EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR KÖRNYEZETTAN MUNKACSOPORT A NAPENERGIA FELHASZNÁLÁSI LEHETŐSÉGEI A VÁLI-VÖLGY TÉRSÉGÉBEN

EÖTVÖS LORÁND TUDOMÁNYEGYETEM TERMÉSZETTUDOMÁNYI KAR KÖRNYEZETTAN MUNKACSOPORT

A NAPENERGIA FELHASZNÁLÁSI LEHETŐSÉGEI A VÁLI-VÖLGY TÉRSÉGÉBEN

SZAKDOLGOZAT

Készítette: Simó Ágnes V. biológia-környezettan szakos hallgató

Témavezető: Dr. Horváth Ákos egyetemi docens Tanári kunzulens: Böddiné Dr. Schróth Ágnes

Budapest 2008

Bevezetés

Tartalomjegyzék ……………………………………………………………………………… 3

1. A megújuló energiák fontossága napjainkban ..….……………………………………… 3 1.1 Társadalmunk energiaigénye ………………………………………………………… 3 1.2 Energiatermelés fosszilis energiahordozók segítségével …………………………… 5 1.3 A megújuló energiaforrások ….……………………………………………………… 7 2. A napenergia hasznosításának lehetőségei ………………………………………………12 2.1 Az elektromágneses sugárzás fizikai alapjai ……………………………………… 13 2.2 A Napsugárzás energetikai kérdései, a Föld energiaháztartása ……………………… 15 2.3 A Napenergia hővé alakítása ….………………………………………………………17 2.3.1 A napkollektor rendszerek általános felépítése ….……………………………….. 17 2.3.2 A naperőművek ……………………………………………………………….... 19 2.4 A Napelemek ………………………………………………………………………… 21 2.4.1 A Napelemek története …………………………………………………………… 21 2.4.2 A Napelemek típusai …………………………………………………………… 21 3. A Váli-völgy környezeti sajátságainak elemzése ……………………………………… 22 3.1 A Váli-völgy elhelyezkedése ………………………………………………………. 22 3.2 A domborzati adottságok elemzése a napenergia szempontjából ………………… 23 3.3 Tabajd község részletesebb ismertetése ……………………………………………... 23 3.3.1 Tabajd természeti környezete …………………………………………………….. 23 3.3.2 A terület növényvilága ………………………………………………………… 24 3.3.3 A település környezetvédelme .…………………………………………………. 24 3.3.4 Építészeti alkotások………………………………………………………………. 25 4. A napenergia alkalmazásának lehetőségei a Bélápai Lovas Centrumban ………………. 26 4.1 A Lovas centrum általános ismertetése……………………………………………… 26 4.2 Hőtechnikák…………………………………………………………………………. 27 4.3 A fűtés és melegvíz előállítás eszközei ……………………………………………. 28 4.4 A melegvíz előállítás a 2007-es év során…………………………………………… 29 4.5 Kollektor felület becslése a 2007-es év napsugárzási adatok alapján ……………….32 4.6 Megtérülési számítások……………………………………………………………… 36 5. Szakmódszertani fejezet: Napenergia a tanítási gyakorlatban ……………….…………. 44 5.1 A környezeti nevelés célja …………………………………………………………. 44 5.2 A környezeti nevelés módszerei ………………………………………………….. 44 5.3. A környezeti nevelés színterei …………………………………………………… 46 5.4 A napenergia kérdésének beépítése a különböző tanórákba ……………...……….. 50 5.5 A napenergia kapcsolódása a biológia tanításához ……………………………….. 50 6. Összegzés ……………………………………………………………………………… 59 7. Irodalomjegyzék ……………………………………………………………………….

60

8. Függelékek ……………………………………………………………………………

61

2

Bevezetés Szakdolgozatom során szeretném bemutatni napjaink energiafelhasználását, meg szeretném vizsgálni, hogy ezen energiának milyen energiahordozók a forrásai, használatuknak vannak-e káros következményei, és ha vannak mennyire súlyosak. A következő fejezetekben a megújuló energiák felhasználási lehetőségeit vizsgálom meg, mellyel a fosszilis energiahordozók kisebb-nagyobb mértékben kiválthatók. Külön figyelmet fordítok a napenergia alkalmazási lehetőségeire. A napenergia felhasználási lehetőségeinek fizikai alapjait is ismertetni szeretném, azaz a napsugárzás forrását, az energia földfelszínre való érkezését, és a beérkező energia aktív és passzív hasznosítási módjait, lehetőségeit. Célom még lakóhelyemnek, a Váli-völgy természeti adottságainak ismertetése is. Községemben, Tabajdon a Bélápai Lovas Centrum, egy vendéglátó egység napenergia, azon belül a melegvíz napkollektorral való előállításának lehetőségeit szeretném vizsgálni, ki szeretnék térni arra, hogy mi módon valósítható meg a napkollektoros vízmelegítő rendszer, ennek mekkora az anyagköltsége. A vízfogyasztás és a napsugárzási adatok alapján szeretném a megtérülési időt is kiszámolni. Szakdolgozatom szakmódszertani fejezetében a napenergia tanításának lehetőségeit szeretném vizsgálni.

1. A megújuló energiák fontossága napjainkban 1.1 Társadalmunk energiaigénye Az emberiség energiafelhasználása az utóbbi évtizedekben exponenciálisan növekszik. A Föld népessége folyamatosan növekszik, de ennél lényegesebb változás az, hogy az életszínvonal is nő, nagyrészt a technikai vívmányoknak köszönhetően. Már nem elegendő csupán az emberi és állati energia, mint az egyes már letűnt vadásztársadalmakban, ahol a napi energiaszükséglet 2000 kcal volt (1. táblázat) Mivel ekkor az élelem beszerezhető volt a környezetből és másra nem volt szükségük, az embereknek nem volt szükségük gépekre. 1. Táblázat. A társadalmak egy főre és egy napra eső energiafelhasználásának nagyságrendi áttekintése. Élelem Háztartás Ipar + Szállítás + A népesség +kereskedelem mezőgazdaság hírközlés relatív nagysága társadalmak 2 1

Vadász Kr. e 8000 Földművelő társadalmak Kr. e 3000 Középkor XV.-XVI. század Ipari társadalom (Anglia 1900) Modern társadalom (USA 1985)

3

2

2,5

6

12

7

1

13

7

32

24

14

38

10

66

91

63

115

Forrás: Környezeti fizika Szarvas 2001

3

Az első négy oszlopban az energiafogyasztás értékei 1000 kcal / fő*nap egységben értendők. Az ötödik oszlopban az adott társadalom népességének relatív nagyságát tüntettük fel a vadász társadalmakhoz viszonyítva. A vadászat esetleges sikertelensége befolyásolta a népesség létszámát, a későbbiekben ugyan ez volt jellemző a kezdetleges mezőgazdaságra is. A tudás növekedésével nőtt a megtermelt mennyiség, amely a népesség létszámának növekedéséhez vezetett. Az esetleges felesleg előállítása után lehetőség volt a kereskedelem megjelenésére is. A termékek szállítása energiát igényelt. A középkorban megjelennek a gépek, melyek, nem állati és nem emberi energiát igényelnek, a természetes környezetben levő energiát kellett átalakítani a gépek számára. Bár a gépek fejlődése folyamatos, igazi fordulatot a Watt-féle gőzgép megjelenése jelentett. A gőzgép a kémiai energiát forgatási energiává alakította át, ezzel a szállítást is forradalmasította. Az elektromos energia felfedezése is újabb fordulatot jelentett. Nemcsak a népesség számában van tehát eltérés a múlt és a jelen társadalmai között, hanem abban is, hogy mire használjuk fel az energiát. A különböző társadalmakra különböző energiafelhasználás jellemző, mely összefügg az adott ország gazdasági fejlettségével. Az alábbi 1. ábra összehasonlítást tesz az adott országok egy főre jutó energiafelhasználását millió BTU/fő egységekben mérve az ország gazdasági potenciálját jelző GNP-vel, ami a nemzeti össztermék dollárban kifejezve egy főre vonatkoztatva.

