EÖTVÖS LÓRÁND TUDOMÁNYEGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR KÖRNYEZETTUDOMÁNYI ISKOLA
NAPENERGIA HASZNOSÍTHATÓSÁGÁNAK ÁTTEKINTÉSE CSALÁDI HÁZAKBAN
SZAKDOLGOZAT
Készítette: Salló Andrea V. biológia-környezettan szakos hallgató
Témavezető: Dr. Horváth Ákos egyetemi docens
Budapest 2006
Tartalomjegyzék Bevezetés……………………………………………………………………………….
3
1. A megújuló energiaforrások, Napenergia 1.1 Napjaink társadalmainak energiakérdése……………………………………… 1.1.1 A fosszilis energiatermelés problémái…………………………………... 1.2 A megújuló energiaforrások……………………………………………………... 1.2.1 Napenergia………………………………………………………………... 1.2.2 Szélenergia………………………………………………………………... 1.2.3 Vízenergia……………………………………………………………….… 1.2.4 Geotermikus energia……………………………………………………... 1.2.5 Árapály energia…………………………………………………………... 1.3 A Napenergia hasznosíthatóságának áttekintése………………………………. 1.3.1 A passzív Napenergia hasznosítás…………………………………...…... 1.3.2 Az aktív Napenergia hasznosítás…………………………………………
4 4 5 6 7 7 9 10 10 11 13
2. A Napenergia, és az azt felhasználó technológiák fizikai háttere
14
2.1 Az elektromágneses sugárzás fizikai alapjai……………………………………. 2.2 A Napenergia elektromos árammá alakítása…………………………………... 2.2.1 Stirling-motor………………………………………………………….…. 2.2.2 A Stirling-motorok termodinamikája………………………………..…. 2.2.3 A Stirling-motor jellemzői…………………………………………...…... 2.2.4 A Stirling-motorok szerkezeti felépítése………………………………… 2.2.5 A Stirling-motor változatai…………………………………………...….. 2.2.6 Naperőművek…………………………………………………....…...…… 2.3 Napkollektoros rendszerek leírása……………………………………...…...…... 2.3.1 Napkollektorok típusai és működésük fizikai alapjai………......……… 2.4 Fotoelektromos napelemek………………………………………………..……..
14 16 16 16 17 18 19 22 26 26 31
3. Napkollektoros rendszer családi házakban
33
3.1 Tervezési szempontok…………………………………………………..………... 3.2 A napkollektorok hatásfoka…………………………………………..…………. 3.3 Megtakarítási számolások Napkollektoros rendszer használata esetén…..….. 3.4 Kitekintés……………………………………………………………………..…...
33 34 35 40
4. Szakdolgozat szakmódszertani fejezet
42
4.1 A Napenergia tanításának lehetőségei…………………………………………... 4.2 A Napállandó mérése…………………………………………………………….. 4.2.1 A Napállandó meghatározása……………………………………………. 4.2.2 A Napállandó mérése, 1. módszer………………………………………… 4.2.3 A Napállandó mérése, 2. módszer………………………………………… 4.3 Kvíz játék…………………………………………………………………………...
42 47 47 49 53 56
Összegzés………………………………………………………………………………. Köszönetnyilvánítás…………………………………………………………………... Melléklet ………………………………………………………………………………. Irodalomjegyzék……………………………………………………………………….
59 60 61 64
2
Bevezetés Életünket jelentősen befolyásolja, meghatározza a fennmaradásunkhoz szükséges, környezetünkből kinyerhető energia milyensége, mennyisége. Az energiaellátás a 21. század ipari társadalmainak kulcskérdésévé vált. A környezeti problémák legnagyobb része a fosszilis energiahordozók elégetésére vezethető vissza. Az általunk az évtizedek során egyre fokozottabban kiaknázott fosszilis energiahordozók sajnos nem állnak korlátlan mennyiségben a rendelkezésünkre, ezért időszerű más alternatívák felé tekinteni. Ezt az energetikai korszakváltást az energiatakarékosság, az energia racionális, környezetbarát hasznosítása, a megújuló energiahordozók fokozott mértékű felhasználása kell, hogy jelentse. Ilyen alternatívát jelent a megújuló energiaforrások és a nukleáris energia használata. A megújuló energiaforrások közé tartozik a napenergia, a szélenergia, a különböző formában megjelenő biomassza, a geotermikus energia és a vízenergia. A vízenergia felhasználása egyre inkább társadalmi és ökológiai ellenállásba ütközik, ezért a biomassza, a szélenergia illetve a napenergia által nyújtott lehetőségek fokozott kiaknázása a cél. Szakdolgozatomban először a napenergiát felhasználó technológiák fizikai hátterével foglalkozom, beleértve a napsugárzás energetikai kérdéseit, a Föld energiaháztartását. Ezután a napenergia szolgáltatta lehetőségeket tekintem át, először általánosságban, majd a családi házakban kivitelezhető napenergiát hasznosító berendezéseket tárgyalom. Megnézem, hogy egy családi házban milyen megoldások kivitelezhetők napkollektoros rendszerek esetén; összehasonlítom egyes cégek árajánlatát, és számba veszem az önerőből létrehozott kollektorok költségeit is. Áttekintem a rendszer hatásfokát, és a megtérülési időt. Szakdolgozatom szakmódszertani részében a 7-11. évfolyamos gyerekek környezettudatos nevelésével foglalkozom; hogyan lehet a tanításban a fizikai alapokat az eleven környezettel úgy társítani, hogy a gyerekek érezzék a kapcsolatot és aktívan vagy passzívan tenni akarjanak környezetük, jövőjük védelmében.
3
1. A megújuló energiaforrások, Napenergia 1.1 Napjaink társadalmainak energiakérdése Mikor az energiakérdésről beszélünk, a ma élő emberiség alapvető problémáját tárgyaljuk. Ha nem állna rendelkezésre energia, egész mai, mindennapi életünk, civilizációnk leállna. Nem lenne világítás, közlekedés, hírközlés, leállnának a gyárak, nem működne otthoni háztartásunk. Az energiakérdés azt jelenti, hogy az egyre növekvő népesség (előrejelzések szerint a Föld lakosságának létszáma 2050-re 10 milliárd körül lesz), és a növekvő energiaigény, továbbá a kimerülőben levő fosszilis energiakészlet mellett úgy kell biztosítani a társadalom energiaellátását, hogy az a lehető legkisebb kockázattal járjon és a környezetünket is óvjuk a szennyezésektől. A társadalom növekedése elsősorban az ún. fejlődő országok régióira jellemző, ami a Föld népességének kb. 4/5-ét érinti. A fejlett országokban az energiafelhasználás csak kis mértékben nő, ellenben az előbb említett fejlődő országokban növekedés várható, hiszen természetes a hozzánk hasonló életszínvonalhoz való igényük az ott élőknek. Az energiakérdés sok megoldásra váró problémát vet fel, pl. az energiaforrások megválasztása, miként lehet a legjobb teljesítményt elérni, hogyan lehet az előállított energiát tárolni, átalakítani stb. Ezeket a problémákat csak hosszú évek kutatási munkájával lehet megközelíteni. Fontos átgondolni azt is, hogy ezek a kérdések nemcsak természettudományos ismereteket követelnek; szükség van a gazdaságtudományok és társadalomtudományok közreműködésére is. Jelenleg a fosszilis energiahordozók felhasználása nagyobb mértékű; ezek a kőolaj, a földgáz és a szén. Jelentős szerepet tölt be a villamos energiatermelésben a nukleáris energia. Az egyes energiahordozók készleteinek csökkenése mellett problémát jelent, hogy nem egyenletesen, hanem koncentráltan oszlanak meg a Földön, ezért elkeseredett küzdelem folyik a lelőhelyek birtoklásáért. 1.1.1 A fosszilis energiatermelés problémái Napjaink fosszilis energiatermelésének 98%-át a szén és a szénhidrogének égetéséből kapjuk. A szén égésekor széndioxid is keletkezik, ami a levegőbe jutva környezetszennyezéssel jár.
4
A Föld felszíni hőmérsékletének kialakításában fontos szerep jut a légkör széndioxid koncentrációjának. Az iparosodás előtt, a középkorban a levegő széndioxid koncentrációja 295 ppm volt. Napjainkban ez 320 ppm körüli értékre nőtt. A széndioxid molekula 1,8*1013 Hz frekvencián elnyeli az infravörös sugárzást, és ez az elektromágneses energia átalakul belső(mozgási) energiává. Emellett kén-és nitrogén-dioxid is felszabadulhat, és ezek a levegőnél nehezebb gázok rontják a levegő minőségét.
Megújuló energia felhasználások 2004. • • • • • • • • • • • •
Víz energia Szél energia Geotermia Napkollektor Fotovillamos Tűzifa Egyéb szilárd tüzelő Szennyvíz tisztítási gáz Hőszivattyú Egyéb növényi hull Hulladék égetés
Megújuló energia fajta Villamosenergia-termelés Hőhasznosítás GWh TJ/év TJ/év 205,5 739,80 5,6 20,16 3600 76 0,1 0,36 17470 678 2440,80 5695 22 79,20 146 46 8750 54 194,40 1179
Összesen
40439 TJ/év
1. ábra: Megújuló energia felhasználások megoszlása 2004-ben (www.kvvvm.hu) A fent látható táblázat a Magyarországon történő megújuló energiafelhasználásokról ad információt. 2004-ben az éves energiahasznosítás 40439 TJ/év volt; ebből a napenergia 76,36 TJ/év-vel képviseltette magát, ami az össztermelés kb. 0,19%-a. Ez az eredmény azt mutatja, hogy a napenergia hasznosítása még gyerekcipőben jár; fejlesztéssel, kollektoros rendszerek kiépítésével sokkal jobb mutatókat lehetne elérni.
1.2 A megújuló energiaforrások A megújuló energiaforrások használatának egyik fő célja a fenntartható fejlődés megvalósítása úgy, hogy a természet jelenlegi állapotát megőrizzük. Ennek jelentősége a fosszilis energiaforrások kimerülésével egyre nő. Az üvegházi gázok (CO, CO2, NOx, CH4, SF6) kibocsátásának mérséklése, és a környezeti szennyezések (levegő, talaj, víz) elkerülése szintén fontos szempont.
5
Az alternatív energiahordozók a napenergia direkt és indirekt felhasználása, a szélenergia, a vízienergia, a geotermikus energia, és az árapály energia. Az alábbi diagrammon a világ energiafogyasztásának becsléséről láthatunk adatokat az elkövetkezendő évtizedekre. Az ábrából kivehető, hogy a kőolaj, a szén és a földgáz hasznosítása csökkeni fog, míg a megújuló energiaforrások kiaknázása jelentős mértékű növekedést mutat. Így a citromsárgával jelölt napenergia részvétele az energiafogyasztásban 2060-ra akár 200-300 Exajoule is lehet évente! A VILÁG ENERGIAFOGYASZTÁSA 2060-IG 1600
1400
Energiafogyasztás (Exajoule/év)
1200
egyéb
ár-apály energia
napenergia
1000
új biomassza
szélenergia
vízenergia
800
hagyományos biomassza
atomenergia
600
földgáz
kőolaj
szén
400
200
0 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040 2050 2060
Év
2. ábra: A világ energiafogyasztása 2060-ig (www.kvvvm.hu) 1.2.1 Napenergia A napenergia direkt felhasználása a napsugárzás energiáját másodlagos
energiahordozóvá
alakítja
napelemek
segítségével.
Magyarországon a napsugárzás átlagos évi összegének maximális értéke eléri az 1300 kWh/m2 -t, nem számolva a felhők és az éjszakai periódus teljesítmény kiesését. A napenergia hasznosításának két alapvető módja a napelemek és napkollektorok használata. A napelemek a napfényt elektromos egyenárammá alakítják, amely ezután tetszőleges célokra felhasználható. A napelemek általában 15-18%-os hatásfokkal alakítják át az energiát árammá.
6
A napkollektorok a Nap sugárzó hőenergiáját gyűjtik be. Az így előállított melegvíz épületek, fóliasátrak, medencék, üvegházak fűtésére, fűtésrásegítésre, vagy használati melegvízként nyerhet alkalmazást. Nem direkt napenergia a vízierőművekben, szélerőművekben felhasznált energia, a hullámenergia és a biotömegben tárolt energia.
1.2.2 Szélenergia A napenergia másodlagos formája szélenergiaként is megjelenik azzal, hogy a földet érő napsugarak a légkört különböző mértékben felmelegítve
légnyomáskülönbséget
okoznak.
