15 LAKÁSOS TÁRSASHÁZ MELEGVÍZ IGÉNYÉNEK

Átírás

1 1 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR VEGYIPARI GÉPEK TANSZÉKE 15 LAKÁSOS TÁRSASHÁZ MELEGVÍZ IGÉNYÉNEK ELLÁTÁSRA SZOLGÁLÓ NAPKOLLEKTOROS RENDSZER KIVÁLASZTÁSA KÉSZÍTETTE: Varga-Fojtó Ágnes TERVEZÉSVEZETŐ: Tervezésvezető neve beosztása KONZULENS: Bokros István Mérnöktanár Miskolc, 2014

2 2 Tartalom 1. Bevezetés Megújuló energiaforrások Biomassza Napenergia Geotermia Szélenergia Vízenergia Egyéb megújuló energiák Az Európai Unió és Magyarország energiapolitikája Napenergia Hasznosítás módjai Passzív hasznosítás Aktív hasznosítás Magyarország és a napenergia Adottságok Felhasználás/termelés Napkollektorok Működés Hasznosítás Melegvíz előállítás napkollektorral Fűtés napkollektorral A napenergia felhasználása egy tizenöt lakásos társasházban Használati melegvíz-igény meghatározása Napkollektoros HMV termelő és fűtés rásegítő rendszer méretezése Fűtés rásegítés Szivattyú egység kiválasztás (HMV tárolók szolárkör) Szivattyú egység kiválasztás (Puffertárolók szolárkör) Szolár tágulási tartály méretezése Három-járatú szabályozó szelep méretezése Fűtési keringető szivattyúk kiválasztása Tágulási tartályok méretezése Kazán kiválasztás Befejezés Felhasznált irodalom... 55

3 3 1. Bevezetés Ma már ismert tény, hogy a fosszilis energiahordozók kifogyóban vannak.. Az emberiség már hosszú ideje keres más lehetőleg megújuló energiaforrásokat. Ennek oka nemcsak a rendelkezésre álló fosszilis energiaforrások szűkös volta, hanem azok felhasználásának jelentős környezetterhelése is. A fosszilis energiahordozók felhasználása a környezetünkben számtalan környezeti elemet károsít, melynek kapcsán világszerte törekednünk kell a légszennyezés vízszennyezés talajszennyezés üvegházhatás mértékének csökkentésére. Dolgozatom célja általánosan bemutatni a megújuló energiaforrások széles körét. Az általános bemutatás után részletesen elemezem a napenergia hasznosíthatóságát és annak módszereit, majd egy társasház példáján keresztül bemutatom a napkollektor választást.

4 4 2. Megújuló energiaforrások Megújuló energiaforrások alatt azokat az energiaforrásokat értjük, amelyek hasznosítása közben a forrás nem csökken, hanem azonos ütemben újratermelődik, vagy megújul. Ennek megfelelően legnagyobb előnyük a (szinte korlátlan) rendelkezésre állás. Természetesen, mint ahogy a későbbi bemutatás alapján világosan látható a rendelkezésre álló források nem minden helyen vannak jelen, nagyon függnek a természeti adottságoktól. Azonban szinte minden helyen van olyan forrás, amely használható. [1] [2] A megújuló energiaforrásokkal és az energiahatékonysággal kapcsolatos fellépés az éghajlatváltozás problémájának kezelése mellett az energiaellátás biztonságának fokozásához is hozzájárul majd, és elősegíti az EU energiaimporttól való egyre nagyobb mértékű függésének a korlátozását. Így számos új minőségi munkahely is létrejöhet Európában, és Európa megőrizheti technológiai vezető szerepét e gyors növekedéssel jellemezhető világméretű ágazatban. A megújuló energiaforrások megjelenésével és elterjedésével tehát nem csak a környezetszennyezés negatív hatásai kerülhetők el, hanem lehetőség nyílik az egyre bizonytalanabbá váló és dráguló energiahordozók importjának csökkentésére, elkerülésére is. [3] [4] [6] A megújuló energiaforrás számtalan szempontból képes hasznot generálni a társadalom számára, többek között a környezet minőségének javulása (az erőművek üvegházgáz kibocsátásának és a zajhatásoknak a csökkenése), az üzemanyag diverzitás növekedése, az energiaár-volatilitás gazdaságra kifejtett hatásának csökkenése, a nemzetgazdaságok biztonsága, a gazdaság termelőképességének, a GDP növekedésének formájában. [6] A megújuló energiákra épülő technológiák gyakorlati alkalmazásával elsősorban innovatív réspiacokon találkozhatunk, többek között a fogyasztói javak piacán, a telekommunikációs piacon, valamint az ún. remote/ off-grid piacokon. A megújuló energia-beruházások jelentősebb mértékű elterjedését mindezidáig számos tényező hátráltatta. A terjedéskor legnagyobb akadálynak számító magas költségek csökkenése a megújuló energiaforrásból származó előnyök (fenntartható természet, minimális szennyezőanyag-kibocsátás) széleskörű felismerésekor következhet be. [6] A hétköznapi értelemben vett megújuló energiaforrások közvetlenül vagy közvetett módon a Napból származnak. A napenergiát közvetlen módon három területen hasznosíthatjuk: napkollektorokkal a fűtés és használati melegvíz készítés területén, napelemekkel elektromos

5 5 áram előállításához mindkét esetben technológiai berendezésekről beszélünk - valamint az építészetben az ún. passzív napenergia-hasznosítással. Közvetett módon a napenergiából származik a szél, a víz, a biomassza, és a tenger hullámok energiája. Léteznek időjárástól függő (pl. nap, szél) és időjárás független (pl. geotermikus) megújuló energiaforrások. A megújuló energiák alapvetően másik forrása a geotermikus energia. [1] [5] A megújuló energia ma már világszerte a villamosenergia-termelés harmadik legnagyobb forrásának számít (a szén és a gáz után), és megvan a lehetőség a további előretörésre, annak minden későbbi környezeti és gazdasági előnyével együtt. [3] A megújuló energiaforrásokat a megújulás jellege alapján is lehet csoportosítani [7]. Ez alapján megkülönböztetjük a feltétel nélkül és a feltételesen megújulókat. Az első csoportba sorolható a nap-, a víz. a geotermikus- és a szélenergia. A feltételesen megújuló energiaforrásokhoz tartoznak a mezőgazdasági és a hulladékból származó energiák. A mezőgazdasági energia kategóriáján belül megkülönböztetjük a mezőgazdasági hulladékot, az energetikai célú ültetvényeket és a biogázt. A hulladék energiához tartozik a depónia gáz. valamint a hulladék elégetése során felszabaduló energia. [7] A megújuló energiaforrások forrása mellett azok felhasználása is igen sokoldalú lehet. Hagyományosan legfontosabb alkalmazási területük az alapvetően fűtési célú hőenergia termelés. Azonban az utóbbi időben azonban a villamosenergia termelés is hangsúlyossá vált, és a jövőben várhatóan fokozatosan jelentősebb szerepet kapnak a járművek üzemanyagaként való felhasználásban is. [1] Fontos azonban összehasonlítani a különböző megújuló energiaforrások hatékonyságát is (1.táblázat). A napenergia energiaátalakítási hatékonysága, vagyis az energia-átalakító rendszerből hasznosításra átadott energia és a rendszerbe érkező energia aránya, különösen a bioüzemanyagokkal összehasonlítva kiemelkedő értékeket mutat, annak akár szorosa is lehet. [8] Energiaátalakítás módja Etanol cukornádból Ottó motorba Elektromosság biomasszából elektromotorba Elektromosság nap cellából elektromotorba Energiaátalakítás hatékonysága a felhasználóig, % Energiaátalakítás hatékonysága utaskm-re vonatkoztatva, % 0,16 0,029 0,038-1,14 0,027-0,8 4,5-10,2 5,2-10,5

