főoldal zéró energia ház megújuló energiaforrások környezettudatos élet megújuló energiák hasznosítása fórum, cikkek
Napenergia
Az már régóta köztudott, hogy a napsugárzásnak jótékony élettani hatásai vannak, azonban azt már nem mindenki tudja, hogy Nap energiáját többféleképpen hasznosíthatjuk otthonunkban is.
A következőkben bemutatunk néhány olyan házat, melyek már szinte teljesen függetlenek a különböző szolgáltatóktól, majd bemutatjuk a napsugárzást közvetlenül hasznosítani tudó berendezéseket, melyeket akármelyik házba, vagy lakásba be lehet építeni energia-, és nem utolsó sorban pénz-megtakarítási szempontból.
Szolárház: a nap energiáit tudatosan - passzívan vagy aktívan - hasznosító épület. Attól függően, hogy a napenergia milyen mértékben vesz részt a ház energiafelhasználásának fedezésében, beszélhetünk kisenergiájú, pluszenergiájú, nullenergiájú házról.
Nullenergiájú ház: azok az épületek, melyek az éves energia szükségletüket a ház naptól nyert energiájával megközelítőleg önmaguk fedezni tudják. Ezt természetesen éves szinten számolják, hiszen nyáron több energia nyerhető, mint télen.
A pluszenergiájú házak az év folyamán több energiát nyernek a naptól, mint amennyit az adott év alatt felhasználnak.
Az ezen kategóriába tartozó házak mind napkollektorral (melegvizet termelő berendezések), mind napelemmel (elektromos áramot termelő berendezések) biztosítják. A nyári napsugárzásból termelt meleg vizet víz-, vagy hőtárolókkal őrzik meg a téli, hidegebb időszakokra, az esetleges túltermelés miatt feleslegessé váló elektromos energiát pedig az elektromos hálózatba pumpálják be. Ehhez egy speciális elektromos mérőóra kell, mely ilyenkor visszafelé forog.
Ha a tervező, nulla, vagy plusz energiájú ház tervezését tűzi ki céljául, legfontosabb feladata a napkollektorok és napelemek megfelelő méretezése. Az ilyen épületeket ugyanis jelentős mennyiségű napenergia hasznosító berendezéssel kell ellátni.
A nulla-, valamint a pluszenergiájú házak jelenleg javarészt kísérleti céllal épülnek, ezen épületek számára hazánk nem biztosít igazán lehetőségeket és nem is jelent valós piacot.
A kisenergiájú házak fűtési energiaigénye 70kWh/m2/év, hasznos alapterületüket figyelembe véve. Például egy 120 m2 hasznos alapterületű háznál ez évesen 8400 kWh éves energiaigényt jelent, ami 890 m3 földgáznak, és körülbelül 95 000 Ft éves fűtési költségnek fele meg (2008-as árakon).
Kisenergiájú házakat ma már tudatos építészeti tervezéssel, és megfelelő modern hőszigeteléssel létre lehet hozni. Az így tervezett házat, mely a nap sugárzását csupán passzívan hasznosítja, passzívháznak nevezzük. Az ilyen lakások a házba bejutó napsugárzást hasznosítják, tehát megfelelő építészeti tervezéssel, megfelelő tájolással és technikai megoldásokkal, valamint hőszigeteléssel a kisenergiájú ház kialakítható.
Az ilyen, kisenergiájú passzívházak kiegészíthetőek napkollektorral – az energiaszükségletek kielégítése érdekében - , melyek megfelelő tervezés és méretezés esetén a használati melegvíz 90%-át biztosítják. További napkollektorok használatával a ház fűtése, de akár a medence vizének fűtése is megoldható. Napelemek használatával pedig a ház fenntartásához szükséges elektromos áram is előállítható otthon. A továbbiakban ezeket mutatjuk be.
A napenergia, így a napelemek és a napkollektorok alkalmazásának is kimagasló jövőt jósolnak a szakértők. A Nap által 1 óra alatt a Földre sugárzott napenergia elegendő a Föld lakosságának éves energiafelhasználására. Érdemes tehát valamennyiünknek elgondolkozni, hogy ezt a rengeteg természetes energiát, ami ingyen érkezik, hogyan tudnánk a saját magunk szolgálatába állítani.