Ez
a
nyomáskülönbség és a Föld forgása miatti ún. Coriolis-erő hatására a levegő mozgásba jön, szél támad. 1000m felett általában állandó a szél mozgása, de felszínközelben, súrlódások és örvénylések okozta ingadozások figyelhetők meg, ezért a szél iránya és sebessége időben változik. A napenergiának éves szinten csak 1,5-2,5%-a fordítódik a légmozgás fenntartására, és ennek mindössze 3%-a hasznosítható a Földön. A szél mozgási energiája legerősebb nyílt vidéken, fennsíkokon, lapos dombokon, tengerpartokon; tehát erősen sebességfüggő. Hasznosítása évi 6 m/s lineáris átlagsebesség felett ajánlható. Magyarország adottságai nem biztosítják ezt az értéket. A szélerőgépeknek számos típusa, különböző nagysága (teljesítménye) ismeretes, kezdve a szélmalmokkal (3000 év óta), majd a jelenlegi, kisteljesítményű 1,5-10 kW-os szélmotoroktól a szélerőművekig (1,0-10 MW teljesítmény).
1.2.3 Vízenergia A víz energiájának hasznosítása a történelmi időkre nyúlik vissza. A régi kultúrákban, Egyiptomban, Kínában, és Mezopotámiában a mezőgazdasági területek öntözésére és ivóvíz ellátásra vízkereket alkalmaztak. A római időkben jelentek meg a vízimalmok, úszómalmok, melyek part menti társaikhoz hasonlóan gabonát őröltek.
7
1830-tól az első vízturbinák megjelenése kiszorította a vízkerekeket. A turbinák a nagy esésű és nagy energiájú vizet is tudták hasznosítani, és később a Siemens által tervezett generátor segítségével villamos árammá tudták alakítani mozgási energiájukat. A villamosipar fejlődésével tért hódítottak a vízierőművek, melyek a vízfolyások, tavak, tengerek, mechanikai energiakészletét villamos energiává (régebben közvetlenül mechanikai energiává) alakító műszaki létesítmények. A hasznosítható energia növelése érdekében a vizet duzzasztják, esetleg tárolják, és az 1. képen láthatóhoz hasonló vízerőtelepen a turbinákra ejtik, amelyek generátort hajtva termelnek villamos áramot. A vízierőművek összteljesítménye potenciálisan 20 TW lehet, ebből legfeljebb 2.2 TW hasznosítható, ami 6.9EJ/év.
www.nyf.hu 1. kép: Gátrendszer
A vízenergia felhasználásának elve A vízenergia a napenergia egy áttételes formájának tekinthető, mivel a felszíni vizek felmelegítésével, párologtatás útján vizet juttat a légkörbe. A pára kicsapódik, és csapadék formájában visszahullik a felszínre. A körfolyamat során a víz helyzeti energiával rendelkezik a tenger szintje fölött; ezt használjuk ki energianyerésre. Ez az energia lehet közvetlen mozgási (kinetikus) energia, folyóvíz esetén, vagy potenciális mozgási energia (víztározó esetén). A két energia alkalmazása közötti különbség a lenti képeken látható.
8
3. ábra: Vízkerék működése mozgási energiával ( Forrás : www.kekenergia.hu )
4. ábra: Vízkerék működése helyzeti energiával ( Forrás : www.kekenergia.hu )
A 3. ábrán látható, hogy a vízkerék folyóba helyezésével a közvetlen mozgási energia hasznosul. A 4. ábrán a vizet vezetjük rá a vízkerékre, ezáltal hasznosítva a víz helyzeti energiáját. Ez egy elfogadottabb és hatékonyabb módszer, melynek továbbfejlesztett változata a vízturbina.
1.2.4 Geotermikus energia A geotermikus energia, más néven földhő a magmából ered és a földkéreg közvetíti a felszín felé. A földi hő-áramban meghatározott szintig jut el, és ott a kőzetekben, illetve a pórusvízben tárolódik mint termikus energia. A hő felszínre jutása az akadályként elé kerülő kőzetek vastagságától, milyenségétől függ. Szűkebb értelemben a felszín alatti víz hőtartalmában rejlő energia ui. a geotermikus energia jelenleg gazdaságosan csak hévíz közvetítésével hasznosítható, amit a víz nagy hő-kapacitása tesz lehetővé. A Kárpát-medence ilyen szempontból szerencsés elhelyezkedésű; üledékes eredetű, víztározó porózus kőzetekből áll, melyek jó hővezető képességgel rendelkeznek. Magyarország közismerten gazdag hévizekben: különösen a Duna-Tisza közén és a Nagyalföldön jelentős a hévízkészlet.
9
Felszínre hozatala történhet mélyfúrással, hő formájában, a leggyakrabban azonban gőz vagy termálvíz közvetítésével. Ahol gőz hozható fel, ott a geotermikus energiával elektromos áram termelhető, bár kevés ilyen hellyel rendelkezünk (pl. USA, Izland, Új-Zéland). A geotermikus energia előnye, hogy a napenergiához hasonlóan korlátlan, viszont azzal ellentétben nem szakaszosan, hanem folytonosan érkező energiaforrás. Nem szennyezi a levegőt, és olcsón kitermelhető. Termálvíz formájában kiapadhatatlan feltéve, hogy visszapótlás történik a hő kinyerés után. Hátrány, hogy a termálvizek magas sótartalmuk miatt a talaj és a befogadó vizek minőségét ronthatják, viszont nagy előnyük, hogy - számos talajvízzel szemben - ipari vagy más humán tevékenységből származó szennyezéseket nem tartalmaznak. A geotermikus energiát sokféleképpen lehet hasznosítani: belső terek fűtésére, melegvízszolgáltatásra, termálfürdőkben, ipari célokra és a mezőgazdaságban.
1.2.5 Árapály energia A tengerjárás, a Földet körülvevő vízburok napi kétszeri szintváltozása, amelyet a Nap és a Hold tömegvonzása okoz. Megfelelő gátrendszerek mellett ez a szintváltozás kb. 300 kW teljesítményű vízturbinákkal elektromos energiatermelésre hasznosítható. A gát két oldala közötti vízszint különbségből ered a potenciális energia, ami kinetikus energiává alakul, ahogy a víz átfolyik a turbinán. A turbina meghajtja a generátort, ami elektromos áramot termel. Az erőmű által termelt teljesítmény az ár és az apály közötti vízszint különbség négyzetével egyenlő.
1.3 A napenergia hasznosíthatóságának áttekintése NAPSUGÁRZÁS
(Forrás: www.naplopo.hu)
10
A fent látható ábrán levezetett csoportosításból a napsugárzás energiájának közvetett felhasználását az előbbi fejezetben tárgyaltam. Most a közvetlen felhasználási módokat mutatom be.
1.3.1 Passzív napenergia hasznosítás A napenergia passzív hasznosításakor nem használunk külön berendezést a napenergia felfogására. Ez a módszer az építészetben aknázható ki. Több-kevesebb hatásfokkal minden épület hasznosítja a ráeső napsugarak energiáját. Ez a történelmi korok során hol jobban kihasználták, hol teljesen háttérbe szorult az épületek környezetbe illesztése. Passzív hasznosításkor lényeges szempont, hogy milyen éghajlatú területen vagyunk. Másként lehet hasznosítani az energiát egy egyenlítőhöz közeli, trópusi éghajlatú területen, mint az északi országokban, ahol még nyáron is fűteni kell, vagy pl. a mérsékelt éghajlatú hazánkban, ahol télen kevés, nyáron pedig sok napenergia áll rendelkezésre. Magyarországon az elmúlt évtizedekben nem hagyott nyomot az építészetben ez a lehetőség, melynek eredményeként a rossz tájolású épületeknél és a túl kicsire méretezett ablakfelületek következtében alacsony a napenergiából befogható energiamennyiség így magasabbak a fűtési költségek. Ugyanakkor egyes épületekben nyáron túlmelegedés tapasztalható, ezzel csökkentve az ott élők komfort érzetét.
A passzív energiahasznosítás feladata A fent leírtakból érzékelhető a passzív energia hasznosítás feladata: az épület ne melegedjen túl a nyári napsütésben, viszont az éghajlat adta keretek között optimálisan hasznosítsa a napból érkező energiát. Az alábbi ábrán látható, hogy a napkollektorok illetve napelemek által begyűjthető energia mennyisége nagyban függ a berendezések tájolásától és dőlésszögének beállításától. Energiahasznosítás szempontjából a déli tájolás a legkedvezőbb. A dőlésszög optimális értéke az üzemeltetés időszakától függ. Egész évi működtetés esetén, a budapesti, átlagos sugárzási adatokat figyelembe véve, a vízszintessel bezárt 43,5 fokos dőlésszögű beállítás az optimális. Nyáron az eltérő napmagasságok miatt mindössze 18,5 fok, télen 76,2 fok ez az érték. Általában 30-60°-os dőlésszöget szokás alkalmazni.
11
5. ábra: A Napenergia passzív hasznosítása ( Forrás: www.okotaj.hu )
A passzív napenergia hasznosítás feltételei A passzív napenergia hasznosítás a következő feltételekhez kötött: •
A napsütéses órák száma magas legyen
•
A napsütésnek el kell érnie az épületet
•
Az épületnek tudnia kell a sugárzást hasznosítani
•
Fontos, hogy alkalmas legyen a hasznosított hő tárolására, és a fűtendő térbe való közvetítésére
Előfordul, hogy ezek a feltételek nem teljesülnek, ezért az épületet nem lehet passzív napenergia hasznosításra tervezni. A passzív napenergia hasznosítás szempontjából a tervezés során következőket fontos figyelembe venni: •
települési szinten o
az
épületek
megfelelő
tájolhatósága
érdekében
az
utak
optimális
nyomvonalvezetése, o
a beépítési távolságok meghatározásánál a benapozás figyelembe vétele,
o
megfelelő árnyékoló növényzet telepítése, amely nyári időszakban védi az épületeket az erős napsugárzástól,
•
építményi szinten
12
o
az épület kedvező tájolása,
o
a tájolásnak és a hőveszteség minimalizálásnak megfelelő alaprajz és tömegforma tervezése,
o
az üvegezett felületek nagyságának optimális méretezése,
o
az épületszerkezetek anyagának kiválasztásánál a passzív hasznosítás figyelembe vétele (pl. a falak jó hőtároló anyagból készüljenek)
A passzív napenergia hasznosítás lehetőségei Elsődleges feladata az épületekben a napenergia fűtési célra történő hasznosítása az energiahiányos időszakban. A mérsékelt éghajlati övben ez a téli időszak eléggé kinyúlik, ezért a passzív napenergia hasznosításnak az átmeneti tavaszi- és őszi időszakban van nagy jelentősége. Legegyszerűbb módszer, ha a ház déli oldalán optimális méretű, hőszigetelő ablakokat helyezünk el, és a lakótereket elsősorban a déli oldalra tervezzük. Ezt a megoldást új ház építésekor bárki alkalmazhatja többlet költség nélkül.
1.3.2 Aktív napenergia hasznosítás Az előbb felvázolt passzív napenergia hasznosítás egyszerű, ezért költségkímélő megoldás volt. A napenergia adta lehetőségek aktívabb kihasználásához azonban olyan technológiai megoldásokat kell alkalmazni, amelyek speciálisan a napenergia felfogására és hasznosítására készültek. Ezeket az épületgépészeti berendezésekkel működő rendszereket aktív napenergia hasznosítóknak nevezzük. Ilyen rendszert alkotnak a napelemek és a napkollektorok.
Napkollektor A napkollektor napenergia-gyűjtő szerkezet, mely a napenergia közvetlen hasznosítására szolgáló aktív rendszerek legfontosabb eleme. A napkollektor a sugárzást elnyeli, és a keletkezett hőt alkalmas munkaközegnek adja át.
Napelem A napelem olyan eszköz, amely a nap sugárzását elektromos árammá alakítja át a fényelektromos jelenség segítségével, így akár egy egész épület áramellátását is képes biztosítani.
