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/m2. ►
A Föld felszínén ►
csúcsértéke (nyáron, a déli órákban, derült, tiszta égbolt esetén): 1000 W/m2
►
Átlagosan: 700 W/m2;
►
télen a szórt sugárzásban: 50 W/m2;
►
Hazánkban a napsütéses órák száma évi 2100 óra - 75%-a nyáron;
►
A besugárzott (kinyerhető) energia mennyisége Magyarországon 1300 kWh/m2/év – Spanyolországban > 2000 kWh/m2/év.
►
1040 PJ/év primer energiafelhaszn.: ~300 000 000 000 kWh/év
►
ez 230 km2 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 Napenergia hozam* 60 % 40 Fűtési igény 20 0 I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
hónapok *45°-os dőlésszögű, déli tájolású napkollektor esetén
X
XI
XII
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
napkollektor keverőszelep
kiegészítő fűtés hőmérő
biztonsági szelep nyomásmérő
vezérlő kazán
meleg víz
tároló tágulási tartály
keringető visszacsapó szivattyú szelep
hőcserélő hideg víz
„A napkollektor használatával előállított energia évi 500-600 kWh/m2, 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 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) ►A
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 m2, o a geothermal heat exchanger, o a combined heat and power unit (CHP) o solar-thermal balcony
Combisystems használati melegvíz (HMV) + fűtés 10-100 m2 kollektorfelület 1000-30000 liter hőtároló
3000 m2 kollektorfelület 4500 m3 hőtározó Távfűtési rendszerben
Hamburg – Braamwisch - Gut Karlshöhe
+ szezonális hőtároló
Távfűtés-rendszer (1407 m2),
Schwarzenegger/UPS Arena, Graz - Austria
Európa legnagyobb távfűtésre dolgozó naperőműve – Marstal (DK) – 12 MW
The existing energy system of Marstal Fjernvarme: • 18 300 m2 - 12 MW solar system + 18,3 MW bio-oil boiler; • 10 340 m3 pilot pit heat storage; • 3 500 m3 sand storage; • 2 100 m3 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 m2 kollektor + 9,4 m3 puffertartály = 65% szoláris részarány
69 m2 kollektor + 28 m3 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)
