A 21. század legfontosabb kulcskérdése az energiaellátás. A legfontosabb környezeti probléma a fosszilis energiahordozók elégetéséből származó széndioxid csak növekszik, aminek következmény a Föld éghajlatának megváltozásához vezet. Ezért olyan rendszereket fejlesztettek ki, amelyek úgy termelnek energiát, hogy ezzel ne szennyezzék a környezetet. A legfontosabb energiaforrásoknak a Nap, amely állandóan a rendelkezésünkre áll. A nap energiájának hasznosításra két műszaki megoldás született, napelemek és a napkollektorok. A napkollektorokkal előállított meleg víz, épületek fűtésére vagy fűtésrásegítésre, fóliasátrak, üvegházak, medencék fűtésére használható, továbbá meleg vízként is alkalmazható. Bemutatásra kerülnek a főbb napkollektor típusok és megismerhetjük azok elvi működését. Megtudhatjuk, hogy melyik típusú napkollektort érdemes választani. A hatásfok számításának főbb lépései, hogy mennyi lesz a várható teljesítmény az egyes napkollektor típusoknál. A tágulási tartály és a hőcserélő tartály fontossága, mert az egyes napkollektor típusokhoz kell méretezni. A BMF-KVK VEI napkollektor rendszer bemutatása. Ismertetésre kerül egy használati-melegvíz készítő napkollektoros rendszer állókazánnal. Illetve mennyire éri meg beruházni egy ilyen rendszerre, ha beruházok egy ilyen rendszerre, akkor mennyi a megtérülési ideje. 2. A napsugárzás jellemzői: A napkollektorok működését döntő többségben a napsugárzás és annak időtartama határozza meg a rendszer hatásfokát. Tehát mielőtt egy ilyen rendszert szeretnénk telepíteni, nem árt utánanézni, hogy az adott helyen milyen az időjárás. A következőkben bemutatásra kerül, hogy mennyi Magyarország globálsugárzása és napsütéses óráinak száma és ez alapján már el lehet dönteni, hogy megéri-e a napkollektor telepítése. 2.1 A napsugárzás földi energiamérlege és a direkt szórás A megújuló energiaforrások közül a legstabilabb és ingyenes energiaforrásunk a napenergia. A sugárzásának intenzitása a Nap felszínén 6000 C hőmérsékletnél 70000 80000kW/m². A Föld ennek az intenzitásnak a csak a töredékében részesül, amely átlagosan 1370W/ m² (napállandó). A Föld légkörén áthatoló sugárzás egy része elvész, így is csak szép napsütéses 1 / 16
időben átlagosan 1000W/ m² energia lesz hasznos. Az 1. ábra szemlélteti, hogy mely tényezők miatt vész el a napsugárzás az adott felületet elérve. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/1.jpg{/highslide} 1. ábra: A napsugárzás eloszlása A Napból érkező energiát tekintjük 100%-nak. A Föld légkörét elérve a napsugárzás 23%-át a légköri gázok és a vendéganyagok elnyelik, és hővé alakítják át, majd a másik 26%-át a légkör visszaveri. Tehát csak a földfelszínt összesen 51%-nyi napsugárzás éri, de ebből csak 33%-a direkt (közvetlen) sugárzás és 18% szórt sugárzás. A földfelszínt elérve a napsugárzás 10%-a visszaverődik, de itt is csak 5% elnyelődik és a megmaradó 5% a világűrbe távozik. A Napból érkező napsugárzás a földfelszínt elérve csak 41%-a lesz hasznos, ami a szórt és a direkt sugárzásból áll. A 2. ábra szemlélteti a szórt és direkt napsugárzás kw/m²/nap, éves havi átlagra bontva. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/2.jpg{/highslide} 2. ábra: Szórt és direkt sugárzás Az ábrán látható, hogy nyári hónapok közül a júniusi hónapban a legintenzívebb a napsugárzás, amely a napkollektorok működésének a legmegfelelőbb, mert ekkor tudja a legtöbb melegvizet előállítani, mint bármely más hónapban. A téli hónapokban már viszont azt látjuk, hogy a 2kW/ m² napi energiát sem képes elérni, ilyenkor a napkollektort csak fűtésrásegítésként lehet alkalmazni. 