6 6 1.táblázat Megújuló energiaforrások hatékonysága [8] 2.1. Biomassza A biomassza valamely élettérben egy adott pillanatban jelen levő szerves anyagok és élőlények összessége. A biomassza a Föld felületén egyenetlenül oszlik el. A sarkok felől az egyenlítő felé az élőlények tömege, fajtáinak száma növekszik. Az éghajlattól függően eltérő az élővilág sűrűsége, vagyis a biomassza mennyisége a Föld egyes területein. [1] [7] Az energetikai célra hasznosított biomassza (legalább) kétféleképpen csoportosítható. Egyrészt az anyag halmazállapota szerint, másrészt pedig a keletkezési hely, vagy eredet szerint. Halmazállapot és egyben energetikai célú felhasználása szerinti fajtái [1] [7]: szilárd (jellemzően tüzelőanyagként használható fel): a biomassza tüzelésekor felszabaduló széndioxid mennyisége a felhalmozódás szempontjából semlegesnek tekinthető, mivel azt az újabban kinőtt növényzet megköti. folyékony (jellemzően tüzelő- és özemanyagként használható fel). A folyékony bioenergiahordozók legnagyobb előnye, hogy lényegesen nagyobb az energiasűrűségük, mint a többi bioenergiahordozónak. Nem csak tüzelőanyagként, hanem hajtóanyagként is felhasználhatók a hagyományos energiahordozók helyett, illetve azokkal keverve. A biodízel és a bioetanol használata során éppen annyi szén-dioxid szabadul fel. mint amennyit az alapanyagként szolgáló növény azt megelőzőleg megkötött. így egyik sem járul hozzá az üvegházhatás erősödéséhez. A kibocsátott szénmonoxid és a szénhidrogének mennyisége haszongépjárművek esetében jóval alacsonyabb, mint a hagyományos dízel használatakor. A korom mennyisége a felére, vagy még kevesebbre csökken. Meg kell azonban jegyezni, hogy egyes nemrégiben végrehajtott kutatások szerint a repceolaj felhasználásakor több káros anyag kerül a levegőbe, mintha hagyományos gázolajat alkalmaznánk. A bioüzemanyagok nagy része két csoportba sorolható be: a biodízel és az alkoholok csoportjába. o A biodízelt 70-80%-ban napraforgóból, repcéből, szójából és különböze pálmafajtákból állítják el ő általában sajtolással és oldószeres extrakcióval.

7 7 o Az alkoholt cukor, keményítő, vagy cellulóz tartalmú növényekből nyerik (pl.: cukornád, cukorrépa, kukorica, burgonya, búza. árpa. rozs. zab. rizs) fermentálással (erjesztéssel). gáznemű (jellemzően tüzelőanyagként használható fel). biogáz előállítására szinte minden szerves anyag alkalmas. így például a trágya, a zöld növények és az élelmiszeripari hulladékok. A szerves anyagot a fermentálás során oxigéntől elzártan, metanogén baktériumok jelenlétében kell tartani. A gyakorlatban a kiindulási anyag kb. 50%-a bontható le. Az előállításhoz szükséges hőmérséklet a jelenlévő baktériumtörzsek fajtájától függ. A szerves anyagok lebomlása biogáz reaktorban 2 óra alatt végbemegy, miközben ez a folyamat a szeméttelepeken akár évig is eltarthat. Származási hely szerint a biomassza lehet: elsődleges biomassza (vegetáció útján jön létre): a teljes földi növényzet, a napenergia felhasználásával, fotoszintézis révén keletkezik. másodlagos biomassza (állattenyésztés fő-és melléktermékei): az állati eredetű biomassza, mely alapvetően az elsődleges biomasszából keletkezik, annak lebontásával, majd újraépítésével. (különböző állati szerves trágyák) harmadlagos biomassza (feldolgozóiparok, valamint emberi életműködés termékei): a biomasszák feldolgozásával, illetve felhasználásával összefüggően keletkező biomasszaként kezelhető anyag, mely különböző idegen anyagokat is tartalmazhat (pl. élelmiszerés különböző szerves, humán eredetű hulladékok). [1] 2.2. Napenergia A nap sugárzása közvetlen (direkt) és közvetett (diffúz) módon jut el a Föld felszínére. Az energiaáramlás elektromágneses hullámok például látható fény vagy infravörös sugárzás formájában is történhet. Ez a konvekció és a vezetés mellett a harmadik fő hőközlési mód két objektum között, ami nem igényel közvetítő közeget. A Nap ilyen módon látja el energiával a Földet, hő és fény formájában, a Föld ilyen módon veszít hőt kisugárzással az űrbe [1][10]. A napenergia hasznosítás közvetlen módjai [1][7]: fotovillamos (aktív) hasznosításkor napelemek segítségével villamos energia állítható elő, amellyel közvetlenül, vagy tárolás után villamosenergia-

8 8 fogyasztóberendezések működtethetők. Már régóta alkalmaznak napelemeket villamos energia termelésre, azonban energiaátalakítási hatásfokuk igen alacsony, átlagban százalékát hasznosítja csak a rájuk eső napsugaraknak. Ezt az alacsony hatásfokot tovább rontja, hogy éjjel nem termelnek. hőenergia hasznosítás, amely passzív vagy aktív módon történhet: o passzív hasznosítás történhet az épületek megfelelő tájolásával, egyéb építészeti megoldásokkal. A napenergia hasznosítás legegyszerűbb módja. hasznosítás. Ehhez semmilyen berendezésre nincs szükség és gyakorlatilag többlet költséget sem jelent, csak az épületeket kell úgy tervezni és kivitelezni, hogy a legtöbb napenergiát hasznosíthassa. Az épület szerkezetének minél nagyobb hőtároló kapacitással kell rendelkeznie, valamint jó hőszigetelésű és déli tájolású nagy ablakok szükségesek. Megfelelő tájolással kialakíthatók napfalak és napcsapdák, amelyek a téli gyenge napsugárzást minél nagyobb mértékben képesek hasznosítani, a nyári nagyobb melegben azonban ezt elkerülik. o aktív hasznosítás esetén napkollektor, valamint gépészeti eszközök segítségével vizet melegítünk fel a napenergia segítségével (használati melegvíz készítés, fűtésrásegítés). Az aktív felhasználások közül a hőenergia termelést szolgáló napkollektorok alkalmazásában elterjedt a sík-kollektoros rendszer, amelyet elsődlegesen hőenergia előállítására alkalmazzák néhány megawattos nagyságrendben.

