Debreceni Egyetem Agrár- és Gazdálkodástudományok Centruma Mezıgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar Víz- és Környezetgazdálkodási Tanszék TANSZÉKVEZETİ Prof. Dr. Tamás János Egyetemi Tanár A Napelemes Öntözırendszerek Alkalmazásának Lehetıségei Magyarországon KÉSZÍTETTE Süle Bálint Péter Környezetgazdálkodási agrármérnök jelölt KONZULENS Dr. Juhász Csaba Egyetemi docens Debrecen 2010.
Tartalomjegyzék Bevezetés... 3 1. Témafelvetés, és célkitőzés... 5 2. Irodalmi áttekintés... 6 2.1. Fenntarthatóság és környezetvédelem... 6 2.2. Természeti erıforrások... 7 2.2.1. A természeti erıforrások csoportosítása, mennyiségüket befolyásoló tényezık... 7 2.2.2 A víz, mint természeti erıforrás helyzete, és felhasználásának lehetıségei... 8 2.2.2.1. A vízgazdálkodás lokális kihívásai, lakóhelyemen Békés megyében... 8 2.2.2.2. A mikroöntözés mint, víz és energiatakarékos öntözés... 9 2.2.3. A napsugárzás, mint természeti erıforrás, valamint felhasználásának lehetıségei 10 2.2.3.1. Magyarország napenergia-potenciálja... 10 2.2.3.2. A napsugárzás országos eloszlása... 10 2.2.3.3. A napsugárzás felhasználását befolyásoló tényezık... 11 2.2.3.4. A napelemekkel kapcsolatos alapfogalmak, és aktualitások... 12 2.2.3.5. A napelemek bekerülési költsége... 15 2.2.3.6. A napelemek jövıbeni szerepe... 16 2.3. A Napenergiával mőködı vízszivattyúzás... 17 2.3.1. A Szolár szivattyúk kialakulása, típusai... 17 2.3.2. A napelemekkel hajtott vízszivattyúk... 17 2.3.3. A vízszivattyúk méretezése... 18 2.3.4. A napelemekkel mőködtetett szivattyúk típusai... 18 2.3.5. Az egyenáramú centrifugális, és csavar búvárszivattyúk... 20 2.4. Az evapotranspiráció és a napsugárzás összefüggései... 22 2.5. A rendelkezésre álló támogatások... 23 3. Anyag és módszer... 25 3.1. A mikroöntözéssel, és a jelenleg a kertészetekben használatos szivattyúkkal kapcsolatos ismeretek megszerzése... 25 3.2. A szolár szivattyúkkal kapcsolatos ismeretek megszerzése... 26 3.3. Elméleti modell tervezése egy adott szolár szivattyú megtérülési idejének számításához... 26 3.4. Költséghatékonyság elemzés módszertan... 27 4. Eredmények és azok értékelése... 28 4. 1. A Különbözı típusú motorok összehasonlítása, SWOT analízis... 28 4.2. A Fotovoltaikus öntözırendszerek lehetséges kivitelezési módjai hazánkban... 32 4.3. A Szolár szivattyúk megtérülési idejével kapcsolatos számítások eredmények... 34 4.3.1. Elméleti modell tervezése a megtérülés számításához... 34 4.3.2. Az elméleti modell éves vízigényének, csepegtetıhosszának, vízhozamának, napi vízigényének számítása... 38 4.3.3. Megtérülés számítása tartállyal pufferolt szolár szivattyú rendszer esetén... 39 4.3.3.1. A bekerülési költség számítása a Lorentz Ps 150 gravitációs tartállyal pufferolt napelemes szivattyú esetén... 39 4.3.3.2. A szivattyúk üzemeltetésének költségei... 39 4.3.3.3. Egyenértékszám és megtérülés számítása, Honda WX 10 szivattyú kiváltása esetén... 41 4.3.3.4. Egyenértékszám és megtérülés számítása, Honda WB 30 szivattyú kiváltása esetén, nyílt vízbıl való emelés esetén... 41 1
4.3.3.5. Egyenértékszám, és megtérülés számítása benzines áramfejlesztıvel mőködtetett Umbra 4" FF95/10 csıbúvárszivattyú kiváltása esetén... 42 4.3.3.6. Megtérülés számítása elektromos hálózatra kapcsolt Umbra 4" FF95/10 csıbúvárszivattyú kiváltása esetén... 43 4.3.4. Direkt kapcsolt szolár szivattyú rendszer... 43 4.3.5. A bekerülési költségek és megtérülési idık elemzése... 45 4.3.6. A pályázati lehetıségek figyelembevétele... 46 5. Következtetések és javaslatok... 47 6. Összefoglalás... 49 Mellékletek... 50 Irodalomjegyzék... 53 Köszönetnyilvánítás... 55 Nyilatkozat... 56 2
Bevezetés Az energia és a víz a földi élet kialakulásának két feltétele volt melynek során a víz, mint oldószer élettér, a szerves anyagok alapköve játszott nélkülözhetetlen szerepet. A vízben kialakuló élet kialakulásához elengedhetetlen volt a nap energiája, az energia kezdetben kiszökött a világőrbe, de a Marssal ellentétben a föld belseje aktív maradt, a tektonika és vulkáni tevékenységek, üvegházhatást okoztak. A fotoszintézis megjelenésével pedig oxigén távozott a légkörbe, ami lehetıséget adott az aerobb élet létrejöttéhez. Tehát a földi élethez eddig is szükség volt energiára és vízre és ez alól a függıség alól az ember sem bújhat ki bármilyen fejletté is válik az idık folyamán. A tendenciák azt mutatják, hogy az energia és vízigényünk a társadalom fejlettségével együtt növekedik. A növénytermesztés, állattenyésztés megjelenésével a kézimunka szolgáltatta az egyetlen energiát. Késıbb, ahogy nıtt a népesség, nıtt az igény az élelmiszer iránt is, ennek kielégítésére az állati erıt vonták be. A szolgáltatások, és a pénz megjelenésével, az energiaforrások új formáját kellett felkeresni. A fizika korlátait elérve az áttététek, csigák, erıkarok alkalmazása már nem jelentett megoldást. Az emberek elkezdték a szél, a víz energiáját felhasználni. A főtést pedig biomasszával oldották meg. A szén elterjedésével koncentráltabb és könnyebben szállítható energiaforrást találtak, ami lehetıséget adott a fatüzelés kiváltására. A szén késıbbi alkalmazása gızgépek mőködtetését is lehetıvé tette, ami elindította az ipari forradalmat, azóta az emberiség nem tud gátat szabni energiafüggıségének, és az energiafelhasználása évrıl-évre növekszik. A fosszilis tüzelıanyagok végtermékeinek a környezetre gyakorolt hatása sok kérdést vet fel, de az biztos, hogy az emberi szervezetre gyakorolt hatása csak is káros lehet. Jelenleg nem valószínő, hogy az emberiség rövid idın belül nagymértékben kiváltaná az energia ezen forrásait. A fejlıdı országok kereslete a jövıben növekedhet és akkor a kitermelés intenzitását csak egy bizonyos mértékig lehet növelni, ezután technikailag, és gazdaságilag korlátozódik a kitermelhetı mennyiség. Nem beszélve a környezet, emberiség számára optimális állapotának romlásáról. A megoldást elısegítı kérdéseken érdemes minél hamarabb elgondolkodni, hogy az emberiség zökkenık nélkül tudjon alkalmazkodni a változó feltételekhez. A lehetséges alternatív alkalmazások elterjedését, viszont jelentıs mértékben befolyásolja az áruk, és a megtérülés ideje, valamint a támogatottság mértéke. 3
Az alternatív energia ipar, és a mezıgazdaság mainál szorosabb összefőzıdése, új lehetıségeket kínál, és talán hozzásegíthet egy kevésbé energiafüggı géppark kialakításához. Az olajütık termékeinek belsı felhasználása, a biomassza energiájának belsı felhasználása, és egyéb hasonló megoldások az energiaárak növekedésének lehetséges reakciói lesznek. Magyarországon az elkövetkezendı években, a vidék megélhetésében nagy szerepet játszhatnak az öntözött kultúrák, fóliasátrak ahol az öntözést jórészt elektromos hálózattól elszigetelt helyeken, csakis fosszilis energiahordozókkal lehetett idáig megoldani. 4
1. Témafelvetés, és célkitőzés Mivel a települések környezetében lévı földek árai magasak, valamint a háztáji kertek magas árai miatt a kertészetek infrastrukturálisan kevésbé ellátott területekre kénytelenek telepedni. Távol az elektromos hálózattól a szivattyúzás szokásos eszközei a dízel, és a benzines szivattyúk, valamint aggregáttal hajtott elektromos szivattyúk. Ezeknek a rendszereknek a létesítése olcsó, de a fenntartása és a mőködtetése kimondottan költséges. Mivel rendszeresen szükséges az üzemanyag tartályok feltöltése így folyamatos felügyeletet igényelnek. A szivattyúk meghibásodása elég gyakori és javításuk nem mindig megoldható. Mőködésük szennyezi a környezetet, és hangos. Ennek a nem igazán fenntartható vízkivételi módnak a kiváltására, az utóbbi években jelentıs lépéseket tettek, így ezekkel a lehetıségekkel már számolni érdemes. A napelemes szivattyúk új alternatívát jelenhetnek, emellett alkalmazásukkal nullára csökkenthetjük a vízkivételi rendszerek közvetett, és közvetlen káros anyag kibocsátását. Célkitőzésem megvizsgálni, hogy mekkora potenciált jelenthet Magyarországon, ezen belül Békés megyében egy napelemes szivattyú alternatívaként való alkalmazása. Valamint konkrétumokat keresni arra, hogy hogyan lehetne csökkenteni a szivattyú bekerülési költségét, a gazdálkodók számára. Pontos adatok alapján egy elméleti modell segítségével megbecsülni, hogy mekkora területet lehetne kiváltani, pontosan meghatározott típusú napelemes szivattyúval. Meghatározni a benzines, és a napelemes rendszer létesítésének, és fenntartásának költségeit. Egyenértékszámot képezni, az adott körülmények között kivett víz és a kivételhez szükséges benzin arányából, ebbıl az egyenértékszámból pedig meghatározni az alternatív rendszer megtérülését. A hazai lehetıségekhez igazodva meghatározni, hogy az indirekt, a direkt vagy a hibrid rendszerek felelnének e meg legjobban a kertészeteknek. 5