2.2 Magyarország napsugárzása Glo bálsugárzás alatt a Napból érkező közvetlen sugárzás valamint az égbolt minden részéről érkező szórt sugárzás összegét értjük. A 3. ábrán Magyarország napsugárzását látjuk. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/3.jpg{/highslide} 3. ábra: Magyarország globálsugárzása Mint látjuk, hogy a napsugárzást általában a MJ/ m² formában szokták megadni meteorológusok, de egy egyszerű számítással át lehet számolni W/ m²-be az alábbi módon: 1 kwh/m²/nap = 3,6 MJ/m²/nap Magyarországon a legtöbb besugárzás a Tiszántúl déli területein tapasztalható, viszonylag nagyobb még a sugárzás a Dunántúlon illetve az Alföld déli vidékein. Legkevesebb besugárzásban a nyugati határszél és az Északi-középhegység térsége részesül. A besugárzás területi eloszlását két tényező határozza meg: a földrajzi szélesség, valamint a f elhőzet mennyisége. Hazánk területén (az országon belül tapasztalható kis szélességkülönbség miatt) a felhőzet nagysága a besugárzás döntőbb tényezője, amelyet a 4. ábra mutat. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/4.jpg{/highslide} 4. ábra 2 / 16
: Magyarország globálsugárzása és felhőborítottsága 2.3 Magyarország éves napsütéses óráinak száma 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 legnaposabb a Duna-Tisza közének déli fele 2000 óra fölötti évi napsütéssel, legkevésbé napos területeink pedig az Alpokalja és az ország észak-keleti régiója, 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 mindegy 10 százalékkal kevesebb a napsütéses órák száma az alacsonyabb fekvésű sík fekvésű területekhez viszonyítva. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/5.jpg{/highslide} 5. ábra: Magyarország napsütéses óráinak száma {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/6.jpg{/highslide} 6. ábra: Magyarország napsütéses óráinak száma havi felbontásban 3. Napkollektorok felépítése és működés Ebben a részben a síkkollektor és a vákuumcsöves kollektor felépítését és működését fogjuk tárgyalni. Valamint azt is megtudhatjuk, hogy mennyi egy napkollektor hatásfoka, ami az időjárás függvényében fog változni, ezért mindig más és más hatásfokú lesz. A tágulási tartály és hőcserélő tartály szerepe a napkollektoros rendszerben. 3.1 A napkollektorok fajtái: Két fő típusú napkollektor különbözetünk meg, a síkkollektor és a vákuumcsöves napkollektor. A két kollektor ugyanúgy melegvizet állít elő, csak eltérő működési elven. A következőkben megismerjük ezek felépítését és működését, valamint összehasonlításra kerülnek, hogy melyiket is érdemes használni. 3.1.1 A síkkollektor: A síkkollektor a legelterjedtebb, mert egyszerű előállítani és ennél fogva olcsó. Jól alkalmazható melegvíz előállítására, illetve helyiségek felfűtésére is. A 7. ábrán egy síkkollektor képe látható. Erről a típusról a későbbiekben bővebben fogunk foglalkozni. 3 / 16
{highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/7a.jpg{/highslide} {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/7b.jpg{/highslide} 7. ábra: Síkkollektor 3.1.2 A vákuumcsöves napkollektor: A vákuumcsöves kollektorok (8. ábra) kettős falú üvegcsőből állnak, amelyben nagy vákuum van a külső és belső üvegfala között. A belső üvegcsövet szelektív abszorbens réteggel vonják be. Itt keletkezik a hasznosítható szolár hő. A nagy vákuum megakadályozza, hogy a levegő hővesztesége révén veszteség keletkezzen. Ennek következtében alkalmazható borús és hideg körülmények között a vákuumcsöves kollektor, nem mint a síkkollektor. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/8a.jpg{/highslide} {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/8b.jpg{/highslide} 8. ábra:vákuumcsöves kollektor A 9. ábra egy vákuumcsöves kollektor működését látjuk. A vákuumcső elnyeli a hőt a heatpipe segítségével. A fűtéscsőben általában víz és alkohol keveréke található. A csőben létrehozott alacsony nyomás miatt ez a folyadék már kb. 30 C-os hőmérsékleten forrásnak indul. E felett a folyadék elpárolog és felszáll a hőátadó patronba. A hőátadó patron egy központi csőhöz kapcsolódik, és itt adja át a hőt a rendszernek, majd a lehűlt pára vízzé alakul és a fűtéscső aljára kerül. Ez a ciklus ismétlődik mindig. A vákuumcsövek egymástól el vannak szigetelve, csak a központi csőhöz kapcsolódnak. Ennek következtében, ha egy cső tönkremegy, akkor csak ezt a csövet kell eltávolítani, és nem kell az egész rendszert megháborgatni. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/9.jpg{/highslide} 9. ábra: Vákuumcsöves kollektor működése 3.1.3 A síkkollektor és a vákuumcsöves kollektor összehasonlítása Ebben a témában síkkollektor és a vákuumcsöves kerül összehasonlításra az alábbi szempontok alapján, mint az, hogy milyen a hőátadása, hatásfoka, hőszigetelése, technológiai fejlettsége, hővesztesége valamint mennyibe is kerül. Síkkollektor Vákuumcsöves kollekto Hőátadás Konvekcióval Párologtatással Hőszigetelés Kell Nem kell Hőveszteség Nagy Kicsi Hatásfok Rosszabb hatásfok Jobb hatásfok Technológia Egyszerű Bonyolult 4 / 16
Ár Olcsó Drága 3.2 A napkollektor működésének ismertetése a síkkollektoron keresztül: A 10. ábrán egy síkkollektort és annak szerkezeti felépítését látjuk. A szerkezeti részek külön és részletesen megtárgyalásra kerülnek. A síkkollektor lényegében kollektorházból, elnyelőből (abszorber), hőszigetelésből, vörösréz csőkígyóból és átlátszó szolár üvegből áll. A beeső napsugárzás áthatol az átlátszó szolár üvegrétegen és ráesik az abszorberre. A sugárzás energiáját az elnyelés (abszorpció) révén alakítja át hővé. Ennek hatására megnövekszik az abszorber hőmérséklet. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/10.jpg{/highslide} 1 0. ábra: Síkkollektor szerkezete Az elnyelőlemez (abszorber): A beeső napsugárzás áthatol az átlátszó szolár üvegrétegen és ráesik az abszorberre. A sugárzás energiáját az elnyelés (abszorpció) révén alakítja át hővé. Ennek hatására megnövekszik az abszorber hőmérséklet. A napsugárzást minden fekete és matt színű test elnyeli, de ha a környezeti hőmérséklet fölé melegedik, akkor azok sugárzóvá válnak, emiatt veszteség keletkezik. A kollektorok üresjárati hőmérséklete (amikor a hőhordozó közeg nem kering) igen magas lehet (elérheti a 180-200 C fokot is).ha az elnyelőlemezt szelektív bevonattal látjuk el (11. ábra), akkor a rövid hullámhosszú napsugárzást elnyelik, míg a saját hosszú hullámhosszú sugárzásukat nem engedik át, azt visszaverik. Szelektív bevonatként általában galvanizálással felvitt nikkel-, vagy króm-oxidokat használnak, de lehet kapni szelektív tulajdonságokkal rendelkező festéket, úgynevezett "szolárlakkot" is. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/11.jpg{/highslide} 11. ábra: Abszorber típusok Kollektor ház: A kollektor ház feladata, hogy megakadályozza a nedvesség bejutását a készülékbe. A kollektorház anyagát alumíniumból készítik. A szolár üveg és kollektor ház közé jó minőségű tömítőanyagot használnak, ami ellenáll a környezet viszontagságainak. Szolár üveg: A szolár üveg faladata, hogy a napsugárzást átengedje, minél kisebb vesztességgel és hőszigetelő képességével, minél kevesebb hőt engedjen ki a környezetébe. Az üveg általában edzett szokott lenni, hogy ha nagyobb tárgy esik rá, akkor ne törjön be. A kollektorok lefedésére antireflexiós üveget is használnak, aminek a felületére apró barázdák találhatók, amik a napsugárzást kevésbé verik vissza, de viszont sokkal jobban megtapad rajta a szennyeződés és ezért romlik ez a hatása 5 / 16
Szigetelés: A szigetelőanyag általában olyan ásványgyapot, amely jól bírja a kollektor üresjárásakor fellépő magas hőmérsékletnek, illetve nem öregszi, hosszú élettartamú legyen. Kollektor csövezése: A kollektor csövezésének elrendezésére két félét használnak (12. ábra) a csőkígyós és az osztott-gyűjtős napkollektor. A csövezés anyaga vörösréz, amely a jó hővezető képességgel rendelkezik. A csövezést és az abszorbert jól egymáshoz kell rögzíteni, hogy minél kisebb legyen a hőátadási tényező. A hőátadó folyadék a klímához viszonyítva, mindig fagyálló folyadékot adnak, mert egy esetleges fagy esetén a rendszer nem megy tönkre. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/12.jpg{/highslide} 12. ábra: Kollektor csövezése 3.3 A tájolás és a dőlésszög hatása a teljesítményre: A napsugárzás mennyisét befolyásolja a kollektor dőlésszöge és tájolása. Magyarországon a legtöbb napsütés - megközelítőleg évi 1450 kwh/m² - déli tájolású és 40-42 -os dőlésszögű felületre érkezik. A 13. ábrán a tájolás és a dőlésszög viszonyát látjuk. Mivel a napsugárzás döntő többségében szórt sugárzás, ezért nem nagyon érdemes napkövető rendszert kiépíteni, mert nem sokkal lesz több teljesítmény, megdrágítja a napkollektor üzemeltetését és a nem térül meg az ára. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/13.jpg{/highslide} 1 3. ábra: Tájolás és dőlésszög A csöves elrendezésű kollektorok maximális hőhasznosítása egy hosszabb időszakban közel azonos, mérések alapján délelőtt és délután van egy enyhén kiemelkedő maximumuk, míg a síkkollektoroknak csillagászati délben, amikor a napsugarak pontosan 90 -ban érik el a földet, van a maximumpontjuk, a nap többi részében alacsonyabb mértékű a hőhasznosításuk. Ez olvasható le az alábbi grafikonról is. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/14a.jpg{/highslide} {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/14b.jpg{/highslide} 14. ábra: A napkollektor és síkkollektor hatásfoka a tájolás szerint 3.4 A hatásfok számítása a nemzetköz szabvány szerint 6 / 16
A napkollektor felületére érkező napsugárzás egy részét alakítja át hasznos hőenergiává. A hasznosított hőenergiának az átlagértéke 20-80% között mozog, amit a hőhordozó közeggel elvezetünk a napkollektorból. A hatásfok számítására a nagyon bonyolult számítás művelet létezik, amelyhez nagyon sok tényezőt kell figyelembe venni. A napkollektorok hatásfokát az alábbi, nemzetközi szabványok által elfogadott összefüggés szerint szokás megadni: Ahol: A hatásfok fenti képlete egy másodfokú görbe egyenlete, melynek matematikai formátuma: Ahol: A hatásfokgörbét az független változó függvényében szokás ábrázolni, az alábbi képlet szerint: {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/15.jpg{/highslide} 