13
2. A Napenergia, és az azt felhasználó technológiák fizikai háttere 2.1 Az elektromágneses sugárzás fizikai alapjai
Elektromágneses sugárzás Az elektromágneses sugárzás egymásra merőlegesen haladó oszcilláló elektromos és mágneses tér, mely energiát és lendületet szállít a térben, hullám formájában terjedve. Az elektromágneses sugárzás 380nm és 780nm hullámhossz tartományba eső része a látható fény. Az összes elektromágneses sugárzás frekvencia, hullámhossz és energia szerint rendszerezhető; a kapott képet elektromágneses spektrumnak nevezzük. 6.ábra: A teljes elektromágneses spektrum ( Forrás: www.gtn.sonoma.edu )
Fény típusa Rádióhullámok Mikrohullámok Infravörös Látható fény Ultraibolya Röntgensugarak Gammasugárzás 1 nm = 10-9 m
Hullámhosszak > 30 cm 1 mm - 30 cm 700 nm - 1 mm 350 nm - 700 nm 10 nm - 350 nm 0.01 nm - 10 nm < 0.01 nm
Magyarország felszínére átlagosan 170 W/m2 teljesítményű napsugárzás érkezik. A Nap, mint energiaforrás felszíne kb. 6000 K hőmérsékletű; belsejében (a Nap magjában) az energiát a magfúzió termeli. Itt hidrogén és hélium található rendkívül nagy hőmérsékleten
14
(15 millió K) és nyomáson (300 milliárd bar). Az ilyen körülmények között ionizálódott atomok plazmaállapotot hoznak létre, mely az elektronok és atommagok gázából áll. A részecskék elég nagy átlagos mozgási energiával rendelkeznek ahhoz, hogy ütközés során a hidrogén atommagok (protonok) és a hélium atommagok olyan közel kerülnek egymáshoz, hogy a magerőket legyőzve a két atommag össze tud olvadni. Ezt a jelenséget nevezzük magfúziónak. A fúzió során felszabaduló hatalmas mennyiségű energiát a felszín elektromágneses sugárzása adja le. Ez olyan sugárzás, mint az abszolút fekete test sugárzása. „A fekete-test sugárzás olyan képzeletbeli testnek- az abszolút fekete testnek- a sugárzása, amely az elektromágneses sugárzás minden hullámhosszát képes elnyelni.”
7.ábra: Az abszolút fekete test energiakibocsátása a hullámhossz függvényében (Planckgörbe), piros görbe:6000 K, kék görbe: 5000 K, zöld görbe: 4000 K ( Forrás: www.wikipedia.hu ) A feketetest-sugárzás törvényei Max Planck nevéhez fűződnek, melyek meghatározzák az elektromágnese sugárzás hullámhossz vagy frekvencia szerinti eloszlását. A 6000 K hőmérséklethez tartozó maximális intenzitás épp a látható fény tartományába esik, de jelentős része az ultraibolya tartományban is megtalálható. Egy felület által kibocsátott sugárzás intenzitása függ a felület hõmérsékletétõl. A kisugárzott energiának egy bizonyos hullámhosszon maximuma van. A maximumhoz tartozó λm hullámhossz és a felületi hõmérséklet közötti összefüggést a Wien törvény határozza meg. λmax=2884/T A Stefan-Boltzmann törvény szerint a kisugárzott energiamennyiség a sugárzó test hőmérsékletének negyedik hatványával arányos: E=σ*T4
15
2.2 A Napenergia elektromos árammá alakítása 2.2.1 Stirling- motor A Stirling- motor egy külső égésű hőerőgép, melyet 1816-ban alkotott meg a skót származású lelkész, Robert Stirling. Az Ő tiszteletére nevezték el ezt a fajta motort Stirlingmotornak. A Stirling- motor egy külsőégésű motor, melynek a kipufogó gáza nagyon tiszta és a motor szokatlanul csendesen dolgozik a belsőégésű motorokkal összehasonlítva. Mivel külsőégésű gépről van szó, ezért az üzemanyaga nem csak olajszármazék lehet, hanem bármilyen hőforrás is, például a Föld hője vagy a napfény. A Stirling-gép napenergiával történõ "fûtésének" ötlete a híres angol/amerikai feltaláló John Ericsson nevéhez fûzõdik. A NASA kiemelt kutatási terveiben szerepel a napenergiával hajtott elektromos energiát termelõ Stirling-motorok létrehozása.
2.2.2 A Stirling motorok termodinamikája A termodinamika tanításában, a II. fõtételhez kapcsolódóan gyakran szóbakerül a a Stirlingkörfolyamat. Ennek egyik oka, hogy a példa kapcsán viszonylag könnyû megérteni és elemezni, hogy hogyan lehet körfolyamat során a gázzal munkát végeztetni.
8.ábra: Az ideális Stirling körfolyamat és hatásfoka (Forrás: www.metal.elte.hu) A Stirling körfolyamat állandó térfogatú melegítési folyamatból, izotermikus tágulási folyamatból, állandó térfogatú hűtési folyamatból és izotermikus összehúzódási folyamatból áll. Elméletileg a Carnot körfolyamatnak a legjobb a hatásfoka, s a Stirling körfolyamat
16
hatásfoka ezzel vetekszik. A Stirling körfolyamat megfordítható, reverzibilis, azaz külső erővel hajtva hűtőként is viselkedhet. A Stirling motornál a gáz két, egymástól bizonyos távolságra lévő és különböző hőmérsékletű térben áramlik, s ez a hőmérsékletkülönbség nyomáskülönbséget hoz létre. Ez a két tér nagyon jól el van szigetelve a külső tértől, így nincs keveredés a külső tér levegőjével. A motor bárhol működhet, ahol hőmérsékletkülönbség van jelen, így a jövőben sok helyen lesz használható a Stirling motor. 2.2.3 A Stirling- motor jellemzői A Stirling motort a következők jellemzik: - A hőforrások széles skálája A belsőégésű motorok, mint pl. a benzin vagy diesel motorok csak táguló üzemanyagot használhatnak. Ugyanakkor a Stirling motor nem csak ezeket az üzemanyagokat használhatja, hanem bármilyen éghető anyagot, mint pl. faszenet vagy fát is. Ezen kívül nem üzemanyag jellegű hőforrásokat is használhat, mint pl. a Föld hőjét, meleg légáramlatokat, vagy a napfényt. Jelenleg a világ számos pontján fejlesztenek napenergiával működő Stirling motorokat. - Tiszta kipufogó gáz Mivel a Stirling motor külsőégésű, ezért az üzemanyag elégetése a motoron kívül történik. Ebből kifolyólag az égés könnyebben kontrolálható a belsőégésű motorokhoz képest. Ennek eredménye a nagyon tiszta kipufogó gáz. - Nagyon halk üzem A belsőégésű motoroknál a nyomáskülönbség robbanás kíséretében alakul ki, ezért ott a zaj és a vibráció elkerülhetetlen velejárója a folyamatnak. A Stirling motoroknál ezzel szemben a nyomáskülönbség nagyon finoman alakul ki, mely csöndessé teszi a folyamatot, ezen kívül nincs szükség összetett szelep-mechanizmusra sem. - Magas hőhatásfok A Stirling körfolyamat hőhatásfoka nagyjából megegyezik a Carnot-körfolyamat hatásfokával, mely elméletileg a legjobb. A Carnot-körfolyamat hatásfoka: h = 1 - (Tc/Th) ahol: Th - A körfolyamat legmagasabb hőmérséklete Tc - A körfolyamat legalacsonyabb hőmérséklete Ez azt jelenti, hogy az elméleti hőhatásfok annál jobb, minél nagyobb a hőmérséklet különbség. A Stirling motoroknál a 40 %-os hatásfok is könnyen elérhető (Th kb. 220 celsius).
17
A Stirling- motor működési elve: A Stirling-motorokban többnyire két dugattyú mozog, egymással 90°-os szöget bezárva. Az egyik nem illeszkedik teljesen a henger falához, feladata a levegő mozgatása, "terelése" (kiszorító-dugattyú). A másik illeszkedik a henger falához, ennek feladata a hengerben található gáz nyomásának változtatása (teljesítmény-dugattyú). A Stirling-motorban a teljesítmény dugattyú a felmelegedő gáz tágulásának hatására mozgatja a tengelyt, amely a másik, kiszorító dugattyút elmozdítva az előbbit lehűti, amelyben a lehűlő gáz tovább mozgatja a tengelyt a hő felé, ezáltal újrakezdve a körforgást. A Stirling-motort voltaképpen ez a nyomás-hőmérséklet változás hajtja. A mozgást szintén majdnem minden motornál négy fázisra lehet osztani (Rainke- ciklus): Fűtés, kitágulás, hűtés és kompresszió. 2.2.4 A Stirling motorok szerkezeti felépítése A Stirling körfolyamat lejátszódhat egyetlen hengerben is, ezért egy általános Stirling motor úgy van kialakítva, hogy tartalmaz egy olyan teret, ahol hőmérsékletkülönbség van.
9. ábra: A Stirling- motor általános modellje (Forrás:www. fenykapu.free-energy.hu ) A ábrán látható jelölések a következőt jelentik: •
VE - Magas hőmérsékletű, tágulási tér
•
H - Melegítő
•
R - Regenerátor
•
C - Hűtő
•
VC - Alacsony hőmérsékletű, sűrítési tér
18
2.2.5 A Stirling- motor változatai: . Kétdugattyús Stirling motor A kétdugattyús Stirling motort alfa típusú Stirling motornak is hívják. Ez a fajta motor két munkadugattyúval rendelkezik, melyek között a fáziskülönbség 90°.
10. ábra:Alfa típusú Stirling motor ( Forrás: www. fenykapu.free-energy.hu ) Ebben az esetben a magas hőmérsékletű tágulási tér és az alacsony hőmérsékletű összehúzódási tér össze van kötve. Miközben a dugattyúk mozgatják a gázt, eközben ugyanez a két dugattyú munkát is végez. A kétdugattyús Stirling motor működési elve A kétdugattyús Stirling motornál a munkagáz mozgatása és a munkavégzés két munkadugattyú által valósul meg. A két dugattyú mozgása között egy 90°-os fáziseltolódás van.
11. ábra: kétdugattyús Stirling-motor munkafolyamatai (Forrás: fenykapu.free-energy.hu )
19
Az egyes ütemek a következőképpen néznek ki: 1. Állandó térfogatú melegítési ütem A sűrítő oldali dugattyú felfelé, a tágulási oldali dugattyú pedig lefelé mozog. A munkagáz hőmérséklete magas és a gáz a tágulási tér felé áramlik, miközben a fűtő mellett elhalad. A motorban a gáznyomás emelkedik. 2. Izotermikus tágulási ütem Mind a kettő munka dugattyú lefelé mozog, a munkagáz pedig tágul. A motor munkát végez. 3. Állandó térfogatú hűlési ütem A sűrítő oldali dugattyú lefelé, a tágulási oldali dugattyú pedig felfelé mozog. A munkagáz alacsony hőmérsékletűvé válik és a sűrítési tér felé áramlik, miközben a hűtő mellet halad el. A gáz nyomása a motorban leesik. 4. Izotermikus sűrítési ütem Mind a kettő dugattyú felfelé tolódik, miközben a munkagázt sűrítik. A motor a hőjét leadja a környezetének. A motornál a két dugattyú felváltva mozoghat és a két dugattyú mozgása között egy 90°-os fáziseltolódás van. Kiszorításos Stirling motor A kiszorításos Stirling motornál a munkagázt egy kiszorító dugattyú mozgatja a magas és alacsony hőmérsékletű terek között. Ennek a típusnak két fajtája létezik, a béta és a gamma típusú. Béta típusú kiszorításos Stirling- motor A béta típusú kiszorításos Stirling motornál a kiszorító és munkavégző dugattyúk egy közös hengerben találhatók, ennek következtében mind a két dugattyú azonos átmérőjű kell legyen. 12. ábra: Béta típusú kiszorításos Stirling- motor ( Forrás: www. fenykapu.free-energy.hu ) A két dugattyú minden egyes ütemben egymás terét metszi, ezért a nyomásarány növekszik, ami viszont nagyobb teljesítményt eredményez, mint amekkorát a gamma típusú Stirling motoroknál el tudunk érni. Mivel azonban a kiszorító és munka dugattyú tengelyei egyvonalban helyezkednek el, ezért a készülék elkészítése nehézkes.
20
Gamma típusú kiszorításos Stirling- motor: Olyan béta változat, ahol a munka-dugattyú és a kiszorító dugattyú két különálló hengerben mozog, de mindkét forgattyú ugyanahhoz a forgattyús tengelyhez csatlakozik. A gáz a két henger között szabadon áramolhat. Ez a megoldás kisebb kompresszióviszonyt tesz lehetővé, de az előbbieknél egyszerűbb a szerkezete és gyakran használják többhengeres kiviteleknél. 13. ábra: Gamma típusú kiszorításos Stirlingmotor ( Forrás: www. fenykapu.free-energy.hu ) A béta típusú motorral összehasonlítva a mechanizmus egyszerűbb, valamint a nyomásarány és a növekvő hő átadási területének szabályozása viszonylag egyszerű. Ez a motor típus az alacsony hőmérsékletkülönbségek esetén használható jól. A Stirling- motor előnyei: •
A levegő- tüzelőanyag keverék pontosabban szabályozható, mivel az égés kívül zajlik le.