9 9 1. ábra Az aktív napenergia hasznosítás elve [1] A napkollektoros rendszerek megfelelő kialakítás mellett a használati melegvíz előállítás és az esetenkénti fűtés rásegítés mellett a nyári időszakban az épületek hűtésére és légkondicionálására is alkalmassá tehetők (abszorpciós hűtés). További közvetlen napenergia hasznosítási lehetőséget jelent a koncentrált naperőművek (CSP) létesítése, amelyek nagyméretű tükrök segítségével fókuszálják a napsugárzást egy központi hőfejlesztő berendezésbe, és a termelt hő gőzturbinák segítségével villamosenergiaelőállítását teszi lehetővé. Ezek a rendszerek főként az egyenlítőhöz közeli területeken jelentenek gazdaságos energia előállítási lehetőséget, ahol a napsütéses órák száma a magyarországinál lényegesen nagyobb. [1] 2.3. Geotermia A geotermikus energia alapja a Föld belsejében termelődő és tárolódó hő. A geotermikus energiatermelés a Föld mélyén rejlő hő hasznosítását jelenti. A Föld középpontjának hőmérséklete kb C. a hő a magmából és az elnyelt napsugárzásból származik. A földhő legelőnyösebb jellemzője a többi megújuló energiafajtával szemben, hogy állandóan rendelkezésre áll, független a meteorológiai körülményektől, rugalmasan alkalmazható

10 10 (alapteljesítményre ugyanúgy, mint az igények maximumának idején csúcsteljesítményre). [7][10] A kitermelt geotermikus energia hasznosítása igen változatos: alkalmazzák belső terek fűtésére, melegvíz-szolgáltatásra, termálfürdőkben, ipari célokra és a mezőgazdaságban. A termálvíz fűtési és melegvíz-szolgáltatási hasznosítása kommunális, de a mezőgazdaságot (pl. növényházak, fóliaházak, baromfitelepek, istállók, stb. fűtése) is érintő terület. Ez utóbbi ágazatban lehetőség nyílik speciális alkalmazásokra a fűtési időszakon kívül is (terményszárítás, haltenyésztés). A geotermikus energiahasznosítás újabbnak számító, még részben kutatott területe a földalatti forró kőzetek hőjének a felszínről lejuttatott hőhordozó közeg segítségével való kivonása.[1] A direkt hasznosítás mellett a geotermiára alapozott hőellátás egyik speciális fajtája a hőszivattyú, ami az eltérő hőmérsékletű közegek között mozgatja a hőt villamosenergiafelhasználás mellett. [7] A hőszivattyúk lehetséges hőforrásai: Levegő Talajvíz Földkollektor Földszonda Hulladékhő 2. ábra A földhő elvi hasznosítása [10]

11 11 Ahhoz, hogy a geotermikus energiát villamosenergia-termelésre használjuk, előfeltétele hogy a primerenergia-forrásként szóba jöhető geotermikus energia megfelelő hőmérsékletű, entalpiájú fluidummal kerüljön felszínre, és kellően koncentráltan és kellő mennyiségben álljon rendelkezésre. [10] Bizonyos esetekben - az ún. pozitív kutaknál - a hőt hordozó folyadék beavatkozás nélkül jut fel a nagy gáztartalomnak és a nagy rétegnyomásnak köszönhetően. A negatív kutakból gépi segítséggel kerül a folyadék a felszínre. Az utóbbi esetében többféle eljárás is alkalmazható. [7] Az egyik eljárás során a hőhordozó közeget - melynek halmazállapota folyékony és gáz is lehet - mélyfúrásokon keresztül hozzák fel a felszínre. Az energiahasznosítás másik módszere, ha a földkéregbe fürt résekbe folyadékot juttatnak, mely a forró kőzetek hatására felmelegszik, majd egy másik fúráson keresztül visszajut a felszínre. Miután hőtaitalniát hasznosították, visszajuttatják a folyadékot. így nem keletkezik elfolyó víz. [7] A 130 C foknál alacsonyabb hőmérsékletű hőhordozót hőszolgáltatásra, használati melegvíz készítésre, fűtésre, valamint termál-fürdők üzemeltetésére használják. Ennél magasabb hőmérsékletű hőhordozó esetén a geotermikus energia erőművek üzemeltetéséreis alkalmas. [7] 2.4. Szélenergia A szél a légkörben kialakuló nyomáskülönbségek hatására jön létre. A légkör alsó rétegeiben végbemenő légmozgást a Nap sugárzó energiája hozza létre. A felmelegedett levegő ritkább, ezáltal felfelé emelkedik és helyébe hidegebb levegő áramlik. [11] A szélenergiát ipari méretekben az országos villamos hálózatra termelő szélerőművek hasznosítják. Emellett számos helyen megfontolandó kis teljesítményű (100kW alatti) szélgenerátorok vagy szélmotorok alkalmazása helyi energiaigények kielégítésére (pl. tanyavillamosítás, öntözési rendszerek, vízszivattyúzás stb.) A szélenergia potenciál tér- és időbeli eloszlását igen nehéz meghatározni, a pontos értékekhez hosszú idejű mérésre van szükség minél több helyen és magasságban. A kihasználható szélenergia mennyiségét a méréseken alapuló számításokkal és becsléssel lehet megállapítani. [1] A hasznosítás során a szél egy turbinát forgat, ami a mozgási energiát mechanikai munkává alakítja, melyet gépek, szivattyúk és villamos-generátorok hajtására lehet

12 12 felhasználni. A szélturbinák költséghatékonyak és kevés karbantartást igényelnek. A hasznosításra kb. 7.2 km h (2 m/s) feletti szélsebesség esetén van lehetőség. A kisebb sebességű szelet (kb. 20 km/h-ig) vízszivattyúzásra és helyi áramfejlesztésre, a közepes sebességűt (21-31 km/h) helyi villamosenergia-termelésre, a nagysebességűt (31 km/h felett) pedig széleröművekben történő villamosenergia-termelésre használják fel. [7] A szélerőművek telepítésének sajátos természetvédelmi szempontjai vannak, melyet a telepek kijelölése során figyelembe kell venni. A szélenergia egyedi sajátossága a többi megújuló energiatermelési módhoz képest, hogy a változó szélsebesség miatt a megtermelt energia mennyisége ingadozik. Az áram tárolása nehézkes, márpedig így a termelést az éppen aktuális villamosenergia-igényhez kell igazítani, ami különböző módokon lehetséges. A szélerősség változékonysága két részre bontható problémát jelent [7]: a szélerősség előrejelzése bizonytalanságot hordoz magában, és a szélerősség nem igazodik az igényekhez: néha aránylag hosszabb ideig egyáltalán nem fúj a szél, vagy adott esetben völgyidőszakban az igényekhez képest magasabb a termelés szintje. Napjainkban egyre nagyobb teljesítményű szélerőműveket gyártanak és telepítenek. Az egyre nagyobb méretű turbinák gyártását az anyagtudomány rendkívül gyors fejlődése teszi lehetővé. A nagy előrelépést a repülőgépekben is használt üvegszál-kompozit anyagok alkalmazása jelentette. A fejlesztéseknek köszönhetően a szélerőművek teljesítménye és hatásfoka egyre nő. [11]