1. ábra Energiafelhasználás a GNP függvényében Forrás: Környezeti fizika Szarvas 2001 Indiát, Brazíliát és az USA-t nézve bár a nagyságrend eltérő, azt kapjuk, hogy az energiafogyasztás / nemzeti össztermék aránya körülbelül azonos, azaz 1 dollár nemzeti összterméket ugyanennyi energia befektetéssel teremt meg. Ezt az arányosságot fejezi ki a pozitív meredekségű szaggatott vonal. Azok országok, melyek a vonal felett vannak, több energiát fektetnek be ahhoz, hogy ua. a GNP-t elérjék. A vonal alatti országok kevesebb energia befektetéssel is ua. GNP-t érnek el, tehát vagy környezetbarát technológiát használnak, vagy az energiabarát könnyűiparban tevékenykednek. Az energia országonkénti felhasználása is igen egyenlőtlen. A világ energiafelhasználása 1,1*10 10 ETA energia értéknek adódik. A világ népességének csupán 25%-ka használja ennek az energiának a nagy részét, kb. 8,8*109 ETA-t, ami 80%-ot tesz ki, a maradék 20%-om osztozik a világ 75%-ka. A megtermelt energia inkább az életszínvonal emelésére fordítódik, de mivel mindenki szeretne „ jobban” élni , ezért a népesség létszáma jelentősen befolyásol. Az energiatermelés energiafelhasználás közt adódik bizonyos szintű eltérés a technika fejlettségének következtében, a gépek hatásfokának megfelelően ugyanis bizonyos energia elveszik a használat során. A termelt energia nagy részét az ipar hasznosítja, további szintén nagyobb rész jut a közlekedésnek, és csak kisebb hányada jut közvetlenül lakossági felhasználásra. Ennek a lakossági felhasználásnak évszakos ingadozása van, télen a fűtés 4

miatt kb. 68%, nyáron 32%, az egyre több helyen megjelenő klímaberendezések miatt ez az arány változóban van. Az energiafelhasználás napi ingadozása is jelentős. Ez azonban nem igazán tudja befolyásolni a termelést, mert azt más törvényszerűségek szabályozzák. Ezért fontos az energia raktározása. Az energiatermelés alapanyaga az évszázadok során változott, a fa a 20. századtól kezdve kiszorult, és helyét a fosszilis tüzelőanyagok vették át. A bányászat fejlődése révén először a szén került előtérbe, majd az olajipar indult fejlődésnek. Az 1970-es évek elejére a kőolaj és a földgáz lett a legfontosabb energiahordozó. A 20. század utolsó felére a nukleáris energia került előtérbe. A századfordulóra felismerték a megújuló energiákban rejlő gazdasági és környezetvédelmi lehetőségeket. (2. ábra)

2. ábra Az energiahordozók felhasználási %-ának változása. Forrás: Környezeti fizika Szarvas 2001

1.2 Az energiatermelés fosszilis energiahordozók segítségével A fosszilis energiahordozók a korábbi földtörténeti korokban keletkeztek az akkor élt növények és állati szervezetek maradványaiból. Ezek az élőlények létüket a Nap energiájának köszönhették. Elpusztulásuk után betemetődtek, levegőtől elzárt térben nagy nyomás és magas hőmérsékleti viszonyok közé kerülve szerkezetük átalakult és a növényi eredetű maradványok szénné kristályosodtak, míg az állati eredetű szerves anyag folyékony vagy légnemű szénhidrogénekké alakult át. Nagy kémiai energiák koncentrálódnak a fosszilis molekulákban, melyek az égetés során szabadulnak fel. Az égetés során felszabaduló energiát többféleképpen fel lehet használni, magát a hőenergiát fűtésre, az energiát továbbá mechanikai energiává lehet alakítani, és át lehet alakítani elektromos energiává. (3. ábra) Ezek a rendszerek persze csak bizonyos hatásfokkal működnek.

5

3. ábra Az energiatermelés során alkalmazott folyamatok Forrás: Környezeti fizika Szarvas 2001

1.2.1 A fosszilis energiatartalékok 1870-1970-ig 19-szer annyi energiahordozót bányásztak ki, mint 1000-1870-ig. Fejlődtek a kutatási és bányászati technikák is. Az utóbbi időkben többen is próbálták megbecsülni a világ fosszilis energiahordozóinak mennyiségét, azaz, hogy mekkora mennyiséget lehet még kitermelni. Az adott mennyiséget olaj ekvivalens tonnában adják meg (TOE), azaz az eltérő fűtőértékű szeneket átszámolják olajra. 1974-ben 900 milliárd tonna olaj ekvivalens energiahordozót becsültek. 1.2.2 A fosszilis energiatermelés problémái. A fosszilis energiatermelés alapja a szén és a szénhidrogének égetése. Ezen égés során széndioxid keletkezik. Az energiahordozók többségében azonban nem csak szén található. Az A szenet és a szénhidrogéneket finomítani kell, a tisztítás és a belőle keletkező melléktermékek környezetszennyezőek. A kibocsátott szennyezők többféle összetevőből állnak, és így többféle módon szennyezhetnek; a levegőbe kijutott anyagokban jelentős szerepet tölt be bennük a kén- és a nitrogéndioxid. Míg a kéndioxid az elégetett tüzelőanyagokból jut a levegőbe, addig a nitrogéndioxid az égés során a levegő oxigénjével reagáló nitrogénből jön létre. A talajt és általa az élővilágot olyan nehézfémek szennyezik el, mint a arzén, ólom, kadmium, higany, urán, stb. A földben található radioaktív anyagok a bányászat során a felszínre kerülnek és nem csak mint meddőhányó jelentenek problémát. A kitermelés során a melléktermékekben feldúsulnak, az égetés során a levegőbe jutnak. További problémát jelent, hogy a fosszilis energiahordozókat el kell juttatni a feldolgozási helyükre, illetve az esetleges finomítás után még a fogyasztóig is el kell jutniuk. A szállítás pedig további szennyezéssel és energiaigénnyel jár. A kéndioxid: 1000MWe energia előállítása során 20-30 kT kéndioxid jut a levegőbe, ez a kéndioxid egyrészt a környezetet károsítja, száraz és nedves ülepedéssel kijut a levegőből, kénessav és kénsav formájában az élővizekbe jut és savasodást eredményez. A savas esők károsítják a növények leveleit, a mikorhiza képző gombák pusztulása révén a velük kapcsolatban lévő fák, főként nyitvatermők elpusztulnak. Nem elhanyagolható a kénes sav és kénsav művi környezetet károsító hatása sem. Az emberben a tüdőt és onnan továbbterjedve az egész szervezetet károsítja. Az urán: Egy GW/ év energia előállításához 3,5 millió tonna szenet kell elégetni. A szén bányászata során egyéb anyagokat is kitermelnek, ezek benne vannak az elégetett szénben. 3,5 millió tonna elégetett szénnel 5,25 tonna urán halmozódik fel. Ez a hamuban és a füstszűrőkön jelenik meg. Amit nem fognak meg a szűrők az erőmű környékén ülepedik ki és növeli a térség felszíni radioaktivitását. A széndioxid: 1000 MWe energia előállítása során 9 millió tonna széndioxid jut a levegőbe, az atmoszféra természetes széndioxid tartalma emiatt a korábbi természetben kialakult egyensúlyi koncentrációhoz képest eltolódott. Az iparosodás előtt a levegő széndioxid tartalma 295±5 ppmv (millió részecskéből 295±5 db széndioxid térfogatszázalékonként) volt, ez az érték mára 320 ppmv körüli, ez kb. 10 %-s növekedést tesz ki. Az egyenlítő körül kisebb a széndioxid koncentráció, mint a sarkok körül, ez a nagy kiterjedésű trópusi 6