•
A hőforrás folytonos égése következtében elhanyagolható az elégetlen füstgázok mennyisége, és ezzel a környezetszennyezés mértéke.
•
Sok Stirling-motor csapágyazása a hideg oldalon helyezkedik el, ezért a kenést egyszerűbb megoldani és a kenőanyag élettartama két olajcsere között hosszabb lehet.
•
A belső égésű motoroknál egyszerűbb a szerkezete; nincsenek szelepek, a tüzelőanyag és a beömlő rendszer is sokkal egyszerűbb.
•
Kisebb nyomáson üzemelnek, ezért biztonságosabbak a konvencionális hőerőgépeknél
•
A kisebb üzemnyomás könnyebb szerkezeti elemek beépítését teszi lehetővé.
•
A szerkezet működéséhez nincs szükség külső levegőre, így tengeralattjárókon ideális erőgép lehet.
•
Repülőgépeken biztonsággal alkalmazható: csendesebbek, kevésbé szennyezik a környezetet, megőrzik hatásfokukat a magasságtól függetlenül, megbízhatóbbak, mert kevesebb alkatrészből állnak, elmarad az indítóberendezés, kisebb rezgésszinten üzemelnek, az üzemanyaguk kevésbé robbanásveszélyes.
21
A Stirling- motor hátrányai: •
Jó hatásfokú motornál megemeli a költségeket a szükséges korrózióvédelem, és a nyomásálló kivitel.
•
A nagy hőcserélők megnövelik a motor méreteit a belsőégésű motorokéhoz képest
•
Gépkocsi hajtására nem használható a környezet felmelegítésekor keletkező hőveszteség miatt, házaknál azonban jól fel lehet használni ezt a veszteséget melegvíz előállítására és fűtésre.
•
A belsőégésű motorokhoz képest lassabban lehet csak beindítani, mivela felfűtéshez szükséges idő sokkal hosszabb.
•
A leadott teljesítményt csak lassan lehet változtatni, vagy a dugattyú lökethosszának változtatásával vagy az áramló gáz mennyiségével.
•
A hidrogént nehéz szivárgás nélkül zárt térben tartani kicsi molekuláinak köszönhetően, viszont éppen kis molekulasúlya miatt ideális munkaközeg.
2.2.6 Naperőművek Az alábbi képen egy Kaliforniában megépült naperőmű elvi sémája látható:
14. ábra: Naperőmű elvi sémája ( Forrás: www.kekenergia.hu )
22
A napenergia vagy a gázkazán által megtermelt hő hőcserélőkön keresztül szárazgőzt termel, ami a turbinát meghajtja. A turbina megforgatja a hálózatra szinkronizált generátort, ami az áramot termeli. A turbináról a kondenzátorba kerül a gőz, ahol egy hőcserélőn keresztül áramló hűtővíz lehűti. A hűtővíz által felvett hő a hűtőtoronyban kerül leadásra, a kondenzvíz pedig ismét a hőcserélőhöz kerül, ahol vagy a napenergia vagy az elégetett gáz hőjét veszi fel. A napkollektorok teknő alakú tükrei mindig a Nap irányába fordulnak, így ha süt a Nap, az erőmű is működik. A tükrök fókuszpontjában található cső a visszavert sugarakat elnyeli, és a keletkezett hőt a benne áramló hőátadó folyadéknak közvetíti. A hőátadás két lépcsőben történik. Először a kondenzvizet elgőzölögteti a gőzgenerátorban a már
részben lehűlt
hőátadó folyadék, majd az így keletkezett gőz hőmérsékletét növeli tovább a hőcserélőben levő magas hőfokú folyadék, ezáltal szárazgőzt állítva elő. A legtöbb naperőmű hasonló elven működik, azaz egy hőátadó folyadékkal a hőt egy klasszikus erőműben alakítják át villamos energiává A Naperőművek típusai •
Napteknő: Az ábrán látható napteknőnél teknő alakú tükrök követik a Nap mozgását, a tükrök fókuszában egy cső található, benne hőátadó folyadék kering és veszi fel a hőt.
7. kép: Napteknő www.kekenergia.hu •
Naptorony: A képen látható naptorony létrehozásánál napkövető, és nagyfelületű síklap tükröket koncentrikus körökbe telepítenek. Ezek a tükrök a középpontban álló torony tetejére irányítják a visszavert fényt. A toronyban található tarályban levő hőátadó folyadék veszi fel a hőt.
23
8. kép: Naptorony www.kekenergia.hu •
Naptányér: Az alábbi képen látható naptányérok napkövető állványzata több, korong alakú tükröt mozgat egyszerre. A tükrök közös fókuszpontjában veszi át a hőt a hőátadó folyadék.
9. kép: Naptányér (Forrás: www.kekenergia.hu) •
Napkémény: Amint a lenti képen kitűnik, nagy földterületet borítanak kör alakú üveg vagy műanyagszerkezettel, ami a kör közepe irányába magasodik. Középen szélturbinát rejtő magas torony található.
24
10.kép: Napkémény (Forrás: www.kekenergia.hu) •
Naptó: Az alábbi ábrán látható naptó gátolja a felmelegített vizet a felszínre jutásban, így tárolja a napenergiából keletkező hőt. Az alsó rétegében oldott só található, így ez a víz túl nehéz ahhoz, hogy a felszínre áramolhasson.
11. kép: Naptó (Forrás: www.kekenergia.hu)
25
2.3 Napkollektoros rendszer leírása 2.3.1 Napkollektorok típusai, és működésük fizikai alapjai Magyarország
éghajlati
adottságainak
köszönhetően
a
folyadék
munkaközegű
napkollektorok a legelterjedtebbek, melyek a következő részekből állnak: Napkollektorok: Elnyelik, hővé alakítják, és a munkaközegnek továbbítják a napsugarak energiáját. Csővezeték rendszer: Feladata a munkaközeg továbbítása a kollektorok és a hőtároló között. Automatika: Hőmérő, nyomásszabályozó, automatikus irányítás Működtető, ellenőrző szerelvények: Keringtető szivattyú, nyomás ellenőrzés, váltószelepek Tágulási tartály Hőtároló: Feladata a napkollektor által termelt hő tárolása melegvízben A Napkollektoros rendszerek lehetnek egy vagy kétkörösek. Egykörös rendszer esetén a kollektorokban közvetlenül a felhasználásra kerülő víz kering. A rendszer javára írható egyszerűsége, viszont csak fagymentes időszakban alkalmazható, és vízkőlerakódás is előfordulhat. Ilyen rendszer alkalmazható pl. nyaralóban, kerti zuhanynál. Kétkörös rendszernél a kollektorok és a hőtároló között zárt kör található, mely fagyálló folyadékkal van feltöltve. A kollektorokban felmelegedett folyadék egy, a hőtárolóban található hőcserélőn keresztül fűti fel a tárolóban található vizet. Ez a rendszer fagyban is használható és vízkövesedés sem lesz a csövekben, viszont a bonyolultabb szerkezet nagyobb beruházást igényel.
15. ábra: Kollektoros berendezés felépítése 26
A munkaközeg szállítása szempontjából gravitációs és szivattyús napkollektor rendszereket különböztetünk meg. Gravitációs rendszer alkalmazásánál a tárolótartály a kollektor fölött helyezkedik el. A folyadék keringését a felmelegedés miatti fajsúlycsökkenés okozza. A rendszer előnye, hogy költségkímélő (nincs szükség szivattyúra és automatikára), viszont hátrány a tároló elhelyezésének kötöttsége. 16. ábra:Lefedés nélküli kollektor Szivattyús rendszereknél a munkaközeg folyadékot szivattyú keringteti a kollektorkörben. Ebben az esetben a tároló bárhol elhelyezhető, a szivattyú fordulatszáma szabályozható, de az automatika és a szivattyú üzemeltetése nagyobb beruházást igényel. Léteznek levegős kollektorok, melyek munkaközege levegő; ez esetben a rendszerben a levegő vagy ventilátor segítségével, vagy gravitációsan kering. Ezek a kollektorok nagy abszorber felülettel rendelkeznek és a mezőgazdaságban szárításra, aszalásra, illetve épületek fűtésére alkalmazzák. Nem mindegy, hogy mikor és mire szeretnénk használni kollektorunkat; pl.egy kerti zuhany üzemeltetéséhez egyszerű felépítés is elegendő, viszont fűtésrásegítésre illetve használati melegvíz előállítására magasabb hatásfokú kollektor szükséges.
Kollektor típusok: 1; Lefedés nélküli, nem szelektív síkkollektor Ezek a típusú kollektorok UV sugárzásnak ellenálló műanyagból, vagy gumiból készült fekete csőjáratos lemezek; ún. szolárszőnyeg. Ebben az esetben nincs sem üvegfedés, sem hőszigetelés. Előny az egyszerűség és az ebből következő alacsony beruházási költség, de a hatásfok a hőmérséklet különbség növekedésével meredeken csökken. Időszakos, nyáron használt rendszereknél alkalmazható; pl. szabadtéri medencék fűtésére, kempingek, nyaralók használati melegvíz előállítására. 2; Nem szelektív síkkollektor Üveg, vagy polikarbonáttal fedett, nem szelektív abszorbens kollektor. Könnyen elkészíthető, viszont a szelektív síkkollektorokéhoz képest rosszabb a hatásfoka.
27
17. ábra: Síkkollektorok általános felépítése 3; Szelektív síkkollektor Ez a legelterjedtebb kollektor típus, világviszonylatban 90%-ot tesz ki az eladási adatokat figyelembe véve. A kollektor szelektív bevonatú (speciális NiO szelektív hőelnyelő bevonat), és általában egyszeres üvegfedéssel készül.
18. ábra: A nikkel pigmentes szelektív bevonat felépítése A kollektorban a napsütés hatására felmelegedő folyadék keringtető szivattyú segítségével egy hőcserélőn keresztül melegíti fel a szoláris tárolóban levő vizet, amit azután használati melegvízként vagy fűtési melegvízként hasznosítunk. Hőcserélőre azért van szükség, hogy a kollektorban levő folyadék ne találkozhasson a tartály vizével, mivel ez a folyadék fagyálló glikol is lehet. A szoláris tároló egy egyszerű hőszigetelt tartály (lehet benne belső hőcserélő), amibe külső hőcserélőn keresztül jut be a megtermelt energia. A rendszert egy elektronikus egység vezérli. Ez az elektronika a tartály és a napkollektor hőmérsékletének különbségére beindítja a keringtető szivattyút, ezzel beindítva az energiatermelést. A folyamat addig tart, amíg az előre beállított hőmérséklet különbség be nem áll a tartály és a napkollektor között. Ezen kívül szükséges egy olyan elem is, amely védi a tartályt a túlmelegedéstől. Ez az elem általában a vezérléssel egy egységben található.
28
www.solergy.hu
19.ábra: Melegvíz előállítására alkalmas kollektoros berendezés 4; Vákuumos síkkollektor A szelektív síkkollektorral ellentétben a kollektorházban nem levegő, hanem a levegő kiszivattyúzása következtében létrejött vákuum található, amely kiküszöböli a levegő konvektív hőátadása által előidézett hőveszteséget. 20. ábra: Vákuumos síkkollektor A kollektor szerkezeti felépítése annyiban különbözik a
hagyományos
támaszokat
síkkollektortól, alkalmaznak
megtámasztására, megakadályozására.
a
vákuum A
hogy
pontszerű
az
üvegfedés
szívó
hatásának
kollektorházon
található
csatlakozócsonkokon keresztül, az e célra alkalmazott szivattyúval szívják ki a levegőt.
21. ábra: Vákuumos síkkollektor felépítése
29
5; Vákuumcsöves kollektor Ennél a típusnál a hőátadó közeg kettős falú – vákuumos – üvegcsőben kering. A vákuumcsöves technológiát a parabolatükrös naperőművekből fejlesztették ki, és tették mindenki számára elérhetővé. A vákuumcsövek két-, a végeinél zárt, koncentrikus üvegcsőből állnak, hasonlóan a háztartási termoszhoz. Az üvegcsövek között magas vákuum van, amely a hőszigetelést biztosítja. A belső üvegcső teljes felülete szelektív hőelnyelő anyaggal, alumínium - nitrittel bevont abszorber. A vákuumcső belső falára préselt hőelvezető lemezen lévő U alakú rézcsőben áramlik a hőátadó folyadék. Az U csövek a hőszigetelt gyűjtődobozban csatlakoznak az osztó-gyűjtő csövekhez.
