Nyheter inom forskning på förnybar

Transkript

1 Nyheter inom forskning på förnybar energi, bla TPV Mälardalens Högskola ABB Mälarenergi AB Eskilstuna Energi AB Vafab Miljö AB YIT Aspholmen Erik Dahlquist Prof Energiteknik School of Business, society and Engineering Mälardalen University

2 Figur 5.2. Värmelast för ett kontor. Legend: röda punkter vardagar dagtid, svarta Forskning inom Future Energy Solar Wind kwh Total EL consumption for each apartment m m2 95m2 Production: Biogas, Gasification Local production and consumption plustecken övrig tid. TPV Diagnostics, control, Decision support, optimization Economic incentives, New business models s W ed gi ng Modeling, simulation Metal Industry Water Paper 2

3 Future Energy organisation Täcker energi-,miljö och byggteknik 45 doktorander och 29 forskare av vilka 8 professorer och 5 docenter Forskning inom tre tracks Utveckling av teknik för förnybar energi (sol och biomassaomvandling) Energieffektivisering Nya matematiska metoder för effektivisering och optimering

4 District heating and/or cooling in Absorption heat pump TPV-cells Filter > 1.9 um Steel plate Photons Edge filter= Glassplate With coatings Flame (fuel: gas,oil, biomass) Mirror inside TPV-cells 1.9 um

5 The actual TPV unit

6 6

7 Försök Vi försöker hetta upp emittern samtidigt som väggarna kyls med vatten. Inte helt enkelt att isolera emittern från kylytan, trots att vi försökt med keramisk matta mellan. Skall öka på avståndet. Även behov av att få flammorna längre så att de träffar emitterytan direkt. Byter just brännaren. Fick i gamla uppställningen bara ca 400 oc på emittern trots 850oC på gasen framför emittern. Behöver nå ca 1000 oc minst. Har kört på RME.

8 TPVceller Problem att få tag på kommersiella TPV-celler Har inte hittat någon kommersiell leverantör i praktiken.

9 Leverantörer av TPV-celler Wafer supplier IQE plc (Cardiff, Wales) och CIP tog fram en ny generation TPVceller med InP (indiumfosfid) istf GaAs för att få effektivare celler. Köptes av Huawei som lade ner projektet för två år sedan. JX Crystals I USA försöker få in riskkapital och har idag inte möjlighet leverera celler I praktiken

10 Indian Inst of Technology Tar fram solceller baserade på järnoxid Har nått runt 10 % verkningsgrad vid 0.8 ev Hoppas få celler från dem på ev

11 Andra intressanta utvecklingsriktningar Perovskiter CaTiO3 tex har visat sig kunna ge höga verkningsgrader och har potential kunna tillverkas billigt En utveckling från Gätzelcellerna Många forskargrupper (minst st) världen över utvecklar tekniken Kan i princip göra hemma på eget lab. Har nått % verkningsgrad, men potential betydligt högre

12 Low-temperature processed electron collection layers of graphene/tio2 nanocomposites in thin film perovskite solar cells Oxford Univ The highest efficiencies in solution-processable perovskite-based solar cells have been achieved using an electron collection layer that requires sintering at 500 C. This is unfavorable for low-cost production, applications on plastic substrates, and multijunction device architectures. Here we report a low-cost, solution-based deposition procedure utilizing nanocomposites of graphene and TiO2 nanoparticles as the electron collection layers in meso-superstructured perovskite solar cells. The graphene nanoflakes provide superior charge-collection in the nanocomposites, enabling the entire device to be fabricated at temperatures no higher than 150 C. These solar cells show remarkable photovoltaic performance with a power conversion efficiency up to 15.6%.