2. Irodalmi áttekintés 2.1. Fenntarthatóság és környezetvédelem Kerekes szerint az ipari forradalom a közgazdasági gondolkodásban viszonylag késın éreztette hatását, nagyrészt a XIX. század végén Jevons, Walras, majd Marshall munkáiban. Az ı figyelmüket a gyorsan bıvülı piac kötötte le. A vevıt és az eladót mint piaci szereplıket, illetve a keresletnek és a kínálatnak a viszonyát vizsgálták, erısen bírálva a klasszikusok olyan elméleteit, mint a munkaérték-elmélet, vagy a csökkenı hozadék törvénye. Az ı korukban ugyanis a megújuló erıforrások helyett (szélenergia, fényenergia stb.) egyre inkább a meg nem újuló, de lényegesen koncentráltabb, új technológiai lehetıségeket nyújtó erıforrásokat (szén, kıolaj stb.) kezdték használni. A környezetvédelmi problémák gyökerét valahol itt kereshetjük. (KEREKES, 1993) A Brundtland bizottság szerint a fenntartható fejlıdés olyan fejlıdés, amely biztosítja a jelen szükségleteinek a kielégítését anélkül, hogy lehetetlenné tenné a jövı generációk szükségleteinek a kielégítését. (BRUNDTLAND, 1987) Késıbbi megfogalmazásban, a fenntartható fejlıdés az emberi életminıség javulását jelenti úgy, hogy közben a támogató ökoszisztémák eltartóképességének határain belül maradunk. (WORLD RESOURCES INSTITUTE, 1992) A fenntarthatóság gyakorlati kivitelezésére is több elmélet született egyik ilyen a Hartwick-szabály mely kimondja, hogy ha a természeti erıforrások kitermelésébıl származó díjat kutatásra, innovációra, és újratermelhetı termelési tényezıkbe ruházzuk be, akkor bizonyos feltételek mellett a termelés és a fogyasztás állandó szintje hosszú idın keresztül fenntartható marad. (BORA, 2001) A szabály értelmében a kitermelt természeti erıforrások egy részébıl befolyó pénzt vissza kell forgatni a fenntarthatóság fejlesztésére. A természeti erıforrások végesek, és újratermelıdésük is eltérı ütemő, ennek mérésére hozták létre az ökológiai terület igény elterjedt mérıszámát, az ökológiai lábnyomot, amely azt mutatja meg, hogy mekkora területre van szükség adott népesség végtelen ideig történı eltartásához adott életszínvonal és technikai fejlettség mellett. (WACKERNAGEL-REES, 1996) 6
2.2. Természeti erıforrások 2.2.1. A természeti erıforrások csoportosítása, mennyiségüket befolyásoló tényezık A kimerülı erıforrásokkal, mint például a szén, az olaj vagy az érckészletekkel kapcsolatban felvetıdik a probléma, hogy most célszerőbb felhasználni ıket vagy inkább célszerő tartalékolni a jövıre. A kérdés még pontosabban az, hogy érdemes-e, és ha igen milyen ütemben a kimerülı természeti erıforrások gazdasági hasznosítása. A kérdésfelvetésbıl világos, hogy a kimerülı természeti erıforrások különböznek a közönséges javaktól, mégpedig abban, hogy korlátozott mennyiségben állnak rendelkezésre és abban, hogy nem újratermelhetıek. Ennek következtében a nem megújuló természeti erıforrás egysége kitermelésének és felhasználásának van egy "lehetıség" költsége (opportunity cost), ami azzal az értékkel egyenlı, amit egy jövıbeni felhasználás esetén kaphatnánk, ha nem most, hanem csak késıbb használnánk fel. A kimerülı természeti erıforrás felhasználási ütemének meghatározásakor ezt a "lehetıség" költséget is figyelembe kell vennünk, vagyis az árnak nemcsak a kitermelés határköltségeit kell fedezni, hanem a "lehetıség költséget" is ahhoz, hogy az adott kimerülı természeti erıforrás felhasználását optimálisnak tekinthessük. A kimerülı erıforrás igénybevétele akkor lehet optimális, ha jelenlegi kitermelése kisebb, mintha újratermelhetı volna (KEREKES, 2007) Bora szerint az erıforrásokat fogyó, és megújuló erıforrásokra lehet felosztani (1ábra). A fogyó erıforrásokat a felhasználással elfogyasztott, és részben újrahasznosítható erıforrásokra lehet osztani. A felhasználással elfogyasztott erıforrások a fosszilis tüzelıanyagok: kıszén, tızeg, kıolaj, földgáz, hasadó anyag, felszín alatti vizek egy része. Elméletileg újrahasznosíthatók az ércbıl kivont fémek, elemek. Megújuló erıforrások a kritikus zóna kockázata nélkül, a napenergia, a geotermikus energia, a szélenergia, a víz energia, a tengerjárás, a hullámzás, áramlatok, biomassza. A kritikus zóna kockázatán belüliek: a növényvilág, az erdı, az állatvilág, a vizek élıvilága, a vízkészletek egy része, és a talaj. (BORA, 2001) 7
1. táblázat: A természeti erıforrások csoportosítása ( Forrás: BORA, 2001) Fogyó erıforrások Megújuló erıforrások A felhasználással Elméletileg A kritikus zóna elfogyasztott újrahasznosíthatók kockázatán kívüliek Fosszilis Ércbıl kivont fémek. Napenergia. tüzelıanyagok: Elemi és nemfémes Geotermikus energia. Kıszén, ásványok. Légköri energiák Tızeg (szél). Vízenergia. Kıolaj, Tengerjárás. Földgáz. Hullámzás. Tengeri Nem égı gázok. áramlatok. Hasadó anyagok. Biomassza. Ércek. Felszín alatti vizek egy része. A kritikus zóna kockázatán belüliek Növényvilág. Erdı. Állatvilág. Vizek élıvilága. A vízkészletek egy része. Talaj. 2.2.2 A víz, mint természeti erıforrás helyzete, és felhasználásának lehetıségei 2.2.2.1. A vízgazdálkodás lokális kihívásai, lakóhelyemen Békés megyében Mivel véleményem szerint a Tiszántúlt és Békés megyét fogja a klímaváltozás legjobban érinteni a Békés megyére vonatkozó sürgıs feladatokat szükséges hangsúlyozottan tárgyalni. Ha a klímaváltozás problémájában nemzetközileg jártas szakértık jóslatai bekövetkeznek, akkor megtörténhet, hogy néhány évtizeden belül, aszályos idıszakokban a Tisza és a Körösök vízhozama annyira lecsökken, hogy az ivó, mezıgazdasági és ipari vízellátás, a talajvíztáplálás s így a környezet (nemzeti park, arborétum, stb.) számára vissza nem fordítható katasztrofális helyzet áll elı. Ez azt jelenti, hogy szorgalmazni kell a Duna-Tisza csatorna tervezését, és a kiviteli tervet annyira elkészíteni, hogy építése szükség szerint bármikor megkezdhetı legyen. (MOSONYI, 2008) 8
2.2.2.2. A mikroöntözés mint, víz és energiatakarékos öntözés Tóth szerint a mikroöntözés hatékonysága elérheti a 96%-ot, nyomásigénye 2,5 bar-nál kisebb, szemben az esıszerő öntözéssel melynél a széltıl függıen a vízveszteség akár 30-50% is lehet, a nyomásigény pedig 7-8 bar körüli, ami növeli az energiaigényt. A mikroöntözés egy olyan győjtıfogalom, ahol az öntözési megoldások közös jellemzıje, hogy a vízadagolás kis nyomáson történik (kisseb, mint 2,5 bar), többször kisebb mennyiségő vizet juttatnak ki. Az öntözıvizet pontszerően adagolják a kultúrnövények közelébe. A kijuttató elemek keresztmetszete kicsit, a rendszer üzemeltetésének legfontosabb tényezıje a víz tisztasága. (TÓTH, 2001) Lelkes szerint a mikroöntözés fogalma a legutóbbi idıben alakult ki. Jellemzıje, hogy a vízkiadagoló elemek kis nyomáson, kis mennyiségben juttatják ki az öntözıvizet az öntözendı növények közelébe. Elsısorban ültetvényeken, valamint újabban a legintenzívebb szántóföldi zöldségtermesztésben alkalmazzák. A vizet szivattyúval juttatják a csıvezetékbe. Kis víz- és energiafelhasználás jellemzi, beruházási igénye jelentıs. (I.1; LELKES, 2002 ) Magas tartályokba táplált öntözıvízzel is állandósítani lehet a nyomás-vízhozam viszonyokat a tartály kiömlı oldalán. Csepegtetı öntözıberendezésekhez a szükséges alacsony nyomás állandósítására 2-5 m-nél magasabb tartályokra általában nincs szükség. Ilyen kis nyomásokat ugyanis nem lehet nyomásszabályozó szelepekkel elıállítani. Tartályos nyomásszabályozás -cseppenkénti és - kortyonkénti öntözéshez egyaránt alkalmazható. A feltétel a cseppenkénti (folyamatos) öntözésnél az, hogy Q 1 = Q 2, vagyis a tartályba kerülı és az abból kiömlı vízhozam azonos értékő legyen. Míg kortyonkénti öntözésnél a Q1 < Q2 feltételt kell teljesíteni. Vagyis a tartályba beömlı vízsugár legyen kisebb, mint a tartály kiömlınyílásának vízszállítása. Az ilyen tartályokat persze még fel kell szerelni a lassú telítıdést követı, gyors kiürülést biztosító automatikával is. (BALOGH-GERGELY, 1988) 9
