HŐTERMELÉS: Fototermikus napenergia-hasznosítás
PASSZÍV direkt vagy indirekt AKTÍV HŐTERMELÉS Fototermikus hőenergia Naptűzhely Napkollektoros HMV-előállítás, fűtés levegős vagy folyadékos; egykörös vagy kétkörös Hőszivattyú légtermikus, hidrotermikus, talajhő (sekély geotermikus) ÁRAMTERMELÉS Fotovillamos (napelemmel) CPV koncentráló fotovillamos rendszerek (+100%) Napkövető fotovillamos rendszerek (+35-50%) Termovillamos megoldások Fókuszálás: Napvályú, Naptányér, Naptorony Napkémény KOGENERÁCIÓ Hibrid panelekkel hőtermelésre vagy áramtermelésre optimalizált Levegős vagy folyadékos
A napenergia mennyiségi jellemzői Napállandó: átlagos Föld- Nap távolság esetén, a légkör felső határán, a sugárzásra merőleges egységnyi felületre időegység alatt mennyi energia esik: 1370 W/m 2. A Föld felszínén csúcsértéke (nyáron, a déli órákban, derült, tiszta égbolt esetén): 1000 W/m 2 Átlagosan: 700 W/m 2 ; télen a szórt sugárzásban: 50 W/m 2 ; Hazánkban a napsütéses órák száma évi 2100 óra - 75%-a nyáron; A besugárzott (kinyerhető) energia mennyisége Magyarországon 1300 kwh/m 2 /év Spanyolországban > 2000 kwh/m 2 /év. 1040 PJ/év primer energiafelhaszn.: ~300 000 000 000 kwh/év ez 230 km 2 területről nyerhető ki (100%-os hatásfok mellett) = hazánk területének 2,5%-a
Magyarország egyes nagyobb területei között a napsugárzás szempontjából nincsenek jelentős eltérések (10% alatti) azonban mikro szinten mégis jelentősek lehetnek a különbségek (domborzati kitettség)
Egy hét borult idő után még
naptűzhely
A naptűzhely 1,1 m átmérőjű parabolaantennára felvitt öntapadós alumíniumfóliával készült. A Napra állításhoz nem kell túlságosan megdönteni, ezért ha a főzendő étel a főzőedényből "kifut", kifröccsen, az nem a tükröző felületre ömlik. A tűzhely hatásfoka 40-45% körüli. Ez azt jelenti, hogy 1000 W/m2 sugárzási teljesítmény mellett a tűzhely 400-450 W teljesítményű, a fókuszpontban elért legmagasabb hőmérséklet 625 C volt. 1,5 liter vizet 20 perc alatt forral fel.
Napenergiával működő konyha Indiában - a rendszer 600 C-os gőzt állít elő. Az eddigi csúcs: 38500 adag étel/nap
Nagy teljesítményű aszaló
Fa szárítás Ausztráliában fototermikus rendszerrel
Szennyvíz-iszap szárításra szolgáló üvegház
Albedó (visszaverődés mértéke): Hó: 80-85% Füves terület: 20-30% Erdő: 15-20% Napkollektor: ~5% (az üvegfelületről) 625 kwh/év hőenergia 1 kw kollektorfelületre (a napelemek esetében 1000-1100 kwh)
Napkollektorok típusai Légkollektor Folyadékos kollektor Lefedés nélküli, nem szelektív síkkollektor Nem szelektív síkkollektor Szelektív síkkollektor Vákuumos síkkollektor Vákuumcsöves kollektor Parabolatükrös kollektor Kogenerációs rendszer
Légkollektor 1.
Légkollektor 2. a sörös ló
ellenérvek o Ennyi sört legyártani, elfogyasztani, hogy nyerjünk olyan fém alapanyagot, ami egyébként alkalmatlan, mert még ragasztgatni, festeni kell. Haszontalan reklámot csinál a sörösdobozoknak (az lenne legjobb, ha nem is gyártanának fém palackokat) o Nincs tárolókapacitás. (mint pl. szolárbojler) o Nem teljesértékű fűtés; o Kis hőkapacitású közeget mozgat; o Soha nem térül meg, még ingyen munkával számolva sem. o Ha meg kell bontani miatta a hőszigetelést vagy a szerkezetet, akkor még árthat is. o Nyáron, amikor feleslegesen pörkölődik, akkor legalább a melegvizet legyárthatná, de arra nem alkalmas.
Használati melegvíz (HMV) előállítás (1-3 kw névleges teljesítmény/kollektor) A meleg víz a mosógépbe is betölthető, ezáltal a mosás energiaigénye 75%-kal csökkenthető!!!
