Öko-Montage

Dátum: 2019. augusztus 24.
   
 
   
Napenergia hasznosítás

A napenergia közvetlen hasznosításának legelterjedtebb módjait két fő csoportba szokás sorolni. Ezek egyike az ún. passzív hasznosítás, amikor külön kiegészítő eszköz, berendezés nélkül tudjuk a napenergiát - megfelelő tájolás, célszerű üvegezés, hatékony szigetelés és alkalmas szerkezeti anyagok megválasztásával - az épületek fűtésére felhasználni.
A másik megoldás az aktív hasznosítás, amikor valamilyen, külön erre a célra készített eszköz (kollektor, napelem) segítségével alakítjuk át a Nap sugárzási energiáját hővé vagy villamos energiává.

Tágabb értelemben a biomassza energetikai célú felhasználása is napenergia-hasznosítást jelent, hiszen a növények az asszimiláció során a napsugárzás segítségével alakítják át a szervetlen anyagokat szerves vegyületekké. Más szóval a növények kémiailag kötik meg a napenergiát, amit aztán a növényi rostok elégetése során hőenergiaként hasznosíthatunk.

A napenergia hasznosításának a mezőgazdaság területén van a legnagyobb hagyománya. A kezdetben üvegezett, majd később műanyag borítású üvegházakat évek óta széles körben használják, elsősorban zöldségfélék és virágok termesztésére. Hazánkban több vidéken is igen elterjedt az ún. fóliás termesztés, ami a mi éghajlati viszonyaink mellett is lehetővé teszi egyes zöldségfélék korai előállítását.

Passzív napenergia hasznosítás

Passzív napenergia hasznosításról beszélünk, mikor az épület anyagát, szerkezeteit, formáját és tájolását úgy választjuk meg, hogy a napsugárzás hőenergiáját kihasználja.

Őseink ismerték, és kihasználták a környezetük adta lehetőségeket, így a legegyszerűbb példa a napenergia passzív hasznosítására a hagyományos parasztház:

-  A ház egyszerű, kompakt – téglalap – formájú, mely biztosítja, hogy minél kevesebb legyen a hővesztesége.

- A falazó-anyagként használt vályog jól szigetel, emellett tömegénél fogva jó a hőtároló képessége.

- A déli oldalon kialakított tornác, nyáron védi a falazatot a napsugaraktól, viszont télen, alacsonyabb napállásnál nem gátolja, hogy a nap sugarai felmelegítsék azt.

A passzív napenergia hasznosítás elvei a hagyományos alapokra épülnek:

- A napsugárzás hőenergiájának elnyelése
- A hőenergia tárolása
- A hőenergia leadása

A tárolásra a napsugárzás és a fűtőteljesítmény iránti igény közötti eltolódás miatt van szükség (nappal/éjszaka, derült/borult égbolt).

Általános rendszereknél napi ciklusú energiatárolásról van szó, de különleges, egyedi megoldásokkal szezonális tárolás is megoldható.

Megkülönbözetünk direkt – mindhárom feladatot ugyanaz a tér látja el –, és indirekt – a feladatok ellátása térben tagozódik – passzív napenergia hasznosító rendszereket.


A direkt rendszerek elemei:

- Hőtároló tömeggel – fal, padló – összehangolt ablakkialakítás
- Pufferzónás alaprajzi kialakítás – pl. a fent említett tornác


Az indirekt rendszerek típusai:

- Energiagyűjtő falak – az elnyelt hőenergia csillapítva, késleltetve jut a  belső térbe. (A falak nyári árnyékolásáról gondoskodni kell)
- Napterek – fűtés nélküli épülethez csatolt télikert, "üvegház"
- Szoláris légtechnikai rendszerek – az energia szállítása levegővel történik

Aktív napenergia hasznosítás

A napenergia aktív hasznosítása, mint erre már utaltunk, alapvetően fototermikus vagy fotovillamos módon mehet végbe. A fototermikus megoldás azt jelenti, hogy egy alkalmas eszközön (napkollektoron) folyadékot vagy levegőt áramoltatunk keresztül úgy, hogy közben minimálisra csökentjük az áramló közeg által felfogott energiának visszasugárzás vagy hővezetés általi eltávozását a készülékből. A felmelegített folyadékot leggyakrabban meleg víz előállítására használjuk fel, de természetesen egyéb megoldások is előfordulnak a gyakorlatban.


A fotovillamos megoldás során napelem segítségével alakítjuk át a napenergiát közvetlenül villamos energiává. Az ily módon kapott 12 vagy 24 V-os egyenfeszültséggel közvetlenül lehet fogyasztókat (pl. világítás, szellőztetés) működtetni. Szükség esetén 220 V-os váltóáramú hálózati fogyasztók is működtethetők egy inverteres egység közbeiktatásával.

