Nanotechnologie en zonne-energie Nanotechnologie en zonne energie… een toekomstvisie Prof Dr Jean Manca Prof Dr Jean Manca Prof. Dr. Jean Manca Prof. Dr. Jean Manca Universiteit Hasselt Universiteit Hasselt - Instituut voor Materiaalonderzoek Instituut voor Materiaalonderzoek IMEC IMEC - geassocieerd labo IMOMEC geassocieerd labo IMOMEC WLS WLS – 26 april 2010 26 april 2010
62
Embed
Nanotechnologie en zonneNanotechnologie en zonne-energie ......Nanotechnologie en zonneNanotechnologie en zonne-energie… een toekomstvisie Prof Dr Jean MancaProf. Dr. Jean Manca
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Nanotechnologie en zonne-energieNanotechnologie en zonne energie…een toekomstvisie
Prof Dr Jean MancaProf Dr Jean MancaProf. Dr. Jean MancaProf. Dr. Jean MancaUniversiteit Hasselt Universiteit Hasselt -- Instituut voor MateriaalonderzoekInstituut voor Materiaalonderzoek
(a) Ktoe: 1.000 ton olie-equivalent - 1010 kilocalorie.(b) Vanaf 1999.N/A: niet beschikbaar.
http://www.statbel.fgov.be/figures/d64_nl.asp
Evolutie fossiele brandstoffen
Wereldwijd : totale capaciteit = 13 TWVoornamelijk op basis van aardolie, gas en steenkoolNucleare capaciteit gelimiteerd en gecentraliseerd in een beperkte groep van landen (US, Canada, France, …)groep van landen (US, Canada, France, …)
4,52
4
5
2,7 2,963
4
TW
0,286
1,21
0,2860,8281
2
0Oil Coal Biomass NuclearGas Wind PV
Evolutie fossiele brandstoffen
Reserves (niet goed gedefinieerd):Aard-olie: 40 jaarA d 70 jAardgas: 70 jaarSteenkool: 200 jaar
Evolutie van CO2
Source: IEAIPCC-2007
Evolutie van CO2
Toename van CO2-niveau in atmosfeer dient onder controle gebracht te worden (nu ≅380 ppm = 30-40% hoger dan 100 jaar geleden)g j g )
450 ppm: onherstelbare schade van koraalriffen550 lt W t A t ti ij b k
Hoffert, University of New York:
550 ppm: smelten van West Antarctica ijsbanken
Koolstof-neutrale oplossingen:gNucleair: niet echt duurzaamHernieuwbare energie :
• wind biomassa zonwind, biomassa, zon
Evolutie van CO2
The Kyoto Protocol treaty was negotiated in December 1997 at the city of Kyoto, Japan and came into force February 16th, 2005.2005."The Kyoto Protocol is a legally binding agreement under which industrialized countries will reduce their collective emissions of greenhouse gases by 5.2% compared to the year 1990.”
(België : -7,5 %)
Energie-beleid Europa
Doel: gebruik van fossiele brandstoffen afbouwen en gzoeken naar duurzame en veilige energie -> op deze manier de CO2 – uitstoot verminderen
Doelstelling voor 2020 :20% energieverbruik in Europa = hernieuwbare % g penergie13% energieverbruik in België = hernieuwbare energie (2 2% in 2005)energie (2.2% in 2005)
Hernieuwbare energie
België vs Europa
Zonne-energie
Zonne-spectrum
‘Zwarte straling’
λp T = 2,9.10-3 m.K
T = 5700°C
T = 2500°C
T = 5700 C550 nm
Zonne-spectrum
Binnen atmosfeer aarde
Zonne-spectrum
Binnen atmosfeer aarde
Gates et al.: spectral properties of plants
Zonne-spectrum
10 micron
Fotovoltaïsche energie (PV)
Fotovoltaïsche zonne-energie =Omzetting van licht-energieg gin elektriciteit
Absorptie van licht (foton)Creatie van elektron gat paren (resp negatieve en positieveCreatie van elektron-gat paren (resp. negatieve en positieve
lading)Scheiding van gaten (+) en elektronen (-)Ladingstransport doorheen materiaal door diffusie of driftVia elektrodes elektrische stroom (energie) naar elektrischeVia elektrodes, elektrische stroom (energie) naar elektrische
toepassing
Fotovoltaïsche energie (PV)
Fotovoltaïsche zonne-energie =Omzetting van licht-energieg gin elektriciteit
Si : Eg = 1.1 eV ; 99% PV marktEfficiëntie commerciële Si-zonnecel : 10-15%(> efficiëntie fotosynthese)Piekvermogen zonlicht : 1000 W/m2
=> 100 W – 150 W elektrisch vermogen / m2
Energie-conversie & lichtdetectoreng
De zon is een oplossing
www.3E.be
PV is een oplossing
California: 1m²=1 at/jaar
1.5% van Europa = lobale elektriciteits raa 1m²=1 vat/jaar
België: 2m²globale elektriciteitsvraag
(η=12%)
PV is een oplossing
Zonne-energie : hoogste energie-opbrengst per hectare
Maar…Hoogste kostprijs!
=>voor TW-uitdaging lagere kostprijs PV
PV-kosten: leercurve
Kost van PV daalt met 20% bij verdubbeling van wereldwijd geaccumuleerd geproduceerd volume ; 2 drijfkrachten :
‘Scale learning’‘Technology learning’ : nieuwe (nano)technologie leidt tot versnelling leercurve
Kost van PV gelijk aan energie-generatie met fossiele brandstoffen bij eenKost van PV gelijk aan energie generatie met fossiele brandstoffen bij een geproduceerd volume > 100 GW
100
10
/Wp
[$/W
]
0 1
1
Cos
t/
0.110 100 1000 10000 100000
Accumulated production [MW]
Nanotechnologie & PV
Nanotechnologie Multidisciplinaire wetenschap op zeer kleine schaal (1 nanometer = 10-9 m)
Nanotechnologie & PV
Nanotechnologie Multidisciplinaire wetenschap op zeer kleine schaal (1 nanometer = 10-9 m)
Nieuwe MaterialenNiet-conventionele halfgeleiders : Halfgeleidende pol meren oligomerenHalfgeleidende polymeren, oligomeren, C60-derivaten, koolstof nanobuizen, metaaloxide nanodeeltjes,….
Nieuwe Concepten3D nanogestructureerde heterojunctie zonnecellen
PV generaties
1e generatie PV :silicium wafer-gebaseerde technologie
2e generatie PV : dunne films op ander substraat
3e generatie PV :
dunne films op ander substraat, vb. polykristallijn silicium op glas