Az átlagos napi globál sugárzás éves menete
45 dőlésszögű, D felé tájolt napkollektorok esetén % 100 80 60 40 20 0 Napenergia hozam* Fűtési igény I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII hónapok *45 -os dőlésszögű, déli tájolású napkollektor esetén
Elméleti alapok 1.
A hagyományos fototermikus rendszerek általános felépítése Hazánkban a folyadék munkaközegű napkollektorok alkalmazása jellemző Fő részei: Napkollektor: Az a berendezés, ami a napsugárzást elnyeli és hővé alakítja (+ a munkaközegnek átadják a nap energiáját) Tárolók: termelt hőt melegvíz formájában tárolják Működtető, szabályozó, biztonsági + ellenőrző szerelvények: pl. keringető szivattyú, automatika, tágulási tartály, biztonsági szelep, hőmérők, illetve nyomásmérők
A napkollektoros rendszerek csoportosítása Egykörös A kollektorban felmelegedő folyadék szerint: Egykörös/termoszifon rendszer (szubtrópusi és trópusi területekre a világon értékesített berendezések 90%-a): a rendszerben közvetlenül a felmelegítendő használati víz kering A munkaközeg szállítása szerint: Gravitációs: tárolótartály a kollektorok felett keringetés elve: folyadék fajsúlycsökkenése Előnye: egyszerűség, automatika elmaradása Hátránya: tároló helyének kötöttsége
A napkollektoros rendszerek csoportosítása Kétkörös A kollektorban felmelegedő folyadék szerint: Kétkörös/ rendszer: fagyálló hőátadó folyadék + hőcserélő A munkaközeg szállítása szerint: Keringetőszivattyús (kényszeráramlásos): a hőátadó folyadékot szivattyú áramoltatja A tároló bárhol elhelyezhető, jól szabályozható Nagyobb éves energiahozam Egész évben használható Nincs vízkövesedés Hátrány a nagyobb beruházási költség, bonyolultabb fel-, és utántöltés
biztonsági szelep hőmérő kiegészítő fűtés napkollektor keverőszelep nyomásmérő vezérlő kazán meleg víz tároló tágulási tartály visszacsapó keringető szelep szivattyú hőcserélő hideg víz
A napkollektor használatával előállított energia évi 500-600 kwh/m 2, amely 25 e Ft körüli megtakarítást jelent. 6 négyzetméter esetén akár 150e Ft/év a megtakarítás. Praktiker
Síkkollektorok hatásfoka I. Kollektorok veszteségei: Optikai: üvegfelület visszanyerése és elnyelése + abszorberfelület visszaverése függetlenek a kollektor hőmérséklet-veszteségétől Hőveszteség: abszorberlemez sugárzás, konvekció és hőátadás útján létrejövő veszteségei függnek a kollektor és a környezeti levegő hőmérséklet-különbségétől
1. - Lefedés nélküli, nem szelektív síkkollektor Anyaguk: UV sugárzásnak ellenálló, fekete színű, műanyag vagy gumi anyagú csőjáratos lemezből; nem alkalmaznak dobozolást és lefedést; nincs reflexiós veszteség lefedés hiánya miatt; legmagasabb az optikai hatásfok; kollektor és a környezet közötti hőmérsékletkülönbség növekedésével meredeken csökken a hatásfokuk hőszigetelt doboz hiánya miatt; medencefűtésre alkalmazzák.