esőerdőknek köszönhető. Ez a folyamat külső energia, a Nap energiájának segítségével megy végbe. A széndioxid koncentráció a két félteke között is eltérést mutat, az Északi-féltekén nagyobb, mint a Déli-féltekén. A széndioxid koncentráció évszakos eltéréseket is mutat, ez a fűtési szezonnak és a fotoszintetikus aktivitásnak tudható be. Télen több széndioxid kerül a légkörbe és a lombozat hiányában nincs, ami kivonja onnan. Ez a hatás úgy nyilvánul meg, hogy tavasszal mindig kisebb, ősszel mindig nagyobb a koncentráció az éves átlagnál. A tavaszi érték mindig nagyobb az előzőnél, így az éves átlag is araszol felfelé. A növekedés évi 1 ppmv. Amennyi energiát nyel el a Föld, annyi energiát sugároz ki a rendszer, tehát egyensúlyban van. Az atmoszféra fényelnyelő képessége 29%. Ha a sugárzás mért értékének ennyi %-át kellene kisugároznia a Földnek, akkor elég lenne, ha a hőmérséklete –19 0C-os lenne. Ez lenne az egyensúlyi koncentráció, a Föld átlagos hőmérséklete a megfigyelések szerint +15 0C. A különbség a levegő fényelnyelő képességében van. A látható fény hullámhossz tartománya 350-750 nm, a napból jelentős UV sugárzás is érkezik. A Föld által kibocsátott elektromágneses sugárzás más tartományba esik, mivel a Föld hidegebb, ezért az általa kibocsátott sugárzás hosszabb hullámhosszú, és vannak benne infravörös sugarak is. A légkörben található három olyan anyag, amely ennek az infravörös sugárzásnak bizonyos frekvenciáit képes elnyelni, ilyen például a széndioxid az ózon és a vízgőz. Az elnyelés hatására ezek a molekulák rezgésbe jönnek, így a sugárzási energia mozgási energiává alakul át. Ez az elnyelés hőt tar vissza és ez tarja +15 0C–on a Földet. Ezen három üvegházgáz mellett még szerepe van a metánnak, a nitrogén-oxidoknak, és a klorofluorokarbon-nak (CFC) is. Ők jobb elnyelők, mint a széndioxid, és a vízgőz ezért veszélyesebbek. Viszont kevesebb van belőlük. Az üvegházgázok koncentrációja egyértelműen növekszik az utóbbi évtizedekben. A széndioxid 0,4% , a metán 1,2% , a CFC 1 -6 %. Végeredményben a légköri széndioxid növekedése2-3°C átlaghőmérséklet növekedést jelent. 1.2.3 Összegzés A fosszilis energiahordozók nagy energiasűrűségük és mozgathatóságuk, azaz bárhová el lehet őket szállítani, miatt igen jól alkalmazhatók, de a készletek véges volta és a káros hatások miatt egyéb alternatív megoldások előtérbe kerülése szükséges.

1.3 A megújuló energiaforrások Az alternatív energiaforrások a napenergia direkt és indirekt felhasználása, a nem napenergia mozgatta geotermikus energia, a nukleáris energia és az ár-apály energiájának felhasználása. A nem direkt napenergia alatt az alábbiakat értjük: • A növények szintén a Nap energiáját felhasználva építik fel testüket, ennek az energiaforrásnak azonban kicsi az energiasűrűsége, kisebb intenzitással, de ez is felhasználható. • A vízi erőművekben felhasznált energia is a Napból ered, mert a Nap energiája párologtatja el a tengereket, mely azután csapadék formájában jut vissza a földfelszínre, és a folyók mozgása révén helyzeti energiát nyer. • A szélerőművekben nyert energia is a Napból származik, mert a napsugárzás hatására a légkör különböző mértékben melegszik fel, és ez nyomáskülönbséget eredményez . Ennek kiegyenlítődésére jön létre a szél, és az erőmű ezt a rendezett mozgási energiát használja fel. A direkt napenergia felhasználása során a napsugárzás energiáját napkollektorokkal és napelemekkel alakítjuk át másodlagos energiahordozókká.

7

A direkt és indirekt napenergia felhasználásának egyik problémája, hogy nem koncentrált, de ez igaz a többi megújuló energiákra is bizonyos mértékben. Sok szélerőművet kell telepíteni, sok napelemet kell elhelyezni és karbantartani. A vízierőművek nagy környezet átalakítással járnak. A geotermikus és hullámenergia nem a Napból jövő energiát nyeri ki, de ez a két energiaforrás sem elég koncentrált. A nukleáris erőművek sokkal koncentráltabbak és kevesebb hamut is termelnek, ugyanis sokkal nagyobb energiasűrűségű energiák szabadulnak fel, mint az égetés során. Nem napenergia jellegű továbbá a hullám energia illetve a geotermikus energia. Sok megújuló energia felhasználásának módszerét még nem sikerült tökéletesíteni, illetve ezek az eljárások gyakran igen költségesek, így az egyes országok nem egyenlő arányban vesznek részt bennük. 1.3.1 A vízi energia A víz helyzeti energiáját a Nap melegítő hatásának köszönhetjük. A napsugárzás hatására a vízfelszín párolog, a vízpára nagy utat is megtehet, addig, míg eső formájában a felszínre jut. (4. ábra) A víz helyzeti energiájának hasznosítása igen ősi technika, már 4000 éve használják. Természetesen először csak a termények megőrlésére alkalmazták, mint vízimalmot, mára már elektromos áramot termelnek vele. Ez az energiatermelés a világ energiatermelésének 6 %-t teszi ki. A vízierőművek működési elve igen hasonló, a vizet egy gát segítségével felduzzasztják, így a vízszint méterekkel megemelkedik. A víz a duzzasztógátnál lezúdul, majd turbinalapátokat forgat meg, melyek a dinamó-elv alapján elektromos áramot termelnek. Ilyen erőműveket csak nagy esésű és nagy vízhozamú folyókra lehet telepíteni. A vízierőművekben tehát a víz helyzeti energiája alakul át a turbinák mozgási energiájává, majd elektromos áram jön létre. Ez a technika 30 %-s hatásfokkal működik. A Földön a megfelelő esésű és vízhozamú folyókat ismerve megbecsülhető a vízierőművek összteljesítménye. Ez potenciálisan 20 TW lehet, ebből legfeljebb 2,2 TW hasznosítható, ami 6,9 EJ/ év . A legnagyobb erőművek Dél-Amerikában találhatók Brazíliában a Paranā-folyón egy 12,5 GW-os teljesítményű, Venezuelában a Caroni-folyón 10,3 GW-os. A többi vízerőmű 7 GW alatt teljesít és csak az első tíz van 3-6 GW felett. A vízi erőművek nagy beruházást igényelnek, és nagy az építőanyagi igény. Másik gond a már korábban említett hatás, azaz a megemelkedett vízszint megváltoztatja a környezetet, élőhelyek tűnhetnek el és megváltozik a talajvízszint, azaz jelentős ökológiai változások következnek be.

8

4.ábra www.abako.hu/climate02_03.htm 1.3.2 A szélenergia A szélkereket már a 12. században felfedezték, és már sok száz éve használnak szélmalmokat. A modern szélerőművek rendkívül nagy méretűek, általában háromlapátos szerkezetek. A szélerőmű a szél rendezett mozgási energiáját alakítja át forgási energiává, majd elektromos árammá. (5. ábra) A kerekek forgása során levegő áramlik át a lapátok között, és ez a légtömeg mozgási energiával rendelkezik. Egyszerűsítve azt mondhatjuk, a lapátokkal ütköző légtömeg adja le a mozgási energiáját, ez az energia sem nyerhető ki teljes mértékben, lényegesen kevesebb energia adódik le, mert a levegő nem lassul le teljesen. A szélenergia még nem terjedt el, csak kisebb régiókban jelentős a felhasználása, ott, ahol megfelelő a szél, azaz állandó erős szelek fújnak. A szélkerekek energiatermelése a széljárásnak megfelelően ingadozik és igen kiszámíthatatlan.

5. ábra www.nyf.hu/.../SzelEnergia/Windenergy.htm 1.2.3 A geotermikus energia

9

A Föld mélyén nagyobb koncentrációban találhatok radioaktív elemek, melyek bomlanak. Pontos mennyiségük nem ismert. A bomlás során keletkezett hő adja a Föld belső hőjének egy részét, ez a hőmérséklet a felszín felé egyre alacsonyabb lesz. A földfelszíntől lefelé haladva a kontinenseken a hőmérséklet kilométerenként átlag 30 °C-t emelkedik. A gejzírek is ezért juttatnak a felszínre gőzt és forró vizet. A gejzír alja meleg kőzettel érintkezik, benne a víz felmelegszik, kitágul, kinyom egy kevés vizet, lent a nyomás ezáltal lecsökken, és így a víz forrni kezd több rétegben is. A végén ezek a felforrt rétegek okozzák a kitörést, a víz tehát periodikusan a felszínre jut. A kitörés után a víz lehűl, visszafolyik és kezdődik az egész elölről. Ezek a gejzírek csak bizonyos régiókban találhatok, így nem mindenki számára hozzáférhetők. A hidrotermikus energia másik formája az, amikor törésvonalak mentén meleg víz tör fel a felszínre, ezt a melegvizet gyógyászati célokra is lehet használni a fűtés mellett. (6. ábra) A másik módszer a geotermikus zónák felkutatása. Egy ilyen geotermikus zónában meleg kőzet található, melyet nagy nyomású, magas hőmérsékletű mélységi víz vesz körül. A nagy nyomás miatt a víz igen magas hőmérsékletet ér el. Energiát úgy nyernek innen, hogy egy fúrt lyukon keresztül nagy nyomású, kevésbé meleg vizet jutatnak le a geotermikus zónába. Egy másik csövön az ott felmelegedett víz fog feljönni és egy felszíni tartály vizét forralja fel. A csövön felszínre jutó víz akár 250°C–os is lehet. Magyarország geotermikus energia szempontjából szerencsés helyzetben van. A földkéreg vékonysága miatt a hőmérséklet egyes helyeken 30 °C helyett 60-70°C-kal nő km-enként. Hazánkban gyakoriak a hévizek, gyógyfürdők, és általában a feltörő melegvizek. Az országban több helyen is épültek geotermikus kutak. Szentes-Szeged környékén megépített kutak hozama 1500 l víz/perc, ami átlagosan 80-100 °C-s, ez 2,8 MW teljesítményt jelent.