22. ábra: Vákuumcsöves kollektorok felépítése 23. ábra:Vákuumcső szerkezeti elemei 1. Boroszilikát üveg 2. Xenon nemesgáz, vákuum 3. Ezüst tükör bevonat 4. Hőátadó közeg – meleg 5. Hőátadó közeg – hideg 6. Boroszilikát üveg 7. Szelektív abszorber bevonat A vákuumcsövek alatti kettős parabola tükör az abszorberre koncentrálja a kedvezőtlen szögű és szórt napsugárzást. Az egyes csövek, a parabola tükrök és a gyűjtődobozok összeépítve alkotják a vákuumcsöves kollektorokat. A kollektorban felmelegített hőátadó anyag hőcserélőkön keresztül melegíti fel a közvetlenül felhasználódó vizet a különféle napenergia hasznosító rendszerekben. Legfőbb előnye, a különösen magas energiahozam, összehasonlítva a hagyományos síkkollektorokkal.
30
A hengeres abszorber felület és a CPC koncentrátor (Compound Parabolic Concentrator) a mindenkori napálláshoz és sugárzási viszonyokhoz optimális helyzetet biztosít. Kevésbé irányérzékeny, így ferde tetők mellett lapos tetőkre és homlokzatokra is felszerelhető. A vákuumcsövek hatékonyan csökkentik a napkollektorok hőveszteségét; a vákuum jó hőszigetelése miatt télen is jó hatásfokkal működnek. A hőátadó közeg közvetlenül a vákuumcsövekben melegszik fel, direkt áramlással, hőcserélő nélkül. Nagy üzembiztonság és hosszú élettartam jellemzi az alkalmazott nemes anyagok és a korszerű technológia miatt. Ideálisan alkalmazható alacsony hőmérsékletű fűtési rendszereknél fűtés rásegítésre. 2.4 Fotoelektromos napelemek A napenergia direkt felhasználása félvezető lapok, ún. napelemek segítségével történik, melyekben a napsugárzás elektromos áram létrejöttét indukálja. Egy adott intenzitású napsugár esetén az alkalmazott felület és az áram nagysága egyenes arányban áll. A napelem anyaga félvezető kristály, melynek elektronjai kölcsönhatásba lépnek a fénysugárzással. A lezajló folyamat a fotoeffektus, melynek során egy foton nekiütközik egy elektronnak és teljes energiáját átadja neki, miközben a foton megsemmisül. Az elektron ezáltal mozgási energiára tesz szert, melynek hatására feszültség indukálódik és elindul az áram. Energiaforrásként tehát a sugárzási energia szerepel, míg az átadási mód a fotoeffektus.
24. ábra: Fotoelektromos napelem működése www.kekenergia.hu
31
A fenti ábrán látható, hogy a fénysugárzás fotonjai kimozdítják a félvezető elektronjait a kötéseikből, ennek köszönhetően elektron- lyuk párok keletkeznek. A keletkező elektron többletet elektromos vezetőkkel lehet a napelem felületéről elvezetni a fogyasztókhoz vagy az akkumulátorokhoz. Az elektron-lyuk párok szétválasztása három alapvető módon történik: •
Azonos félvezetőanyag eltérő szennyezésével kialakított rétegekkel
•
Eltérő anyagú félvezető rétegekkel
•
Fém és félvezető rétegeivel
A villamosenergia-termelés szempontjából nagyon ígéretes terület a fotovillamos cellák köre. A berendezések története 1839-re nyúlik vissza, amikor is Becquerel felfedezte a fotoelektromos hatást. A huszadik században az űrkutatásnak köszönhetően rohamos fejlődés indult meg. Jelenleg a szilícium alapú napelemek a legelterjedtebbek a világon. Ezek a fotoelektromos cellák piacának körülbelül 90 százalékát fedik le. A cellák típustól és gyártási technológiától függően különböző hatásfokúak. Így a szilícium alapú és a kereskedelmi forgalomban kapható napelemek közül a legjobb hatásfokkal rendelkezők az egykristály rendszerek (1517%), azonban az áruk is a legmagasabb. A poli-kristály rendszerek hatásfoka (11-13%) és áruk is alacsonyabb, végül az amorf szilícium napelemek zárják a sort 4-6 százalékos hatásfokkal.
25. ábra: Napelemes autonóm áramforrások gazdaságossági határgörbéje Magyarországon
A fent látható diagramm azt ábrázolja az éves villamosenergia-mennyiség és az elektromos hálózattól való távolság függvényében, hogy mely esetekben azonos a fotovillamos berendezések alkalmazása a hálózati villamos energia felhasználásával. 32
A vonal fölötti terület azokat a pontokat jelöli, amelyeknél olcsóbb a fotovillamos berendezések alkalmazása, mint a villamos hálózatra csatlakozva az áram megvásárlása. Ha például az éves villamosenergia-igény 600 kWh (vízszintes tengely) és a hálózati csatlakozás 800 méterre van (függőleges tengely), akkor már olcsóbb a napelemek alkalmazása. A napelemek hatásfoka folyamatosan nő a technológiai fejlődésnek köszönhetően, wattonkénti áruk viszont csökken. Amíg 1978-ban 1 watt teljesítményért 35 USD-t kellett fizetnünk, addig ma már csak 4-6 USD-t, sőt vannak olyan elemek, amelyek wattonkénti teljesítménye csak 2,5-3 USD-be kerül. Magyarországon ma egy 53 W teljesítményű polikristály napelem ára 72 500 Ft. Bár ez az ár még mindig magas, de sok olyan terület van, ahol gazdaságosan használható. Ezek közül is kiemelendő az a több mint 50 ezer villamos árammal el nem látott tanya, ahol bizonyos feltételekkel már most olcsóbb a fotovillamos berendezések alkalmazása, mint a hálózat kiépítése.
3. Napkollektoros rendszer családi házakban 3.1 Tervezési szempontok Napkollektoros rendszer családi házba történő telepítése előtt át kell gondolnunk és meg kell terveznünk, hogy milyen igényeink vannak a rendszerrel kapcsolatban. Fel kell mérni a ház tájolását, meg kell keresnünk a leghatékonyabb napenergia gyűjtő helyet. El kell döntenünk, hogy mire akarjuk használni rendszerünket; több alternatíva is lehetséges. Léteznek csak medence fűtő rendszerek, melegvíz készítő és medencefűtő rendszerek, melegvíz készítő és épületfűtő rendszerek, és a három kombinációja is megvalósítható. A rendszerek méretezésénél két tényezőt kell figyelembe venni: a vízszintes felületre érkező energia mennyiségét (kWh/m2/év), és a napsütéses órák számát Magyarországon. Az alábbi ábrán látható, hogy az ország egyes részeinek napsugárzási adatai között nincsenek lényeges eltérések. A
legnaposabb rész az ország középső, déli része, a
legkevesebb a napsütés az északi és nyugati részen. Az eltérés az egyes országrészek között 10% alatti. A napsugárzás csúcsértéke nyáron, a déli órákban, derült, tiszta égbolt esetén eléri, sőt meg is haladhatja az 1000 W/m2 értéket.
33
26. ábra 3.2 A napkollektorok hatásfoka A napkollektorok a napsugárzásnak csak egy bizonyos hányadát alakítják át hasznos hőenergiává. Hasznos hőenergiának csak a kollektorból hővezető közeg segítségével elvezethető energiát nevezzük. A hasznosított hőenergia és a kollektorfelületre érkező napsugárzás hányadosa határozza meg a napkollektorok hatásfokát:
A kollektorok hatásfokát általában az abszorber felületre, vagy a szabad üvegfelületre szokás megadni.
27. ábra: Síkkolektorok felületei
34
A kollektorok veszteségei optikai- és hőveszteségekre oszthatók. Optikai veszteség az üvegfelület és az abszorber felület visszaverése, az üvegfelület elnyelése. Ezek a veszteségek nem függenek a kollektor hőmérsékletétől. Hőveszteség az abszorber lemez sugárzása, valamint a hőátadás és a konvekció útján létrejött veszteségei.
A
hőveszteségek
függnek
a
kollektor
és
a
környezeti
levegő
hőmérsékletkülönbségétől.
28. ábra: A napkollektorok jellemző veszteségei
3.3 Megtakarítási számolások napkollektoros rendszer használata esetén Szakdolgozatomban melegvíz előállítására alkalmas rendszereket hasonlítok össze. A számításokat 2-3 fős család igényeihez mérem. Egy személy kb. 60 l melegvizet használ el naponta. Tételezzük fel, hogy 15 0C-os vizet kell felmelegíteni 60 0C-ra. Az ehhez szükséges energia mennyiség:
Q = c ⋅ m ⋅ ∆T c = 4183 J/kg/K, m = 60 kg, ∆t = 45 K Tehát, Q = 4183 J/kg/K · 60 kg · 45 K = 11,3 · 106 J 1 kWh = 3,6⋅106 J, aránypárral 11,3 · 106 J = 3,14 kWh ≈ 3 kWh Tehát mondhatjuk, hogy 1 fő napi melegvíz igényének előállításához átlagosan 3 kWh energia szükséges. 2 fős család esetén tehát 6 kWh energiaszükséglettel számolhatunk. 1 főre 1 db kollektorral számolhatunk, melynek felülete 2 m2 , 2főre 2db kollektor szükséges, így az összfelület 4 m2 . Vizsgáljuk meg, mennyi energia érkezik 1 m2 kollektorra télen a Naplopó Kft. 2006. januári adatai alapján!
35
Télen a kollektor hatásfoka: η = 0,45 (Naplopó Kft. Tervezési Segédlete 12. oldal, 3.2. pont alapján) A kollektor hatásfokának kiszámítása (Naplopó Kft. Heliostar típusú kollektorára vonatkozóan): η = 0,79 – 4,17 · X – 0,011 · GK · X2 X = (Tm –Tk) / GK [m2 K / W] , ahol X: a hatásfok független változója Tm [K]: a kollektor közepes hőmérséklete Tk [K] : a külső levegő hőmérséklete GK [W / m2]: a kollektor felületére merőlegesen érkező globális napsugárzás S · η = E , ahol S a napsugárzás energiája S = E / η → S = 6 kWh / 0,45 = 13,3 kWh, 1 m2-en 13,3 / 4 = 3,33 kWh / m2 szükséges a család melegvíz ellátásához.
29.ábra: 2006. január Havi sugárzásösszeg: 53.487 Wh/m2 Rossz napnak nevezzük azokat a napokat, amikor 3330 Wh/ m2 alatt marad a napi sugárzás értéke. Januári rossz napok összege (az ábrából leolvasható): 20,369 kWh/m2 = S1. Ezen napok alatt felhasznált energia: S1 × η × A = 20,369 · 0,45 · 4 = 36,67 kWh Ehhez jön még az a 8 nap, amikor fedezni tudtuk a teljes, 6 kWh energia szükségletünket (ezen napokon a napenergia több volt, de nem tudjuk tárolni, ezért csak 6 kWh-val számolunk): 36,67 kWh + (8 · 6 kWh) = 84,67 kWh → Ennyit spóroltunk januárban. A villamos energia ára 2006. 08. hó adata (www.kenergetika.hu): 30 Ft / kWh Így hát Január hónapban 84,67kWh · 30 Ft = 2540 Ft-ot sikerült megspórolnunk, amennyiben villannyal működő fűtést váltunk ki a napkollektorral.
36
Most nézzünk meg egy nyári hónapot!
