HŐTERMELÉS: Fototermikus napenergia-hasznosítás

Átírás

1 HŐTERMELÉS: Fototermikus napenergia-hasznosítás

2 PASSZÍV direkt vagy indirekt AKTÍV HŐTERMELÉS Fototermikus hőenergia Naptűzhely Napkollektoros HMV-előállítás, fűtés levegős vagy folyadékos; egykörös vagy kétkörös Hőszivattyú légtermikus, hidrotermikus, talajhő (sekély geotermikus) ÁRAMTERMELÉS Fotovillamos (napelemmel) CPV koncentráló fotovillamos rendszerek (+100%) Napkövető fotovillamos rendszerek (+35-50%) Termovillamos megoldások Fókuszálás: Napvályú, Naptányér, Naptorony Napkémény KOGENERÁCIÓ Hibrid panelekkel hőtermelésre vagy áramtermelésre optimalizált Levegős vagy folyadékos

3 A napenergia mennyiségi jellemzői Napállandó: átlagos Föld- Nap távolság esetén, a légkör felső határán, a sugárzásra merőleges egységnyi felületre időegység alatt mennyi energia esik: 1370 W/m 2. A Föld felszínén csúcsértéke (nyáron, a déli órákban, derült, tiszta égbolt esetén): 1000 W/m 2 Átlagosan: 700 W/m 2 ; télen a szórt sugárzásban: 50 W/m 2 ; Hazánkban a napsütéses órák száma évi 2100 óra - 75%-a nyáron; A besugárzott (kinyerhető) energia mennyisége Magyarországon 1300 kwh/m 2 /év Spanyolországban > 2000 kwh/m 2 /év PJ/év primer energiafelhaszn.: ~ kwh/év ez 230 km 2 területről nyerhető ki (100%-os hatásfok mellett) = hazánk területének 2,5%-a

4 Magyarország egyes nagyobb területei között a napsugárzás szempontjából nincsenek jelentős eltérések (10% alatti) azonban mikro szinten mégis jelentősek lehetnek a különbségek (domborzati kitettség)

5

6 Egy hét borult idő után még

7 naptűzhely

8 A naptűzhely 1,1 m átmérőjű parabolaantennára felvitt öntapadós alumíniumfóliával készült. A Napra állításhoz nem kell túlságosan megdönteni, ezért ha a főzendő étel a főzőedényből "kifut", kifröccsen, az nem a tükröző felületre ömlik. A tűzhely hatásfoka 40-45% körüli. Ez azt jelenti, hogy 1000 W/m2 sugárzási teljesítmény mellett a tűzhely W teljesítményű, a fókuszpontban elért legmagasabb hőmérséklet 625 C volt. 1,5 liter vizet 20 perc alatt forral fel.

9

10 Napenergiával működő konyha Indiában - a rendszer 600 C-os gőzt állít elő. Az eddigi csúcs: adag étel/nap

11 Nagy teljesítményű aszaló

12

13 Fa szárítás Ausztráliában fototermikus rendszerrel

14 Szennyvíz-iszap szárításra szolgáló üvegház

15

16 Albedó (visszaverődés mértéke): Hó: 80-85% Füves terület: 20-30% Erdő: 15-20% Napkollektor: ~5% (az üvegfelületről) 625 kwh/év hőenergia 1 kw kollektorfelületre (a napelemek esetében kwh)

17 Napkollektorok típusai Légkollektor Folyadékos kollektor Lefedés nélküli, nem szelektív síkkollektor Nem szelektív síkkollektor Szelektív síkkollektor Vákuumos síkkollektor Vákuumcsöves kollektor Parabolatükrös kollektor Kogenerációs rendszer

18 Légkollektor 1.

19 Légkollektor 2. a sörös ló

20

21

22

23

24 ellenérvek o Ennyi sört legyártani, elfogyasztani, hogy nyerjünk olyan fém alapanyagot, ami egyébként alkalmatlan, mert még ragasztgatni, festeni kell. Haszontalan reklámot csinál a sörösdobozoknak (az lenne legjobb, ha nem is gyártanának fém palackokat) o Nincs tárolókapacitás. (mint pl. szolárbojler) o Nem teljesértékű fűtés; o Kis hőkapacitású közeget mozgat; o Soha nem térül meg, még ingyen munkával számolva sem. o Ha meg kell bontani miatta a hőszigetelést vagy a szerkezetet, akkor még árthat is. o Nyáron, amikor feleslegesen pörkölődik, akkor legalább a melegvizet legyárthatná, de arra nem alkalmas.

25 Használati melegvíz (HMV) előállítás (1-3 kw névleges teljesítmény/kollektor) A meleg víz a mosógépbe is betölthető, ezáltal a mosás energiaigénye 75%-kal csökkenthető!!!