13 13 3. ábra Szélgenerátor felépítése [11] A szélenergia hasznosításakor semmiféle szennyező anyag nem kerül a környezetbe. [7] 2.5. Vízenergia A Földön található víz a Napból származó hatalmas energia következményeként örökös körforgásban van. Föld tengereinek a felszínét érő napsugárzás hatására a víz elpárolog, és a magasba emelkedik. A magasabban uralkodó hidegebb hőmérséklet hatására a vízpára ismét folyékony halmazállapotúvá válik (kondenzálódik), és felhővé egyesülnek. A levegő mozgásának a hatására a felhők nagy távolságot tehetnek meg, míg a nehézségi erő hatására a víz eső formájában ismét a Földre hullik. A szárazföldre jutó eső patakok, folyók formájában a magasabb helyről az alacsonyabban fekvő tengerekbe áramlik, hogy a körforgás újra kezdődhessen. Ez a földfelszínen áramló víz mozgási és helyzeti energiája az, amit vízenergiának tekintünk és hasznosítunk. Bár a párolgás-lecsapódás körforgási energiaátalakulása az így tekintett vízenergiának sokszorosa, mai ismereteink szerint kihasználhatatlan, de még az elméletileg hasznosítható vízenergiának is csupán néhány százalékát tudjuk hasznosítani [10] [11]. A víz energiáját az emberiség már a történelmi időkben is használta. A régi kultúrákban a vízkerekeket alkalmazták a mezőgazdasági területek öntözésére és ivóvíz ellátásra. A vízenergia hasznosítás reneszánsza 1830-tól köszöntött be, ekkor jelentek meg az első

14 14 vízturbinák és szorították ki a vízkerekeket. A turbinák a nagy esésű és nagy energiájú vizet is tudták hasznosítani, és 1866-tól egy generátor segítségével villamos árammá tudták alakítani mozgási energiájukat. [1] 4. ábra Vízturbina energiaátalakításának elve [10] A vízenergiát alapvetően az alábbi módon hasznosíthatjuk (az erőművek felépítése az alábbi ehet): Folyami vízerőmű - A folyókra telepített, azok mozgási energiáját hasznosító, általában közepes teljesítményű erőművek. A folyók energiájának hasznosítása (folyami vízerőművek): vízfolyás hasznosítható potenciális energiájának növeléséhez csökkenteni kell az áramlási veszteséget, ami a sebesség, valamint a súrlódási ellenállás mérséklésével érhető el. Ebben nagy szerepe van a folyószabályozásnak és a vízépítési műtárgyaknak, különösen a duzzasztásnak, ami lelassítja a vízfolyást. [11] A folyókra épült erőművek alfajtái: o átfolyós vízerőművek o tározós vízerőművek

15 15 o szivattyús tározós vízerőművek Gát erőmű - gát által felduzzasztott folyó vizének helyzeti (potenciális mozgási) energiáját hasznosító erőmű. Hatalmas beruházást igényel, ezáltal olyan helyre érdemes telepíteni, ahol a víz esési magassága nagy, és hozama legalább közepes. A legnagyobb vízerőművek ebből a típusból kerülnek ki. Árapály erőművek: A szelek által keltett tengeri hullámzást is használhatjuk energiafejlesztésre, ami hívható a napenergia közvetett kiaknázásánák is. Hullámok kialakulásának részletei meg több tekintetben tisztázatlanok, a szél hatásán kívül a vízmélységnek is jelentıs a szerepe [11] Technikailag a legjobb (90-95%-os) hatásfokkal a víz potenciális energiáját tudjuk mozgási energia formájában hasznosítani. [11] A vízenergiát hasznosító létesítmények nagyságuk szerint lehetnek[1]: Törpe vízerőmű: - Teljesítménye nem haladja meg az 1MW-ot. Jelentős részük korábban malomként funkcionált, ezeket később bővítették ki a generátorral. Ezek a kis berendezések rendkívül vízállás-függők, alacsony vízállás esetén általában leállítják őket. A régi törpe-erőművek szinte kizárólag vízkerékkel üzemelnek. Kis vízerőmű: Teljesítményük 100 kw-25 MW közötti. Környezetre káros hatásuk szinte nincs, létesítésük gyakran vízrendészeti szándékból vetődik fel. Nagy vízerőmű: Teljesítményük nagyobb 25 MW-nál. A nagy vízerőművek többsége környezeti gondokat vetett fel, többnyire nem illesztették sikeresen a természeti környezetbe, de létesítésükkel több vízrendészeti, árvízvédelmi feladatot megoldottak. A gát erőművek speciális alkalmazási területe a villamosenergia-tárolás. Ezt speciális szivattyú-turbina berendezésekkel valósítják meg. Éjszaka, amikor az áram átvételi ára alacsony, illetve a villamosenergia-fogyasztás a lehetséges termelésnél kevesebb, villamos áram többlet keletkezik az elosztóhálózaton. Ilyenkor ezeknél a gátaknál a szivattyúk felszivattyúzzák a vizet, mely majd a nappali csúcsidőszakban termel majd áramot a generátoron. A megoldás nem veszteségmentes, de egyre több villamos hálózaton alkalmazzák, ahol erre a természeti és földrajzi adottságok rendelkezésre állnak. A világ állandóan növekvő villamosenergia-igényével a vízierőmű-építés sem gazdaságosság, sem energetikapotenciál terén nem tud lépést tartani, aminek következtében a

16 16 vízierőművek részaránya az 1960-as évektől fogva fokozatosan csökken. Bár még nagyon sok vízerőmű fog épülni, részesdésük a villamosenergia-termelésben állandóan csökkeni fog.[11] 2.6. Egyéb megújuló energiák A tengerparttal rendelkező országok számára az apály-dagály, a tengeri hullámok és a tengerek hőjének hasznosítása is megújuló energia hasznosítási lehetőség. [1] A jövő legígéretesebb másodlagos szekunder energiahordozóinak a hidrogén és a metanol látszanak, természetesen a villamos energia mellett. [1] 2.7. Az Európai Unió és Magyarország energiapolitikája Sokat hangoztatott tény, hogy a megújuló energiák jelentik a világ energiaellátásának jövőjét. Röviden szeretném bemutatni, hogy milyen irányelvek szerint történik a fosszilis energiahordozók kiváltása. Megújuló energiaforrásokkal ma jellemzően drágábban lehet csak energiát termelni, mint a hagyományos", piacérett technológiákkal és nagyobb energiasűrűséggel jellemezhető fosszilis energiahordozókkal. Fontos azonban, hogy ez csak a közvetlenül kimutatható, ún. belső költségek összehasonlítása és a fosszilis energiahordozók jelenlegi ára alapján állítható. A fenntartható fejlődés szempontjai - amely mellett az Európai Unió tagállamai is elkötelezték magukat - azonban megkövetelik, hogy a hagyományos energiahordozók megítélésénél figyelembe vegyük azokat a költségelemeket is, amelyeket egy harmadik fél vagy a társadalom fizet, és amelyek egyelőre nem jelennek meg az árakban (ún. negatív externális vagy társadalmi költségek). [12] Az energiapolitika célja, hogy a magyarországi megújuló energiafelhasználás részaránya a magyar gazdaság versenyképességét elősegítve, az ország adottságainak és a mindenkori pénzügyi teherbíró képességének megfelelően növekedjen. A megújuló energiahordozók részarányának növelése egyszerre csökkenti Magyarország importfüggőségét és hozzájárul a fenntartható fejlődés feltételeinek megteremtéséhez, a környezet-, természet- és klímavédelmi célok teljesíthetőségéhez. [13] A magyarországi adottságok alapján megújuló energiaforrások közül elsősorban a biomassza, a bioüzemanyag és a földhö (geotermikus energia), valamint Magyarország bizonyos területein a nap- és szélenergia hasznosítása jelenthet komoly lehetőségeket. Uj

