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
Figur 5.2. Värmelast för ett kontor. Legend: röda punkter vardagar dagtid, svarta Forskning inom Future Energy Solar Wind 8000 7000 6000 5000 kwh 4000 3000 2000 1000 0 Total EL consumption for each apartment 2005 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 62m2 79-80m2 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
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
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
The actual TPV unit
6
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.
TPVceller Problem att få tag på kommersiella TPV-celler Har inte hittat någon kommersiell leverantör i praktiken.
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
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 0.6-0.7 ev
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 20-30 st) världen över utvecklar tekniken Kan i princip göra hemma på eget lab. Har nått 12-15 % verkningsgrad, men potential betydligt högre
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%.
Järnoxid för kombinerad H2 och elproduktion Technion i Israel
Module price (2011 $/W) Economy of scale
The Levelized Cost Of Electricity from PV The Levelized Cost of Electricity (LCOE) is an economic assessment of the cost of the power-generating system including all the costs over its lifetime: initial investment, operations and maintenance, cost of fuel and cost of capital. Osnenbrink et al., Photovoltaic Electricity Cost Maps (European Commission - Joint Research Centre - Institute for Energy and Transport, September 2013)
Grid parity Price difference between PV LCOE and household retail prices: Grid parity PV solar power is competitive with the retail price of electricity, there s no need for subsidies
LCOE across power generation technologies Q4 2013 ($/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
PV-photoelectrolysis tandem cells Grätzel & Augustynski, US-patent 6936143 (2000 ) Hydrogen Solar (UK)
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
Michael Grätzel, ChemSusChem (2011) Where we are:
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
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
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% (4.6 6.1 ma cm -2 ) Photocurrent density [ma cm -2 ] Technological prospects 4 3 2 * (3.0) * (1.4) 1 R = 1 R = 0 Ag Al 0 Au Pt 0 50 100 150 200 Film thickness [nm]
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)
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
Vanadinsulfat-Flödesbatterier
Experimental setup
Result Price for flow 120 batteries 110 100 Battery production cost[%] 90 80 70 60 Battery production cost[%] 50 40 10 30 50 70 90 110 130 Vanadium price[%] 29
NIRinstrument 4/5/2014 Erik Dahlquist 30
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 2011-09-10 to 2011-09-18 Sensor 21 false 20% 20% 100% Sensor 22 false 100% Sensor 24 false Sensor 25 false 10% 10% 90% 0% 90% 0% 30000 60000 90000 120000 150000 180000 210000 240000 80% 270000 80% 300000 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 0 6000 12000 18000 24000 30000 36000 42000 48000 54000 60000 66000 72000 78000 84000 90000 96000 102000 108000 114000 120000 126000 132000 138000 144000 150000 156000 162000 168000 174000 180000 186000 192000 198000 204000 210000 216000 222000 228000 234000 240000 246000 252000 258000 264000 270000 276000 282000 288000 294000 300000 306000 312000 318000 324000 330000 336000 342000 0 Probability Probability Normal Time [s] Sensor 25 false
Alger för vattenrening och som substrat för biogas