30.ábra:2006.július Havi sugárzásösszeg:173.45Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 5.595 Wh/(m2.nap) Ekkor a kollektorunk hatásfoka: η = 0,8 S · η = E → S = E / η = 6 kWh / 0,8 = 7,5 kWh Ezt elosztjuk a 4 m2-es kollektor felülettel: 7,5 kWh / 4 m2 = 1,875 kWh / m2 a minimális napi napenergia, ami fedezi a melegvíz melegítéséhez szükséges energiát. Az 30. ábra a Naplopó Kft. 2006. júliusi napsugárzási adatait tükrözi. A júliusi „ rossz” napok energiatermelése (csak kettő van): (1536 + 1854)Wh = 3,39 kWh 3,39 kWh · 0,8 = 2,71 kWh / m2 ; 4 m2-re: 2,71 · 4 = 10,848 kWh 10,848 + (29 · 6) = 184,8 kWh → Júliusban ennyit sikerült megspórolnunk a januári 84 kWhhoz képest. Ez forintra átszámolva villamos áram esetén: 184,8 kWh · 30 Ft = 5544 Ft. A két megtakarított összeg átlaga 4042 Ft havonta. Egy standard napkollektoros rendszer 4 m2 kollektor felülettel 2 személy részére, 200 literes bojlerral 811200 Ft – ba kerül.( a következő oldalon található Naplopó Kft. táblázatában található árajánlat alapján) Így 811200 / 4042 = 16,7 év alatt térül meg a beruházásunk villamos árammal történő fűtés kiváltásakor. Azonban az 1 kWh energia gázzal történő előállítása olcsóbb, körülbelül 6,5 Ft/ kWh. Ezzel az értékkel számolva a megtérülési idő kb. ötszörösre, 80 évre növekszik. A gázár jobban támogatott a villanynál, ezért ott a megtérülés jóval hosszabb időbe telik. Ekkor lényegében nem éri meg napkollektort használni. 37
Számolásunkban azért kaptunk ilyen magas értéket, mert nyáron a 2 ember nem tudja kihasználni a napenergiát és a 4 m2-t (a 30. ábra vonal feletti része ugyanis nem hasznosul). Ha 6 fős családnál nézzük ugyanebben a hónapban a melegvíz előállításához szükséges energiát, akkor azt mondhatjuk, hogy háromszor annyi melegvizet tudnak használni, tehát rövidebb lesz a megtérülési idő, de a 16,7 év harmadánál, kb. 5,5 évnél akkor is hosszabb, mert télen a 4 m2 már tényleg csak 2 embert tud kiszolgálni. A reális becslés ilyenkor is 10 év körül van villanyáram kiváltása esetén.
Két cég árajánlata összehasonlításképpen:
Olympic- Hungária Kft. árajánlata: A típusjelzés magyarázata:
első számjegy:
napkollektor darabszáma
második számjegy: bojler térfogata literben nagybetűk:
G: gravitációs rendszer SZ: szivattyús rendszer
kisbetűk:
z: zománcozott; rm: rozsdamentes bojler
OLYMPIC szolár készülékek családi házakra, közép-európai éghajlaton
100 és 200 literes szolár készülékek
38
1/100 G-z
Típus
napkollektor, 1 db. 2 m2
2/200 G-rm
2/200 SZ-rm
2/200 G-z
2/200 SZ-z
2 db.
2 db.
2 db.
2 db.
bojler, beépített hőcserélővel
l, 200 l, 100 l, 200 l, 200 l, 200 zománcozott rozsdamentes rozsdamentes zománcozott zománcozott
keringtető szivattyú
-
-
1 db.
-
1 db.
elektronikus szabályozó
-
-
1 db.
-
1 db.
tágulási tartály, zárt
1 db.
1 db.
1 db.
1 db.
1 db.
töltő/ürítő csap
1 db.
1 db.
1 db.
1 db.
1 db.
légtelenítő szelep
1 db.
1 db.
1 db.
1 db.
1 db.
biztonsági szelep
1 db.
1 db.
1 db.
1 db.
1 db.
fagyálló folyadék
1 1 feltöltéshez 1 feltöltéshez feltöltéshez
összekötő idomok bilincsek
és 1 klt.
ár, HUF
211.680,-
1 1 feltöltéshez feltöltéshez
1 klt.
1 klt.
1 klt.
1 klt.
477.576,-
522.634,-
437.576,-
482.634,-
Naplopó Kft. árajánlata:
Melegvíz fogyasztók száma
Kollektorfelület
Bojler térfogat
Teljes csővezetékkel kivitelezéssel
Főbb anyagár
rendszerár és
Nettó
Bruttó
Nettó
Bruttó
2 db / 4m2
200 liter
471.000.-
565.200.-
676.000.-
811.200.-
3 -4 személy
2 db / 4m2
300 liter
500.000.-
600.000.-
705.000.-
846.000.-
3 -6 személy
3 db / 6m2
300 liter
612.000.-
734.400.-
832.000.-
998.400.-
4 -8 személy
4 db / 8m2
400 liter
829.000.-
994.800.-
1.104.000.- 1.324.800.-
6 -10 személy
5 db / 10m2
500 liter
967.000.-
1.160.400.-
1.272.000.-
2 -3 személy
1.526.400.-
A fenti ábrán feltüntetett árba beletartozik: 39
•
Heliostar 300 típusú szelektív síkkollektorok, 10 év garanciával,
•
Eloxált alumíniumból készült szerelőkeret, a kollektorok ferdetetőre szereléséhez,
•
Digitális, mikroprocesszoros szabályozás a kollektor köri szivattyú fordulatszámának változtatásával,
•
Szoláris szerelési egység szivattyúval, és minden szükséges szerelvénnyel,
•
Gumimembrános zárt tágulási tartály,
•
Zománc belső felületvédelmű, hőszigetelt, két hőcserélős melegvíztároló,
•
Környezetbarát, nem mérgező fagyálló hőátadó folyadék.
A két cég árajánlatának ránk vonatkozó részét bekereteztem. A szolgáltatások megegyeznek, az árak a 20% áfát és a szerelési, kivitelezési költséget nem tartalmazzák. Mint az adatokból látható, a Naplopó Kft. által kedvezőbb, 51634 Ft-al kisebb költséggel terheli pénztárcánkat. Figyelemre méltó, hogy míg a Naplopó Kft. 10 év garanciát vállal termékeire, addig az Olympic Kft-nél nem találtam ilyen jellegű ajánlatot. A Naplopó Kft. 4 m2-es kollektorának bruttó ára így 811200 Ft. Ezzel számoltunk a megtérülésnél.
3.4 Kitekintés Az előbbi fejezet napsugárzás összesítő táblázataiból kitűnik, hogy a kedvező időszakokban a kollektor által begyűjtött energiának csak egy része tud hasznosulni, ha az adott vízmennyiség a kívánt hőfokra felmelegedett, a „maradék” energia a folyamat számára elvész. Elképzelhető megoldás lehet az energia hatékonyabb felhasználására a kollektor rendszerrel kombinált stirling- motor. Ehhez ki kell szivattyúzni 15 0C-os talajvizet, ami majd a stirling- motort fogja hűteni. A motor másik tartályát a kollektorok által konvertált hő melegíti; így tudjuk elérni, hogy a stirling-motorunk viszonylag állandó hőmérsékletű maradjon, miközben villamos áramot termel. A stirling- motor teljesítményét és hatásfokát is ki lehet számolni: P = Wh / Qfelvett valamint
40
A képletek kiszámolásához nem áll elegendő információ rendelkezésünkre, mivel ilyen konstrukciót nem találtam a piacon. Ha a maximális teljesítménnyel ( Carnot- ciklus ) számolunk, valamint a melegebb hőtartály hőmérsékletét ( melegvíz ellátó rendszerrel analóg technológia esetét feltételezve ) 60 oC-nak tekintjük, akkor a hatásfok 13 %. (mert 1−288/333=0,135) Számoljuk ki, hogy júliusban mekkora teljesítményt várhatunk Stirling- motorunktól. A napenergia maximális teljesítménye a 4 m2-es kollektoron → 4 m2 ×1000 W/m2= 4 kW 80 % a kollektor hatásfoka, 13% a motoré, összesen tehát körülbelül 10 %, azaz 400 W-os maximális teljesítményt várunk. A felhasználható energia 6000 Wh/ m2 × 4 m2 = 24 kWh , ebből 2,4 kWh felhasználható energia adódik egy napra. Ez 60 Ft. spórolást jelent naponta. Éves szinten is a maximummal számolva 21900 Ft/ év a megtakarítás. Ez elég kicsi, ezért a Stirling- motor felhasználásához nagyobb felületű kollektor kell, vagy inkább a napenergia fókuszálása elsőrendű fontosságú. Egyenlőre (fókuszálás nélkül ) ez a módszer nem éri meg.
41
4. Szakdolgozat szakmódszertani fejezet
4.1 A napenergia tanításának lehetőségei 4.1.1 Bevezetés Napjainkban a környezetünket és rajta keresztül bennünket, embereket érintő globális problémákra igyekszünk egyre nagyobb hangsúlyt fektetni. Ennek szükségszerűsége nem vitatott;
a
környezetszennyezés,
következményeként
az
üvegházhatás,
a
fosszilis
energiaforrások kimerülése, az ózonpajzs ritkulása, a globális felmelegedés témája (hogy csak a leggyakoribbakat említsem) régóta ad munkát a tudósoknak, kutatóknak. Ezek a kérdések a médián keresztül széles rétegekhez eljutnak, utat nyitva a közös cselekvés lehetőségének. Ebben a folyamatban segíthetünk mi, tanárok, szerepet vállalva a jövő nemzedék szemléletmódjának kialakításában, környezetéhez való viszonyulásában. Már gyermekkorban fontos elkezdeni a gyerekek környezeti nevelését; a természettel való kapcsolat élménye, a megfigyelések, kísérletek, tapasztalások mind- mind maradandó nyomot hagynak és segítik a későbbi helyes értékrend kialakulását. Ennek a szemléletformálásnak fontos szereplői a környezeti nevelők. Régebben a környezeti nevelés tartalmát a környezetről, környezetben, környezetért tanulás összefüggő fogalomrendszere jelentette. A környezetről szóló nevelés a természet értékeiről, illetve a környezetvédelmi problémák, lehetséges megoldások ismeretanyagának közvetítését jelenti. A környezetben nevelés perspektívát nyújt a kutatás, vizsgálódás, kommunikációs készségek fejlesztésére és magába foglalja a már fent említett élményszerzés lehetőségét. A környezetért nevelés a felelősségtudat kialakítását célozza meg, de kiterjed a testi-lelki egészségnevelésre, az emberi együttélés készségének fejlesztésére. A cél a „környezeti polgárrá” nevelés, mely sokrétű, felelősségteljes feladat; olyan tanítási folyamatot jelent, melynek szerves része a fenntartható fejlődés tudásanyagának átadása, ehhez kapcsolódóan pedig fontos az együttműködés, a közös cselekvés mikéntjének megtanítása, a konfliktus helyzetek kezelésének elsajátítása. „A környezeti nevelés célja a környezettudatos magatartás, a környezetért felelős életvitel elősegítése. Távolabbról nézve a környezeti nevelés a természet – s benne az emberi társadalom – harmóniájának megőrzését, fenntartását célozza. Célja az épített társadalmi 42
környezet, az embert tisztelő szokásrendszer érzelmi, esztétikai és erkölcsi megalapozása.” (Nemzeti Környezeti Nevelési Stratégia, OM segédlet) A környezeti nevelés végbemehet az iskola falain belül vagy iskolán kívül. A hagyományos tanórai foglalkozások alkalmával az összes tárgyra kiterjedő integrációt alkalmazhatunk. Tanórán kívüli programként a témanap és a témahét említhető, amikor kiválasztunk egy témát, és a nap folyamán vagy akár egy héten keresztül e köré a téma köré csoportosítjuk a tanítandó ismeretanyagot, ami lehetőséget ad a téma különböző szemszögből való megközelítésére. Szakkör tartásakor jobban elmélyedhetünk egy témakörben, a kiállítások és vetélkedők szervezése pedig alkalmat nyújt a gyerekek számára kreativitásuk kifejezésére, fejlesztésére. Az iskolán kívüli nevelési programok során rövidebb és hosszabb időtartamú foglalkozásokat lehet szervezni. Ilyenek pl. a rövidebb jellegű terepgyakorlatok, tájséták, hivatalos intézmények (pl.önkormányzat) látogatása, vagy a nagyobb lélegzetvételű, éves iskolai programba beilleszthető többnapos terepgyakorlat, tanulmányi kirándulás, végül de nem utolsó sorban az erdei iskola. A környezeti nevelés módszerei színes palettát vonultatnak fel; alapmódszer a frontális tanítás, mely lehet beszélgetés, kérdve kifejtés vagy előadás. A gyerekek motiválását célozza meg a pármunka, csoportmunka és a különböző játékos tevékenységek. A kutatás, felfedezés örömét a kísérletezés, saját mérés módszerével érhetjük el, míg a vitafórumok, szituációs játékok fejlesztik a gyerekek kifejezőkészségét, és gondolkodásra ösztönöznek. Az Internet használata sokat segít az információk begyűjtésében és amellett, hogy a gyerekek technikai tudását bővíti, a társaikkal való kapcsolattartást is segíti; ez pl. egy komolyabb pályázat vagy verseny, amely iskolák vagy akár nemzetek iskolái között is megrendezésre kerülhet során nyer bizonyítást. „ Egy ma született gyermek szereplő, haszonélvező és áldozat is lehet a világ szövevényében, és jogosan teheti fel a kérdést: Miért nem figyelmeztettek? Miért nem tanítottak jobban? Miért nem beszéltek nekem tanáraim ezekről a problémákról és miért nem jelezték számomra, hogy viselkedésem egy kölcsönös függőségben élő faj – az emberi faj – egyik egyedéé?”(R.Muller) Szakdolgozatomban
a
megújuló
energiaforrásokkal,
azon
belül
is
a
napenergia
hasznosíthatóságával foglalkoztam; az ebben rejlő pedagógiai lehetőségeket vázolom fel a következőkben. 43
Ezzel a témakörrel többször találkozhatnak a gyerekek iskolai éveik folyamán, bár inkább csak érintőlegesen; az idő szűkössége nem engedi meg a témában való elmélyülést. Erre leginkább a nyári táboroztatások, osztálykirándulások alkalmával nyílik lehetőség, de a napenergia tanításának az erdei iskola is kiváló színtere lehet. Kiegészítő anyagrészként a legtöbb évfolyamon tanítható, szem előtt tartva a különböző életkori sajátosságokat. A napenergia fogalmát több tantárgy oktatásakor is meg lehet ismertetni; fizika, kémia, földrajz órán energetikai oldalról érdemes bevezetni a témát. Fontos tisztázni a fogalmakat; az egyszerűbbtől a bonyolultabb felé haladni, hogy a gyerekek fel tudják építeni logikailag magukban a tanultakat. A frontális tanítás mellett nagy jelentőséget tulajdonítok a csoportmunkának, a játékos megközelítésnek, különösen az alsóbb évfolyamokon. Az alábbiakban áttekintést nyújtok a megújuló energiaforrások, a napenergia tanrendbe való beillesztésének lehetőségeiről.