17 17 elemként jelenhet meg a vízenergia hasznosítás, elsősorban az un. törpe vízerőművek tekintetében. Magyarországon jelentős tartalékok rejlenek a biomassza használatában, de a tervezés és kivitelezés során a legmesszemenőbben figyelembe kell venni az összes lényeges környezeti és fenntarthatósági szempontot is, különösen a dendromassza energetikai célú hasznosítása vonatkozásában. Ennek keretében kiemelt figyelmet kell fordítani az extenzív mező- és erdőgazdálkodásból származó biomasszatermelésre, mivel ezek esetében a környezet- és természetvédelmi és fenntarthatósági szempontok magasabb szinten érvényesülhetnek. Az intenzív biomassza előállítás kérdéseinek (talajhasználat, műtrágyázás és az invazív fajták alkalmazása), illetve a jövőben bekövetkező gazdasági és technológiai változásokhoz való alkalmazkodás féladatainak megfelelő megoldása érdekében, a jogi és közgazdasági keretek kialakításakor alkalmazható, átfogó, részletes környezeti szempontrendszer kidolgozására van szükség a jelenleg kidolgozás alatt lévő megújuló energiára vonatkozó új EU irányelv figyelembevételével. A magyarországi adottságok alapján megújuló energiaforrások közül elsősorban a biomassza, a biotlzemanyag és a földhö (geotermikus energia), valamint Magyarország bizonyos területein a nap- és szélenergia hasznosítása jelenthet komoly lehetőségeket. Uj elemként jelenhet meg a vízenergia hasznosítás, elsősorban az un. törpe vízerőművek tekintetében. Magyarországon jelentős tartalékok rejlenek a biomassza használatában, de a tervezés és kivitelezés során a legmesszemenőbben figyelembe kell venni az összes lényeges környezeti és fenntarthatósági szempontot is, különösen a dendromassza energetikai célú hasznosítása vonatkozásában. Ennek keretében kiemelt figyelmet kell fordítani az extenzív mező- és erdőgazdálkodásból származó biomasszatermelésre, mivel ezek esetében a környezet- és természetvédelmi és fenntarthatósági szempontok magasabb szinten érvényesülhetnek. Az intenzív biomassza előállítás kérdéseinek (talajhasználat, műtrágyázás és az invazív fajták alkalmazása), illetve a jövőben bekövetkező gazdasági és technológiai változásokhoz való alkalmazkodás féladatainak megfelelő megoldása érdekében, a jogi és közgazdasági keretek kialakításakor alkalmazható, átfogó, részletes környezeti szempontrendszer kidolgozására van szükség a jelenleg kidolgozás alatt lévő megújuló energiára vonatkozó új EU irányelv figyelembevételével. [13]

18 18 A jelenlegi energiapolitika 2020-ig tartalmaz tervezetet, amely tartalmazza a megújuló energiaforrásokkal kapcsolatos indikátorok célértékét (1.táblázat). Indikátor megnevezése Mértékegység Célérték 2020-ra A megújuló energiaforrások mennyisége PJ A megújuló energiaforrásokból termelt villamos energia GWh mennyisége Biomasszából előállított bioüzemanyagok mennyisége PJ 19,6 2. táblázat Energiapolitikai indikátorok

19 19 3. Napenergia Dolgozatomban részletesen a napenergiával kívánok foglalkozni. A Nap gáznemű, gömb alakú, kb. másfél millió km átmérőjű sugárzó test, melynek külső felülete közel 6000 K hőmérsékletű. A napsugárzás energiahozamát napállandóval adjuk meg, amely a Nap-Föld közepes távolságban levő, a sugárzásra merőlegesen álló, egységnyi felületre, egységnyi idő alatt bejutó energia nagyságát adja meg, értéke [11]: W 1853 m 2 A légkör határát elérő közvetlen (direkt) sugárzás energiatartalma jelentősen csökken légkörben megtett útja során: részben elnyelik, részben megtörik, részben visszaverik a légkör részecskéi. A direkt sugárzás egy része rendezetlen irányú, szórt (diffúz) sugárzássá alakul. [11] Ahogy azt az 5. ábra is mutatja a Föld atmoszférájába a nap sugárzásának csak egy része jut el, körülbelül egynegyede visszaverődik a legkörbe érés előtt. A direkt sugárzás, amely a leghatékonyabban hasznosítható, ez a nap energiájának körülbelül 1/3-a. 5. ábra A Napsugárzás energiamérlege [10] A földfelszínre jutó sugárzás intenzitására a felhősödés van a legnagyobb hatással. A különféle időjárási viszonyok más és más mértékű felhősödéssel járnak, s így különféle intenzitást eredményeznek[11]:

20 20 erősen felhős időben: W/m gyengén felhős, átlagos időben: derült, nyári idő esetén: W/m 2 W/m A Nap sugárzásának és a Föld felszínének kölcsönhatásából már önmagában is egy sor természetes átalakulási folyamat jön létre. A Napból érkező és hővé átalakult sugárzási energia nagy részével környezetünkben újra találkozunk:a napsugárzás a levegőt, a talajt és a felszíni vizeket újra és újra felmelegíti és így azokat megújuló energiaforrásokká teszi. [14] A sugárzás egy másik része biokémiai folyamatok eredményeképpen biomasszává (növényekké) alakul át. Ide tartoznak a fosszilis energiahordozók, azaz a szén, olaj és földgáz is, amelyeket szintén ilyen módon tárolt napenergiának kell tekintenünk, noha ebben az esetben ez a folyamat évmilliókkal ezelőtt zajlott le, és ezek az anyagok azóta nem vesznek részt a természetes körforgásban. A Nap sugárzási energiájának egy viszonylag kis része széllé, csapadékká és hullámokká alakul át. Ezeken a folyamatokon már régóta hasznosított energiaátalakítási módszerek alapulnak, mint például az áramló víz vagy a szél energiájának mechanikai vagy elektromos energiává való átalakítása. [14] 3.1. Hasznosítás módjai A napenergia hasznosításának mindmáig legelterjedtebb eszköze a sík napkollektor, amelyet kiterjedten használnak lakóházak és középületek melegvíz-ellátására, valamint fűtéskiegészítésre. Magyarországon Bucsa községben (Karcag közelében) épült az első bioszolár napház, amely csak passzív elemeket tartalmaz (az épülettömbbe jeleli oldalról integrált naptér. különböző hőtároló elemek és korszerű, jó hőszigetelésű falak és nyílászárók vannak beépítve). Az alkalmazott passzív eszközökkel a hagyományos fűtési költségek40-60%-a megtakarítható. [11] Az utóbbi évtizedekben egyre nagyobb teret hódít a szolár-hidrogén technológia. A napsugárzás energiáját napelemekkel alakítják át villamos energiává, majd az így előállított egyenárammal elektronikus berendezést működtetnek. A vízbontásból nyert hidrogén többféleképpen felhasználható. A tiszta hidrogén levegőben elégethető és hőtermelésre felhasználható. [11]