2.2.3. A napsugárzás, mint természeti erıforrás, valamint felhasználásának lehetıségei 2.2.3.1. Magyarország napenergia-potenciálja Bella és munkatárasai szerint a Kárpát-medence hatása kimutatható a napenergia egyenlegben. Magyarországon sokkal kisebb mértékben negatív a sugárzási egyenleg értéke. Major és munkatársai ( 2002 ) számításai szerint a Magyarországon felszínen elnyelt sugárzás értéke 142 W/m2. Ebbıl következik hogy egy évben egy négyzetméterre 4,478 Gj jut. Magyarország teljes területére jutó sugárzás 416 x 10x 10 x 10 Pj. Az ország éves energiafelhasználásának 420-szorosa.(BELLA et al, 2006) 2.2.3.2. A napsugárzás országos eloszlása A Naplopó Kft, Magyarogszág egyik legnevesebb napkollektor forgalmazója szerint a régebben elterjedt sugárzási adatok vizsgálatán alapuló mérések eredményeibıl azt lehet leszőrni, hogy a legnagyobb éves besugárzás az Alföld közepén a legerısebb intenzitású (1. ábra). Ettıl a megfigyeléstıl eltérnek a modern mőholdas mérések alapján készített megfigyelések eredményei. Ezek alapján a centrikus jelleg helyett, a sokkal valószínőbb szintvonalasan déli irányba növekvı besugárzás intenzitással lehet számolni (2. ábra). Meg kell jegyezni azonban, hogy a napsugárzás Magyarország területén, maximum 8 %-ban térhet (1. ábra) Napsugárzás eloszlása régebbi mérések alapján (2. ábra) Napsugárzás eloszlása újabb, mőholdas mérések (Forrás: Naplopó Kft) el a legintenzívebb, és a legkevésbé intenzívebb területek között. Ebbıl következik, hogy a napsütés intenzitásában nincsenek döntı mértékő területi különbségek. (I 2 ) 10
2.2.3.3. A napsugárzás felhasználását befolyásoló tényezık Gyurcsovics szerint a levegı páratartalma kevéssé befolyásolja a napelemek mőködését, a felhıborítottság viszont annál inkább. A felhısödés ezen kívül azonnal ható tényezı, amely megjelenik a napelem teljesítményében, mivel a direkt sugárzási komponens besugárzódását akadályozza. A homályosság a legjelentısebb tényezı, melynek kialakulását a térségben folyó ipari tevékenység okozza. A homályosság számszerősítésére vonatkozó viszonyszámok Tiszta idı, derült nap: 2; Hegyvidéki területek: 2,8; Falu: 3,5; Város: 4; Ipari terület: 5. (GYURCSOVICS, 1982) A Szegedi Tudományegyetem éghajlattani tanszékének munkatársai szerint a legkevésbé felhıs terület, az Alföld középsı délkeleti részén helyezkedik el, centrikus jelleggel. A felhızettel való borítottság %-ban megadott évi átlaga alapján a legkisebb borultság az Alföld középsı részét jellemzi (valamivel 50 % felett), a medence-jellegnek megfelelıen. A borult napok átlagos évi száma 80 (Kecskemét) és 140 (Sopron) között változik. 3. ábra: Az évi átlagos felhızet területi eloszlása Magyarországon (Forrás: SZTE éghajlattan) 11
A borultság jellemzésére alkalmas a derült (felhızöttség < 20 %) és borult (felhızöttség > 80 %) napok száma. (I. 3; UNGER-MAKRA, 2008) 2.2.3.4. A napelemekkel kapcsolatos alapfogalmak, és aktualitások A közvetlen napenergia hasznosítás egyik módja, amikor a napsugárzást fotovillamos elven mőködı napelemek villamos energiává alakítják. A napelemek félvezetı anyagból készülnek. A félvezetı anyag tulajdonságai kedvezıek ahhoz, hogy a napsugárzással érkezı fotonok elektronokat szabadítsanak fel. (HAJDÚ, 2009) Vajda szerint a p-n átmenető félvezetıkben a fénykvantumok töltéshordozó párt hoznak létre, azok mozgása a határréteg potenciálját legyızve áramot jelent. A sorozatban gyártott napelemek szilícium alapúak, léteznek monkristályos, polikristályos és amorf napelemek. Az n típus elektronfeleslegét foszfor adja, a p típus lyukait pedig bór szolgáltatja. A monokristályos napelemeket egy kristálytömbbıl vágják ki. Ezt a kristályt olvadékból állítják elı. Ennél a technológiánál olcsóbb a polikristályos, sıt az amorf szilikon használata. Ezeket a rétegeket fémre, üvegre, mőanyagra viszik fel vékony rétegben. Az alapanyag homogenitása befolyásolja az átalakítási hatásfokot. Ez egykristályosnál: 15-20%, polikristályosnál: 13-17%, míg amorf alapanyag esetén: 5-10%. A sugárzásra vonatkozóan megemlíti hogy a tiszta, napos idıben a közvetlen sugárzás játssza a fıszerepet, ilyenkor a diffúz (szórt)- sugárzás csak tíz százaléka, a közvetlen sugárzásnak. A közvetlen sugárzás maximuma délben van, ettıl az idıponttól távolodva azonban nı az abszorpció, és a szóródás, ezzel a diffúz sugárzás is. A szórt sugárzás a mérsékelt égövön megközelíti az összes besugárzás felét is, az arány viszont nyáron, (4. ábra) sokkal kevesebb. (VAJDA, 2004) 12
4. ábra: A közvetlen és a szórt sugárzás hónapokra levetítve (I.4) Pálfy szerint napjainkban a szilíciumból készült napelemeket három csoportba lehet sorolni Elsı csoport az egykristályos szilíciumból készült napelemek. Ezek hosszú élettartalmúak, nagy hatásfokkal rendelkeznek. A homok szénnel történı reakciója során állíthatók elı. Ezt késıbb több finommővelet követi. Az így nyert alapanyagot egykristállyá húzzák, és késıbb ezt szeletelik. Jelenleg 150mm-es egykristályokat gyártanak ipari méretekben. Ezeknek a napelemeknek a hatásfoka a 15-17%-ot is elérheti. A második csoport a polikristályos napelemek csoportja, ezeket speciális úgynevezett irányított lehőlési grádienső öntési eljárással nyerik tisztított szilíciumból. A polikristály oszlopos egykristályokból áll össze. Ezzel az öntési eljárással kevesebb energiát használnak fel a gyártás során, valamint 500mm nagyságú kristályok gyártását is lehetıvé teszi. Ezeknek az elemeknek a gyakorlatban mért hatásfoka 13-15 %. A harmadik csoport az amorf szilíciumból készült napelemek csoportja, ezeket vékonyréteg technológiával állítják elı. A technológiához valamilyen hordozóanyagra is szükség van aminek az anyaga legtöbbször üveg de lehet acélfólia is. Üveg esetén a megvilágított oldalra jó vezetıképességő ón-dioxidot visznek fel, majd erre viszik fel az amorfszilíciium aktív rétegeket. Ez a gyártási technológia az anyagtakarékosság miatt olcsóbb. A hatékonysága viszont 4-6 %, vagyis nagyjából 3szor 13
annyi felületre van szükség belıle. A szilíciumból készült napelemeken kívül a kadmiumszulfid (CdS) napelemek a legelterjedtebbek. A magas hımérsékletet pedig jól bírja a gallium- arzenid napelem, de a gallium magas ára korlátozó tényezı.(pálfy, 2003) Farkas szerint a kereskedelemben forgalmazott napelemek mérete és teljesítménye tág határok között mozog. A napelem felületének határai néhány négyzetméterre rúgnak. A napelemek mőanyagban vannak beágyazva, a napelemek kerete pedig alumíniumból készül. A villamos csatlakozó pedig a napelemek hátoldalán van elhelyezve. A napelemes rendszerek megtérülését tekintve a közelmúlt felmérései szerint a növényházakban használt kollektorok esetén ez 5-10 év, egyszerő kivitelő szárítóknál 1-2 év, integrált kivitelőeknél 3-8 év, technológiai melegvíz-készítésnél, főtésnél 6-10 év. A jelenleg adatok szerint a villamos hálózattól 3 km-nél távolabb lévı tanyák esetében már most rentábilis a fotovoltaikus elektromos áram elıállítás. (FARKAS, 2003) 14
2.2.3.5. A napelemek bekerülési költsége 5. ábra: A értékesített napelemek száma ( Forrás: BBC ) A BBC szerint a vásárlást támogató programok Spanyolországban, Olaszországban, és német országban növelték a gyártás mértékét, ami levitte a napelemek fajlagos költségét. A napelemek árai 30%al csökkentek a múlt évben, köszönhetı ez a gyártás mértékének növekedésének (5, ábra), a gyártási költségek csökkenésének, és nem utolsó sorban recessziónak. (I. 5; HARRABIN, 2010) 15
2.2.3.6. A napelemek jövıbeni szerepe A Nap erejét könnyen kihasználhatnánk, hiszen korlátlan mennyiségben érkezik a Földre, azonban egyelıre eszközeink ehhez nem elég fejlettek, drágák. A napelemek alapanyaga a szilícium, éppúgy, mint a számítógépek mikroprocesszorai esetén, csak ezeket a kristályokat tovább növesztik. Mivel ez az anyag szolgál alapul a számítástechnika számára is, jelenleg a szilíciumkristályból nincs elegendı, és úgy tőnik, hogy gyártása nem is fokozható jelentısen. A szilíciumos napelem gyártás ritka fémeket (palládium, titán) igényel; vannak nem szilícium alapú napelemek is, de azok szintén ritka fémeket igényelnek (gallium, indium). 2006-ban már piaci hiány mutatkozott a legfontosabb alapanyag, az egykristály szilícium terén. Nagy méretekben gyártva el lehetne érni, hogy egy kwh 28 forintba kerüljön, azonban a világ villamos fogyasztását nem lehet a hátralévı kis idı alatt napelemekkel felváltani. Ennek érzékeltetésére álljon itt egyetlen adat. A világon 2008-ban összesen 30 km 2 -t lehetett volna lefedni, ha egymás mellé raknánk minden létezı napelemet. Ahhoz, hogy az élet töretlenül menjen tovább 220 ezer km 2 -t kellene lefedni. Összességében nincs esély arra, hogy a jelenlegi gyártási mennyiséget 30-40-szeresére növeljük. Arra van lehetıség, hogy minél több napelemet helyezzünk el, kiváltani azonban nem tudjuk vele az olajat. Nem érdemes várni a vásárlásukkal, áruk a nyersanyaghiány miatt már nem fog jelentısen csökkenni, akkor sem, ha többet gyártanak belılük. Arra is ügyelni kell, hogy nem örökös erıforrásokról van szó, harminc-negyven éves idıtartamra szánják ıket. Ennyi idı alatt a névleges teljesítmény 20-30%-át vesztik el, a napsugárzás ugyanis roncsolja a napelem alapját jelentı kristályszerkezetet. A kinyerhetıségük 20:1-hez, egész mőködési idejüket tekintve. Azonban azzal is számolnunk kell, hogy az ısmaradványi források hiánya miatt 20-25 év múlva esetleg napelemeszközeinek már nem lesznek cserélhetıek, javíthatóak. (VÉGH et al, 2008) 16