6.ábra A geotermikus energia kinyerése www.tuzelestechnika.hu 1.3.4 A nukleáris energia Az atommagot a magerők, azaz a nukleáris kölcsönhatások tartják össze. A magerők intenzívek és kis hatótávolságúak. Ha az atommagokat sorba raknánk tömegszámuk szerint, akkor a proton lenne a legelső, őt követnék a könnyű, majd a nehéz atommagok. A nehéz atommagokban több mint 200 proton neutron van. Ha egy atommagot összeállítunk az őt felépítő, de eleinte igen távol lévő protonokból és neutronokból, energia szabadul fel, ez a kötési energia. A magerők végeznek munkát, ezt kapjuk vissza az energia felszabaduláskor. Az egységnyi tömegszámra jutó kötési energia jellemző arra, hogy a mag mennyire kötött. Ahol ez a legnagyobb az a legstabilabb izotóp. Ez a természetben található izotópok közül a vas, 56 Fe. A könnyű atommagok egy részecskére, azaz nukleonra jutó kötési energiája azért kisebb, mert a nukleonoknak kevés szomszédjuk van, a nehéz atommagoké pedig azért

10

kisebb, mert a protonok taszítják egymást. Magenergiához két úton juthatunk, mindegyik esetben a vasat kell közelíteni, alulról fúzióval, felülről pedig maghasadással. A csillagokban a fúzió valósul meg, kis tömegszámú atommagok egyesülnek, így keletkezik a hidrogénből hélium. A fúziós energiatermelés még kutatási stádiumban van. A hasadás során a nehéz mag, pl. az urán két nem egyenlő tömegű atommagra esik szét és keletkezik még néhány neutron, és nagy energia szabadul fel. 1.3.5 A biotömeg energia Az élő szervezet szerves molekulákat épít fel a napfény segítségével, ezekben a molekulákban tárolt kötési energia (elektrosztatikus energia) felhasználható a növények illetve állatok elhalálozása után. 10 tonna biotömeg 50 MWh energiát tud szolgáltatni. A biotömeg egyik forrása a mezőgazdasági termelés során keletkezett hulladék, a másik az asztalosipari hulladék. Biomassza termelésre használhatnak még mezőgazdasági művelésre alkalmatlan területeket is, ezen területeken energianövények termelése folyik. Mivel egyre nagyobb az igény a biodízelre, egyre nagyobb területeken történik az olajnövények termesztése (7. ábra). Ez azonban a gabonanövények termesztését szorítja háttérbe. Szükséges lesz egy optimális arány kialakítása, hogy ne vonjanak el túl sok területet az élelmiszeripartól.

7. Ábra repce tábla www.agronaplo.hu/pictures/1550/kicsi/41/repce1.jpg 1.3.6 A hullámenergia A tengeri hullámok a partok közelébe érve felgyorsulnak, ennek az oka az, hogy a vízhullám sebessége függ a vízmélységtől. A felgyorsult hullámok a parttal párhuzamosan rendeződve periodikusan érkeznek. A vízhullám nem anyagáramlás csak energia áramlik benne. Minél hosszabba partszakaszra épült erőmű annál több energia nyerhető. A Külső-Hebridáknál épült erőmű teljesítménye 70 kW/m. A hullámenergia kinyerésének hátránya a tengervíz igen erős korrodáló hatása.

11

2. A Napenergia hasznosításának lehetőségei. A napenergia indirekt felhasználásáról már a korábbiakban szó esett. A napenergia direkt felhasználása azt jelenti, hogy a napsugárzás energiáját átalakítjuk másodlagos energiává. Azonban a direkt hasznosítás is két részre bontható, az egyik a passzív hasznosítás. Ez tulajdonképpen az épületek optimális tájolását jelenti, és nem igényel külön berendezéseket. A másik módszer, ha a napenergiából valamilyen berendezés segítségével hőt vagy elektromos áramot nyerünk. A napenergia felhasználásának története: az emberiség már igen régen felhasználta a napenergiát direkt módón is. • • • • • • •

Ókor-Arkhimédész: állítólag homorú fémtükrök segítségével gyújtotta fel a megszálló rómaiak hajóit. Ókor-Szókratész: napház elv, amely szerint az épület déli oldalát kell magasabbra építeni a téli napsugárzás hasznosítása végett. 1890- USA: ablak mögé helyezett víztartály 1900-as évek: Augustin Monchot és Abel Pifre: napenergia által működő nyomtató, borpárló és hűtőgép 1909-Kalifornia: hőszigetelő víztartály szabadalmaztatása 1949-Pireneusok: napkohók építése 1973: az első szolárház megépítése

•Aktív hasznosítás: kollektor vagy napelem segítségével alakítjuk át a fényenergiát hővé, elektromos energiává. •Az aktív napenergia-hasznosító rendszerek előnyei: • • •

a legjobb hatásfokú napenergia-hasznosító technológia alkalmazásuk esetén csökken a fosszilis energiahordozók elégetése, ezek költségei és környezeti ártalmai egyszeri beruházási költséget igényelnek, üzemelési költségük minimális

Az aktív napenergia-hasznosítás hátrányai: • egyszeri, magas beruházási költség • hosszú megtérülési idő

12

8. ábra passzív ház A passzív energiahasznosítás feltételei: • Az épület hosszában minél nagyobb felülettel tekintsen Dél felé, hogy több napsugárzás érje. A legkedvezőbb a déli, dél-keleti tájolás. • megfelelő szigetelés a hő visszatartása érdekében • a nyári túlhevülés kivédésére a déli oldal elé lombhullató fákat kell ültetni A passzív napenergia-hasznosítás hatékonysága függ: • az épület belső hőmérsékletétől • az átlagos külső hőmérséklettől • a napsütéses órák számától • az ablak egyéni irányától, árnyékoltságától A dolgozat középpontjában az aktív napenergia felhasználás áll, így a továbbiakban erre fordítok nagyobb figyelmet.

2.1 Az elektromágneses sugárzás fizikai alapjai Minden hullám jellemezhető a hullámhosszával λ és a frekvenciájával ν, az elektromágneses hullámok spekrtumának azt a részét, melyet az emberi szem érzékel, látható fénynek nevezzük. Ezeknek a látható hullámoknak a hullámhossza 380-720 nm-ig terjed. 380nm-en a kék, 720 nm-en a vörös tartomány található. A látható vörös tartomány felett van egy láthatatlan infravörös tartománya az elektromágneses sugárzásnak, 720-1500nm-ig közeli infravörös, 1500nm-5600nm-ig közép infravörös, és 5,6*10-6 –1*10-3 nm távoli infravörös. Minden tárgy bocsát ki elektromágneses sugárzást, ha ez a sugárzás az infravörös tartományba esik, akkor a szem nem képes felfogni. Joseph Stefan kísérleti, Ludwig Boltzmann pedig elméleti úton jött rá, hogy minden test az abszolút hőmérsékleti tartományban sugároz energiát, a Stefan- Boltzmann törvény szerint: Q =e*σA*T4 *t Q: Kibocsátott energia e: a testre jellemző állandó 0-1-ig terjed σ: Stefan- Boltzmann állandó σ=5,67*10-8 J/s*m2 *K4 A : a kibocsátó test felülete T : a test abszolút hőmérséklete t : az idő