21 21 A napenergia hasznosítására alapvetően háromféle módszert alkalmaznak: a biológiai hasznosítás során a fényt növényi energiahordozók előállítására használják, a termikus hasznosítás alatt a sugárzás hőenergiává való alakítását értjük, a fotovillamos hasznosítás pedig az elektromágneses sugárzás elektromos árammá történő átalakítását jelenti. [7] Más megközelítésben a napenergia közvetve és közvetlenül is hasznosítható. A közvetett hasznosítás valójában a biomassza, a szél-, a víz- és a geotermikus energia kiaknázása. A közvetlen napenergia hasznosítás fogalma magában foglalja a fotovillamos hasznosítást, amivel villamos energia termelhető, illetve a hőenergia hasznosítást, ami során a hőt aktív és passzív módon is elő lehet állítani. [7] Passzív hasznosítás A napenergia passzív módon történő hasznosításakor az épület tájolása, az árnyékolási megoldások és a felhasznált építőanyagok a meghatározóak. Cseppet sem újszerű ötletekről van szó. Már a népi építészetben is megfigyelhető, hogy a tornácos házak tetőszerkezete olyan kialakítást kapott, mely a laposan érkező téli napsugárzást beengedi az ablakon, de a meredeken tűző forró nyári nap elől leárnyékolja az ablakot. Alapjában véve passzív napenergia-hasznosító a legtöbb épület. Tudatos tervezéssel, a környezeti adottságok kihasználásával, megfelelő tájolással, anyaghasználattal és építészeti kialakítással a Nap melegítő hatását és a napenergiában rejlő lehetőségeket fokozott módon ki lehet aknázni. A napsugárzás az épületek homlokzati felületein, a tetőszerkezet felületein, és a nyílászárók felületein keresztül hővezetéssel, vagy hősugárzással kisebb-nagyobb mértékben mindig csökkenti az épületek fűtési hőigényét. A passzív napenergia-hasznosítás során az építészet sajátos eszközeivel tudatosan törekszünk arra, hogy a fűtési hőszükségletet minél nagyobb mértékben napenergiából fedezzük. A helyiség temperálására tervezett passzív napenergia-hasznosítás nem, vagy csak kis mértékben érinti az épület fűtőberendezésének teljesítő képességét. A fűtőberendezés teljesítményét a méretezési hőszükségletnek megfelelően kell megtervezni figyelembe véve azt a tényt,hogy napenergia hasznosítás bizonyos időszakban egyáltalán nincs. A hasznosítás alapvető kritériumai [10]: A benapozás biztosítása, vagyis a napsütés elérje a szerkezetet. A szerkezet legyen alkalmas a napsugárzás hasznosítására. A hasznosító legyen képes a hőenergia elosztására térben és időben.

22 22 A passzív-napenergia hasznosító épületeket a működési elvük alapján három csoportba sorolhatjuk [10]: 1. Az ún. közvetlen hasznosítású épületek. A napsugárzási energia közvetlenül a fűtendő térben nyelődik el, és a meleg padlószerkezeten felmelegedett levegő közvetítésével, valamint a padló sugárzásával alakul ki a megfelelő környezeti hőmérséklet. 2. Az ún. hasznosító tömegfalas épületek. A tömegfal nagy falvastagságú, és nagy hőtároló képességű szerkezet, amely elválasztja a lakott teret a külső tértől, ami bizonyos védelmet jelent, de a helyiség használata szempontjából előnytelen, nehezíti az épület építészeti kialakítását. 3. Az ún. hasznosító előtét üvegházas épületek. Az előtét üvegház önálló energetikai egység, amely nagy üvegfelületein keresztül jelentős napenergiát képes elnyelni, amely a kapcsolódó fűtendő térben könnyen hasznosítható. Természetesen napsugárzás nélkül nagy a hővesztesége is, így állandó lakótérként való használata korlátozott. A járulékos tér a fűtendő helyisége hőszigetelését is jelenti, amely összeadódik a lakott tér határolójának hőszigetelő képességével. Az üvegezett tér jelentősen csökkenti a szél hatását, és előfűtött levegője csökkenti a szellőztetési hőigényt Aktív hasznosítás Az aktív napenergia hasznosítás során aktív hasznosító eszközökkel alakítjuk át a Nap energiáját végenergiává. Az aktív napenergia hasznosításnak két alapvető fajtája terjedt el. Az első esetben a Nap energiáját egy berendezésben (a napkollektorban) közvetítő közeg segítségével hőenergiává alakítjuk át, amelyet épületgépészeti eszközökkel hasznosítunk, ezek az ún. napkollektoros rendszerek. A második esetben pedig a Nap energiáját közvetlenül elektromos energiává alakítjuk át a berendezésben (a napelemben), amelyet elektrotechnikai eszközökkel hasznosíthatunk. Ezek az un. napelemes rendszerek.[10] 3.2. Magyarország és a napenergia Adottságok Magyarország a szoláris éghajlati felosztás szerint a mérsékelt övben helyezkedik el a 45 45' és a 48 35' északi szélességek között, amely nagyjából az Egyenlítő és az Északi-sark

23 23 közötti középhelyzetnek felel meg. Ez a csekély 3 -ot sem elérő szélességkülönbség nem okoz markáns éghajlati eltéréseket. Ehhez hozzáadódik, hogy az ország felszínének több mint fele 200 méternél alacsonyabb tengerszint feletti magasságú és a 400 méternél magasabb területek nagysága nem éri el a 2 %-ot. így az ország éghajlata meglehetősen egysíkú, azonban a kis kelet-nyugati szélesség és az orografikus tényezők nem teljesen hatástalanok. [10] Éghajlata a hűvös éghajlatok tartományban a hosszabb meleg évszakú kontinentális éghajlati altípusba tartozik. Az évi hőmérsékletingás jelentős, a négy évszak élesen elkülönül. Emellett jellemző a hőmérséklet szeszélyes időbeli alakulása, az egyes évszakok, hónapok időjárásának nagy változékonysága. Csapadékellátottságára is a változékonyság jellemző, mely csapadék nagyobbik része a nyári félévben hullik. A szárazsági index, jellemző választó vonala, a humid és arid területeket egymástól elhatároló l-es érték ezen az éghajlati területen halad át. így a zóna a nedves és száraz éghajlatú területek közötti átmenetet reprezentálja. [10] A Napból Magyarország felszínére jutó globális sugárzás évi összege az ország területének túlnyomó részén MJ/m 2 értékű. A legtöbb besugárzás a Duna-Tisza közének középső területén, valamint az Alföld középső és keleti részein tapasztalható (6. ábra). A legkevesebb besugárzásban az Alpokalja és az Északi-középhegység részesül, ahol a besugárzás évi összege alig éri el a 4100 MJ/m2-t. Ennek oka. a földrajzi szélesség változása, amely a mérsékelt öv középső területein befolyásolja legérzékenyebben a besugárzás évi mennyiségét. Az ország területének 3 -os észak-déli kiterjedése MJ/m2 sugárzáskülönbséget jelent. [10] Globálsugárzás alatt a Napból érkező közvetlen sugárzás valamint az égbolt minden részéről érkező szórt sugárzás összegét értjük. Magyarországon a legtöbb besugárzás a Tiszántúl déli területein tapasztalható, Szeged környékén ez az érték eléri a MJ/m 2 értéket is. Emellett a globálsugárzás nagy területeken meghaladja a 4500 MJ/m 2 -t. Legkevesebb besugárzásban az Északi-középhegység térsége részesül, itt helyenként 4300 MJ/m 2 alatti globálsugárzás összegek is előfordulnak. [15]