Mindkét esetben problémát jelent a begyűjtött hő- ill. villamos energia tárolása. Ennek oka az, hogy az energiát sokszor éppen akkor szeretnénk felhasználni, amikor az a napsugárzás hiánya miatt nem áll rendelkezésre, vagy fordítva, akkor van energiahozam, amikor nincs igény a felhasználásra. A folyadékkal működő kollektoros hasznosítás esetén a leggyakoribb megoldás egy megfelelő méretű szigetelt tartály alkalmazása. A napelemek által szolgáltatott villamos energiát legegyszerűbben akkumulátorokban tárolhatjuk.

A napkollektorok illetve napelemek által begyűjthető energia mennyisége nagyban függ a berendezések tájolásától és dőlésszögének beállításától. Tájolás tekintetében természetes, hogy a déli beállítás a legkedvezőbb. A dőlésszög optimális értéke az üzemeltetés időszakától függ. A Budapesten érvényes havi átlagos sugárzási adatokból számolva egész évi működtetés esetén a vízszintessel bezárt 43,5 fokos dőlésszögű beállítás az optimális. Nyári hónapokra a jelentősen eltérő napmagasságok miatt ez az érték 18,5 fokra, a téli hónapok idejére pedig 76,2 fokra becsülhető. Általában 30-60°-os dőlésszöget szokás alkalmazni.

A napkollektor

A napenergia összegyűjtésre szolgáló berendezések működési hőmérséklete a felhasználási céltól függően különböző lehet: 20 és 100 °C között változik. A burkolat nélküli hőelnyelők fekete felületű műanyagból vagy fémből készülnek, megjelenési formájuk lehet lemez, paplan, szőnyeg, cső vagy tömlő. Ezek az olcsóbb berendezések legfeljebb 40 °C-ig alkalmasak a napenergia hasznosítására, és csak a nyári időszakban működőképesek. Igen jól használhatók például uszodavíz melegítésére, vagy hőszivattyúk energiagyűjtőjeként.

A 40 °C hőmérséklet fölötti működést a hőelnyelő hőszigetelésével, jó minőségű fényelnyelő bevonatával és fényáteresztő takarással kell biztosítani, ezeket a berendezéseket nevezzük üvegezett síkkollektoroknak.

Hazánk éghajlati adottságai mellett, napjainkban legelterjedtebbek a folyadék munkaközegű napkollektoros rendszerek, melyek a következő részekből állnak:

1. Napkollektorok – elnyelik, hővé alakítják, és a munkaközegnek továbbítják a napsugarak energiáját

2. Csővezeték rendszer – a munkaközeg továbbítása a kollektorok és a hőtároló között

3. Automatika – hőmérő, nyomásszabályozó, automatikus irányítás

4. Működtető, ellenőrző szerelvények – keringtető szivattyú, nyomásellenőrzés, váltószelepek

5. Tágulási tartály

6. Hőtároló – a napkollektor által termelt hő tárolása melegvízben.


A napkollektoros rendszerek lehetnek egy- vagy kétkörösek.

Egykörös rendszer – a kollektorokban közvetlenül a felhasználásra kerülő víz kering. A rendszer előnye az egyszerűség, viszont csak fagymentes időszakban alkalmazható, és a csővezetékben nagy a veszélye vízkőlerakódásnak.

Kétkörös rendszer – a kollektorok és a hőtároló között zárt kör található, mely fagyálló folyadékkal van feltöltve. A kollektorokban felmelegedett folyadék a hőtárolóban található hőcserélőn keresztül fűti fel a tárolóban található vizet. A kétkörös rendszerek fagyban is használhatóak, és nem kell tartani káros lerakódásoktól sem a csövekben, viszont a több szerkezeti elem miatt költségesebb az egykörös változatnál.

A munkaközeg szállítása szempontjából gravitációs és szivattyús napkollektor-rendszereket különböztetünk meg

Gravitációs rendszer – A tárolótartály a kollektor fölött helyezkedik el. A folyadék keringését a felmelegedés miatti fajsúlycsökkenés okozza. A rendszer mellett szól, hogy elmaradnak a szivattyú és automatika költségei, viszont hátrányos a tároló elhelyezésének kötöttsége.

Szivattyús rendszer – A munkaközeg folyadékot szivattyú keringteti a kollektor-körben. A rendszer előnye, hogy a tároló bárhol elhelyezhető, a fordulatszámának szabályozásával rugalmasabb az alkalmazhatóság, viszont az automatika és a szivattyú plusz költségként szivattyú jelentkezik a beruházásnál.

Léteznek levegős munkaközegű levegős kollektorok, ezek nagy abszorber felülettel készülnek és a rendszerben a levegő vagy gravitációsan, vagy ventillátor segítségével kering. A levegős rendszereket a mezőgazdaságban szárításra, aszalásra, illetve épületek fűtésére alkalmazzák.