Magyarország hőtérképe
Levegős napkollektor
A levegős napkollektor működési elve meglehetősen egyszerű, a napenergia hatására a napkollektoron átfújt levegő felmelegszik, ezt a meleg levegőt pedig azonnal fel lehet használni fűtési célokra, valamint melegvíz készítésére. Az azonnali felhasználáson kívül további előnyt jelent még, hogy nem szükség speciális hőcserélő folyadék, csupán a levegőt használja a rendszer hőcserélő közegként, így olcsóbb, mint a folyadékos rendszerek.
Ez az egyik leggazdaságosabb rendszer, egyes levegős napkollektorokat akár házilag, otthon is elő lehet állítani, ami növeli a gazdaságosságot, azonban ezen szerkezetek hatásfoka, teljesítménye és megbízhatósága jóval elmarad a gyári rendszerek ugyanezen tulajdonságaitól.
A térképről leolvasható, hogy országunk területén belül maximum 5 %-os eltérés tapasztalható a legjobban és a legkevésbé napsütött tájak között, azaz a napsütötte órák számának tekintetében.
Napelem
A napelemek olyan napfénygyűjtő eszközök, amelyek a fénysugárzás energiáját képesek közvetlenül villamos energiává, azaz elektromos árammá alakítani. Erre azért képesek, mert a fény elnyelődése a napelem celláiban elektromosan töltött részecskéket hoz létre az eszközben, melyeket a szerkezetbe beépített elektrontér mozgásra késztet, ezáltal elektromosságot hozva létre.
A napelemek egy speciális fajtája a fotovoltaikus elem, mely nem csupán napsütésben, hanem árnyékban is képes áramot termelni.
A napelemekre minimálisan 25 év garanciát ad a legtöbb gyártó, valamint forgalmazó, de ez számos esetben, kimagasló minőség és szakszerű tervezés esetén a 40 évet is eléri.
A napelemek fajtái
Alapanyag szerint többféle napelemet különböztetünk meg: léteznek szilícium, valamint különböző félvezető és szerves anyagokból készült berendezések. A szilíciumon belül vannak egykristályos szilícium, polikristályos szilícium, és amorf szilícium napelemek.
Kinyerhető teljesítmény
A napelemekből kinyerhető teljesítmény meglehetősen sok összetevő függvénye. Hatással van rá többek között a fény beesési szöge, a megvilágítás intenzitása, valamint természetesen a napelemre csatolt terhelés is.
A fény intenzitását nem mi befolyásoljuk, hanem az éppen aktuális időjárás, azonban a másik két fent említett összetevő megfelelő tervezési munkával adott lakásra, házra optimalizálható.
Többfotonos technológia alkalmazásával, azaz apró lencsék használatával koncentrálható a napsugárzás, így a hatásfok 66%-ra növelhető, melynél a legkorszerűbb gáztüzelésű erőművek hatásfoka is gyengébb, ezek ugyanis maximum 55-60%-os hatásfokkal dolgoznak.
A napelem beépítése tulajdonságait tekintve kétféle lehet, fix vagy napkövető fajta.
Ahhoz, hogy egész nap maximális teljesítménnyel tudjuk gyűjteni a napsugarakat (természetesen az aktuális időjárás által behatárolt ez az időszak), a napkövető rendszer kiépítése szükséges. Ekkor ki kell építenünk egy mozgató elektronikát, mely mindig úgy mozgatja a szolár paneleket, hogy a napsugarak beesési szöge lehetőleg a merőlegeshez közelítsen, mert ilyenkor tudja a legtöbb napfényt elnyelni.
Ezzel szemben a fix beépített rendszereknél elegendő a ház tetőszerkezetét a napelemek tartójaként felhasználnunk. A fixen beépített rendszer, megfelelő tájolással természetesen, naponta 6 órán keresztül képes önmagába napfényt beszívni. Mindennek az alapja azonban a pontos mérnöki tervezés, ennek hiányában sokszor csupán kidobott pénz a fix beépítéses napelemes rendszer.
Háztartásainkban az elektromos berendezéseinket folyamatosan szeretnénk üzemeltetni, viszont a napelem a napsugárzás intenzitásának változatossága következtében nem tud folyamatosan energiát biztosítani. Erre a problémára az energiatároló pufferek alkalmazása jelenthet megoldást. A puffer egyfajta átmeneti energiatároló, melynek használatával a kevésbé napsütéses órákban is működtethetjük elektromos berendezéseinket.