2.3. A Napenergiával mőködı vízszivattyúzás 2.3.1. A Szolár szivattyúk kialakulása, típusai Sági a napenergiával való öntözésnél két alaptípust különböztetett meg a nyolcvanas években: Az egyik a napelemekkel hajtott elektromotorokkal való vízkivétel, amit a késıbbiekben részletesen is ismertetek. A második rendszernél pedig ún. napbojlerek által üzemeltett elektromotorok mozgatják a vizet. A legegyszerőbb nap-pumpák fekete lapkollektorral üzemelnek, de a hatékonyság a meghajtó közeg hımérsékletének emelésével nı, ezért a lapkollektorok helyett koncentrátoros tükörkollektorokat kell alkalmazni, ha nagy szivattyúteljesítményre van szükség A kollektorok által összegyőjtött sugárzó napenergia zárt rendszerben cirkuláltatott, alacsony forráspontú szerves folyadékot (freon) hevít fel. A folyadék egy része a hıkicserélıs tartályban gızzé alakul, az gız turbinát, az pedig szivattyút hajt meg. A szivattyú víztározót tölt meg vízzel, amibıl az öntözés történik. A turbinát elhagyó gızöket a vízhőtéses kondenzátor cseppfolyósítja és a folyadék visszakerül a tartályba. Ez a folyamat mindaddig ismétlıdik, amíg a kollektorok elegendı hıenergiát szolgáltatnak. Két alapmodellt említ: Az egyik Arizonában egy 50 lóerıs (38 kw) 550 m2- es kollektorfelülető öntözıberendezés. Csúcsteljesítmény napi 48000 m3 szivattyúzott víz. Fenntartási költsége minimális. Létesítési költség: 250000 $ (1982ben). A másik a Sandia cég modellje: 53 ha területet öntöz 24 óráig napsütés nélkül is, és ha nem kell öntözni 20 kw elektromos áramot termel. (SÁGI, 1982) 2.3.2. A napelemekkel hajtott vízszivattyúk A hálózati áramellátótól távol lévı szivattyúk általában, direkt benzinnel, dízelolajjal mőködı szivattyúk, vagy generátor által hajtott elektromos szivattyúk. Ezeknek a rendszereknek a hatékonysága, kiindulva a robbanómotorokból maximum 30-40% körüli, ami már nem is nagyon fog változni a jövıben. A hatékonyság tovább csökken, ha gondolunk a generátor, vagy a TLT áttétek miatt bekövetkezı energiavesztésre. A napelemek alkalmazási területei lehetnek Buzás szerint: állattartó telepek, vadasparkok, nemzeti parkok vízellátása, 17
öntözıvíz szivattyúzása, villanypásztorok üzemeltetése és itatók jégmentesítése is. (BUZÁS, 2001) Valamint megemlíteném, azt hogy a napenergia tárolása jelentıs problémákat vet fel jelenleg is. Az egyik ellenérv a fotovoltaikus rendszerek ellen, hogy az ehhez használatos akkumulátorok jelentıs környezetszennyezést okozhatnak. A Szolár szivattyú rendszerek viszont akkumulátor és váltóárammá transzformálás nélkül képesek 60% feletti hatékonyság elérésére. Ha a napelemek által termelt többletenergiával vizet szivattyúzunk fel egy magasabban levı tárolóba, majd késıbb turbinákkal visszatranszformáljuk elektromos árammá, akkor a pufferelés akkumulátor nélkül is megoldható, valamint a hálózati feszültség egyenletessége is biztosítható a kibocsátott vízmennyiség szabályozásával.(farkas, 2003) A szivattyús tározós erımő (SZET) ma egyelıre ez az egyetlen, energetikai léptékő tároló megoldás. A SZET egy alsó és felsı tározó tóból áll, amelyek között egy szivattyúval feltárolják a vizet, és egy vízturbinán keresztül visszaeresztik az alsó tóba, villamos energiát termelve. A nagyobb magasság esetén Szabadsugár turbinákat (Pelton turbinák), kisebb rendszereknél pedig Kaplan turbinákat alkalmaznak, melyek nagy fordulatszámon mőködnek, és kis esésmagasságon, ezeknek a tározóknak a kivitele folyóvölgy és egy magaslatra épített mővi tározó esetén elég egyszerő. (KÁDÁR, 2008) 2.3.3. A vízszivattyúk méretezése A fotovoltaikus szivattyúk teljesítményigénye az alábbi képlettel számítható: E = 2,725 HV Ahol H a hidraulikus emelımagasság méterben kifejezve, V pedig a napi vízigény m3-ben kifejezve. Az E pedig a napelem teljesítménye: W /óra. (FOLEY, 1995) 2.3.4. A napelemekkel mőködtetett szivattyúk típusai Thomas nyomán, három különbözı típusú szivattyú használatos: 18
6. ábra: A napelemekkel mőködı szivattyúk típusai. (Forrás: THOMAS, 1996) Az egyik a dugattyús változat, amely egy kézi kúthoz hasonlóan szedi fel a vizet. Hátránya hogy a víznyomás ciklikus a dugattyú mozgása miatt. A második az önfelszívó, nagyteljesítményő szivattyúk, ezek a szivattyúk a hagyományos elektromos szivattyúkhoz hasonlóan lábszeleppel rögzítve vannak a kútcsıhöz, vagy egy szívócsıvel szívják fel a vizet, teljesítményük elérheti az 1200 m3/ napot is. A harmadik pedig a vertikális centrifugál szivattyúk, ezek ideálisak a nagy vízáramlási sebességekhez, a fej méretének arányában nı a teljesítményük. Ezen belül két fajtát különböztetünk meg az egyikben a motor, a felszínen van szerelve amit a fenti ábra is mutat (6. ábra). (THOMAS, 1996) A másik esetben a szivattyú egésze a csıbe van süllyesztve, ezt úgy lehet kivitelezni a gyakorlatban, hogy a kutat nagyobb átmérıjő csıvel készítik el, a centrifugál búvárszivattyú, pedig kisebb átmérıvel rendelkezik, így le lehet engedni egy biztosítókötélen keresztül. 19
E három fıtípusból a centrifugál, valamint az újabban alkalmazott csavar búvárszivattyúkkal fogok a következıkben foglalkozni, ezért ezeket részletesebben ismertetem. 2.3.5. Az egyenáramú centrifugális, és csavar búvárszivattyúk 7. ábra: Loretz fotovoltaikus csavar búvárszivattyú ( Forrás: Bernt Lorentz Gmbh, Co) A Lorentz szivattyú gyártó cég szerint a centrifugál, és csavar búvárszivattyúknál (7.ábra) a napenergia direkt energiává alakul, vagyis egyenáramú ( DC). Mivel a speciálisan ide készült motorok is egyenáramúak, így nem merül fel transzformálási vesztesség és a hatékonysága is nagyobb. A DC üzemő motorok állandó mágneseket használnak, amelyek a nagyobb hatékonyságért felelısek ( az indukcióra nem kell energiát fordítani ), emiatt az elıny miatt a szivattyúk jellemzıen 4-5 kw teljesítmény alatt egyenáramúak. Hatékonysága így akár kétszeres is lehet az AC motorokkal szemben, ebbıl következik, hogy fele annyi napelemet igényelnek. A napelemek pedig a létesítési költségek 70-80%-át teszik ki. Két típusa van az egyenáramú szolár motoroknak, az elsı a szénkefés típus, a szénkefe a forgó mozgáshoz szükséges, és idıvel elhasználódik, ezért ki kell cserélni. A szénkefés típus levegıt igényel a mőködéséhez, ellenkezı esetben zárlatos lesz a motor. (I.6; LORENTZ GMBH CO, 2008) 20
8. ábra: Lorentz Ps150 centrifugál szivattyú ( Forrás: Bernt Lorentz Gmbh, Co ) Az Alfanap Kft leírása szerint, a második típus nem tartalmaz szénkefét és nincs szüksége levegı jelenlétére. A kenése olaj helyett a benne átáramló vízzel történik. Így nem igényel különösebb karbantartást. Az ezen az elveken mőködı szivattyúkat elıször az olajiparban használták, mivel kevésbé érzékenyek a szilárd szennyezıkre, így a homokot is elviselik. Nincsenek benne mőanyag alkatrészek, anyaga rozsdamentes fémekbıl áll össze, könnyen szétszerelhetı, alkatrészei cserélhetık. Elválaszthatatlan egysége az inverter, elekronikai egység. Szerepe a felügyelet nélküli mőködés biztosítása, minden várható külsı változásra automatikusan reagál, így automatikusan indítja és leállítja a rendszert. A nap sugárzásától függıen leállítja a szivattyút, ha a kút vízszintje a beállított szint alá csökken, majd 20 perc múlva, a ha a vízszint helyreállt, újraindítja. Automatikusan megkeresi a hozzá kapcsolt napelemek optimális munkapontját. A konkurens rendszerekhez képest akár 30%- 21
al jobb a hatásfoka külsı kapcsolóegységgel leállítja a vízszállítást, ha a tartály megtelt, ez lehet úszókapcsoló, nyomáskapcsoló. (I.7; ALFANAP, 2010) Azokon a területeken, ahol a gazdaságok nagyobb elektromos energiaigénye egybeesik az öntözırendszer csúcsigényével, a napelemes öntözés megvalósításának van jövıje. Ilyen területeken a napelemes rendszerek integrált tervezése, energiatároló kapacitás (pl. akkumulátoros) létesítése a hatékonyságot is növeli. Ahol azonban az energiaigény és az öntözési energiaigény maximuma idıben távol van egymástól, ott a fényelemes rendszerek elterjedése gazdasági okok miatt nem várható. (SÁGI, 1982) 2.4. Az evapotranspiráció és a napsugárzás összefüggései Duffy szerint is szoros összefüggés van az öntözés és a fényelektromos technológia között, mind az öntözıvíz igény, mind a fogyasztott fényelektromos energia a nap besugárzástól függ. (9. ábra) Ez azt jelenti, hogy ha esik, vagy borult az ég az öntözésre nincs, vagy kisebb mértékben van szükség. (I.8; DUFFY, 2008) 9. ábra: A transpiráció és a napsugárzás viszonya ( Forrás: DUFFY, 2008) 22