13

A fekete test sugárzása: A sugárzás függ a sugárzó test felszínétől. A fényes felszínek rendszerint rossz sugárzók, inkább visszavernek, a feketített felszínek általában jó sugárzók. Akik jól sugároznak, azok általában jól is nyelnek el, a rossz sugárzók rossz elnyelők. Azt a testet, mely minden sugárzást elnyel, hívjuk fekete testnek. A fekete test elnevezés félrevezető, a Napot is fekete testnek tekintjük, de nem fekete. A fekete test tökéletes elnyelő és sugárzó is egyben. A korom anyaga finoman porszerű, ezzel bevonva valamit, jó fekete testet kapunk. Az a test, melyet ily módon feketére „festettek”, úgy viselkedik, mint egy igazi fekete test. (Ha apró lyukakat csinálunk a doboz oldalára, és fényhullám lép be a dobozba a lyukon keresztül, akkor a fény elnyelődik és kisugárzódik a doboz falán újra és újra.) Ezt az eszközt hívják üreg rezonátornak. A fekete test esetében e=1, Q = σA*T4 *t A Napot fekete testnek tekintjük. A Nap felszíni hőmérséklete 5800 K r=6,96*108 m e=1 A Nap felszíne A=4r2 π=6.09*1018 m2 , ebből Q/t =σA*T4=3,91*1026 J/s= 9,33*1022 kcal/s Ennyi energiát sugároz ki egységnyi idő alatt a Nap. A Napállandó. Ennyi energia jut az atmoszféra legfelső rétegének egységnyi területére egységnyi idő alatt. A Nap által egységnyi idő alatt kisugárzott energia 3,91*1026 J/s , ezt a teljes energiát azonban nem kapja meg a Föld, mert az nem a Föld irányába halad. Az emittált energiának csak kis része jut el a Földig. Ahhoz, hogy megkapjuk, mennyi energia jut el a Földig, a Nap Föld távolság sugarával számolunk, r= 1,5*1011m, A=4r2 π=4π(1,5*1011 m)2 =2,83*1023m2, ebből az egységnyi területre egységnyi idő alatt eső energia, azaz az energiasűrűség: Q/At=3,91*1026 J/s /2,83*1023 m2=1,38*103 W/m2, 1,38*103W/m2, ennyi energia esik egységnyi idő alatt az atmoszféra legfelső rétegének egységnyi területére, és ez a napállandó. Az energia, ami az atmoszféra legfelső rétegét eléri egy 24 órás periódusban a következőképpen számolható: A Földi atmoszféra legfelsőbb rétegének felszínét szorozzuk a napállandóval A Föld egyenlítői sugara: RE=6,37*106 m, a légkör ehhez képest nagyon keskeny. A = RE2 π=π(6,37*106 m) 2=1,27*1014 m2 P=1,38*103 W/m2*1,27*1014 m2=1,76*1017 W Q =Pt =(1,76*1017 W)*(24h)*(3600s/h) =1,52*1022 J. Ennyi energia érkezik a Földre a Napból naponta. Ez egy roppant nagy mennyiségű energia. Ez az energia a földi élet, és a földi folyamatok alapja. A teljes energia nem jut le a Föld felszínére, mert visszaverődik a felhőkről, és szóródik az atmoszféra részecskéin és porán, sok mindenen pedig abszorbeálodik, pl. a széndioxid, a vízpára és az ózon. Sok energia verődik vissza az űrbe, ha ez nem történne meg, a Föld hőmérséklete olyan magas lenne, hogy a Föld felforrna. 14

Ha egy testet elhelyezünk a környezetben, az energiát abszorbeál. A test által abszorbeált energia egyenlő azzal az energiával, ami a környezetből elvont energia QA és a környezetbe sugárzott energia QR különbsége. Q= QA - QR Ha TB a sugárzó test abszolút hőmérséklete, TE pedig a környezet abszolút hőmérséklete, akkor ennyi hőt abszorbeál a test, feltéve, hogy csak hősugárzással cserélünk energiát: Q= QA - QR = eE*σA*T4E *t- eB*σA*T4B *t Q=σA( eE* T4E - eB* T4B )t eE a környezet kibocsátására jellemző állandó, eB a test kibocsátására jellemző állandó. Ha a környezet és a test megközelítőleg fekete test, akkor eE= eB =1 Q=σA(T4E - T4B )t Ha a Q értéke negatív az a test nettó energiavesztésére utal. Az emberi test sugárzása: Az emberi test hőmérséklete 36,5°C . Egy 10°C-os szobában helyezkedik el, felszíne megközelítőleg 2 m2. Egy ember egy perc alatti hőleadásának kiszámítása: T(ember): 310 K, T(szoba): 283 K Ha az embert és a szobát fekete testnek tekintjük, akkor Q=σA(T4E - T4B )t=(5,67*10-8 J/sm2 )*( 2 m2 /K4 )*[( 283 K(4-(310 K(4 (*(60 s ) =-320J =-0,076kcal Az ember azonban nem fekete test, és ruhát is visel, és a szoba sem fekete test, így ez csak egy közelítő számítás. Forrás: Fundamentals of college PHYSICH Peter Nolan

2.2 A Napsugárzás energetikai kérdései, a Föld energiaháztartása A Nap külső felszíne a fotoszféra, ennek hőmérséklete közel 6000 K. A magas hőmérséklet következtében a Nap a hideg világűr felé rövid hullámhosszú elektromágneses sugárzást bocsát ki. A Földre a világűrből érkező sugárzás és a Földről a világűrbe távozó hő normál körülmények között egyensúlyban van. (9. ábra) A légkör felső rétegéről 35,2 % verődik vissza a világűrbe, 17,4 % nyelődik el az atmoszférában, így a földfelszínre csak 47,4 % jut. 33% az óceánok és tengerek felszínére érkezik és csak 14,4% jut a szárazföldekre. A földfelszínre érkező fénynek csak a 0,1 % fordítódik fotoszintézisre.

15

9.ábra A Föld energiamérlege Forrás: Környezeti fizika Szarvas 2001 Mivel a Föld a Nap körül ellipszispályán kering - melynek egyik gyújtópontjában van a Nap ezért a Nap---Föld távolság folyamatosan változik, napközelben január 3.-án 147Mkm, naptávolban július 4.-én 152, így a napállandó is 1307 W/m2 és 1398 W/m2 között változik az év során. A napsugárzás intenzitása a légkörön való áthaladáskor csökken: a légkör alkotórészei részben elnyelik, részben visszaverik és megtörik a sugárzást. A légkör határáig párhuzamosnak tekinthető sugárnyalábok egy része a légkörben szórt (diffúz) sugárzássá alakul. A napenergia-hasznosító berendezéseknél általában a légkörön áthaladó közvetlen sugárzás és a szórt sugárzás összegével, a teljes sugárzással számolnak. Magyarország földrajzi szélességén a napsugárzás intenzitása erősen ingadozik. A Föld forgástengelye 23,5°-s szöget zár be az ellipszis alakú pálya tengelyével, amelyen kering. A napsütés időtartama és a napsugarak beesési szöge is változik emiatt. Kis beesési szög mellett nagyobb a sugarak légkörben megtett útja, ezáltal nagyobb az energiaveszteség. Befolyásoló tényező még a felhőzet, mely nagy mennyiségű sugárzást nyel el, illetve ver vissza. Magyarországon a szórt sugárzás eléri az 50 %-s értéket. Magyarország az északi mérsékelt övben az északi szélesség 45,8° és 48,6 ° között található. A napsütéses órák száma megközelítőleg évi 2100 óra, a vízszintes felületre érkező sugárzás hőmennyisége 1300 kWh/m2/év. A napsugárzás csúcsértéke nyáron, derült tiszta égbolt esetén eléri az 1000 W/m2 . A föld forgástengelye és a Nap körüli keringés tengelye közötti 23,5 ° eltérés miatt a Nap látszólagos pályája az égbolton az év során más és más. Télen a Nap alacsonyabb nyáron magasabb pályát ír le. A Nap pillanatnyi helyzetét az égbolton az azimuttal (a) és a napmagassággal (m) jellemezhetjük. Azimutnak a Nap horizontsíkra vetített helyzetének egy meghatározott iránytól való eltérését nevezzük. Napmagasságnak a Nap vízszintes horizontsíkra vonatkoztatott beesési szögét nevezzük. Magyarországon a Nap delelési magassága a legnagyobb július 21-én 66 °, legkisebb december 21-én 19 °. A csillagászok

16

nulla azimutnak az északi irányt tekintik. Napenergia hasznosítás szempontjából azonban célszerűbb a déli irányt felvenni, ekkor a keleti naphelyzet negatív, a nyugati pedig pozitív előjelet kap. A napmagasság számítása: sin m =sinδ*sinψ+cosδ*cosω*cosψ ψ=a földrajzi hely szélességi foka ω=a Nap óraszöge 1 órának 15 °felel meg 0= 0 ° δ=a Nap deklinációja, mely éves periódussal változik, a deklináció a Napnak az egyenlítőn mért delelési szögtávolsága, mely a Föld Nap körüli pályája, és az Egyenlítő által meghatározott síkok eltéréséből adódik, és a Föld Nap körüli helyzetétől függ . A deklináció számítása: sin δ=−cos[(2π/365)∗(n+11)]∗sin23.45° Ahol n a vizsgált nap sorszáma. A Nap azimutjának számítása. sin a =(cosδ/cos m)(sin ω) Forrás: Fundamentals of college PHYSICH Peter Nolan