26

27

28

29 Az átlagos napi globál sugárzás éves menete

30 45 dőlésszögű, D felé tájolt napkollektorok esetén % Napenergia hozam* Fűtési igény I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII hónapok *45 -os dőlésszögű, déli tájolású napkollektor esetén

31 Elméleti alapok 1.

32

33 A hagyományos fototermikus rendszerek általános felépítése Hazánkban a folyadék munkaközegű napkollektorok alkalmazása jellemző Fő részei: Napkollektor: Az a berendezés, ami a napsugárzást elnyeli és hővé alakítja (+ a munkaközegnek átadják a nap energiáját) Tárolók: termelt hőt melegvíz formájában tárolják Működtető, szabályozó, biztonsági + ellenőrző szerelvények: pl. keringető szivattyú, automatika, tágulási tartály, biztonsági szelep, hőmérők, illetve nyomásmérők

34 A napkollektoros rendszerek csoportosítása Egykörös A kollektorban felmelegedő folyadék szerint: Egykörös/termoszifon rendszer (szubtrópusi és trópusi területekre a világon értékesített berendezések 90%-a): a rendszerben közvetlenül a felmelegítendő használati víz kering A munkaközeg szállítása szerint: Gravitációs: tárolótartály a kollektorok felett keringetés elve: folyadék fajsúlycsökkenése Előnye: egyszerűség, automatika elmaradása Hátránya: tároló helyének kötöttsége

35 A napkollektoros rendszerek csoportosítása Kétkörös A kollektorban felmelegedő folyadék szerint: Kétkörös/ rendszer: fagyálló hőátadó folyadék + hőcserélő A munkaközeg szállítása szerint: Keringetőszivattyús (kényszeráramlásos): a hőátadó folyadékot szivattyú áramoltatja A tároló bárhol elhelyezhető, jól szabályozható Nagyobb éves energiahozam Egész évben használható Nincs vízkövesedés Hátrány a nagyobb beruházási költség, bonyolultabb fel-, és utántöltés

36 biztonsági szelep hőmérő kiegészítő fűtés napkollektor keverőszelep nyomásmérő vezérlő kazán meleg víz tároló tágulási tartály visszacsapó keringető szelep szivattyú hőcserélő hideg víz

37 A napkollektor használatával előállított energia évi kwh/m 2, amely 25 e Ft körüli megtakarítást jelent. 6 négyzetméter esetén akár 150e Ft/év a megtakarítás. Praktiker

38

39 Síkkollektorok hatásfoka I. Kollektorok veszteségei: Optikai: üvegfelület visszanyerése és elnyelése + abszorberfelület visszaverése függetlenek a kollektor hőmérséklet-veszteségétől Hőveszteség: abszorberlemez sugárzás, konvekció és hőátadás útján létrejövő veszteségei függnek a kollektor és a környezeti levegő hőmérséklet-különbségétől

40 1. - Lefedés nélküli, nem szelektív síkkollektor Anyaguk: UV sugárzásnak ellenálló, fekete színű, műanyag vagy gumi anyagú csőjáratos lemezből; nem alkalmaznak dobozolást és lefedést; nincs reflexiós veszteség lefedés hiánya miatt; legmagasabb az optikai hatásfok; kollektor és a környezet közötti hőmérsékletkülönbség növekedésével meredeken csökken a hatásfokuk hőszigetelt doboz hiánya miatt; medencefűtésre alkalmazzák.

41 2. - Nem szelektív síkkollektor fedése általában: egyszeres üveg vagy polikarbonát lemez nem szelektív elnyelőlemezzel rendelkezik alacsonyabb az optikai hatásfokuk (a szelektív kollektorokhoz képest) nagyobb a hőveszteségük - az elnyelőlemez kisugárzása miatt

42 3. - Szelektív síkkollektor A hazánkban értékesített napkollektorok döntő többsége (több mint 90%) szelektív síkkollektor szelektív bevonatú abszorberrel, általában egyszeres üvegfedéssel készült kollektor hőveszteségének jelentős részét a kollektorházban lévő levegő konvektív hőátadása okozza a veszteség vákuumot létrehozásával megszüntethető ilyenkor ált. a hőszigetelés csupán a vákuum (hőszigetelés hatásfoka még így is jobb)

43

44 4. - Vákuumos síkkollektor egyesíti: a vákuumcsöves kollektorok alacsony hőveszteségét + a síkkollektorok magas optikai hatásfokát szerkezeti kialakítása hasonló a szelektív síkkollektorokéhoz a kollektorház légmentesen zárt, és az üveg fedőlap behorpadás ellen távtartó tüskékkel van alátámasztva a vákuumot a kollektorok felszerelése után, a helyszínen hozzák létre