2. - Nem szelektív síkkollektor fedése általában: egyszeres üveg vagy polikarbonát lemez nem szelektív elnyelőlemezzel rendelkezik alacsonyabb az optikai hatásfokuk (a szelektív kollektorokhoz képest) nagyobb a hőveszteségük - az elnyelőlemez kisugárzása miatt
3. - Szelektív síkkollektor A hazánkban értékesített napkollektorok döntő többsége (több mint 90%) szelektív síkkollektor szelektív bevonatú abszorberrel, általában egyszeres üvegfedéssel készült kollektor hőveszteségének jelentős részét a kollektorházban lévő levegő konvektív hőátadása okozza a veszteség vákuumot létrehozásával megszüntethető ilyenkor ált. a hőszigetelés csupán a vákuum (hőszigetelés hatásfoka még így is jobb)
4. - Vákuumos síkkollektor egyesíti: a vákuumcsöves kollektorok alacsony hőveszteségét + a síkkollektorok magas optikai hatásfokát szerkezeti kialakítása hasonló a szelektív síkkollektorokéhoz a kollektorház légmentesen zárt, és az üveg fedőlap behorpadás ellen távtartó tüskékkel van alátámasztva a vákuumot a kollektorok felszerelése után, a helyszínen hozzák létre
5. - Vákuumcsöves kollektor az elnyelőlemezt üvegcsőbe helyezik, melyből a gyártás során szívják ki a levegőt a vákuumcsöves napkollektor több, egymás mellé helyezett vákuumcsőből áll előnye: a jó hőszigetelés hátránya: a görbe üvegfelületnek a síkkollektorokhoz képest nagyobb a reflexiója, az érkező napsugárzás nagyobb részét veri vissza kisebb az optikai hatásfoka
Napkövető rendszerű napkollektor
HELIOTROPE (Freiburg) 4-6-szoros mennyiségű energia a felhasználás mértékéhez képest odual-axis tracking PV 56 m 2, o a geothermal heat exchanger, o a combined heat and power unit (CHP) o solar-thermal balcony
Combisystems használati melegvíz (HMV) + fűtés 10-100 m 2 kollektorfelület 1000-30000 liter hőtároló
3000 m 2 kollektorfelület 4500 m 3 hőtározó Távfűtési rendszerben
Hamburg Braamwisch - Gut Karlshöhe
+ szezonális hőtároló
Távfűtés-rendszer (1407 m 2 ), Schwarzenegger/UPS Arena, Graz - Austria
Európa legnagyobb távfűtésre dolgozó naperőműve Marstal (DK) 12 MW
The existing energy system of Marstal Fjernvarme: 18 300 m 2-12 MW solar system + 18,3 MW bio-oil boiler; 10 340 m 3 pilot pit heat storage; 3 500 m 3 sand storage; 2 100 m 3 steel tank water storage; 1 450 end-users; Yearly heat production, totally 28,000 MWh. at the new plant Marstal only use 2-3 kwh electricity to produce 1 MWh heat from the sun
45 m 2 kollektor + 9,4 m 3 puffertartály = 65% szoláris részarány
69 m 2 kollektor + 28 m 3 puffertartály = 95% szoláris részarány
Statisztikai adatok
Az első 10 legnagyobb kapacitással rendelkező ország a 2010. évi adatok szerint
Az évente újonnan telepített kollektorkapacitás térségenként
EU: üzembe helyezett új kapacitások
Európai fototermikus piac új kapacitások 2010-ben
Kapacitás 1000 főre vetítve
Magyarország
Magyar valóság A alapvető jogok biztosa jelentésében megállapította, hogy az építési engedélyezési eljárásról szóló, 2013. január 1-jén hatályba lépett új kormányrendelet építési engedélyezési eljárás lefolytatásához köti a háztartási célú napelemek és napkollektorok felszerelését, és csak a bontásuk végezhető bejelentés vagy építési engedély nélkül. Az alapvető jogok biztosa azt kérte a belügyminisztertől, hogy vizsgálja felül a napenergia hasznosítása szempontjából hátrányos, az egészséges környezethez való jogot és a jogbiztonság követelményét is sértő új szabályozást. Pintér Sándor válaszában elismerte, hogy a napkollektorok felszereléséhez szakmai szempontból nem szükséges az építési engedélyezési eljárás lefolytatása, és annak érdekében, hogy a napkollektorok építési engedély és bejelentés nélkül felszerelhetőek legyenek, az új kormányrendeletet kell kiegészíteni. A belügyminiszter a napelemek esetében ugyanakkor vitatta a biztos kezdeményezését, azzal érvelve, hogy a napelemek várható elterjedése miatt differenciált, méretfüggő anyagi norma kidolgozása és az országos településrendezési és építési követelményekről szóló jogszabály (OTÉK) módosítása szükséges.
Mitől függ a napkollektoros rendszerek pénzügyi megtérülése? melyik energiahordozóhoz viszonyítjuk a megtérülést (PB gáz, elektromos áram, földgáz, tüzelőolaj, brikett, pellet stb.); mennyibe kerül ez az energiahordozó a szolgáltatónál: Ft/kWh (pl. földgáz 17 Ft/kWh, villamos energia: 49,9 Ft/kWh 2012-ben) milyen hatásfokkal hasznosul a HMV/fűtési rendszerben, azaz mennyibe kerül a konkrét házban, konkrét rendszerben (pl. földgáz kb. 25 Ft/kWh, a kazán éves hatásfokát figyelembe kell venni) mennyibe kerül az energiahordozó a következő 20 évben, azaz milyen éves áremelkedés várható; mekkora a hasznosított napenergia mennyisége (kwh): napsugárzás mennyisége, napkollektorok felülete, hatásfok, felhasználás, kihasználtsági fok; mekkora a beruházás költsége, esetleg mekkora a jegybanki alapkamat; mekkorák a karbantartási és egyéb működési költségek (napkollektor szivattyú áramfelvétele és éves üzemóra)