2.5. A rendelkezésre álló támogatások A Környezet és Energia Operatív Program Pályázati konstrukciója a napenergia alapú villamosenergia-termelés támogatására (Kivonat a KEOP-2009-4.4.0 számú pályázati útmutatóból). A napenergia alapú villamosenergia-termelésen belül a támogatható projekttípusok: a) Napenergia-hasznosító berendezések és azok rögzítı rendszere, villamosenergia-hálózathoz kapcsolódásához és a rendszerrel való mőszakilag biztonságos mőködéshez szükséges eszközök, akkumulátor és hálózati elemek. (Pl. napcella, állványzat, inverter (akkumulátor amennyiben ez szükséges). b) Hálózatra nem kapcsolódó fotovoltaikus rendszerek. Támogatható tevékenységek: Napenergia-hasznosító berendezések, azok rögzítı rendszere, fogyasztó egységekhez illetve sziget üzemmódú hálózathoz való kapcsolóhoz, a fogyasztó egységekkel való mőszakilag biztonságos mőködéshez szükséges eszközök és hálózati elemek, villamosenergia-tároló egységek (akkumulátorok). A pályázat kertében elnyerhetı támogatás összege minimum egy millió, maximum egy milliárd Forint lehet. 10. Ábra: A KEOP Pályázati konstrukciója a napenergia alapú villamosenergia-termelés támogatására 23
A pályázat támogatja a vállalkozásokat, költségvetési szerveket, non profit szervezeteket, közoktatási szerveket. (10. ábra) Valamint kiemelten támogatja a vállalkozásokat, az önkormányzatokat a hátrányos helyzető kistérségekben. (11. ábra). A pályázat érvényes: 2009.03.10.-tıl - 2013.12.31.-ig. (I.9; KEOP, 2009) 11. ábra: KEOP Leghátrányosabb helyzető kistérségek 24
3. Anyag és módszer 3.1. A mikroöntözéssel, és a jelenleg a kertészetekben használatos szivattyúkkal kapcsolatos ismeretek megszerzése A mikroöntözés hazai forradalmának egyik zászlóshajója Medgyesegyháza település, amely a nyolcvanas évektıl kezdve foglalkozik, görögdinnye, sárgadinnye, paprika és egyéb zöldségnövények termesztésével. Mivel itt nıttem fel, és dolgoztam minden nyáron, lehetıségem nyílt elsajátítani a mikroöntözés alapfogalmait, alapfogásait. Gyakorlati tapasztalatokat sikerült nyernem, a rendszerek kivitelezését, költségeit érintıen. A mikroöntözés különbözı módját sikerült megfigyelnem, valamint a korrelációt a növények és az öntözés között. A mikroöntözés ágain belül a dinnyetermesztés területén dolgoztam, szabadföldi, talajtakaró fóliával ellátott, valamint alagútfóliával ideiglenes takart görögdinnyében. Személyesen részt vettem a gerincvezetékek összeszerelésében, a szőrık beépítésében, a kutak beüzemelésében. A paprikatermesztésben az egyik legfejlettebb technológiát képviselı francia Richel cég által tervezett fóliasátrakban nyílt lehetıségem két éven át megfigyelni a rendszer mőködését, a tápoldatozó szivattyúk összetett precizitását, valamint a speciális talaj nélküli, kızetgyapotos termesztési technológiát. A költségek terén betekintést nyertem, a hálózatról táplált elektromos szivattyúk mőködésének árviszonyaiba. Konkrétan talajtakart, szalagcsepegtetıkkel ellátott csemegekukorica esetében, amit magam állítottam elı. Valamint a munkaadóim görögdinnyében, paprikában használt szivattyúinak adott mélységbıl való vízhozamát, és fogyasztását is sikerült megfigyelnem az évek folyamán. A vándorfóliás termesztéssel kapcsolatban, a KITE Zrt szaktanácsadójával, Kobzos Sándorral értekeztem, aki rendelkezésemre bocsátotta a fóliák mőszaki adatait. Valamint segítségével beszélhettem néhány gazdával, akik használják ezt a típust. A Honda WB 30 szivattyú fogyasztási és teljesítmény adatait, a Honda Magyarország szaktanácsadó szolgálatától tudtam meg. 25
3.2. A szolár szivattyúkkal kapcsolatos ismeretek megszerzése Mivel Ausztráliában, Amerikában, és Indiában, mára elég elterjedtek ezek a szivattyú típusok, így az ott végrehajtott kísérletek értékeléseit olvastam el elsınek. Vizsgáltam a Solar Electric Light Found tevékenységét, amely cég az egyik úttörıje volt ezeknek a rendszereknek és gyakorlati alkalmazásuknak. Valamint a Grundfos Holding külföldi eredményeit olvastam el, amely cég idestova 40 éve foglalkozik a szolár szivattyúk tökéletesítésével, mára jelentıs fejlesztéseket értek el, külön szivattyú sorozatuk áll készen ilyen célokra, név szerint, a Grundfos SQ flex sorozat. A napelemes öntözırendszerek hazai alkalmazásával kapcsolatban az Alfanap Kft ügyvezetıjét Szálkai Antal urat kerestem meg, a németországi székhelyő Lorentz napelem, és szolár szivattyúgyártó vállalat hazai partnerét, aki készséggel segített minden kérdésemben. A szivattyúk pontos adatait, jelleggörbéjét, teljesítmény adatait rendelkezésemre bocsátotta. A szolár szivattyúkkal kapcsolatos gyakorlati tapasztalatait osztotta meg velem. A Magyarország területén általa gyakorlatban mért teljesítmény viszonyokat ismertette. A felmerülı problémákra is figyelmeztetett. A költséghatékony megoldásokat is ismertette, melyet számos referencia munkája kivitelezése során nyílt alkalma megtapasztalni. A direkt kapcsolt szolár szivattyú rendszerek alkalmazását, illetıen, Erdei István mőszaki igazgató úr (Grundfos Holding) nyújtott segítséget. 3.3. Elméleti modell tervezése egy adott szolár szivattyú megtérülési idejének számításához Ahhoz, hogy össze tudjam hasonlítani a szolár szivattyúk hatékonyságát, költségeit, és megtérülésének idejét ki tudjam számolni, terveznem kellett, egy mikroöntözött terület modellt, amelyben egy adott teljesítményő, konkrét típusú szolár szivattyút, a hasonló teljesítményő szivattyúk értékeivel, üzemeltetési költségeivel össze tudtam hasonlítani. A 26
konkrét típus, a Bernt Lorentz Gmbh & Co. Kg németországi székhelyő cég Ps150 típusjelzéső szolár szivattyúja. 3.4. Költséghatékonyság elemzés módszertan A megtérülési idıkhöz szükséges volt kiszámolnom a rendszerek bekerülési költségeit, és a benzines, elektromos motorok éves fogyasztását. Ehhez szükséges volt kiszámolnom az elméleti modell éves vízigényét, és a víz kijuttatásához szükséges üzemagyag éves mennyiségét. 27
4. Eredmények és azok értékelése 4. 1. A Különbözı típusú motorok összehasonlítása, SWOT analízis A fenntartási költségeket figyelembe véve, ha van elérhetı elektromos hálózat a vízkivételt általában, elektromotorokkal oldják meg. Ha nem elérhetı, akkor dízel generátorokkal, hajtanak meg elektromotorokat, amelyek lehetnek búvár vagy felszíni szivattyúk. A benzines szivattyúk is elterjedtek, mivel direkt kapcsolódhatnak az öntözı rendszerhez, és alacsony a bekerülési költségük. Ezek a rendszerek mind fosszilis energiahordozókból származó energiát alakítanak át mechanikai energiává. A kibocsátott anyagok, az autók kibocsátásához hasonlóan CO2, NxO-ok, CHx-ek, nehézfémek stb Az elektromos szivattyúk energiája pedig hıerımővekbıl, és atomenergiából származik. Lignitbıl ugyan 500 évnyi tartalékunk van, de ezeknek az erımőveknek a kibocsátása is jelentıs szennyezıket hordoz. Az elektromos áram fajlagosan a legolcsóbb energiaforrás a szivattyúzás energiaigényének a fedezésére, a kertészeti kultúrákban. Olcsó mert a szén, koncentráltan tartalmazza az energiát, valamint itt már nem kell megfizetni a fogyasztónak az erımővek amortizációs költségeit. Az alternatív energiaforrásoknál, az újonnan létesült gyárak amortizációs költsége, még jelentıs részét képezi a bekerülési költségnek. Hogy összehasonlítsam a vízkivételi lehetıségeket az eddig használt, és az általam vizsgált fotovoltaikus szivattyúkkal készítenem kellett egy SWOT analízist (2. táblázat). A hálózatról táplált elektromos szivattyúk biztonságos üzemelést biztosítanak, könnyen automatizálhatóak, egyenletes nyomás mellett mőködtethetıek. Hátrányuk azonban az, hogy a viszonylag kis beruházásigény mellett az energiáért folyamatosan fizetni kell, a kivett víz arányában. A dízel, vagy benzines szivattyúk könnyen telepíthetıek, alacsony a beruházási költségük, könnyen áttelepíthetıek. Az évek során rengeteg tapasztalat győlt össze a helyes mőködtetésükhöz. A mőködtetésük viszont nagyon költséges, és a benzin vagy a dízel üzemanyagok ára folyamatosan növekedni fog a jövıben is. Nehezen automatizálhatóak a kutak és esetenként felöntést igényelnek, valamint az üzemanyagot is folyamatosan pótolni kell, a személyi jellegő költségek egyre magasabbak. A motorok élettartalma kisebb, és 28