A napenergia témakörének előfordulása az egyes évfolyamokon:
7. évfolyamon, fizika órán az energia-megmaradás témakörön belül lehet bevezetni a napenergia témáját. Az energia-megmaradás tudatosítása során érzékeltetni kell az energiakészletek végességét, az energiatakarékosság fontosságát. 8. évfolyamon, fizika órán az elektromos munka és az elektromos teljesítmény témakörön belül lehet beszélni az energiatakarékos életmódról, így a napenergia használatának lehetőségeiről. 8. évfolyamon, kémia órán környezeti kémia témakörben a megújuló energiahordozók, és az energiatakarékosság tanítása kapcsán vethetjük fel a témát. 9. évfolyamon földünk és környezetünk (földrajz) órán a geoszférák földrajza témakörben lehet beszélni a Föld energiaháztartásáról.
44
10. évfolyamon szintén földünk és környezetünk órán tanítjuk a globális környezeti problémák földrajzi vonatkozásait; itt lehet beszélni a nyersanyag és energiaválság problematikájának kapcsán a napenergia használatának szükségszerűségéről. 10.
évfolyam
kémia
óráján,
környezeti
kémia
témakörben
szó
esik
az
energiagazdálkodásról; a fosszilis, hasadó és megújuló energiaforrások előnyeiről és hátrányairól. 11. évfolyamosok fizika órán a fény kettős természete témakörnél találkozhatnak a napenergiával; a napelem, mint megújuló energiaforrás tárgyalásakor. (Schróth Á. 2004.) 4.1.2 A napállandó mérésének megtervezése A következőkben a napenergia megismerését kiegészítő, a témában való elmélyülést segítő napállandó mérés leírását tűztem ki célul. Ismertetem a mérés elméleti hátterét, majd a megvalósítással kapcsolatos módszertani lehetőségeket. A mérést projekt módszer alkalmazásával végzem a fizika órákhoz kapcsolódóan; egyébként a helyi tantervtől függ, hogy milyen tantárgy tanításában használható. A célkorosztály a 9-12. évfolyam, de alsóbb évfolyamoknál is hasznos lehet. Komplex feladatról van szó; a kivitelezés min. 4-5 tanítási órát igénybe vesz, ezért érdemes több napos kirándulás keretei között vagy erdei iskolában alkalmazni, de végrehajtható szakköri foglalkozás keretében is. Az erdei iskola a szorgalmi időszakban megvalósuló, az iskola pedagógiai programjába beépített „nevelés- és tanulásszervezési egység”. (Erdei Iskola Konferencia) Az erdei iskolában a gyerekek többnapos elfoglaltság alkalmával teljesítik a kitűzött feladatokat, amikor is a hangsúly a saját tapasztalatszerzésen alapuló tanuláson van. A mérés tervezésénél figyelembe kell vennünk, hogy a diákok hajlamosak leegyszerűsíteni a tanulást és a kapott feladatot, ezért feladatmegoldásra kell ösztönöznünk őket, hogy a már meglévő ismereteiket átgondolják és kamatoztassák. Ha egy osztály vesz részt a mérésben, 5-6 kisebb csoportot célszerű kialakítani úgy, hogy minden csoportnak legyen egy koordinátora, aki felügyeli a munkát, közli az eredményeket . Csoportonként kioszthatunk egy-egy témát, melyet könyvek, szaklapok, illetve az internet segítségével dolgozhatnak ki a gyerekek.
45
Ilyen kidolgozandó témák lehetnek: •
Energiatakarékosság- és környezetszennyezés
•
A globális felmelegedés
•
A napenergia szerepe
•
A napenergia használatának előnyei és hátrányai
•
A kísérleti berendezés összeállítása
•
Mérési jegyzőkönyv elkészítése
Az eredményt pl. kiselőadás formájában oszthatják meg a többiekkel, de készíthetnek weblapot is, vagy PowerPointos vetítést. Mint az a leírtakból is tükröződik, itt már nemcsak egy bizonyos tárgyról, esetünkben a fizikáról, hanem egy egész műveltségi területről van szó; érinthetjük a csillagászat a kémia, a biológia és az informatika tudományának mezsgyéjét éppúgy, mint a földrajzét. Fontos, hogy miután kiosztottuk a feladatokat, beszéljük meg a gyerekekkel, hogy mik az elvárásaink a munkájukkal kapcsolatban! Hallgassuk meg, hogy ők mit gondolnak a tanításról; milyen módszereket használnának, miként oldanák meg a problémát (nemcsak a méréssel kapcsolatban, általánosságban is). Gondolataikat gazdagíthatjuk saját ötleteinkkel is! Végül történjen meg a mérés. Ha ezt az iskola anyagi háttere, felszereltsége megengedi, készítsünk videofelvételt az eseményről; így később meg tudjuk beszélni mi és miért történt, mit tettünk jól, mi az, ami esetleg nem sikerült, hogyan lehetett volna másképp elvégezni a feladatot. A mérési feladat után gondolkodtató kérdéseket szedek csokorba, majd levezetésképpen egy kvíz játékkal mérhetjük le a gyerekek tudását.
46
4.2 A napállandó mérése 4.2.1 A napállandó meghatározása Elméleti háttér:
A Föld legjelentősebb energiaforrása a Nap. A napsugárzásnak köszönhető a magasabbrendű élet kialakulása és fennmaradása, melyhez a földfelszín és a levegő melegítése szükséges. A Nap gáznemű, főként plazma állapotban levő hidrogénből álló gáztömb. Belsejében magfúzió biztosítja a hőtermelés energiáját. A gömb alakú naptest külső felülete az ún. fotoszféra, melynek hőmérséklete közelítőleg 6000 K. A sugárzás fizikai törvényei szerint a sugárzó testek hőmérséklete fordítottan arányos az általuk kibocsátott hullámhosszokkal. A magasabb hőmérsékletű testek főként rövidebb hullámhosszú sugarakat bocsátanak ki. A Napból érkező sugárzás 200-3200 nm közé esik. A Napból a látható fény tartományába eső (400-700 nm), illetve annál kisebb, az ibolyántúli (200-400 nm) és nagyobb az infravörös (700-3200 nm) hullámhosszú sugárzás egyaránt éri a Földet. Ártalmas sugárnyalábok is érnek bennünket; ilyen az ibolyántúli sugárzás, mely sejtroncsoló hatása miatt veszélyt jelent a Föld élővilágára. Ezeket a káros sugarakat a légkör felső részén (kb. 20-30 km magasságban) található háromatomos oxigénmolekulákból álló (O3) ózonréteg tartja távol a Föld felszínétől, elnyelve azokat. A hosszúhullámú infravörös sugarak egy részét a vízgőz és a széndioxid nyeli el. Az abszorpció hőt termel és kismértékű felmelegedéssel jár. A légköri energiaveszteség elsősorban a rövidhullámú sugaraknál jelentős. Így a Föld felszínére érkező sugarak a hosszabb hullámhosszak felé tolódnak el. Ezért a legtöbb energiát szállító sugarak a sárga fénynek megfelelő hullámhosszban érkeznek (0,55 µm). Minél alacsonyabban áll a Nap, azaz minél hosszabb utat tesznek meg sugarai a légkörön át, annál erősebb az eltolódás a színskálán. Ezért látjuk narancssárga, illetve vörös színben lenyugodni a Napot. A napsugárzásnak mintegy fele éri el a Föld felszínét. A földfelszínre érő napsugárzás elnyelődve hővé alakul. Ebből a hőből juttat a felszín a levegő legalsó rétegének. A Nap tehát végeredményben alulról, a földfelszín közvetítésével melegíti fel a levegőt.
47
A napsugárzás haladási irányára merőleges egységnyi felületre időegység alatt bizonyos mennyiségű energia esik. Ez az ún. napállandó, melynek napjainkban elfogadott értéke: 1388W/m2. E sugárzásmennyiségnek azonban csak egy része éri el a Föld felszínét. A sugárzás 23 %-át a légköri gázok és vendéganyagok elnyelik és hővé alakítják, 26 %-a pedig szórt sugárzás formájában és a visszaverődés által a világűrbe jut. A földfelszínt így a sugárzás 51 %-a éri el. A földfelszín a sugárzás 10%-át visszaveri, melyből 5% a légkörben elnyelődik, 5 % pedig a világűrbe távozik.
www.naplopo.hu 31. ábra: A napsugárzás földi energiamérlege A Föld sugárzási háztartása általában kiegyenlített, de egyes pontokon időben változhat a napsugárzás értéke. Ennek egyik oka, hogy a Föld forgástengelye 23,5º-os szöget zár be a Nap körüli keringés tengelyével. Ennek következtében változik a nappalok hossza, ezáltal a napsütés időtartama. A Föld ellipszis alakú keringési pályája miatt a Föld-Nap távolság változó, ennek következtében kismértékben a napsugárzás értéke is változik A napállandó értéke tehát, melyet a következőkben fogunk meghatározni, megadja a Föld egységnyi felületére időegység alatt eső napsugárzás energiáját, melyet egyszerű módszerekkel, iskolai körülmények között is mérni tudunk.
48
4.2.2 A napállandó mérése 1. módszer A szertárban található, illetve könnyen elkészíthető eszközök segítségével állítsuk össze a képen látható kísérleti berendezést!
12. kép: Kísérleti berendezés ( Forrás: www.napnap.sulinet.hu )
A kísérleti berendezés kellékei: 2 alumínium kocka (egyik árnyékolt, másikra rásüt a Nap) 2 hőmérő 1 Voltmérő 1 Ampermérő 1 változtatható feszültségű áramforrás (max. 0.4 A egyenáram) 10 Ohm /2W ellenállás árnyékoló lemezek
A kísérlet alapelve: Két azonos testet (2 db, 4 cm oldalélű alumínium kockát) hasonlítunk össze. Az egyiket a Nap melegíti, a másiknak a fűtéséről mi gondoskodunk egy ellenállás segítségével. A két
49
kocka egyikére egy ernyő árnyékot vet, a másik kocka ki van téve a Nap sugarainak. A fűtést úgy kell beállítani, hogy mindkét test hőmérséklete azonos módon változzon (illetve ugyanakkora egyensúlyi hőmérsékletre álljon be).
13. kép: Alumínium kocka www.napnap.sulinet..hu Fontos, hogy a kockára mindig merőlegesen essenek a sugarak, ezért az állványban úgy kell rögzíteni a berendezést, hogy el lehessen forgatni.
14. kép: Az állványban rögzített alumínium kockák www.napnap.sulinet.hu A kockák felső lapját be kell kormozni, hogy az energiaelnyelés hatásfoka minél nagyobb legyen. A kockák belsejébe készített furatba hőmérőt helyezünk. A hőátadást az alumínium kocka és a hőmérők között hővezető szilikon gyanta biztosítja.