24 24 6. ábra A globálsugárzás (MJ/m2) átlagos évi összege Magyarországon ( ) [15] 7. ábra A globálsugárzás átlagos havi értékei Magyarországon az közötti időszak alapján [15] Júliusban kapjuk a legtöbb besugárzást - ugyan júniushoz képest ebben a hónapban a nappalok már valamivel rövidebbek, s a Nap delelési magassága kisebb, viszont a felhőzet mennyisége csekélyebb, mint nyár elején. A nagy (az évben a legnagyobb) borultság és a rövid nappalok miatt decemberben a legkisebb a besugárzás. [15] Összefoglalva azt mondhatjuk, hogy Magyarország földrajzi és klimatikus viszonyait figyelembe véve, a napenergia-asznosítás hatékony időszaka a március-október időszakra tehető. [16]

25 25 A másik tényező, amely szintén befolyásolja a besugárzás területi eloszlását, a felhőzet mennyisége. Szoros az összefüggés a besugárzás mennyisége és a borultság mértéke között. Magyarországon a felhőzet nagysága a besugárzásnak még a földrajzi szélességnél is döntőbb tényezője. [10] 8. ábra A felhőborítottság átlagos havi értékei Magyarországon az közötti időszak alapján [15] 9. ábra Az évi átlagos napfénytartam (óra) Magyarországon az közötti időszak alapján [15]

26 ábra A napfénytartam átlagos havi értékei Magyarországon az közötti időszak alapján Napfénytartamon azt az időtartamot értjük, ameddig a felszínt közvetlen sugárzás éri. A napfénytartamot befolyásoló tényezők a csillagászatilag lehetséges napfénytartam, a domborzat valamint a felhőzet - ez utóbbi a napsütést még a besugárzásnál is erősebben befolyásolja. Magyarországon napfényes órákban legszegényebb időszak a december, míg a maximális napfénytartam júliusban alakul ki. [15] Magyarországon a legtöbb, 2000 óra fölötti évi napsütés a déli, délkeleti országrészben jellemző, míg a legkevésbé napos területek az ország északi, északkeleti részében valamint az Alpokalján jelennek meg 1800 óránál is kevesebb évi napfényösszeggel. Télen magasabb hegyvidékeink másfélszer annyi napfényes órában részesülnek, mint az alföldi területek, mivel télen gyakoriak az olyan inverziós helyzetek, amikor az alacsonyabban fekvő vidékeket megülő ködből magasabb hegyeink kiemelkednek, és zavartalan napsütésben részesülnek. Nyáron ellenben a hegységek borultabb, csapadékosabb időjárása miatt mintegy 10 százalékkal kevesebb a napsütéses órák száma az alacsonyabb fekvésű sík fekvésű területekhez viszonyítva. [15] A legtöbb besugárzás júliusban jut a felszínre annak ellenére, hogy a nappalok ebben a hónapban már valamivel rövidebbek. A Nap delelési magassága kisebb, viszont a felhőzet mennyisége csekélyebb, mint júniusban. A legkisebb besugárzás decemberben mérhető a nagy borultság és a rövid nappalok miatt. A napsütése órák számát a 10. ábra mutatja. [10]

27 27 Egyes számítások szerint, figyelembe véve, hogy csak a kedvező területekre érdemes napkollektorokat telepíteni, éves szinten maximum majdnem 500 MWh éves villamosenergiatermelési potenciál rejlik a napenergiában. [17] Felhasználás/termelés 3. táblázat Hazai fotovillamos potenciál [17] A napenergia piac bemutatása előtt röviden érdemes áttekinteni, hogy milyen nagyságrendű a megújuló energiák felhasználása. (A diagramok a KSH adatai alapján készültek [18].) Legnagyobb arányban a biomassza és hulladék hasznosítása van jelen az energiatermelésben. Elvileg beépíthető napelemfelület Kedvezően beépíthető napelemfelület Beépíthető napelemteljesítmény (MWp) Éves villamosenergiatermelés (millió MWh) (km 2 ) (km 2 ) Nagypaneles házak 1,70 0,76 76,42 0,09 Egyéb lakóépületek 63 28, ,26 Mezőgazdasági épületek 1. 13,5 6,08 607,5 0,73 Mezőgazdasági épületek 2. 10,13 4,56 455,63 0,52 Oktatási épületek 1. 0,72 0,33 32,58 0,04 Oktatási épületek 2. 2,74 1,23 123,48 0,14 Önkormányzati ép. 1. 0,86 0,39 38,63 0,05 Önkormányzati ép. 2. 3,25 1,46 146,41 0,17 Gyep-legelő ,94 Mg.-ban felszabadult új területek ,74 Vasútvonalak mentén 47,39 10, ,23 1,28 Autópályák mentén 1,00 0,45 45,23 0,050 Összesen

28 ábra Biomassza és hulladék energia-termelés Magyarországon A geotermikus energia a második legnagyobb energiaforrás. 12. ábra Geotermikus energia-termelés Magyarországon A vízenergia a harmadik legnagyobb megújuló energiaforrás.

29 ábra Vízenergia-termelés Magyarországon A szélenergia csak az utóbbi néhány évben jelent meg a források között, azonban fejlődése dinamikus. 14. ábra Szélenergia-termelés Magyarországon A napenergia termelés jelenleg még nagyon kis mértékű. Azonban ez azt jelenti, hogy a piac még nagy lehetőségeket tartogat.

30 ábra Napenergia termelés Magyarországon Természetesen a korábbi adottsági adatok alapján tisztában kell lenni azzal, hogy a napenergia hasznosításának lehetőségei hazánkban korlátozottak (16.ábra). 16. ábra Hazai megújuló energia lehetőségek arányai [19] Magyarországon a hetvenes évek óta hasznosítják a napenergiát. Napsütési viszonyaink kedvezőbbek az európai átlagnál. A hozzánk érkező energia mennyisége az ország teljes villamos energia elhasználásának kb szorosa. és segítségével éves szinten a használati melegvíz előállításához szükséges energia 50-60%-át lehetne kiváltani. [7] A magyarországi épületek tetőfelületei, valamint a vasútvonalak és autópályák már első látásra is éppen elég, több mint 200 km2 felületet kínálnak a napenergiás rendszerek elhelyezésére. Ebből csak az épületekre jut 84,19 km 2 elvileg beépíthető tetőfelület. [20]

31 31 Napenergia vonatkozásában az elvi potenciál több tízezer MW teljesítmény lehet, a legjelentősebb korlátozó tényező a berendezések magas árához kapcsolódóan a rendelkezésre álló támogatási keret. Mindazonáltal a magyarországi napsütéses órák számát tekintve a termikus napenergia-hasznosítás a kifejlett technológia révén igen jó eszköz a megújuló energiaforrások elterjesztésében, míg a fotovoltaikus napenergia esetén a felgyorsult, gyakorlatorientált kutatás-fejlesztési munkák és a rövid időn belül várható eredmények versenyképes rendszerek terjedését teszik lehetővé. [21] A hazai napenergia-piac méretéről nem állnak rendelkezésre pontos adatok. Becslések szerint 2009 végén összességében m2 körül mozoghatott a beépített napkollektor-felület. A Magyarországon telepített napelemek teljesítményét a szakértők 650 kwp körüli értékre becsülik. [24] 17. ábra Értékesített napkollektor felület Magyarországon (Becsült adatok) [24] A magyarországi napenergia-piacot jelenleg több mint 300 darab napenergiahasznosítással foglalkozó cég alkotja. Számuk növekvő tendenciát mutat. [24]

32 ábra Megújuló energiatermelés Magyarországon [26] A 18. ábra alapján elmondható, hogy a megújuló energiaforrások közül jelenleg a napenergia hasznosítása a 5. helyen áll.