hatékonyságuk is csökken az idı múlásával. Mőködésük zaj, és levegıszennyezést okoz. A generátorral hajtott szivattyúk a benzineshez hasonló kibocsátást produkálnak, elınyük hogy a búvárszivattyúk nem igényelnek felöntést, valamint nincs szívómagasságuk, csak az emelımagasságot kell leküzdeniük. A személyi jellegő költség, viszont itt is hasonló. A napelemmel mőködtetett szivattyúk elınye hogy nem igénylenek üzemanyagot, mivel a mőködésükhöz szükséges energiát a napsugárzásból nyerik. Szemben a benzines, dízeles rendszerekkel mőködésük teljesen automatizálható, számítógépes programokkal a nyomás is optimalizálható. Így nem igényelnek állandó kezelést, akár mobiltelefonról is lehet vezérelni a rendszert. A mőködésük csak a napsütéstıl függ, nehezen hibásodnak meg, teljesítményük kisebb mértékben csökken. A napelemek teljesítménye 20 év alatt csökken 20%ot. A szivattyúban kevés a mozgóalkatrész, a csapágyazás ellenálló. A homokos vizet is jobban tolerálják. A rendszer kompatibilis a mikroöntözı rendszerek csapjaival. A merülı szivattyúk nem igénylik a kútcsı felöntését, mivel mindig a vízzel telt térben tartózkodnak. Hátránya, hogy magasak a létesítési költségek. A rendszer indirekt kapcsolása esetén gravitációs tartályt igényel, ami 35-50%-al növeli a létesítés költségeit. Felhıs idıben csökken a rendszer vízhozama. A direkt kapcsolásnál a térfogatkiszorításos típusoknál a napsütés függvényében változhat a nyomás. Újabb fejlesztések lehetıvé tették, hogy ne a nyomás, hanem a vízhozam változzon a napsugárzás intenzitásának csökkenése esetén. Másik alternatíva a fosszilis energiahordozók kiváltására a szélerıgép ez direkt pumpálja fel a vizet a víztárolókba. Elınye hogy nem igényel üzemanyagot a mőködéséhez. Hosszabb az élettartalma, mint a hagyományos szivattyúknak. Jó teljesítményt nyújt szeles helyeken. Hátránya hogy magasabbak a fenntartási költségei. Szezonális eltérések tapasztalhatóak a teljesítményében. Nehéz megtalálni a meghibásodott alkatrészeket így költséges a javítás. A telepítés munkaigényes így speciális eszközöket, és nagy szakértelmet igényel. Teljesítménye a szél erejétıl és gyakoriságától függ. Nehezen és költségesen telepíthetı át. Kertészeti használatánál mindenképp víztároló tartály szükséges. 29
2. táblázat: A különbözı rendszerő szivattyúk SWOT analízise Rendszer típusa Elınyök Hátrányok Hálózatról táplált Elektromos szivattyú Vízbiztonság Egyenletes nyomásviszonyok Olcsóbb a mőködtetése Kicsi a beruházás igénye Az energiáért kell fizetni nem a rendszerért Több víz, nagyobb villanyszámla Automatizálható Dízel, vagy benzines szivattyú Könnyen telepíthetı. Mérsékelt beruházási költségek. Könnyen hordozható. Széles körő, kialakult tapasztalattal a telepítés során. Elektromos hálózattól távol is használható. Az energiáért kell fizetni nem a rendszerért. Üzemanyagot igényel. Az üzemanyag drága. Felügyeletet igényel, felkell önteni a kutat minden indítás elıtt, valamint pótolni az üzemanyagot, és kenıolajat. Javítást igényel. Jobban kopik. Nehezen automatizálható. Kezelıszemélyzetet igényel, és napi szintő látogatást. Zajos, füstöt bocsát ki, szennyezi a környezetet. Generátorral hajtott elektromotoros szivattyú A benzineshez hasonló Üzemanyagot igényel. A szivattyú hatásfoka az áttételek miatt csökken. Zaj és füst szennyezés. Napelemmel mőködtetett szivattyú Nem igényel üzemanyagot. Felügyelet nélküli mőködés. Megbízható, hosszú Relatív magas létesítési költségek. Alacsony vízhozam felhıs 30
élettartam. Alacsony karbantartási költség. Nincs káros anyag kibocsátás. Alacsony állandó költség. A rendszer jól illeszthetı a hagyományos mikroöntözı rendszerekhez. A búvárszivattyúk nem igényelnek felöntést. Szélerıgéppel hajtott szivattyú Nem igényel üzemanyagot. Hosszabb élettartam. Jól mőködik szeles helyeken. idıben. Direkt kapcsolásnál, sugárzástól függhet a nyomás. Indirekt rendszer esetén gravitációs, tárolótartályt igényel. Magasabb fenntartási költség. Szezonális eltérések a teljesítményben. Nehéz megtalálni a hibás részeket, így költségesebb a javítás. A telepítés munkaigényes, és speciális eszközöket igényel A használhatósága a szél lokális erejétıl, és gyakoriságától függ. Nehezen áttelepíthetı. Gravitációs tartály szükséges. 31
4.2. A Fotovoltaikus öntözırendszerek lehetséges kivitelezési módjai hazánkban Két alaptípus terjedt el a külföldi gyakorlatban. Az elsı típusnál egy napelem szolgáltatja az energiát egy merülı szivattyúnak. A szivattyú vizet pumpál egy több méter magasságban elhelyezett tartályba, ami pufferként szolgál tekintettel a váltakozó napsugárzás, ezáltal váltakozó vízhozam kiegyensúlyozására.(12. ábra). Valamint gravitációs energiát tárol, ami létrehozza a megfelelı víznyomást a csepegtetıcsövekben. 6 m magas tározó = 0,6 bar nyomás. A tartály segít áthidalni a borult periódusokat a nap folyamán. Ennek a rendszernek az elınye az, hogy a nyomást a bevált szivattyúkkal, azonos egyenletességgel lehet biztosítani. Valamint az hogy a motor nincs nyomás alá helyezve, csak az emelımagasságot kell leküzdenie. Kifolyása szabad, így nagyobb mennyiséget képes a felszínre hozni. Ezek a rendszerek meglehetısen alacsony nyomáson mőködnek összehasonlítva a hagyományos benzines rendszerekhez képest. Ez megköveteli, hogy minden összetevıjét a rendszernek ehhez a nyomáshoz tervezzék. Ezért a kivitelezhetıség miatt, nem igazán elképzelhetı 100 m- nél hosszabb gerinc vagy 100 m-nél hosszabb csepegtetıcsövek beiktatása. Vagy az ennél hosszabb csövekbıl kevesebbet lehet ellátni. Mivel a 10 m magasságban elhelyezett tartály produkál 1 bar nyomást. A gyakorlatban épített tartályok általában 3 és 7 m magasságban mozognak, a rendszer nyomása konstans a tartály magasságával az tehát 0,3-0,7 bar között mozog. A rendszer nyomását ezenkívül, sok tényezı csökkentheti, ilyenek a homokleválasztó, különbözı szőrık, nyomáscsökkentı, vízóra, könyökidom, T idom, mechanikus vízadagoló, hidraulikus szelep, tápoldatozó. A napelemes rendszereknél tehát figyelembe kell venni, hogy ezeknek, az eszközöknek a közbeiktatása jelentıs mértékben csökkentheti az amúgy is alacsony nyomást. A szőrıket nem lehet nélkülözni, de a tápoldatozást a puffer tartályba vezetéssel érdemes megoldani. A kiadagolt vízmennyiségre pedig következtetni lehet abból hányszor telt meg a tartály, és állt le a szivattyú. A rendszer tervezésénél minimalizálni kell a könyék, és T idomok számát. A víz nyomása egyenletes, és nem magas így nyomáscsökkentıre, nyomásszabályozóra nincs szükség. 32
12. ábra: Fotovoltaikus szivattyú víztatározó tartállyal pufferolt alkalmazása A második megoldásban, a napelemes szivattyú direkt kapcsolás útján adagolja a vizet az öntözırendszerbe. Mivel a tárolók ára a magassággal, és a tárolókapacitással nı, így akár 20-50%-al olcsóbb lehet ennek a rendszernek a bekerülési költsége. Azonban a globálsugárzás váltakozó a nap folyamán, így a rendszer nyomása és vízhozama is változó. Ha a nyomás elért egy maximum értéket, utána viszont a csepegtetı nyílásokon átfolyó víz mennyisége fog növekedni. A nyomásbeli egyenetlenségeket ki lehet küszöbölni akkumulátorok alkalmazásával, amik növelik a rendszer létesítésének a költségeit, és a folyamatos nem helyes töltési körülmények miatt, 5 év alatt teljes cserére szorulnak, így nınek a fenntartási költségek. Az akkumulátorok, a környezetet ugyanúgy szennyezik, mint a fosszilis tüzelıanyagok. Másik megoldást jelenthet, az hogy úgy állítjuk be az invertert, hogy csak olyan áramerısségnél indítsa el, a motort, hogy a motor produkálni tudja a megfelelı minimális nyomást. A megfelelı nyomás elérése érdekében pedig a motor fordulatszámát lehet szabályozni. Ennek a megoldásnak az a hátránya, hogy az ingyen energiát nem használjuk ki optimálisan, és csökkenhet a vízhozam. 33
A harmadik megoldás a hibrid rendszer, a hibrid rendszer a vízbiztonság miatt szükséges, a vízbiztonság elérése az optimális mennyiségő és minıségő vízadag folyamatos biztosításával lehetséges. A hibrid rendszerek gyakorlati alkalmazása során, a már meglévı benzines szivattyú környékére telepítjük a napelemes rendszert, és ha az a borult idı miatt pár napig nem tud elegendı vizet felhozni, a gerincvezetékre, vagy a víztározóba kapcsolt benzines szivattyúval áthidaljuk a vízhiányt. A gyakorlatban a már meglévı benzines szivattyú közelébe, telepíteni kell egy új kutat, és a hozzátartozó napelemes rendszert, mindkét szivattyú részére biztosítani kell a gerinc vezetékhez való csatlakozást, így a nyáron felmerülı néhány borús napot tökéletesen át lehet hidalni, minimális mennyiségő benzin felhasználása mellett, a többi energiát pedig a napelem biztosítja. Érdemes megjegyezni, hogy az úgynevezett tracker-ekkel, vagy forgatókkal az elérhetı teljesítmény a kétszeresére is növelhetı, ezek az eszközök mindig a napirányára merılegesen mozgatják a paneleket, így akár már reggeltıl is közel hasonló teljesítményt érhetünk el, mint a déli órákban. 4.3. A Szolár szivattyúk megtérülési idejével kapcsolatos számítások eredmények 4.3.1. Elméleti modell tervezése a megtérülés számításához Az öntözırendszer méretezésénél egy konkrét típusú szolár szivattyúhoz igazítottam a rendszert. A szivattyú maximális kapacitása meg kell egyezzen, vagy túl kell lépje a maximális vízigényt amely a legmelegebb napokban lép fel. A kút mélysége 8 m a víz szintje a kútban 5 m. Ez a típusú szivattyú akár 22 m mélyrıl is képes vizet felhozni csökkenı vízhozammal természetesen. Az állványzat magassága minimum 4,5m, ami 0,45 0,5 bar nyomást eredményez a tartályban lévı vízszinttıl függıen. Így az emelımagasság a dinamikus vízszinttıl, a tartály felsı beömlınyílásáig 10 m, ekkora emelımagasság mellett a szivattyú a hivatalos leírásban, (13. ábra) napi 6 óra direkt napsütésre számolva, 30 m³ vizet tud felhozni. A legvízigényesebb napokon a napsütéses órák száma jóval meghaladja a 6 órát. 34