A berendezéseink által termelt többletenergia hasznosításának másik útja az inverter alkalmazása. Az inverter egy olyan készülék, mely a napelem egyenáramát váltakozó árammá alakítja át, és visszatáplálja azt az elektromos hálózatba. Ez a megoldás hazánkban azonban egyelőre még nem megoldott.
A többletenergia visszatáplálása a hálózatba
A teljesítmény növelésének egyik módja sok apró lencse alkalmazása, amelyek a napfényt, a beesési szögtől függetlenül, a napelemekre koncentrálják.
Napkollektor
A napkollektor egy olyan szerkezet, mely a Nap energiájának felhasználásával termel hőt.
Ezt a szerkezetet, mely képes a Nap energiáját hőenergiává alakítani, Leggyakrabban lakások fűtésére, valamint víz melegítésére használják. Alkalmazható padlófűtési és falfűtési rendszerekkel kombinálva egyaránt, de ugyanígy helyettesíthető vele a melegvíz előállításához használt bojler, vagy akár medence vízének melegítéséhez is sikerrel használható.
A napkollektorok egyik legnagyobb előnye, hogy az energiaátalakítást magas hatásfokkal képesek véghezvinni, hátrányaként megemlíthetjük a kezdeti nagy pénzbefektetést, ami viszonylag hosszú idő alatt térül meg. Előnye továbbá még az is, hogy magas hőfokú vizet képes szolgáltatni, amit akár ipari felhasználásban is alkalmazhatunk, de az otthoni felhasználói fogyasztásban meglehetősen jól hasznosíthatjuk ezt a szerkezetet.
Sok esetben keverik össze a napkollektort a napelemmel, de a kettő már csak működési elvéből és alkalmazási területéből adódóan sem ugyanaz. Míg a napkollektor fő tulajdonságaként melegvíz szolgáltatást említhetnénk, addig a napelemet általában elektromos áram termelésére használják. Emellett a gyakorlati alkalmazások figyelembevételével elmondható, hogy a napkollektor nagyobb terület képes gazdaságosabban lefedni, mint a napelem, azaz jobban kifizetődő ma Magyarországon napkollektort használni, mint napelemet, valamint a befektetés megtérülési ideje is a napkollektornál kedvezőbb.
A napkollektor működési elve
A szerkezet külső részén található egy abszorber anyag, mely az egész rendszer egyik alappillére. Az abszorber az a kollektor, mely a nap felé fordítva veszi fel annak hőenergiáját, és a benne keringő hőcserélő folyadék segítségével juttatja el a fűtési rendszerbe. Ez a folyadék eléggé speciális, mert igen magasan található a forráspontja, valamint a fagypontja is jóval a folyadékok megszokott fagypontja alatt helyezkedik el. Ennek a speciális folyadéknak a hőmérsékletváltozását figyeli a rendszer automata ellenőrző szerkezet, és a megfelelően magas hőmérséklet elérésekor elindítja a folyadék keringetését a rendszerben. A folyadék először egy bojlerbe kerül egy szivattyú segítségével, melyben átadja a hőjét a bojlerben található víznek, és ebből a bojlerből lehet a lakások fűtésére, valamint melegvíz-ellátására a vizet használni.
A napkollektor működési elve
Mi most legfőképp a levegőcsöves és a vákuumos napkollektorral foglalkozunk, de vannak másmilyen típusúak is, mint például a gravitációs elven működő, vagy ennek továbbfejlesztett változata, a parabolás napkollektor, valamint a napkollektor-piramis, ezeket főleg ipari méretekben gazdaságos használni.
A napkollektor működési elve
Levegős napkollektor
A levegős napkollektor működési elve meglehetősen egyszerű, a napenergia hatására a napkollektoron átfújt levegő felmelegszik, ezt a meleg levegőt pedig azonnal fel lehet használni fűtési célokra, valamint melegvíz készítésére. Az azonnali felhasználáson kívül további előnyt jelent még, hogy nem szükség speciális hőcserélő folyadék, csupán a levegőt használja a rendszer hőcserélő közegként, így olcsóbb, mint a folyadékos rendszerek.
Ez az egyik leggazdaságosabb rendszer, egyes levegős napkollektorokat akár házilag, otthon is elő lehet állítani, ami növeli a gazdaságosságot, azonban ezen szerkezetek hatásfoka, teljesítménye és megbízhatósága jóval elmarad a gyári rendszerek ugyanezen tulajdonságaitól.