2.3 A Napenergia hővé alakítása. 2.3.1 A napkollektor rendszerek általános felépítése: Magyarországon az éghajlati adottságoknak megfelelően az aktív napenergia hasznosításra többnyire folyadék munkaközegű napkollektorokat alkalmaznak. Egy ilyen berendezés általában az alábbi alkotórészekből épül fel: Napkollektorok, melyek elnyelik, hővé alakítják, és a folyadék munkaközegnek átadják a napsugárzás energiáját. Tárolók, melyek a napkollektorok által termelt hőt melegvíz formájában tárolják. Működtető, szabályozó és ellenőrző szerelvények, melyek keringető szivattyúból, automatikából, tágulási tartályból, biztonsági-szelepből, hőmérséklet- és nyomásérzékelőkből, szabályozó és váltószelepekből állnak. Csővezeték rendszer, mely a kollektorokat köti össze a tározóval. A napkollektoros rendszerek a kollektorban felmelegedő folyadék szerint lehetnek egy- vagy kétkörösek. Egykörös rendszerben a használatra szánt melegvíz kering. Előnye a rendszernek az egyszerűsége, hátránya a vízkövesedés és a forrásveszély. Kétkörös rendszerben a kollektor folyadéka külön kering a felmelegíteni kívánt használati víztől. A kollektor csőrendszere fagyálló folyadékkal van feltöltve, és egy hőcserélőn keresztül adja át a hőt a tárolóban levő víznek. Ez a rendszer az egész év folyamán alkalmazható, nem kell tartani az esetleges fagyásveszélytől. A munkaközeg szállítása szerint a rendszerek lehetnek gravitációsak, vagy szivattyúsak. Gravitációs keringetés esetén a tárolótartály a kollektorok felett helyezkedik el, és a folyadék munkaközeg keringése a kollektorban bekövetkezett fajsúlyvesztés miatt jön létre. Az ilyen rendszerek előnye az egyszerűség, a szivattyúk és az automatika hiánya, hátránya a tároló helyének kötöttsége. Csak kisebb rendszerekben lehet alkalmazni. A szivattyús rendszer: A hőátadó folyadékot itt szivattyú áramoltatja. a szivattyús rendszerek előnye, hogy a tartály bárhol elhelyezhető, hosszabb csővezetéket is ki lehet építeni, az alkalmazott szabályozó szivattyúk és pumpák pontosabb ellenőrzést tesznek lehetővé. Hátrányuk a nagy beruházási és üzemköltség. 17

Léteznek még levegős kollektorok is, melyekben a levegő vagy gravitációsan, vagy ventillátorok segítségével mozog. Ezeket a berendezéseket szárításra, gyümölcsaszalásra használják. Egyre elterjedtebbek a szoba levegőjének melegítésére szolgáló rendszerek (pl. sör kollektor Juhász Edina). A napkollektorok működése, felépítése: A napkollektor általában egy elöl üveges, hátul hőszigetelő dobozban elhelyezett fekete csőjáratos lemez. Az elnyelőlemez (abszorber) Ennek feladata a napsugárzás elnyelése és hővé alakítása, valamint a keletkezett hő átadása a kollektorban keringő munkaközegnek. A napsugárzást minden fekete színű és matt felületű anyag jól elnyeli, azonban, ha a hőmérséklete a környezet hőmérséklete fölé emelkedik, maga is sugározni fog és ez hőveszteséget jelent. A sugárzás hullámhossza a test hőmérsékletétől függ, az 5800 K-es felszínű Nap rövid hullámhosszú sugarakat bocsát ki, míg egy felhevült test hosszú hullámhosszon sugároz. A jó napkollektorok abszorberét ezért olyan szelektív anyaggal vonják be, mely a rövid hullámhosszú sugarakat elnyeli, a hosszú hullámhosszúakat azonban nem engedi távozni. A szelektív kollektorok minimális veszteséggel rendelkeznek. Szelektív bevonatként általában feketekróm, nikkel- vagy titániumoxid, bevonatot alkalmaznak. A szelektív bevonat általában fekete réteg, 1-2 µm-es lyukakkal. A kollektorház A kollektorház dobozszekrényének feladata az abszorber, a lefedés és a hőszigetelés zárt egységben tartása, a kollektor lezárása, a nedvesség bejutásának megakadályozása. Az üvegfedés Az üvegnek át kell engednie a napsugárzást, jó hőszigetelő képességgel kell rendelkeznie. Általában nagy tisztaságú, alacsony vastartalmú edzett üveget használnak, ami ellenáll az időjárásnak. Az antireflexiós üveg finoman barázdált, a ferdén érkező sugarak nem verődnek róla vissza, de a barázdák könnyebben szennyeződnek el. A kollektorok hőszigetelése Általában ásványgyapotot alkalmaznak erre a célra, mert tartós és ellenálló. A kollektorok belső csővezetéke. A csővezeték általában vörösréz cső melyet az elnyelő lemezhez erősítenek. A csővezeték kialakítása lehet csőkígyós vagy osztó-gyűrűs. A napkollektorok hatásfoka A napkollektorok a felületre érkező energiának csak egy részét alakítják át hasznos hőenergiává. Hasznosított energiának az nevezzük, ami a hőhordozó közeggel eltávozik a kollektorból. A hasznosított hőenergia és a kollektor felületére érkező energia hányadosa a hatásfok.

18

Kollektor hatásfok=hasznosított hőenergia / kollektor felületére érkező energia. A hasznosítás hatásfoka függ a kollektor felületétől. Sík kollektor esetén beszélhetünk bruttó kollektor felületről, szabad üvegfelületről, abszorber felületről. A kollektorok veszteségei optikai- és hő veszteségre oszthatók. Az optikai veszteség az üvegfelület visszaverése és elnyelése, valamint az abszorber felület visszaverése. A hő veszteség az abszorber felület főkisugárzása és hőleadása. A napkollektorok főbb típusai. Szelektív síkkollektor: szelektív bevonatú abszorberrel, általában egyszeres üvegbevonattal lefedett kollektorokat nevezzük. A ma eladott kollektorok 90 %-a szelektív síkkollektor. Ezeket a kollektorokat a nagy hőveszteség elkerülése érdekében vákuummal is szigetelhetik. Vákuumcsőves szelektív kollektor: az elnyelőlemezt olyan üvegcsőbe helyezik, melyből a levegőt kiszívták, ennek jó a hőszigetelése, de több napsugarat ver vissza a görbe felület miatt. Vákuumos szelektív síkkollektor: egyesíti a vákuumcsöves és a szelektív síkkollektor előnyeit. Nem szelektív síkkollektor: alacsony optikai hatásfok és nagy hőveszteség jellemző rá. Lefedés nélküli nem szelektív síkkollektor: magas optikai hatásfok, de nagy hőveszteség a szigetelés hiánya miatt. 2.3.2 A naperőművek Az Eger-1100 naptűzhely bemutatása. www.reak.tx.hu A naptűzhely legfontosabb része a Nap járását követő visszaverő felület, pl. homorú gömbtükör. Ennek az optikai rendszernek a gyújtópontjában helyezik el a melegítendő testet, pl. sötétre festett, vízzel telt fazekat. A naptűzhely nagyságától és beeső sugárzási teljesítményétől függően főzésre, sütésre, a napkohó kohászati anyagmegmunkálásra alkalmas. Mivel a sugárzási teljesítményt a Nap biztosítja, a tűzhely csak napsütésben használható. A tűzhely alkalmazásának legegyszerűbb példája, amikor vizet forralunk fel. A főzéshez szükséges energia meghatározása - különösen a veszteségek figyelembevételével nem könnyű feladat. A naptűzhelyek egyik változatánál, a reflektoros naptűzhelyeknél a napsugárzás egy tükröző réteggel bevont gömbsüveg, parabola vagy henger felületre jut, melynek fókuszpontjában vagy fókuszvonalában helyezkedik el a melegítendő test. Ezeknél a tűzhelyeknél a felületről visszavert sugárzás nagymértékben függ a felület visszaverőképességétől. A visszaverőképesség (reflexióképesség) a visszavert fényáram és a beeső fényáram hányadosaként számítható. Ha ez az érték kicsiny, a visszaverőfelület melegszik fel. Ez azt jelenti, hogy a visszaverőfelületnek nagy reflexióképességűnek, tehát minél simábbnak és "fényesebbnek" kell lennie. A különböző megoldási módoknál a felület kialakítása nagyon változó: fémből kivágott, szabályos, polírozott fóliaszeletek; gömb-, parabolafelületekhez jól közelítő tükröző síkdarabok; megfelelő alakú felületre felvitt sejtszerű háromszög, rombusz, ötszög, hatszög alakzatok, félbevágott fémhengerek stb. A fókuszban elhelyezett test - a főzőedény - felületének minimális reflexiójúnak kell lennie, hogy a sugárzási energia legnagyobb részét elnyelje. A főzőedény ideális esetben tehát fekete és matt.

