POB6.5 Innowacyjne technologie i zrównoważony rozwój
Koordynatorzy
Prof. Dariusz Choiński RAU, Dr Marcin Szczygieł RE
Dariusz.Choinski@polsl.pl
Tel.: +48 32 237 1961
Marcin.Szczygiel@polsl.pl
Tel.: +48 32 237 2708
Od lat nieprzerwanie prowadzone są badania związane z fotowoltaiką, o czym świadczą liczne publikacje i realizowane projekty badawcze. Na szeroką skalę poszukiwane są nietoksyczne materiały przewodzące prąd elektryczny, w szczególności materiały polimerowe, które mogą być stosowane w układach optoelektrycznych i fotowoltaicznych. Wykorzystując techniki światłowodowe i optykę zintegrowaną badane są właściwości fizykochemiczne materiałów inżynierskich potencjalnie stosowanych w nowoczesnej energetyce. Stale rozwijana jest wiedza na temat polimerów skoniugowanych i domieszkowania materiałów polimerowych, heterostruktur półprzewodnikowych w kontekście zastosowania ich w organicznych ogniwach fotowoltaicznych, koncentratorach promieniowania słonecznego, czujnikach i urządzeniach optoelektrycznych. Aktualnie trwające badania obejmują ogniwa fotowoltaiczne I, II i III generacji. Szczególną uwagę zwrócono na ogniwa słoneczne krzemowe z laserową teksturą i nanowarstwami antyrefleksyjnymi naniesionymi metodą atomowego osadzania warstw (ALD), barwnikowe ogniwa słoneczne z nanomateriałami (nanorurki, grafen, nanodruty i nanocząstki oraz polielektrolity w postaci stałej) oraz ogniwa polimerowe z nowo opracowanymi materiałami polimerowymi przewodzącymi prąd. Badania nad ogniwami fotowoltaicznymi rozwijane są w kierunku podniesienia sprawności ogniw i obniżenia kosztów produkcji, a także rozszerzenia możliwości aplikacji przez ich integrację z budownictwem lub opracowanie wersji elastycznych. Postęp realizowany jest przez doskonalenie złączy, kontaktów i cech geometrycznych ogniw, metod obróbki ich powierzchni oraz stosowanie nowych materiałów inżynierskich o unikatowych własnościach. Stąd stałe poszukiwanie nowych materiałów i rozwiązań technologicznych, które pozwolą wytworzyć wysokowydajne ogniwo fotowoltaiczne.
W PŚ prowadzone są także prace dotyczące turbin wiatrowych jak i hydroelektrycznych, gdzie m.in. optymalizuje się cechy geometryczne łopat turbin w celu minimalizacji ich drgań. W obszarze zainteresowań Pracowników PŚ znajdują się również hybrydowe solarno-wiatrowe mikroelektrownie przeznaczone do zasilania instalacji elektrycznej domów jednorodzinnych. Realizowane badania dotyczą przekształtników energoelektronicznych stosowanych w energetyce wiatrowej i fotowoltaicznej oraz algorytmów ich sterowania, m.in. algorytmu poszukiwania punktu maksymalnej mocy. W tym zakresie opracowywane są nowe rozwiązania do przekształtników energoelektronicznych współpracujących z odnawialnymi źródłami energii i zasobnikami energii, pozwalające na dobór optymalnej mocy do potrzeb energetycznych odbiorcy.
W przypadku rozwiązań energoelektronicznych największy nacisk kładziony jest na zapewnienie jak najwyższej sprawności rozwiązań oraz realizację jak najszerszej funkcjonalności. Opracowano zatem układy współpracujące z pojedynczymi panelami PV tworzące na wyjściach łańcuch pozwalający na współpracę z przekształtnikiem sieciowym. Opracowano także układy ładowania akumulatorów z paneli fotowoltaicznych z 2 niezależnymi wejściami do współpracy z panelami fotowoltaicznymi lub przekształtniki dla instalacji prosumenckich pozwalające na ładowanie/rozładowanie magazynu energii, zarządzanie pracą odbiorników, ograniczanie przepływów mocy z siecią, integrację odnawialnych źródeł energii czy nawet ograniczanie wpływu odbiorników domowych na sieć. Prace związane z doborem optymalnej mocy (w oparciu o profile mocy w punkcie przyłączenia do sieci) mają na celu minimalizację kosztów instalacji i maksymalne skrócenie czasu zwrotu inwestycji.
Prowadzone są również analizy w zakresie wykorzystania układów mikro-CHP na cele pojedynczych odbiorców. Badania skupiają się eksperymentalnej i obliczeniowej analizie gazowych układów opartych na silnikach Stirlinga lub ogniwach paliwowych oraz ich integracji z instalacjami fotowoltaicznymi i zasobnikami energii elektrycznej w ramach budynku. Badania obejmują ocenę efektywności energetycznej, a także ewaluację w zakresie ekonomicznym i środowiskowym. Prowadzone są badania eksperymentalne i obliczeniowe układów generacji ciepła i elektryczności z wykorzystaniem solarnych koncentratorów parabolicznych. Prace ukierunkowane są głównie na cele intensyfikacji odbioru ciepła przez olej termalny przepływający przez absorbery.
Prowadzone są także analizy konfiguracji i konstrukcji układów elektrociepłowni parowo-gazowych małej mocy (do 1000 kW), które charakteryzowałyby się: wysoką sprawnością generacji, możliwością eksploatacji w szerokim zakresie obciążeń (od 10 do 100%), możliwością wykorzystania niedrogich i łatwo dostępnych maszyn i urządzeń wchodzących w skład układu oraz możliwością szybkiego i niedrogiego zaadoptowania do pracy z alternatywnymi paliwami gazowymi lub przede wszystkim ciepłem odpadowym z różnego rodzaju procesów technologicznych i przemysłowych. Układy tego typu mogą zasilać w energię elektryczną i ciepło niewielkie obszary miejskie bądź zakłady produkcyjne, w których dodatkowo pojawia się możliwość wykorzystania pary technologicznej o wysokiej temperaturze.