50
Amikor az Al kockák már nem melegszenek tovább (beáll a hőmérsékleti egyensúly), feljegyezzük az ellenálláson átfolyó áramerősséget (I), és az ellenállás sarkain mérhető feszültséget (U). Az ellenállás fűtőteljesítménye: P=U*I
Ismerve a 4*4 cm–s Al kocka területét, A=1.6*10-3 m2 , a felületegységre eső teljesítmény kiszámolható:
15. kép: Az áramerősség mérése www.napnap.sulinet.hu A légkör gyengíti a sugárzást Mérőeszközünkre csak a napsugárzás egy része jutott el, ezért a mért értékből csak akkor tudunk a napállandóra következtetni, ha ismerjük a légkör sugárzásgyengítő hatását. Ezt egy X szorzótényezővel vesszük figyelembe (X<1). Ez az X érték függ a pillanatnyi időjárási viszonyoktól, valamint attól, hogy a Nap sugarainak milyen hosszú utat kellett megtenniük a légkörben. Ez utóbbi pedig attól függ, hogy milyen "magasan" áll a Nap a mérés idején. Ezért meg kell határozni az azimutális szöget.
51
32. ábra: Azimutális szög számítása www.napnap.sulinet.hu Ezek után feljegyezzük a kinti hőmérsékletet, valamint megnézzük, hogy a pillanatnyi időjárás a grafikonon feltüntetett időjárási viszonyok közül melyiknek van leginkább a közelében, és ennek alapján olvassuk le az X értéket. (A táblázat az APS Laboratory "Measuring the temperature of the sun" cikkéből származik).
33. ábra: X szorzótényező értéke az azimutális szög függvényében www.napnap.sulinet.hu A számolt napállandót megkapjuk ha behelyettesítünk a következő képletbe :
Általában
az
alábbi
napállandó
értéke
elfogadott
So
=
1388
W
/
m2.
A becsült relatív eltérés:
52
A napállandó mérése 2. módszer Ez a módszer egyszerűbben, szerényebb keretek között is kivitelezhető. Szükségünk van egy főzőpohárra, melyet ismert mennyiségű vízzel feltöltünk. A vizet napfény segítségével felmelegítjük, és mérjük, hogy egy bizonyos hőmérsékletváltozáshoz mennyi időre van szükség. A számolt adatokat, tapasztalataitokat vezessétek jegyzetfüzetben! A kapott adatokból kiszámíthatjátok, hogy mennyi energiát nyelt el a víz, és ebből következtethettek a Nap által kisugárzott energia mennyiségére.
Szükszéges anyagok, segédeszközök: •
200 ml-es főzőpohár - Lehetőleg szabályos formájú legyen, így könnyebb meghatározni a felületét. Kisméretű befőttes üveg is lehet.
•
Hőmérő - Legalább 50 °C-os méréshatárral.
•
Tető - A főzőpohár lezárásához, melyen megfelelő nyílás van a hőmérő számára. Gondoskodjunk a hőmérő és a tető közötti szigetelésről pl.: szilikon alapú fugázó anyag).
•
Stopper
•
Fekete, vízoldékony tinta
•
Mérőpohár
A mérés menete: Célszerű a mérésedet a déli órákban és derűs időben végezned, mivel a kísérlethez sok napsütésre van szükség! Önts a főzőpohárba 200 ml vizet, majd a fekete tintával fesd sötétre! Ezután zárd le a poharat tetővel, és helyezz el benne egy hőmérőt! Körülbelül fél órára tedd a poharat árnyékos helyre, míg fel nem veszi a környezete hőmérsékletét! 2 percenként ellenőrizd, hogy történik e még hőmérsékletváltozás! Ezután vidd a mérési helyszínre a berendezést, ügyelve arra, hogy lehetőleg mindig merőlegesen essenek rá a napsugarak! Ezután elkezdheted az idő és hőmérséklet adatok gyűjtését! Előreláthatólag 20-30 perc elteltével
nyelődnek
el
a
napsugarak,
de
minimum addig
várj,
míg
1-3ºC-os
hőmérsékletemelkedést nem tapasztalsz. Vezesd a munkalapodon az eltelt időt és a
53
hőmérséklet emelkedését! Célszerű a mérésedet 2-3 alkalommal megismételni; ehhez minden alkalommal hűtsd le a főzőpoharat csapvíz alatt; így végül három teljes mérési sorozatot kapsz. Munkalap A számítások elvégzésénél kövesd az utasításokat, így az általad gyűjtött adatok segítségével meghatározhatod a napállandót. A felhasznált víz térfogata: V = __________ liter A felhasznált víz tömege: m = __________ kg A napfénynek kitett felület: A = __________ m2
A ∆T/∆t átlag meghatározása: 1. mérés: ∆T1/∆t1= 2. mérés: ∆T2/∆t2= 3. mérés: ∆T3/∆t3= A három mérés átlaga:
A víz fajhője 4186 J/(kg °C), így a víz által időegységenként felvett energia
:
54
Az időegységenként a felületre jutó átlagos energia:
Azonban a víz által elnyelt energia nem egyezik a napsugárzás energiájával, mivel a beérkező sugárzás egy része elnyelődik (légkör, edény fala). Szorozd meg a számolt besugárzási értéket 2-vel, ez a légköri tényező korrekciója, majd 1.4-el; így az üvegfal elnyelése által okozott mérési hibát küszöbölöd ki.
A napállandó elfogadott értéke: 1388 W/m2 Ennek alapján mérésed százalékos eltérése az elfogadott értéktől:
Gondolkodtató kérdések: 1. Mi lehet az oka a mérési eredményed és az elfogadott érték közötti különbségnek? 2. Ennek alapján hol lehet jól hasznosítani a napenergiát? 3. Vajon a növények hogyan hasznosítják a napfény energiáját? 4. Szerinted érdemes a napenergiát hasznosítani? Ha igen, miért? Hogyan?
55
4.3 Kvíz játék
1. Hogy hívjuk a Nap jól megfigyelhető, felszíni rétegét? a. Napkorona b. Fotoszféra c. Hidroszféra d. Geoszféra 2. Mi adja a Nap fő tömegét? a. Hélium b. Hidrogén c. Széndioxid d. Trícium 3. A Nap belsejében milyen folyamat jár energiaveszteséggel? a. Magfúzió b. H-égése c. Energia sugárzása d. Maghasadás 4. Mik a napfoltok? a. A fotoszféra átmeneti képződményei b. A napkitörésekhez társuló gázkilövellések c. A Nap belsejében lejátszódó folyamatok eredményei d. A magfúzió külső megnyilvánulása
56
5. Milyen reakciók fűtik a Napot? a. Magfúzió b. Hidrolízis c. Oxidáció d. Redukció 6. Hol mennek végbe az előző pontban kérdezett reakciók? a. A Nap középső tartománya b. Napkorona c. A magban d. A geoszférában 7. Melyik égitest van a legtávolabb a Naptól? a. Merkúr b. Mars c. Plútó d. Föld 8. Mi a napszél? a. A Napból kiszakadó töltött részecskék árama b. A Nap által okozott erőteljes légáramlat c. A fotoszféra áramlása d. A Napból kiszabaduló széndioxid árama 9. Mi okozza a sarki fényt? a. A napfogyatkozás b. A napszél c. A napállandó d. A maghasadás
57
10. A napállandó elfogadott értéke általában: a. 1400 W/m2 b. 1288 W/m2 c. 1388 W/m2 d. 1650 W/m2 11. A Föld távolsága a Naptól: a. 100 millió km b. 150 millió km c. 200 millió km d. 80 millió km 12. Mikor látható napfogyatkozás? a. Ha a Hold éppen a Nap és a Föld között halad el b. Ha a Föld kerül a Nap és a Hold közé c. Ha a Nap kerül a Hold és a Föld közé d. Ha a Föld egy síkba kerül a Nappal 13. A termonukleáris reakciók hol zajlanak? a. Fotoszféra b. Kromoszféra c. Mag d. Geoszféra
Tanári háttéranyag: Megoldások: 1-b, 2-b, 3-c, 4-a, 5-a, 6-a, 7-c, 8-a, 9-b, 10-c, 11-b, 12-a, 13-c
58
ÖSSZEGZÉS Szakdolgozatomban a megújuló energiaforrások, ezen belül a napenergia hasznosítás lehetőségeit elemeztem, részletezve a napenergiát felhasználó technológiák fizikai hátterét, a napenergia hővé alakításának különböző módjait. Összefoglaltam a különböző kollektor típusok felépítését, hatékonyságát. A kollektoros berendezések családi házakban történő alkalmazásánál áttekintettem a tervezés módjait, majd elemző számolást végezve összehasonlítottam a berendezés beruházási költségeit a megtakarítások összegével. Számolásaim alapján a megtérülési idő több mint 16 év, ami igen hosszú idő. Ezt a mutatót véleményem szerint csökkenteni lehet és kell is, hogy szélesebb körnek elérhető, gazdaságos megoldásnak bizonyuljon. Ezt a lehetőséget az anyagár csökkenésében látom a technika fejlődésével; és ugyanezen tényező segítségével talán egyszer nagyobb hatásfok is elérhető lesz. A napenergia használatának elterjedését nagy mértékben fellendítené az állami támogatások bevezetése, növelése. Felvetettem, mint perspektívát, a kollektoros rendszer Stirling-motorral történő kombinációját, ami szintén a hatékonyság növekedését eredményezné. Ezért fontos, hogy áldozzunk a kutatásokra, melyek előrevinnék a technológia fejlődését, és hozzájárulhatnának a Föld globális környezeti állapotának a javulásához. A dolgozatom pedagógiai, szakmódszertani fejezetében a napenergia témakörének középiskolai tanítási lehetőségeit elemeztem, valamint a téma játékos formában, a napállandó mérésén keresztül történő oktatásának perspektíváját tárgyaltam. Figyelembe vettem az iskolák eltérő anyagi hátterét; egy költségkímélőbb kivitelezést is bemutattam. A tanítási gyakorlatom és a szakdolgozatom írása nem szinkronban zajlott, így a gyakorlatban eddig még nem tudtam kamatoztatni ezt a módszert. Erre azonban valószínűleg nem is jutott volna idő a tanítási gyakorlat alatt, mivel mindkét mérési módszer 4-5 tanítási órát igénybe vesz. Elgondolásom szerint erdei iskolák, szakkörök, kirándulások nyújtanak megfelelő hátteret ezekhez a nagyobb előkészületet igénylő, ám szakmai szempontból figyelemre méltó, a gyerekek tudását kreatívan fejlesztő mérésekre.
59
Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozom Horváth Ákos egyetemi docens úrnak a szakdolgozatom elkészítésénél nyújtott segítségéért. Áldásos munkájával, szakmai javaslataival, ötleteivel hatékonyan támogatta munkámat. Szeretném megköszönni Édesanyámnak, hogy erején felül igyekezett megteremteni számomra a munkámhoz szükséges nyugodt hátteret.
60
MELLÉKLETEK
1.ábra: Napkollektorok hatásfok görbéje (Forrás: www.naplopo.hu)
1. kép: Napkollektorok ( Forrás: www.olympic.hu)
2. kép: Napkollektorok (Forrás: www.kardoslabor.hu)
61
3.kép: Passzív napenergia hasznosítás ( Forrás: www.bio-solar-haz.hu )
4. kép: Egykristály szerkezetű napcella ( Forrás: www.kekenergia.hu )
4. kép: Passzív napenergia hasznosítás ( Forrás: www.nyf.hu )
5. kép: Polikristály szerkezetű napcella. ( Forrás: www.kekenergia.hu )
6. kép: Si típusú napcella ( Forrás: www.kekenergia.hu )
7. kép: A Telkes Mária által tervezett napház ( Forrás: www.eletestudomany.hu )
62
8. kép: Ökoház ( Forrás: www.eletestudomany.hu )
9. kép: Naperőmű-állomás Springerville-ben ( Forrás: www.eletestudomany.hu )
10. kép: A Solar One toronykazános naperőmű a Mojave sivatagban ( Forrás: www.eletestudomany.hu )
63
Irodalomjegyzék Dr. KISS ÁDÁM- Dr. HORVÁTH ÁKOS- BABÁK GYÖRGY: Környezeti fizika (Szarvas, 2001) Környezeti nevelés a középiskolában- szerk. SCRÓTH ÁGNES (Trefort Kiadó, Budapest, 2004) ARMIN THEMEβI- WERNER WEIβ: Napkollektoros berendezések ( Cser Kiadó, Budapest, 2005) HOLICS LÁSZLÓ: Fizika (Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1992 ) Larousse, A természet enciklopédiája-szerk. PATRICE MAUBOURGUET (Glória Kiadó, Budapest, 1993) Internetes források: www.naplopo.hu www.kekenergia.hu www.metal.elte.hu www.nyf.hu www.olympic.hu www.kardoslabor.hu www.sulinet.hu www.gia.hu www.wikipedia.hu www.fenykapu.free-energy.hu www.zoldtech.hu www.kvvm.hu
64