45

46 5. - Vákuumcsöves kollektor az elnyelőlemezt üvegcsőbe helyezik, melyből a gyártás során szívják ki a levegőt a vákuumcsöves napkollektor több, egymás mellé helyezett vákuumcsőből áll előnye: a jó hőszigetelés hátránya: a görbe üvegfelületnek a síkkollektorokhoz képest nagyobb a reflexiója, az érkező napsugárzás nagyobb részét veri vissza kisebb az optikai hatásfoka

47

48

49

50

51 Napkövető rendszerű napkollektor

52 HELIOTROPE (Freiburg) 4-6-szoros mennyiségű energia a felhasználás mértékéhez képest odual-axis tracking PV 56 m 2, o a geothermal heat exchanger, o a combined heat and power unit (CHP) o solar-thermal balcony

53 Combisystems használati melegvíz (HMV) + fűtés m 2 kollektorfelület liter hőtároló

54 3000 m 2 kollektorfelület 4500 m 3 hőtározó Távfűtési rendszerben

55 Hamburg Braamwisch - Gut Karlshöhe

56

57 + szezonális hőtároló

58 Távfűtés-rendszer (1407 m 2 ), Schwarzenegger/UPS Arena, Graz - Austria

59 Európa legnagyobb távfűtésre dolgozó naperőműve Marstal (DK) 12 MW

60 The existing energy system of Marstal Fjernvarme: m 2-12 MW solar system + 18,3 MW bio-oil boiler; m 3 pilot pit heat storage; m 3 sand storage; m 3 steel tank water storage; end-users; Yearly heat production, totally 28,000 MWh. at the new plant Marstal only use 2-3 kwh electricity to produce 1 MWh heat from the sun

61

62

63 45 m 2 kollektor + 9,4 m 3 puffertartály = 65% szoláris részarány

64 69 m 2 kollektor + 28 m 3 puffertartály = 95% szoláris részarány

65 Statisztikai adatok

66 Az első 10 legnagyobb kapacitással rendelkező ország a évi adatok szerint

67 Az évente újonnan telepített kollektorkapacitás térségenként

68 EU: üzembe helyezett új kapacitások

69 Európai fototermikus piac új kapacitások 2010-ben

70 Kapacitás 1000 főre vetítve

71

72

73 Magyarország

74

75

76

77 Magyar valóság A alapvető jogok biztosa jelentésében megállapította, hogy az építési engedélyezési eljárásról szóló, január 1-jén hatályba lépett új kormányrendelet építési engedélyezési eljárás lefolytatásához köti a háztartási célú napelemek és napkollektorok felszerelését, és csak a bontásuk végezhető bejelentés vagy építési engedély nélkül. Az alapvető jogok biztosa azt kérte a belügyminisztertől, hogy vizsgálja felül a napenergia hasznosítása szempontjából hátrányos, az egészséges környezethez való jogot és a jogbiztonság követelményét is sértő új szabályozást. Pintér Sándor válaszában elismerte, hogy a napkollektorok felszereléséhez szakmai szempontból nem szükséges az építési engedélyezési eljárás lefolytatása, és annak érdekében, hogy a napkollektorok építési engedély és bejelentés nélkül felszerelhetőek legyenek, az új kormányrendeletet kell kiegészíteni. A belügyminiszter a napelemek esetében ugyanakkor vitatta a biztos kezdeményezését, azzal érvelve, hogy a napelemek várható elterjedése miatt differenciált, méretfüggő anyagi norma kidolgozása és az országos településrendezési és építési követelményekről szóló jogszabály (OTÉK) módosítása szükséges.

78 Mitől függ a napkollektoros rendszerek pénzügyi megtérülése? melyik energiahordozóhoz viszonyítjuk a megtérülést (PB gáz, elektromos áram, földgáz, tüzelőolaj, brikett, pellet stb.); mennyibe kerül ez az energiahordozó a szolgáltatónál: Ft/kWh (pl. földgáz 17 Ft/kWh, villamos energia: 49,9 Ft/kWh 2012-ben) milyen hatásfokkal hasznosul a HMV/fűtési rendszerben, azaz mennyibe kerül a konkrét házban, konkrét rendszerben (pl. földgáz kb. 25 Ft/kWh, a kazán éves hatásfokát figyelembe kell venni) mennyibe kerül az energiahordozó a következő 20 évben, azaz milyen éves áremelkedés várható; mekkora a hasznosított napenergia mennyisége (kwh): napsugárzás mennyisége, napkollektorok felülete, hatásfok, felhasználás, kihasználtsági fok; mekkora a beruházás költsége, esetleg mekkora a jegybanki alapkamat; mekkorák a karbantartási és egyéb működési költségek (napkollektor szivattyú áramfelvétele és éves üzemóra)