1 5. ábra: Hatásfokszámítás A napkollektor hatásfoka nem állandó, amelynek pillanatnyi hatásfoka függ a napsugárzás intenzitásától és a környezeti hőmérséklettől. Ahhoz, hogy a napkollektorok egy hatásfok értékkel minősíthetőek legyenek, a hatásfokgörbe egy jellegzetes üzemmódra vonatkozó pontját szokás megadni, mint jellegzetes hatásfokot. Például: Üzemmód: 800W/m² Kollektor és környezeti hőmérsékletkülönbség: DT =40 C x= kollektor hőmérséklet környezeti hőmérséklet/napsugárzás intenzitása x=40/800= 0,05 >> 50% a hatásfok a 15. ábra alapján. {highslide}menu/napkollektor/napkoll ektorok_mukodese_es_alkalmazasa/16.jpg{/highslide} 16. ábra: Kollektor hőmérséklet környezeti hőmérséklet A 16. ábra már egy jóval egyszerűbb szemléleti módszert mutat a hatásfok kiszámítására. A 17. ábra egy síkkollektor hatásfokának kiszámítására mutat példákat a különböző időjárási feltételek mellett. Ahol csak azt kell tudnunk, hogy mennyi 7 / 16
értéke és a 16. ábra alapján kikeresni megfelelő értéket, ezzel megkapjuk a napkollektor hatásfokát. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/17.jpg{/ highslide} 17. ábra: Példák szelektív sík napkollektorok hatásfok értékeire 3.5 A hőcserélő tartály A tartályok (18. ábra) feladata a napkollektorban keletkező energia eltárolása a felhasználásig, hiszen rendszerint a nappal keletkező energiára este van szükség. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/18a.jpg{/highslide} {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/18b.jpg{/highslide} 18. ábra: Hőcserélő tartály A tartály főbb tulajdonságai: - dupla rétegű zománcozott bevonat - poliuretánszigetelés: maximális hőszigetelő kapacitást biztosít. - hosszú élettartam - nagy hatékonyság - magnézium anód - opcionális elektromos fűtés A tartály jó minőségű, zománcozott bojler háztartási víz szoláris és hagyományos energiahordozóval történő fűtéséhez. A poliuretánszigetelés maximális hőszigetelő kapacitást biztosít. A két belső hőcserélő a bojleren belül. Az alsó csőkígyó a napkollektorhoz csatlakozik, hogy egy szivattyú segítségével továbbítsa a napenergia által felmelegített folyadékot a bojlerhez, a felső hőcserélő pedig a hagyományos fűtéshez van kötve azért, hogy a melegvízellátás biztonságos legyen egész éven át. A bojler belseje 2 rétegű zománccal van borítva. A nagy hatékonyság lényeges a melegvíz rövid idő alatt történő előállítása, a kis helyigény, az egyszerű használat, tisztítás és fenntartás további előnyöket jelentenek. Ezen felül aktív anód használata révén még hosszabb a bojler élettartama. 3.6 A tágulási tartály Napkollektoros rendszerekben a tágulási tartály feladata hogy az üzemszerűen előforduló hőmérséklethatárok között lehetővé tegye a fagyálló hőhordozó közeg térfogatváltozását. Erre a célra zárt, gumimembrános tágulási tartályokat kell használni. Az ilyen tartályok térfogata rugalmas, gumimembránnal ketté van választva, a membrán (hártya) egyik oldalán a hőhordozó közeg, a másik oldalán gáz, általában levegő van. A tartály működési elve a levegő összenyomhatóságán alapul. Ha a napkollektoros rendszerben megnő a hőmérséklet, a hőhordozó közeg kitágul, a membránon keresztül összenyomja a tartályban lévő levegőt úgy, hogy a rendszer nyomása csak kis mértékben emelkedik. 8 / 16
{highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/19.jpg{/highslide} 19. ábra: Nyomás és térfogat viszonyok a tágulási tartályban {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/20a.jpg{/highslide}{hi ghslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/20b.jpg{/highslide} 20. ábra: A víz és a hőhordozó folyadék térfogatváltozása a hőmérséklet függvényében A tágulási tartályt akkorára kell méretezni, hogy az ilyenkor megemelkedő nyomás ne haladja meg a rendszer megengedett legnagyobb nyomás értékét. A tartály helyes kiválasztása és beállítása elengedhetetlen feltétele a napkollektoros rendszer zavartalan üzemének. A tágulási tartály levegő-oldalának előnyomását a rendszer feltöltése előtt be kell állítani. Az előnyomás helyes értéke a rendszer hideg állapotban tervezett nyomásának 90%-a. Ekkor feltöltés után, hideg rendszer esetén a tartályban 10% folyadék van, ez elegendő az esetleges légtelenítési és szivárgási veszteségek pótlására. Be kell tartani az alábbi előírásokat: - A hőhordozó közeg forrását az üzemi nyomás növelésével lehet megakadályozni. Ezért napkollektoros rendszerekben a lakásfűtési rendszerekhez képest más üzemi nyomást kell alkalmazni. A napkollektorok alkalmazása esetén 2,5 bar nyomásra beállított biztonsági szelepet ajánlott beépíteni, és a rendszert hideg állapotban 1,5 bar nyomásra kell feltölteni. - A napkollektorok felső pontjára nem szabad automata-légtelenítőt elhelyezni. Ez ugyanis egyrészt forrás esetén a napkollektorokból kiengedi a gőzt, másrészt a magas hőmérséklet miatt tönkremegy. - A biztonsági szelep lefújó ágát egy fém kannába kell vezetni, hogy esetleges lefúvás esetén a fagyálló folyadék ne vesszen kárba. 4. Napkollektoros rendszerek méretezése: Magyarország meteorológiai adottságai mellett, csak napkollektorokkal általában nem állítható elő a különböző felhasználási területek egész éves hőigénye. Ezért a napkollektoros rendszerek többnyire párhuzamosan működnek a hagyományos energia-hordozójú hőtermelőkkel. A napkollektoros rendszerek méretezésének célja általában annak meghatározása, hogy mekkora napkollektoros rendszer az optimális, és az milyen részarányban tudja fedezni az adott feladathoz tartozó hőszükségletet. A kollektorok által fedezett hőigény és a teljes szükséges hőigény hányadosát szoláris részaránynak nevezzük. 9 / 16
A napkollektoros rendszerek másik fontos jellemzője a rendszerhatásfok, mely a napkollektoros rendszerrel hasznosított és a napkollektorok felületére érkező napsugárzás arányát mutatja meg. A két jellemzőt (21. ábra) közös grafikonban ábrázolva láthatjuk, hogy irányzatuk éppen ellentétes. Az alacsony szoláris részarányú rendszerek magas rendszerhatásfokkal működnek, magas szoláris részarányt viszont általában csak alacsony rendszerhatásfokkal lehet elérni. Az optimális szoláris részarány igen sok tényezőtől függ. Kisebb használati-melegvíz készítő rendszereknél, családi házak esetében, nagy valószínűséggel elérhető az 50-70%-os hatásfok. Nagyobb rendszereknél inkább alacsonyabb, 20-50% körüli érték a célszerű, a megtakarítás ekkor is jelentős. Mindkét esetben a napkollektoros rendszer egész éves hatásfoka és megbízható működése, ill. a beruházási költség megtérülési ideje a fontos. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/21.jpg{/highslide} 21. ábra: Szoláris részarány és a rendszerhatásfok 5. BMF-KVK VEI napkollektor rendszer bemutatása A főiskolán megépítésre került a napkollektoros rendszer, amely tartalmaz 4db különböző típusú kollektort, 2db vákuumcsöves és 2db síkkollektort tartalmaz. Ezek a kollektorok viszonylag kevés mérési eredményeket tartalmaz, ezért a főiskola feladat az, hogy minél több mérési eredményt gyűjtsenek ezekről. Ezek a kollektorok 1.5-2kW közötti teljesítményt mondanak a gyártók, majd a mérések ezt igazolni vagy cáfolni fogják ezt az értéket. A melléklet tartalmazza a kollektoroknak a műszaki jellemzőit. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/22.jpg{/highslide} 2 2. ábra: BMF-KVK VEI napkollektoros rendszere A rendszer legfőbb feladata, hogy a beépítésre került négy kollektor egyidejű, ugyanazon körülmények közötti vizsgálatát tegye lehetővé, amelyet a gyártók is nagy érdeklődéssel várnak, mert ilyen jellegű mérést még nem végeztek, külön-külön egymástól függetlenül már mérték a kollektorokat de együttesen nem. Így ezzel megállapítható, hogy a különböző típusú kollektorok közül az adott időjárási viszonyok mellett melyik milyen hatásfokkal és mekkora teljesítménnyel termel. Ezen adatok birtokában megállapítható lesz majd, hogy melyik kollektor a leghatékonyabb, leggazdaságosabb, és javaslatot tehetünk, hogy különböző feltételek mellett melyik kollektor alkalmazható leginkább. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_muk odese_es_alkalmazasa/23.jpg{/highslide} 23. ábra: BMF-KVK VEI napkollektoros rendszer felépítése A kollektorok által termelt teljesítményt hőmennyiség formájában tudjuk mérni, amelyhez a kollektorokba és a hőcserélőtartályba épített hőmérők segítségével tudunk hőmérséklet különbséget mérni, és a kollektorok körébe épített áramlásmennyiség mérőkkel pedig az átkeringetett folyadék mennyiségét mérjük, e két értékből az adatgyűjtő berendezés számolja a hőmennyiséget, és ezeket rögzíti a készülék. Majd ezen adatok kiértékeléséből lehet meghatározni az aktuális teljesítményeket. A rendszer ezen kívül rögzíti a környezeti adatokat, a külső hőmérsékletet és a besugárzás értékét, amely a napelemes rendszer érzékelőjéhez lett 10 / 16
kalibrálva. 6. Használati-melegvíz készítő napkollektoros rendszer állókazánnal Ennek a napkollektoros rendszernek a feladatnak, hogy melegvíz előállítása a napkollektorral és segédüzemként a kazán rásegít, ha nem eléri el a víz a kívánt hőmérsékletet. A napkollektorban összegyűjtött napenergia közvetítő közeg (fagyálló folyadék) segítségével jut a melegvíztárolóba.a napkollektorok két hőcserélős álló melegvíztárolót fűtenek az alsó, beépített csőkígyón keresztül. A tároló hagyományos fűtése állókazánnal, a felső csőkígyón keresztül történik. A rendszer automatikusan működik, ha a hőmérséklet a kollektorban nagyobb, mint a melegvíztartályban akkor az automatika indítja a keringtető szivattyút. A keringtetést az automatika leállítja, ha a hőmérséklet-különbség egy adott érték alá csökken. (Ez bekövetkezhet a tartály felmelegedése révén vagy azért, mert a napsugárzás megszűnik és így a kollektor hőmérséklete is lecsökken.) Ha tartósan nincs napsütés és a melegvíztartály hőmérséklete lecsökken, akkor a tartályba épített kisegítő fűtés (pl. kazán vagy villamos fűtés) automatikusan bekapcsol, így a melegvízellátás folyamatos. {highslide}menu/napkollektor/napkollektorok_mukodese_es_alkalmazasa/24.jpg{/highslide} 24. ábra: Használati-melegvíz készítő napkollektoros rendszer állókazánnal 7. A megtérülési idő meghatározása Ahhoz, hogy egy napkollektoros rendszer pénzügyi megtérülését ki lehessen számolni, az alábbi adatok ismerete szükséges: Ø Mennyi a napkollektoros rendszer beruházási költsége? Ø Mennyi hagyományos energia takarítható meg a napkollektoros rendszer segítségével? Ø Milyen energiahordozót váltanak ki a napkollektorok? Ø Mennyi a napkollektorokkal kiváltott hagyományos energiahordozó egységára? 11 / 16