Így a rendszer kapacitása kicsit alul van tervezve, ami a vízbiztonság miatt hasznosnak bizonyulhat, mivel a kisebb többletet jobban tudjuk szabályozni, mint a hiányt elıteremteni. 13. ábra Loretz Ps 150 szolár szivattyú vízhozama, adott emelımagasság mellett. A kútnak minimum 110mm átmérıvel kell rendelkeznie, amiben a szivattyú a vízszinttel együtt lebeghet, vagy fix mélységben marad. A napelemek kiválasztásában a Wp, vagyis Watt peak érték jelent döntı szerepet, ez 1000 W/m² besugárzáskor mért értéket jelent, 25 C hımérsékleten, AM 1,5 légtisztasági értéknél. A napelemek Wp értékének ekkora emelımagasság, és vízhozam mellett 450 Wp névleges teljesítményt kell adniuk. Ehhez polikristályos napelemekbıl két tábla szükséges, a forgalmazó szerint ennek a felülete 2m². A magyarországi sugárzási körülményekhez viszonyítva az áprilistól kiültetett növényeket lehet napelemekkel biztonságosan öntözni ( 14. ábra ). 35
14. ábra: 2010. áprilisában az Alfanap kísérleti napelem rendszerben mért napelem teljesítmények. A kápia típusú paprika kiültetése áprilisban indul hidegágyas körülmények között. A napi vízigénye pedig szorosan összefügg a transpirációval, és a napsütéssel. A tenyészidıszakban 7000m³ vizet igényel hektáronként, a legmelegebb napokban a vízigénye 4,5 l/m²/ nap. A kápia termesztése szabadföldi körülmények között, vagy újabban vándorfóliás termesztés keretében folyik. A vándorfólia védelmet nyújt az idıjárás szélsıségei ellen, kiküszöböli a jég az esı, a szél, és a szélsıséges hideg idıjárás káros hatásait. A kedvezı nevelési, betakarítási körülmények, és a több hónapos folyamatos szedés segíti a termelı piaci lehetıségeit. A rendszer ezen elınyei miatt a termésbiztonság magasabb, így elterjedt termesztési módszer. A vándorfóliákon belül az olasz típussal számoltam ennek a pontos paraméterei: 5m-es szélesség, 3,3m-es magasság, 1,5m-es oszlopmagasság. A kápia típusú paprika termesztésénél általánosan alkalmazott az (50+90) x 35-40 cm-es tenyészterület. (DUDÁS-HODOSSI, 2010). Ebbıl következik, hogy egy-egy fóliaalagútban 3 sor csepegtetıcsı szolgáltatja a vizet, az ikersoroknak. A tárolótartály méretezésénél figyelembe kell venni, hogy minél nagyobb tartályt helyezünk el annál kedvezıbben kihasználható a szivattyú napsütésbıl nyerhetı energiája, viszont jelentısen nınek a létesítés költségei is. Ezért az én modellemben a tartály csak a vízhozam minimális pufferelésére szolgál, mivel egy 32 m³-es tartály létesítése már több millió forintos tételt, tenne ki. A tartály a modellben egy 8 m³-es tartály lesz. A csepegtetırendszert ezen okoknál fogva pedig úgy kell méretezni, hogy 0,45 bar nyomáson a tartályba áramló vízzel azonos, vagy közel azonos mennyiségő vizet adjon le. Ekkora nyomás mellett 150 l/óra/100m vízhozammal terveztem. A napelemes Ps 150 típusú 450Wp 36
teljesítményő szivattyú, ezen adatok alapján egy 6587,5 m²-es területet képes ellátni (15. ábra). A nyomás egyenletes eloszlása miatt, és a minél kisebb nyomásigény miatt, törekedni kell arra, hogy a gerincvezetéktıl számított csepegtetı csövek hossza, kevesebb legyen, mint 100 m, ebbıl következıen a modellben a gerincvezetéket középen helyeztem el, így a csepegtetıcsövek maximum 25m hosszúak, ami elısegíti a kisnyomáson való biztonságos mőködést. A fóliaterületet pedig 14, egyenként 5 m széles, 95m hosszú, középen gerinccel, és egy úttal kettéosztott olasz típusú vándorfólia alkotja. Egy-egy fóliában pedig 3 sor csepegtetı helyezkedik el, ami táplálja a kápia paprika ikersorait. A kutat a gerinc vezeték felénél helyeztem el. A kúthoz közel kell létrehozni a puffertartályt, ezt egy kertészetekben bevált saválló üvegszálas boros tartályból, és egy ehhez épített állványzatból lehet felépíteni. Az állványzatot minimum 4,5 m magasra kell építeni. A tartály elınye hogy ott a napelemeket ellehet helyezni, így nincs szükség külön tartóoszlopra. 15. ábra Lorentz Ps 150 szolár szivattyú vízhozamához tervezett elméleti modell. Területe: 6587,5 m² 37
A szivattyút egy biztosítókötél segítségével kell leengedni, a fejnek 5/4-es (3,175 cm) csatlakozása van, erre egy egyszerő KPE csövet kell kapcsolni, és az elektronikai kábellel egyetemben kell leereszteni. A szivattyú vezérlıegysége a felszínen marad, a tartály lábánál elhelyezett vezérlıegységgel minden utasítást ellehet végezni, a szárazonfutás, zárlat, védelmére. Valamint szabályozni lehet, hogy milyen feszültségtıl induljon be a motor. Ennél célszerő csak minimumot szabni. A tartályokban elhelyezett vízszint kapcsoló segítségével pedig egyszerően lehet szabályozni azt, hogy ha megtelt a tartály, kikapcsoljon arra az idıtartamra, ami alatt a víz lecsepeg, majd ha ez bekövetkezett az alacsony vízszint újraindítja a szivattyút. A napelemeknek D, DK irányban kell állniuk, a nyári periódusban 30-40 -os szögben, ez a szög júliusban optimálisan 25. A szivattyú ötévente igényel karbantartást, a napelemet néha meg kell tisztítani a portól. A rendszer teljesen automatizálható az üzemanyagot és kenıolajat nem kell folyamatosan pótolni. Ezzel csökken a személyi jellegő költség. A szőrıt a szivattyú és a tartály közt kell elhelyezni. Valamint a tartályban a kiömlınyílás csövét kicsit magasabban kell építeni így az üledék, nem kerül a rendszerbe. 4.3.2. Az elméleti modell éves vízigényének, csepegtetıhosszának, vízhozamának, napi vízigényének számítása Az éves vízigény a kápia típusú parikánál 7000 m³/ha, ebbıl következik, hogy 6587,5m² területen az éves vízigény: 7000 x 0,65875 = 4671,12 m³. A csepegtetı hossza pedig a fóliasátrak darabszáma szorozva a három sor csepegtetıvel fóliánként, szorozva a sorok hosszával, vagyis: 14 x 3 x 95m = 3990 folyóméter. A csepegtetı óránkénti kifolyása 150 l /100m. A terület csepegtetıcsöveinek az összes vízhozama ebbıl következıen, 3990 x 150 l = 5, 98m³. A fotovoltaikus szivattyú óránkénti vízhozama közel azonos. A napi vízigény hıségben 4,5 l/m²/nap. A rendszer napi vízigénye ebbıl következıen 6587,5 m² X 4,5 l = 29, 64 m³/ nap. A fotovoltaikus szivattyú napi vízhozama azonos, vagy magasabb. 38
4.3.3. Megtérülés számítása tartállyal pufferolt szolár szivattyú rendszer esetén 4.3.3.1. A bekerülési költség számítása a Lorentz Ps 150 gravitációs tartállyal pufferolt napelemes szivattyú esetén A benzines szivattyút direkt lehet a csepegtetı rendszerhez kapcsolni, ezért más költséggel nem számolok. Mert a többi költség: szőrı, kút, csepegtetıcsı, gerincvezeték, vízkivételi díj, a napelemes megoldásnál is ugyanúgy szerepel. A napelemes rendszer bekerülési költsége két részre bontható, az egyik a szivattyú, a napelem, és az ehhez tartozó eszközök, ezek a hazai forgalmazó szerint 2010. április 6. áron nettó 373000 Ft-ba kerülnek. Mivel a kertészeteket leginkább vállalkozók, és cégek üzemeltetik ezért a nettó árral számolok. A másik költségalkotó a víztározó tartály létesítése. Jelenleg a kertészetekben erre a célra, gyakran használnak, borászatoktól olcsón beszerezhetı saválló üvegszálas tartályokat, ezeknek literenkénti átlagára a piacon 15 Ft, az állványzatot 210000 Ft-ból lehet felépíteni. Ebbıl következik, hogy a napelemes rendszer összes bekerülési költsége egy 8 m³-es puffer tartály esetén, összesen: 373000 + 8000 X 15 + 210000 = 703000 Ft. 4.3.3.2. A szivattyúk üzemeltetésének költségei A napelemes rendszer nem igényel üzemanyagot. A napelemes rendszer, minimális karbantartást igényel a létesítés után a napelemekre a gyártó 20 év garanciát vállal, ezért meghibásodás esetén kicserélik. A motorra 2 év garanciát vállal a gyártó, a motort 5 évente kell ellenırizni. A centrifugál szivattyúk, megbízhatóságával rendelkezik, kevés benne a mozgó alkatrész. Alkatrészei cserélhetık. A napelemek teljesítménye 20 év alatt csökken 20%-ot. A benzines szivattyú üzemeltetéséhez üzemanyag szükséges, ami 2010. április 6. áron 337 Ft / l. A kopás jelentısebb mértékben lép fel, sokszor javításra szorul. Teljesítménye nagyobb mértékben csökken az évek során. Folyamatos használat mellett akár 2-5 évente új benzines szivattyút kell vásárolni. 39