13 Järnoxid för kombinerad H2 och elproduktion Technion i Israel

14

15 Module price (2011 $/W) Economy of scale

16 The Levelized Cost Of Electricity from PV The Levelized Cost of Electricity (LCOE) is an economic assessment of the cost of the power-generating system including all the costs over its lifetime: initial investment, operations and maintenance, cost of fuel and cost of capital. Osnenbrink et al., Photovoltaic Electricity Cost Maps (European Commission - Joint Research Centre - Institute for Energy and Transport, September 2013)

17 Grid parity Price difference between PV LCOE and household retail prices: Grid parity PV solar power is competitive with the retail price of electricity, there s no need for subsidies

18 LCOE across power generation technologies Q ($/MWh) LCOE is the per-mwh inflation-adjusted lifecycle cost of producing electricity from a technology assuming a certain hurdle rate (ie, after-tax, equity internal rate of return, or IRR). The target IRR used for this analysis is 10% across all technologies. Source: Bloomberg New Energy Finance, EIA

19 PV-photoelectrolysis tandem cells Grätzel & Augustynski, US-patent (2000 ) Hydrogen Solar (UK)

20 Multi-absorber tandem solar cells E g E g (1) > E g (2) > E g (3) E g (2) E g (3) Fe 2 O 3 Shockley Queisser limit for single-absorber solar cells Si

21 Michael Grätzel, ChemSusChem (2011) Where we are:

22 Photoanodes Aq. electrolyte (H 2 O) Photoanode (Fe 2 O 3 ) Electron transport layer Current collector & back-reflector R&D roadmap Tandem cell devices Hybrid systems ITO (80 nm) (40 nm) SiO 2 Ti-doped Fe 2 O 3 (40 nm) Nb 2 O 5 (80 nm) Glass R&D: EU ERC grant 2,150,000 Scale-up, demonstration, technoeconomic analysis: EU FCH grant 1,750,000

23 Rust to riches: Iron oxide (α-fe 2 O 3 ) photoanodes and tandem cells for solar power conversion and storage 2H 2 O 2H 2 + O 2 Avner Rothschild Department of Materials Science & Engineering Technion Israel Institute of Technology avnerrot@technion.ac.il

24 6 ma cm -2 at 1.5 V Competitive with PV-powered electrolysis 8 ma cm -2 at 1.0 V Higher power conversion efficiency than the PV cell alone (+ storage)!!! Predicted photocurrent for our Fe 2 O 3 films assuming ideal charge separation conditions (no backward reaction) 5 Potential improvement by as much as 53% (3 4.6 ma cm -2 ) V-shape adds ~33% ( ma cm -2 ) Photocurrent density [ma cm -2 ] Technological prospects * (3.0) * (1.4) 1 R = 1 R = 0 Ag Al 0 Au Pt Film thickness [nm]

25 EPFL Exploring the limits of α-fe 2 O 3 photoanodes SrTiO 3 substrate Nb-doped SrTiO 3 film 50 nm Substrate Epitaxial film Pulsed Laser Deposition (PLD)

26 Photocatalytic Water Treatment Power production (electricity) Thin Film Fixed Bed Reactor (TFFBR) H 2 production Water consumption Solar panel area Household (1.5 kw) 1 kg/day 10 L/day 68 m 2 Utility (1 GW) 727 ton/day 6545 m 3 /day 45 km 2 1,000 ppm 1,000

27 Vanadinsulfat-Flödesbatterier

28 Experimental setup

29 Result Price for flow 120 batteries Battery production cost[%] Battery production cost[%] Vanadium price[%] 29

30 NIRinstrument 4/5/2014 Erik Dahlquist 30

31 Diagnosticering av fel och beslutsstöd Furnace status 100% 100% 90% 90% 80% 80% 70% 70% 60% 60% 50% 50% 40% 40% Unballanced right Unballanced left High combustion Sensor 10 false Sensor 11 false Sensor 12 false Sensor 13 false Sensor 14 false Sensor 15 false Sensor 16 false Sensor 17 false 30% 30% Sensor 20 false Furnace status to Sensor 21 false 20% 20% 100% Sensor 22 false 100% Sensor 24 false Sensor 25 false 10% 10% 90% 0% 90% 0% % % Unballanced right Time [s] Unballanced left 70% 70% 60% 60% High combustion Normal Sensor 10 false Sensor 11 false 50% 50% 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% 0% Sensor 12 false Sensor 13 false Sensor 14 false Sensor 15 false Sensor 16 false Sensor 17 false Sensor 20 false Sensor 21 false Sensor 22 false Sensor 24 false Probability Probability Normal Time [s] Sensor 25 false

32 Alger för vattenrening och som substrat för biogas