Az éves melegvíz-szükséglet 60-80 százalékát tudják átlagosan előállítani a ma gyártott napkollektorok. Amennyiben belátható idejű megtérülést szeretnénk elérni, ennél nagyobb arányra nem is érdemes törekedni. A nyári hónapokban egy négyzetméter kollektor naponta 3-3,5, míg télen 0,5-1,5 kwh hőenergiát ad le. Egy ember körülbelül 50-60 liter meleg vizet használ el naponta, ennek az előállításához 2,5-3 kwh hőmennyiség szükséges. A napkollektorokhoz nagyobb bojler (hőtároló) szükséges, mintha gázzal vagy villannyal melegítjük a vizet. Először is mert nem 80-90, hanem legfeljebb 45-50 C-ra melegíti a nap a vizet, másrészt át kell hidalni a borús napokat is. Egy családi háznál minimum 4-6 m² napkollektor-felülettel és egy 300 literes, két belső hőcserélőjű tárolóval kell kalkulálni használati (a csapokból folyó) melegvízre. A síkkollektorok négyzetméterára 30-40 ezer forint körül van. A vákuumcsöves kollektorok ára attól függ, hogy hány csövet tartalmaz az egység, de az azonos teljesítmény itt 10-30 százalékkal drágább. Kell még a rendszerhez szerelőkeret, és megfogó elemek a tetőre, csövek, szivattyú, fagyálló folyadék és sok egyéb is. Mindez így együtt egy 4-6 fős családra egymillió forint körüli összegbe kerül. Pél dául az egyik forgalmazó 8 négyzetméteres síkkollektorral, 300 literes hőcserélős bojlerrel nettó 690 ezer forintért adja a komplett berendezést, amihez hozzá jön még a szerelési díj, amely 50-150 ezer forint. Másik forgalmazó 30 csöves vákuumkollektort kínál szintén 300 literes tartállyal, nettó 346 ezer forintért. Ehhez társul még az egyéb eszköz- és felszerelési díj. A reménybeli vásárlók előbb-utóbb felteszik a kérdést a forgalmazónak, kivitelezőnek: és hány év múlva térül meg a berendezés? A rövid válasz az, hogyha az éves melegvíz igény 50%-át szeretnénk napkollektorból nyerni, akkor a jelenlegi villany és gázárak mellett 4-6 év közé tehető a rendszer megtérülési ideje. Felhasznált irodalom: http://www.kardoslabor.hu/ http://www.naplopo.hu/ http:// www.met.hu/ http://www.ekh.kando.hu/ http://www.solarkollektor.hu/ www.acrux.hu/ http://www.permanent.hu/ www.solartkft.hu/ 12 / 16
http://www.ezermester.hu/ Armin Themeβl Werner Weiβ: Napkollektoros berendezések Melléklet: Spring Solar vákuumcsöves kollektor műszaki ad Vákuumcsövek száma: 8 db Kollektor súlya: 30 kg Kollektor nettó felülete: 1,33 m2 Kollektor űrtartalma: 1300 cm3 Kollektor mérete: 1700 mm * 897 m Vákuumcső átmérője külső/belső: 47/37 mm Vákuumcső hossza: 1500 mm Abszorpció (hőelnyelés): 94-96% Emisszió (hőveszteség): 4-6% Üresjárati max. hőmérséklet: ~ 265 c Csatlakozás: 3/4 külső menet 13 / 16
Az APRICUS vákuumos csövek alapvető műszak Hosszúság (névleges) 1500 mm / 1800 mm A külső cső átmérője 58 mm A belső cső átmérője 47 mm Az üveg vastagsága 1,6 mm Hőtágulás 3,3 x 10-6 C Anyag Bórszilikát üveg 3,3 Elnyelőbevonat Szelektív Al-N/Al Elnyelés > 92% (AM1,5) Kisugárzás Vákuum P Üresjárati hőmérséklet 245 C (G = 1000 W/m2 ) Hőveszteség 14 / 16
Síkkollektor műszaki adatai: L M Kollektor bruttó felülete (m2) 2,3 2 Nettó felület (m2) 2,13 1,84 Szélessége (mm) 1206 1170 Magassága (mm) 1906 1740 Mélysége (mm) 85 85 Üres súlya (kg) 42 37,3 Teljes súlya (kg) 46,7 41,3 Folyadék kapacitás (l) 4,7 4 Függőleges csövek száma (db) 11 11 15 / 16
16 / 16