waarom plaatsen we onze verwarming onder het raam? lez.7 waarom plaatsen we onze verwarming onder het raam? raam koud verwarming verwarming?

milieu-fysica: energie straling: totale zonnestraling: s fractie die aarde bereikt: hiervan bereikt ~75% aardopp. : menselijke consumptie

zonne-constante energie van zon, die per seconde per m2 loodrecht op rand atmosfeer valt

energie budget van aarde zon (<4mm) infra-rood (>mm) 5 refl. emissie 55 emissie 25 refl. 15 100 22 abs -153 98 abs. +33 14 19 53 98 113 conv. +48 -15 -33 verdamping

zonne-collector voor warm water glasplaat luchtspleet absorptie plaat water isolatie

warmte transport verlies naar zon atmosfeer glasplaat luchtspleet absorptie plaat water nuttige warmte isolatie verlies naar isolatie efficienty = nuttige warmte / zonnestraling

efficientie = nuttige warmte / zonnestraling + verlies isloatie + verlies atmosfeer hoge transparantie van dekplaat hoge absorptie  1 goede isolator laag verlies naar atmosfeer lage emissie  0 onderdruk convectie in luchtlaag

hoge absorptie lage emissie Tk + = Th netto in van zon in zichtbare licht netto verlies infra rood 1 absorptie plaat glasplaat

netto straling complex: reflectie, absorptie, transmissie ap~1 hoge absorptie lage emissie ep~ 0 probleem: voor meeste materialen ap=ep voor alle golflengten

Oplossing: spectraal selectieve materialen, bv. tinoxide ap= ep ~1 voor l<2mm ap= ep ~0 voor l>2mm abs(l) em(l) 2mm l (mm)

verlies door luchtlaag: geleiding + convectie gering: lucht is goed isolator onderdrukken!! Tk D Th Rayleigh-Benard cellen: zeer effectief i.v.m. geleiding hangt af van Tk-Th en D

experiment

Rayleigh Benard cellen in hete olie in de mantel van de aarde zichtbaar aan oppervlak zon

Photovoltaische cel (zonnecel) halfgeleider vrije electronen: geleidingsband electron energie gebonden, valentie electronen gap-energie: Eg

positieve gaten overschot n-type: 5+ p-type: 3+ puur: 4+ electronen overschot electronen tekort: positieve gaten overschot

n-type n-type diffusie - - - - - + + + - - + - - - + + + - + + p-type + p-type + foton=lichtdeeltje met juiste energie kan electron van valentie band vrij maken - - 1mm - + - + - + - + - - - + + 100mm + + Silicium: Egap=1.12eV lg = 1100nm zon: lmax ~ 500nm

vrijgemaakte electronen kunnen niet van n-type naar p-type, want p-type is aan de rand met n-type negatief geladen sluit uitwendig draadje aan en de electronen kunnen via dit omweggetje: net een batterij!!!!

efficientie: energie van fotonen met E<Eg: verloren energie van fotonen met E>Eg, E-Eg verloren andere verliezen huidige praktijk: ~8% fotosynthese: ~2%

windenergie converteer kinetische energie uit de lucht in electriciteit v1 v2 kinetische energie per volume-eenheid = ½ru2 (J/m3) stroomt binnen met snelheid u  kinetische energiestroom = ½ru3 (W/m2)

maximale hoeveelheid te winnen energie: Betz limiet behoud van massa van lucht: wat in stroomt moet uit stromen vin v vuit Ain A Auit energie winnen: vuit< vin dus Auit < Ain

verder analyseren: maximale vermogen dat uit luchtstroming gehaald kan worden vermogen dat in luchtstroom zit: maximale prestatiecoeff. efficientie windelectriciteit: 34-38% + eis: 5m/s < vwind < 20m/s

‘s werelds grootste (Duitsland) diameter: 126m max. vermogen: 5000kW gerealiseerde vermogen ~ 1700kW ~5% van het electriciteitsverbruik van Delft diameter 80m Pmax=1000kWP~300W jaarlijkse toename electriciteitsverbruik in Ned. ~ 300.000kW 1000 molens per jaar, d.w.z. 3 per dag windmolenpark: ~5D ~7D