletę energetyki rozproszonej i pozwolili zwykłym obywatelom partycypować w rozwoju poszczególnych źródeł energii. To kto może inwestować w OZE bezpośrednio zależy od systemu wsparcia. Polski system w tym względzie premiuje dużych inwestorów będących w stanie budować duże elektrownie w zamyśle tańsze w przeliczeniu na ilość produkowanej energii od małych instalacji. To prawda że, duża farma wiatrowa jest w stanie taniej produkować energię od małych przydomowych instalacji. Tylko skoro wysokość dopłat nie jest uzależniona od efektywności to czemu blokuje się dostęp do systemu tym małym którzy dodatkowo w większości finansują ten system. W krajach gdzie wspierane są małe przydomowe instalacje OZE finansujący finalnie system wsparcia odbiorcy energii elektrycznej z jednej strony widzą wyższą cenę energii elektrycznej z drugiej strony dostają możliwość redukcji kosztów energii inwestując w OZE. W mojej ocenie system ten jest znacznie bardziej sprawiedliwy niż obecnie stosowany w Polsce w którym energetyczne molochy zawodowe zastępuje się molochami OZE.

Energetyka nie może być obecnie oparta głownie na rozproszonym wytwarzaniu energii. Przez dziesięciolecia byłby to jedynie dodatek do dużych elektrowni OZE czy konwencjonalnych jednak otwierających dobry kierunek zmian, budujący poparcie społeczne i pozytywnie stymulujący gospodarkę i rynek pracy. Jak pokazują brytyjskie wyliczenia przygotowane przez REA w kontekście nowego planu gwarantowanych cen Feed in Tariff instalacje do 5MW będą w stanie zapewnić 2% brytyjskiego zapotrzebowania na energię do 2020. Badanie pokazują także że 71% Brytyjczyków zainwestowałoby w zieloną energie jeżeli system wsparcia byłby odpowiednio wysoki.