19

A teljes rendszernek a Nap irányába fordításához két irányban mozgatható, a teljes berendezés és a főzendő folyadék súlyát is biztonsággal tartó tengely és állvány szükséges. A készített naptűzhely 1,1 m átmérőjű ofszet parabolaantennára felvitt öntapadós alumíniumfóliával készült. A készülék állványa a Nap irányába fordítható, tengely körül dönthető szerkezet. Az ofszet rendszerű parabolaantenna geometriai adatai a 10. ábrán láthatók.

10.ábra parabolatükör Forrás: Életfa Környezetvédő Szövetség, Eger Mivel az alapul használt parabolaantenna ofszet rendszerű, ezért a tükör Napra állításához a teljes rendszert nem kell túlságosan megdönteni. A naptűzhellyel végzett mérések alapján 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.

11. ábra naperőmű Forrás: Életfa Környezetvédő Szövetség, Eger Az igazi nagy naperőművekben, amilyen például a Mojave-sivatagban lévő Sunday-projekt MW nagyságrendű teljesítményeket állítanak elő. Tükröket félkör alakban úgy helyeznek el, hogy azok a visszaverődő sugarakat egy magas betontoronyra gyűjtsék össze. Az ott

20

elhelyezett vízzel telt csövekben nagynyomású gőz keletkezik, amivel áramfejlesztőket lehet működtetni. A naptorony-erőművek tükörrendszere álló vagy mozgatható tükrökből áll. Naptorony-erőművek működnek az USA-ban, Kaliforniában, Mexikóban, Izraelben, Franciaországban, Németországban és Japánban. Az erőművek toronymagassága 60-450 m között változik. A tükrök száma 100-2000. A tükröző felületek nagysága 1000 m2-1,6 km2, teljesítményük 60 kW-tól 500 MW-ig terjed. A napenergia alkalmazása előtt nagy jövő áll. Érdemes e témával behatóan foglalkozni, és ezt a környezetbarát energiát a lehetőségekhez mérten környezetünkben hasznosítani.

2.4 A Napelemek 2.4.1. A Napelemek története A napelem feltalálója Count Alessandro Volta olasz fizikus volt. 1839-Becquerel felfedezte a fotoelektromos jelenséget, azaz a vizes cellájú akkumulátorban nőtt az elektromos feszültség, ha a vele összekötött ezüst lapot a Nap felé fordította. 1877-Adams és Day felfedezése: a szelén elektromos tulajdonságai megváltoznak, ha a Nap felé fordítják a belőlük készített lapokat.1883-ban Charles Edgar Fritts villanyszerelő szelénből készült napelemet készített, amely a mai szilícium napelemekhez volt hasonló. Az 1950-es években a félvezetők felfedezése elindította a napelemek fejlődését. 1953-Chaplin-Fuller-Pearson szilíciumból készített napelemet. A cella két különböző (pozitív és negatív), egymással összekapcsolt vékony rétegű félvezető anyagot tartalmazott. A mai napelemekben használt félvezetők általában szilíciumból készülnek. A negatív félvezetők kristályos szilíciumból készülnek, ezeket kis mennyiségű foszforral szennyezik. Ennek hatására az anyag felesleges szabad elektronokkal rendelkezik. A pozitív félvezetők kristályos szilíciumból készülnek, ezeket kis mennyiségű bórral szennyezik. Ennek hatására bennük elektronhiány lép fel. A két ellentétes töltésű félvezető körül elektromos mező jön létre, ez okozza a különböző töltésű részecskék ellentétes irányba történő áramlását. A napelemre eső fény fotonokból áll. A napelemen a fotonok energiájukat átadják a félvezetők elektronjaira, így azok magasabb energiaszintre jutnak. A gerjesztett elektronok szabaddá válnak, vándorlásuk során vezetik az áramot. Az elektronok helyén „lyukak” keletkeznek. A rendszerben fordított elektromos mező alakul ki: negatív a pozitív vég, pozitív a negatív vég körül. A kiugrott elektronok a negatív, a lyukak a pozitív vég felé áramlanak, így jön létre az elektromos áram. 2.4.2. A Napelemek típusai Monokristályos szilícium elem: 10-20 mikron vastagságú szilícium réteg kerámia alapra helyezve. 15-18%-os hatásfokú, 30 évig működőképes, de meglehetősen drága. Gallium-arzenid elem: összetett félvezetővel rendelkező elem. Magas hőmérsékleten is működik anélkül, hogy a teljesítménye csökkenne. Ez a gallium-arzenid kristályos anyagnak köszönhető. Amorf szilícium elem: kicsi szilícium kristályszemcsék rendezetlenül helyezkednek el, ellentétben a kristályos változattal. Szerkezete: felső réteg-pozitív amorf szilícium, alatta valódi amorf szilícium, alatta negatív amorf szilícium. Teljesítménye jóval alacsonyabb, mint a kristályos szilícium elemeké, csak 6-8%-os hatásfokkal működik, 10 évig, viszont előállítása a monokristályos szilíciumhoz képest jóval kedvezőbb.

21

3. A Váli-völgy helyi sajátságainak elemzése 3.1 A Váli-völgy elhelyezkedése A Váli-völgy térsége a közép dunántúli régióban fejér megye északi részén terül el az északi szélesség 47 fok 30 perc–47 fok 15 perc és a keleti hosszúság 18 fok 30 perc –18 fok 40 perc között. (12. ábra) A térség nagysága mintegy 247 km2. A települések a Váli-vögy térségében tipikus szalagfalvak, melyek a Váli-víz nevű folyó völgyének jobb és bal oldalán helyezkednek el, mintegy 20 km hosszan. A Váli–víz a dunántúli középhegységben ered a Somlyó keleti oldalán. A Szent–László folyással Beloiannisz alatt egyesül, majd Adonynál a Dunába ömlik. A Váli–völgy települései a folyásiránynak megfelelően a következők: Felcsút, Alcsútdoboz, Tabajd, Vál, Kajászó.

12. Ábra Állami Topográfiai Térkép 1:50000 L-34-14-C Bicske A települések tehát a folyó által kialakított völgyben helyezkednek el. A folyóra már nem jellemzők az áradások. A 2000 évben Felcsút határában épült zápor-víztároló felfogja a nagyobb tavaszi olvadások és heves nyári esők vizét. A hajdani ártér szerencsére egyik településen sem beépített, főként kaszálórétként funkcionál. A települések inkább a környező lejtőkön foglalnak helyet. A települések külterületén a folyópartot ártéri ligeterdők kísérik A térségre a mezőgazdálkodás és a turisztika a jellemző, nagy ipari létesítmények nincsenek a településeken, ellenben sok szabadidős tevékenységet kínálló intézmény épült az utóbbi 20 évben, melyek fő területe a lovassport. Alcsútdobozon található az Európa szerte ismert Arborétum , a 2007–es év májusától újra látogatható a Váli-vadaspark, de a térség nagy területe is további természetvédelmi terület. A nagyüzemi állattartás a környező településeken veszített jelentőségéből. Az árterek jó talajminősége és a sűrűn megmutatkozó Mezőföld jelleg a növénytermelést teszi előnyössé. A déli, délnyugati lejtőkön rendszerint szőlő és gyümölcsös található, de egyre jelentősebb területet foglalnak el a gyógyászati és étkezési célra termesztett fekete bodza (Sambuccus nigra) ültetvényei. Sajnos az erdőterületek mérete csökkenőben van, nagyobb, összefüggő erdőségeket Vál térségében találunk. Szórványosan kisebb erdősávok és spalétok találhatok a térségben. 22

Az utóbbi években (amióta az autópályák díjkötelesek) jelentősen megnőtt a településeken az átmenő forgalom, ami megnövekedett szennyezőagyag koncentrációhoz, a zajszint növekedéséhez és végső soron a főutak melletti házak értékcsökkenéséhez vezetett.