Sík napkollektor
Egymás mellé helyezett sík napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektor
Az egyik legnagyobb hatékonysággal üzemelő napkollektor a vákuumcsöves rendszerű. A szerkezet sajátossága, hogy viszonylag gyenge fényviszonyoknál, valamint hidegebb külső hőmérséklet esetén is akár 95°C hőfokúra tudja felmelegíteni a vizet, azaz zordabb időjárási körülmények között is nagy hatékonysággal üzemel.
A napkollektor vákuumcsövének működési elve
A levegős napkollektort azért kellett továbbfejleszteni, mert ebből még számottevő hő felhasználás nélküli távozását lehetett kimutatni, és ezt a problémát a vákuumcső segítségével lehet megoldani.
A vákuumcsőben egy rézcső található, mely összegyűjti a Nap által a Földre sugárzott hőenergiát, a csőben található vákuum pedig elszigeteli a környezettől az összegyűjtött hőt, ezáltal jobban tárolva azt.
A vákuumcsőben bárium található, ez biztosítja a vákuum fenntartását, mert a bárium megköti az esetlegesen felszabaduló gázmolekulákat. Így a csőben a hőmérséklet elérheti akár a 300 °C-ot is, szemben a sík, levegő hasznosítására épülő kollektoroknál tapasztalható 150 °C-kal.
További előnyük a sík kollektorokkal szemben az is, hogy a vákuumcsövek sokkal tovább képesek maximális teljesítményt nyújtani, mert a csövek 40-45°-os szögtartományban képesek hasznosítani a Nap sugarait, így nem kell hozzájuk forgatómotorokat szerelni, hogy kövessék a Nap pályáját.
Vákuumcsöves napkollektor
Napkollektorok hullámpala tetőn
Sokaknak azért nem jelentenek alternatívát a vákuumcsöves kollektorok, mert nagyon magasak az áraik. Ezzel kapcsolatosan tévhit, hogy az olcsóbban kapható, Kínában gyártott kollektorok is teljesen jól hasznosíthatóak. Ezek ugyanis nem képesek közel sem olyan teljesítményre, mint a minőségi gyárak termékei, valamint hasznos élettartamuk is jóval elmarad az utóbb említett termékekétől. Igaz, hogy egy minőségi vákuumcsöves napkollektor drágább, azonban ha megvizsgáljuk az ár/érték arányt, rövid időn belül rájöhetünk, hogy ez a jobb befektetés, még ha hosszabb idő alatt is térül meg.
A napkollektorok jövője
Mindenekelőtt érdemes elgondolkodnunk rajta, hogy a napkollektorok használatában mennyi kiaknázatlan lehetőség rejlik, hiszen egyre több alternatívát dolgoznak ki a mérnkök a hasznosításukra, valamint a használati lehetőségek, szerkezeti elérhető hatásfokok növelésére, és természetesen az előállítás költségeinek csökkentésére.
Az utóbbi években hatványozottan megnövekedtek a napkollektorokkal kapcsolatos kutatások, hiszen ez a technológia gazdaságos (nincsnek nagy kiadások a fűtőanyagokra, még hosszútávon sem), és természetesen környezetbarát. Nem bocsátanak ki a rendszerek semmilyen káros gázt, illetve semmilyen más mellékanyagot sem, mint ahogyan a hőerőművek, így elkerülhető lenne az üvegházhatás további erősödése, és talán valamilyen mértékben vissza is lehetne fordítani a folyamatot, ezzel segítve a Föld további létezését.
Léteznek már napenergiát összetetten használó rendszerek, egyelőre azonban még csupán kis számban. Ezek a rendszerek együttesen hasznosítják a napkollektorokat és a napelemeket, elősegítve ezzel a hatékonyabb működést mind a két szerkezetnek.
Ipari méretekben mindenképpen ezek az összetett rendszerek jelenthetik a napenergia jövőjét, mert nagy mennyiségű energiát tudnak előállítani, megfelelő hatásfokkal, mindezt egy helyre koncentráltan.
Háztartásokra, házakra, lakásokra lebontva sem elhanyagolható a különböző rendszerek jövőbeli elterjedése, hiszen a környezettudatosan élő, környezetüket óvó emebrek számára ez a szerkezet gazdaságos alternatívát jelent. A befektetés megtérülését követő első évben már hasznot termel a berendezés, hiszen nem kell többé az energiaszolgáltatónk fizetnünk a fűtésért, vagy éppen az elektromos áramért, csupán a terméset energiáit kell saját magunk, s otthonunk szolgálatába állítani.
vissza az oldal tetejére