A napelem és típusai

A napelemek (fotovillamos cellák) a sugárzási energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítják át. Az energiaátalakítás alapja, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, ami elektromos egyenáramot hoz létre. A napelem alapanyagául szolgáló szilícium a természetben korlátozatlanul rendelkezésre áll.

A kereskedelemben megvásárolható napelemek hatásfoka 15-17% között mozog. Elméletileg lehetséges a 60% elérése, ehhez azonban még fejlődnie kell a technológiának (a gyakorlatban elért maximális hatásfok 25%-os volt).

Napelemes berendezéssel villamos hálózaton kívül eső területen találkozhatunk leggyakrabban, pl. autópályák segélykérő telefonjainál, településektől távol eső építményeknél, pl. meteorológiai állomásoknál.

Napelemes rendszerek felépítése

Nagyobb energiaigény esetén a napelemek termelte egyenáramú elektromos energiát a hagyományos elektromos hálózatban is meglévő váltóáramú elektromos energiává célszerű átalakítani. Ebben az esetben a megszokott elektromos készülékek és lámpák használhatók, sőt a megtermelt energia akár a hálózatba vissza is táplálható.

A szolárcella típusai:

- monokrisályos napelem (előállítása drága és energiaigényes, de ennek a legjobb a hatásfoka)
- multikristályos napelem (hasonló tulajdonságokkal bír mint az előbbi, csak több kristályból épül fel, ezért olcsóbb az előállítása
- amorf, vékonyrétegű napelem (nagy fényáteresztő-képességgel bír, alacsonyabb igények kielégítésére használják).

A napelemek alkalmazásának területei

A napelemek piacának várható bővülését indokolja a viszonylag magas importfüggőségünk a villamos energiánál és az energiaárak emelése is. Ahhoz, hogy a teljes belföldi szükségletet a jelenlegi fényelem-technológiával fedezni tudjuk, Magyarország területének csupán 0,24 százalékát kellene napelemekkel befedni.

A tapasztalatok szerint a legfontosabb felhasználási területek a következők:

- távközlés (pl. mikrohullámú berendezések, segélyhívók)
- mezőgazdaság (pl. villanypásztorok, szivattyúk, világítás),
- szezonális szükségletek kielégítésére (pl. hétvégi házakban),
- a hálózati termelés.

A piac bővülésének a legjelentősebb akadálya a fizetőképes kereslet hiánya. A magánszféra korlátozott forrásait nem enyhítik központi vagy helyi szintű támogatások - ellenkezőleg: 25 %-os általános forgalmi adó sújtja a napelemeket is. (Energiagazdálkodás című folyóirat 1994. januári száma)

Napenergia hasznosítás az Autonóm-ház projekt keretében

A projekt során a megtérülés-teljesítmény arány alapján síkkollektorok alkalmazását láttuk indokoltnak. A síkkollektorok minimális karbantartási igénye, hosszú élettartama és megbízható teljesítménye alapján véleményünk szerint a projekt célkitűzéseit alátámasztja. 

Beépített napkollektor típusa: Stiebel Eltron Sol 25

Gyártó, forgalmazó

STIEBEL ELTRON KFT.

Termék neve

SOL 25 Plus

Hőhordozó közeg típusa, összetétele

H-30 LS, Propylenglykol (-28 C˚, 170 C˚)

Optikai hatásfok

80,00%

Kollektor üvegszigetelésének kialakítása és anyaga

4 mm vastag biztonsági üveg, prizmás belső felülettel kialakítva

Üvegborítás

4 mm vastag biztonsági üveg, prizmás belső felülettel kialakítva

Az üveg átlátszósága

92 %

Az abszorber anyaga? (pl.: festett réteg, vagy kémiailag kötött anyag)

réz

Az abszorber és a cső összekötésének módja

hidegen hegesztett fémes kötés

Hőszigetelés

alul 40 mm, és oldalt 10 mm

Maximális nyugalmi hőmérséklet

210 ˚C

Páradiffúziós szelepet tartalmaz-e (szellőztetett vagy zárt a kollektor belseje)

igen tartalmaz

Szabályzási (vezérlési) lehetőségek

szabályozó 1,2,3 körös fogyasztóhoz

Élettartam (kb., átlagkörülmények között)

25 év

Garancia

2 év

Minősítések

TÜV, BAYERISCHES LANDESMANT, DIN

Egyéb

méretek: 2233 x 1223 x 78, súly: 49 kg, teljesítményhatárok:0-2000 W, abszorber-felület: 2,5 m2

A napkollektor tulajdonságai

 Kezdőoldal
 Kedvencek közé
Pannon Set