33 33 4. Napkollektorok A napkollektorokkal való fényenergia hasznosítást szokás fototermikus hasznosításnak is nevezni. A fototermikus megoldás azt jelenti, hogy a napenergiát folyadék vagy levegő közeget áramoltató átalakító eszköz (napkollektor) révén közvetlenül hővé alakítjuk. Ebben az esetben a közeg áramoltatása külön energiát igényel. A felmelegített folyadékot leggyakrabban meleg víz előállítására használjuk fel, de egyéb technológiai célok is szóba jöhetnek úgymint épületek, uszodák, növényházak fűtése; gyümölcsök,növények szárítása, aszalása; intenzív akvakultúrák vízellátása, tehenészeti telepek vízellátása, borjúnevelők tejelőkészítése, biogáz rendszerek melegvíz-ellátása, istállóépületek padlófűtése stb. [25] (A napelemek jelentik a fotovillamos hasznosítást.) A három fő hasznosítási terület [22]: technológiai és haszálati melegvíz-készítés, növényházak fűtése, szoláris szárítás Működés A napkollektor nem más, mint a Nap fényenergiáját hőenergiává átalakító berendezés, amit legtöbbször víz melegítésére használnak, de előfordul hőcserélő közegként légnemű anyag is. Ezt a felmelegített anyagot használják fűtésre, de felhasználási területei között megtalálható még a melegvíz előállítás, de olyan megoldással is találkozhatunk, ahol a fényt összegyűjtve üvegszálakon, vagy tükrös csöveken keresztül vezetik el épületek világításához. [11] A legfontosabb elvárás az, hogy a ráeső rövidhullámú napsugárzást a lehető legnagyobb hatékonysággal elnyelje, és a keletkező hőt a legkisebb veszteséggel egy h őszállító közegnek átadja. [16] A napenergia-hasznosító rendszerek túlnyomó többségénél kollektorként síkkollektort használnak, amely esetben semmiféle berendezést nem alkalmaznak a napsugárzás koncentrálása érdekében. Jóval ritkábbak a koncentráló kollektorok, ahol a napsugárzás koncentrálása vonal- vagy pontszerű lehet, a napsugárzást tükröző felü let geometriai kialakításától függően. A síkkollektorok esetében a hőátadó közeg hőmérséklete jóval

34 34 alacsonyabb, mint a koncentráló kollektorokban, ahol a hőmérséklet több száz fokot is elérhet. [16] A napkollektorok fő fajtái: Vákuumcsöves kollektor: Síkkollektor 19. ábra Vákuumcsöves kollektor szerkezete [11] 20. ábra Vákuumcsöves kollektor [1] Vákuumcsöves kollektor esetében a fűtőcsövekbe gyárilag olyan folyadékkeveréket töltenek, melynek forráspontja alacsonyabb a víz forráspontjánál. Amikor a fűtőcső hőmérséklete a folyadékkeverék forráspontja fölé emelkedik, a csőben lévő folyadék légnemű halmazállapotúra változik. Ez a gáz gyorsan tud áramlani a fűtőcső hőátadó végéhez. Ott a hőgyűjtő idomban keringetett folyadéknak átadja a begyűjtött hőenergiát, lehűl és újra folyadék halmazállapotúra változik. A folyadék visszafolyik a fűtőcső aljába, ahol újra melegszik és újra gőzzé alakul. Cirkuláció alakul ki a fűtőcsőben. Felül melegebb gáz. alul hűvösebb folyadék. Ha a gáz lehűl, újra folyadék lesz belőle. Ha a folyadék felmelegszik, újra gáz lesz belőle. A gáz mindig felülre törekszik, a folyadék mindig lefelé folyik. Ezért kell a

35 35 fűtőcsöveket mindig lejtéssel felszerelni. Vákuum olyan jól szigetel, hogy a cső belsejében lehet akár 150 C, a külső cső akkor is hideg, ha megérintjük. Ez azt jelenti, hogy a vákuumcsöves kollektorok hideg időben is működnek, míg a síkkollektorok ilyenkor, a hő veszteség miatt gyengén teljesítenek. [11] 21. ábra Vákuumcső keresztmetszete [14] A napkollektorok legelterjedtebb, változata a síkkollektor, amely, egy elől üvegezett, hátul hőszigetelt lapos dobozszerkezet, melybe belül egy jó napsugárzás elnyelő képességű fekete lemezre (abszorberre) erősített csővezeték található A napsugárzás áthalad a jó fényáteresztő képességű (alacsony vastartalmú) üveg fedőlapon és elnyelődik az abszorberen. ami az elnyelt napsugárzás hatására a hozzá erősített csővezeték rendszerrel együtt felmelegszik. A keletkezett hőenergiát aztán a csővezetékben keringtetett hőátadó folyadékkal lehet elszállítani a napkollektorból, és lehet felhasználni. [11] 22. ábra Síkkollektor sematikus ábra [14] Az üvegfedés alapvető feladata a belső részek védelme az időjárás hatásaival szemben, illetve az elnyelőlemez konvektív és sugárzási hőveszteségének (23. ábra) a csökkentése. Az

36 36 üvegfedésnek legalább két elvárásnak kell megfelelnie. Egyrészt, minél nagyobb legyen a napsugárzással szembeni áteresztőképessége, másrészt megfelelő szilárdsággal rendelkezzen a szállítás, a szerelés, illetve a működés során fellépő mechanikai igénybevételekkel szemben. A gyakorlati megvalósítás során általában nagy tisztaságú, alacsony vastartalmú, 4 mm vastag edzett üveget alkalmaznak. 23. ábra Síkkokklektorok hőveszteségei [14] Az üvegfedés alatt található a kollektor legfontosabb eleme, az elnyelő 1emez; feladata a napsugárzás elnyelése és hővé alakítása, valamint a hő közvetítése az abszorber alatt lévő csővezetékben keringő hőszállító folyadéknak A napsugárzást a leghatékonyabban a matt felületű fekete színű anyagok nyelik el, ezért az abszorber esetében is ilyen felszínnel találkozunk. Az abszorber hőelnyelésen kívüli feladata az elnyelt hőnek az alatta lévő csővezeték, illetve az abban keringő munkaközeg felé történő átadása. A napkollektorok általában vörösrézből készülő belső csövezésének és az elnyelőlemeznek az illesztésénél törekedni kell a minél jobb hőátadási viszonyok megteremtésére. [16] A kollektorok legkedvezőbb hatásfoka érdekében nélkülözhetetlen a környezeti hőmérsékletnél általában jóval magasabb hőmérsékleten lévő abszorber és belső csővezeték megfelelő hőszigetelése, melyre a legtöbbször ásványgyapot lemezeket használnak. A napkollektor alkotóinak és szigetelésének mechanikai rögzítésére, valamint a kollektor lezárására és a nedvességgel szembeni védelemre a kollektorház szolgál, amelynek anyaga rendszerint alumínium.