Ahhoz hogy ki tudjam számolni a napelemes szivattyú megtérülésének idejét, egy egyenértékszámot, kell képeznem. Ez a szám az egy köbméter víz kivételéhez szükséges benzin mennyisége, mértékegysége: m³/l. A benzines motorok közül konkrét típust kell meghatároznom, ezért a kertészetekben öntözéshez elıszeretettel használt Honda szivattyúk egyik típusával, annak jelleggörbéjével, és fogyasztásával számoltam. Megjegyzendı hogy a Honda szivattyúk kertészetekben használt típusait, eredetileg átemelésre tervezték, és nem öntözésre, a nyomás alatt tönkremehet a szivattyúk tömszelencéje. Viszont mivel meglehetısen jó teljesítményt nyújtanak alacsony fogyasztás és ár mellett. A négyütemő Honda szivattyúk elterjedtek a kertészetekben. A modell vízigényébıl kiindulva elsıként a Honda WX 10 típusú, hordozható szivattyúval számolok. Aminek a maximális fogyasztása 0,55 l/óra. Szabad kifolyás melletti vízhozama pedig, 140 l /perc. A szívási mélysége maximum 8m. Emelési magassága 36m. Csatlakozója 2,54 cm átmérıjő. A szivattyú 5m szívómagasság mellett, és 4 m emelımagasság mellett, 125 l / perc vízszállításra képes (16. ábra). 16. ábra: Honda WX10, WB30 szivattyúk jelleggörbéje ( Forrás: Honda Magyarország ) 40
4.3.3.3. Egyenértékszám és megtérülés számítása, Honda WX 10 szivattyú kiváltása esetén 125 l x 60 perc = 7500 l. A fogyasztás 0,5 l. Az egy köbméter kiöntözéséhez szükséges érték számításánál elosztom az óránkénti fogyasztást, az óránként kijuttatott víz mennyiségével. 0,5 l benzin / 7,5 m³ kijuttatott víz = 0,066 l benzin / m³ kijuttatott víz. Ha a rendszer éves vízigényét, ami 4671,2 m³ / év megszorzom. az egyenértékszámmal akkor megkapom az öntözés éves költségét., vagyis 4671,12 x 0,066 l/ m³ x 337 Ft / l = 103897 Ft / év. A tartállyal pufferolt szolár rendszer megtérülésének idejét úgy kapom meg, hogy a bekerülési költséget ami, 703000 Ft elosztom, a hagyományos rendszer mőködéséhez évente szükséges benzin árával, ami 103897 Ft. A számítás menete: 703000 / 103897 = 6,7 év A szolár rendszerbe fektetett költségek, 6,76 év alatt térülnek meg ilyen körülményeket feltételezve. A 7. évtıl kezdve tulajdonképpen az energiaköltségek megszőnnek, vagy hibrid rendszer esetén minimálissá válnak. 4.3.3.4. Egyenértékszám és megtérülés számítása, Honda WB 30 szivattyú kiváltása esetén, nyílt vízbıl való emelés esetén Ebben az esetben egy kutat nem lehet elképzelni egzakt viszonyításként, mivel semmilyen kertészetben használatos kútnak nincs 910 l / perc vízhozama. Ezért fúrt kutaknál való alkalmazás esetén ez a szivattyú sem képes 80-125 l / perc vízhozamnál többre, maximum a rendszer nyomását tudja biztonságosan magas értéken tartani, így nagyobb terület öntözésére is alkalmas lehet. Ezért csak a szívó és emelımagasságokat vetettem össze. A Honda WB 30 maximális fogyasztása 1,5 l/óra. Szabad kifolyás melletti vízhozama pedig, 1100 l/perc. A szívási mélysége maximum 7,5m. Emelési magassága 30m. Csatlakozója 7, 62 cm átmérıjő. A szivattyú 5m szívómagasság mellett, és 4 m emelımagasság mellett, 910 l / perc vízszállításra képes. Az egyenértékszámot úgy kapom meg ebben az esetben, hogy a fogyasztást, ami ebben 41
az esetben 1, 4 l benzin / óra átlagosan, elosztom a kiemelt víz mennyiségével, ami 54, 6 m³/ óra. 1, 4 l benzin / 54, 6 m³ kiemelt víz = 0,0256 l benzin / m³ szivattyúzott víz. Ebben az esetben az éves benzin költség: 4671,12 x 0,025 l/ m³ x 337 Ft / l = 39354,186 Ft /év. A szolár szivattyú megtérülési ideje pedig: 703000 / 39354 =17,8 év 4.3.3.5. Egyenértékszám, és megtérülés számítása benzines áramfejlesztıvel mőködtetett Umbra 4" FF95/10 csıbúvárszivattyú kiváltása esetén Az elektromos hálózattól távol levı kutak esetében a jelenleg elterjedt másik megoldás a víz szivattyúzására az, hogy aggregátorral termelt elektromos áramot használnak fel, egy búvárszivattyú meghajtására. A csıbúvárszivattyúk másik elınye hogy ezek esetében nincs szívómagasság, csak emelımagasság van így nagyobb mélységbıl is felhozzák a vizet. Az aggregátor típusát a szivattyú teljesítményéhez kell megválasztani. A csıbúvárszivattyú típusa UMBRA 4" FF95/10, motorteljesítménye: 750 W. Maximális folyadékszállítása: 80 l / perc (0,9 bar nyomás mellett). Az ehhez szükséges aggregátornak legalább ekkora teljesítményt kell leadnia. Példaként vettem a Güde GSE 4 T 1200-as aggregátort ennek a maximális motor teljesítménye 1,75 kw, fogyasztása 0,75 l / óra. Generátor teljesítménye 850 Watt tartós használat esetén. Mivel ez a csıbúvárszivattyú a modellben figyelembevett körülmények között hasonló teljesítményre képes, mint a Ps 150 szolár szivattyú, ezért a hozzá szükséges generátor fogyasztásából is lehet képezni egy egyenértékszámot a felhasznált benzin l / m³ kiemelt víz mennyiségébıl. A szivattyú 9 m emelımagasság esetén óránként 4,8 m³ vizet emel ki. Ehhez a generátor, 0, 7 l liter benzint használ fel. Az egyenértékszámot megkapjuk, ha elosztjuk az aggregátor benzin fogyasztását, a kiemelt víz mennyiségével, vagyis 0,7 l / 4,8 m³ = 0,145 l benzin / m³ kiemelt víz. Ennek alapján a szolár rendszer megtérülése, a rendszer bekerülési költsége, osztva a rendszer éves vízigényéhez szükséges benzin mennyiségével szorozva a benzin árával, vagyis: 703000 / 4671,12 m³/év x 0, l45 l / m³ x 337 Ft / l = 3,0 év. 42
Vagyis az aggregátorral hajtott szivattyúk fogyasztása magasabbnak bizonyult, ami nem meglepı, hisz többszörös lehetıség nyílik a hatékonyság csökkenésére. Így a szolár szivattyúba fektetett költség a harmadik évtıl térül meg, utána pedig minimálisra fordulnak a fenntartás költségei 4.3.3.6. Megtérülés számítása elektromos hálózatra kapcsolt Umbra 4" FF95/10 csıbúvárszivattyú kiváltása esetén A szivattyú a fentiekhez hasonló körülmények között 4,8 m³ víz kiemelésére képes óránként, ehhez 750 watt fogyasztás társul óránként. Egy kwh fogyasztás az éjjeli, és a nappali díjjak fogyasztás átlagában, jelenleg bruttó 45 Ft. Ha a modell éves vízigényét elosztom az óránként kijuttatandó mennyiséggel, megkapom az éves munkaórák számát. 4671,12 m³/ év / 4,8 m³/ óra = 973,15 munkaóra / év. Ebbıl következıen az éves áramfogyasztás: 973, 15 munkaóra x 750 Watt/h = 729,86 kwh. Az éves energiaköltség: 729,86 kwh X 45 Ft/kWh = 32843,7 Ft. A megtérülési idı, ilyen feltételek mellett: 21,4 év 4.3.4. Direkt kapcsolt szolár szivattyú rendszer A direkt kapcsolt szolár szivattyú rendszerek fejlesztésében a Grundfos Holding jár az élvonalban. Az elméleti modell vízigényéhez, és nyomásigényéhez ajánlott típus: SQF 5A-7 centrifugál szivattyú kis emelımagasságokra és nagy térfogatáramokra készült. A szivattyú alkalmas mindkét áramnemre a következı intervallumokban: 30-300 VDC/90-240 VAC. A teljes rendszer (17. ábra) nettó bekerülési költsége jelenleg: 1486000 Ft. A direkt rendszer ezen megoldása akkor is mőködhet amikor egy idıre elbújik a nap, vagy este is alkalmazható, a nyomásszabályozó rendszernek köszönhetıen, valamint az akkumulátoroknak köszönhetıen egyenletes nyomás érhetı el vele. 43
17. ábra: Grundos SQ Flex 5A-7 típusú direkt kapcsolható szolár szivattyú és tartozékai (Forrás: Grundfos) Benzines áramfejlesztıvel, mőködetett Umbra búvárszivattyúkkal szemben számított megtérülése: 1486000 / 4671, 12 m³/év x 0, l45 l / m³ x 337 Ft / l = 6,5 év Honda WX 10-es szivattyúval szemben számított megtérülése: 1486000 / 103897 Ft/ év = 14,3 év A többi esetben állami támogatás nélkül nem térül meg 20 éven belül, az elméleti modellben figyelembevett vízigény és kihasználtság mellett. 44
4.3.5. A bekerülési költségek és megtérülési idık elemzése A tartállyal pufferolt szolár szivattyúrendszer bekerülési költsége kisebb, mint a direkt kapcsolt szolárrendszeré, ezért csak akkor érdemes a direkt kapcsoltat alkalmazni, ha valamilyen elınye, könnyebb áttelepíthetıség, nagyobb nyomás miatt erre van szükség. A leghamarabb mindkét rendszer esetén a benzines áramfejlesztıvel hajtott, kutaknál használt csıbúvárszivattyúk kiváltása esetén jön vissza az áruk, és azután évente jelentıs megtakarítást eredményeznek. A második helyen a benzinnel hajtott szivattyúk csıkutakból való vízkiemelése esetén térülnek meg. A folyókból, öntözıcsatornákból benzines szivattyúval való vízátemelés esetében hosszú a megtérülési idı, leghosszabb azonban az elektromos hálózatról mőködtethetı szivattyúkkal szemben. Ilyen esetekben az ekkora teljesítményő és vízhozamú szivattyúk nem térülnek meg 15 éven belül. 18. ábra: Megtérülési idık a különbözı fajtájú szivattyúk kiváltása esetén, tartállyal pufferolt szolár szivattyú, és direkt kapcsolt szolár szivattyú esetén. 45