3.2 A domborzati adottságok elemzése a napenergia szempontjából. A magasabb hegyek és dombok jelentős árnyékoló hatással bírnak. Az alábbiakban azt vizsgálom, van-e jelentős befolyása a társég domborzatának a napsugárzásra. A legalacsonyabb tengerszint feletti magasság az ártéren található 120 méter, a legmagasabb tengerszint feletti magasság 247,3 méter. A környező dombok magassága tehát nem éri el az 500 métert. A legnagyobb szintkülönbség a térségben 100m ez is 3000 méteres távolságban jelenik meg, a Pitagoras-tétel alapján ez 2 fokos lejtésszöget eredményez. (13. ábra) 100/3000= tgα=0,0333 α=2 fok a Nap egy nap alatt 360 fokot tesz meg , ez 24 óra, azaz 1440 perc. 2fok 8 percnyi eltérést jelent a legmagasabb és a legmélyebben fekvő pont között. Ez a 8 perc a napi átlagos napsütés idejének 1 % -át jelenti, az évi 24*365 órából 48 óra. Ez az érték azonban igen csekély, a további számítások szempontjából is elhanyagolhatóan kismértékű, tehát bárhová lehet napenergiát hasznosító berendezést telepíteni.

13. ábra lejtőszög meghatározása

3.3 Tabajd község részletesebb ismertetése. Tabajd község Fejér megye északi részén található. E területen találkozik a Vértesalja a Mezőfölddel. A település a Váli-völgy felső szakaszának bal partjára épült. Délen a Váli-víz határolja, tőle északra lösszel fedett töréslépcsős felszínen, 139 m tengerszint feletti magasságban terül el. A völgyet ártéri üledék töltötte fel: iszap, homok és lösz. A falu tájképét a Váli-völgy és az ehhez kapcsolódó kisebb vízfolyások hálózata uralja. A völgyek növényzete a nádas- sásos -gyékényes, illetve ligetes erdő. A völgyek mellett jellemzőek a tájra a gyepes lejtők, erdős- cserjés foltokkal. Határában lankás dombok és sík területek váltják egymást. Csodálatos a Váli-völgy festői látványa. Természetvédelmi értékek: Kása-főző, Bélápató és környéke, Bányató és a Váli-víz. 3.3.1 Tabajd természeti környezete A Váli-völgynek ezen a területén növényritkaságok, ősgyep, erdőség és vízforrások találhatók. Különleges értéket képvisel a Váli-víz melletti gyepes terület, a völgy gyönyörű látványa, a Bélápa tó és környékének belvizes területe, és a Kásafőző löszös dombjai. A falu a szubkontinentális éghajlatú zónába esik, száraz, meleg időjárás a jellemző. Az uralkodó szélirány észak-északnyugati. Tabajd tájtípusa: a lösz fedte alacsony dombságok, hátak és lejtők csernozjommal váltakoznak, a talajerózióval kialakított dombságokat barna erdőtalaj borítja. Megjelenik még az agyag, réti öntéstalaj, iszap, kavics és a homok is.

23

Jók a csapadékbeszivárgási körülmények, a laza dolomit altalaj még a nagyobb hozamú nyári záporokat is könnyen elnyeli. 3.3.2 A terület növényvilága Tabajd térsége a Pannoniai flóratartományon belül a Dunántúli-középhegység flóravidékébe, azon belül is a Vértes és Bakony flórajárásba sorolható. A déli lejtőkön és dombéleken nyílt sziklagyepek váltakoznak cserszömörcés karsztbokor erdőkkel. Uralkodó fái a molyhos tölgy, virágos kőris, és a reliktum fajként megjelenő keleti gyertyán. Cserjeszintjét a cserszömörce, bibircses kecskerágó, húsos som alkotja. A rétek jellemző növényei a margitvirág, a réti ecsetpázsit, közönséges cickafark. Völgyeiben ártéri ligeterdők, rétlápok találhatók. 3.3.3 A település környezetvédelme A település falusi jelegű. A mezőgazdálkodásnak kiemelkedő szerepe van a község életében. A mezőgazdasági művelés nem jár komolyabb környezetszennyezéssel, gondot csak a műtrágyák, és növényvédő szerek használata jelenthet, melyek a talajba szivárogva megjelenhetnek a talajvízben és a felszíni vizekben.

14. ábra A Váli-víz képe További problémát jelent még a talajerózió. A talajvesztés nemcsak a mezőgazdasági területeken jelenhet meg, hanem a parlagon hagyott lejtős felszíneken is. Ezért szükséges a veszélyeztetett területeken egy állandó növénytakaró kialakítása. Fontos, hogy a kiválasztott fák az őshonos növényfajok közül kerüljenek ki. A közterületek, iskolák, templomok környéke mind parkosítva van. A nagyüzemi állattartás mára már nem jellemző a térségre, csak háztáji gazdálkodás keretében foglalkoznak szarvasmarha, kecske, juh és sertéstenyésztéssel, baromfitartással. A keletkező trágyát a földművelésben hasznosítják. A község egész területe levegőtisztaság-védelmi szempontból I. fokozatú. A légszennyezés forrásai a lakossági fűtés és a közlekedés, de ezek nem okoztak határérték túllépést. A településen áthaladó felszíni vízfolyások állapota jó, medrük természetes, burkolatlan. A vízfolyásokba csak tiszta csapadékvíz engedhető. A teljes csatornázási rendszer 2002-re készült el.

24

A szántóföldeken gabona- és olajnövényeket termesztenek (búza, árpa, napraforgó, repce). Termelésükhöz a talaj adottságai megfelelőek. A mezőgazdasági területek egy részén háztáji jelleggel, veteményest, gyümölcsöst, és szőlőt művelnek. Fejlődést jelenthet a biogazdálkodás és méhészet felerősödése, valamint a gyógyés fűszernövény termesztés. Jelentős erdőterület nincs, kisebb erdőfoltok borítják a határt. Az 1996. évi LIII. Törvény szerint a Bélápa-tó és a Kásafőző mocsaras vidéke mellett a Válivíz és az azt követő terület, tehát a rét is védett természeti érték. A Kásafőzőt már 1738-as években is megemlítik, Bélápa nevét pedig 1753-tól jegyzik. E területek természetvédelmi szempontból igen értékesek, ökológiai folyosóként funkcionálnak. Hasznosításuk csak, mint kaszáló és legelőterület lehetséges. A település szalagtelepülés jellegű, a parcellák hosszúkásak, előkertes beépítésűek, a külterületeken, présházak és borospincék találhatók. 3.3.4 Építészeti alkotások: A község nem rendelkezik országos hírű építészeti alkotásokkal, de országos védelem alatt álló épületekkel igen. A védendő épületek három csoportba sorolhatók; • A falú központjában található Rudnyánszky kúria, a külterületen található Garibaldi kúria, valamint a református és katolikus templomok. • A paraszti élet emlékeit őrző építmények, melyek lakóházak, borospincék, gazdasági épületek. • A településen jelentős mennyiségű régészeti lelet került elő a római korból, melyek bemutatására készült a Kőtár. • 2008 nyarán kerül átadásra Magyarország első Mezítlábas Parkja, melyben különböző anyagokkal (pl. homok, fakéreg, gömbkavics, sóder) borított területek váltakoznak füves területekkel a Zúgó nevű csermely partján.

25

4. A Bélápa Lovas Centrum bemutatása, a napenergia alkalmazásának lehetőségei.

15. ábra Bélápa Lovas Centrum

4.1 A Lovas Centrum általános ismertetése A Bélápa Lovas Centrum elsősorban lovak tartásával, illetve bértartással foglalkozik. A tavaszi, nyári, őszi szezon a főszezon, a fedett lovarda miatt a téli lovaglásra is lehetőség van. A szállóvendégek az itt bértartott lovak tulajdonosai és a lovagolni kívánó látogatók közül kerülnek ki. A vendégek ellátására szerveződött a panzió és étterem részleg. Az étterem az év egész részében üzemel. A 20 hektáros területen található a Lovarda épülete, a szállón kívül 2 családi ház és az itt dolgozók lakóingatlanai találhatók A helyszínrajzon (Függelék 1. ábra) a 9-es számmal feltüntetett épület a lovarda épülete. Az épület alapterülete 1538 m2. A két szint összesen: 1538,00m2 + 614,57 m2 = 2.152,57 m2 . Függelék 1. és 2. táblázat

16. ábra Emeleti előtér, étterem

26

4.2 Hőtechnikák Az épület hőtároló képességét jelentős mértékben meghatározza az épület szigetelése. Az engedélyeztetési terv alapján A fal Durisol, 30 cm vastag, a katalógus szerinti számított értéke: K1=0,670W/ m2K<0,7 W/ m2K (megfelelő) Az emeleti falak 38 cm vastagok. A 38 cm vastag Porotherm N+F Katalógus szerinti értéke: K2=0,490W/ m2K<0,7 W/ m2K (megfelelő) Felfelé hűlő padlásfödém: 10,0 cm THERWOOLIN hőszigetelés λ= 0,037 W/ m2K 4,00 cm födémbeton λ= 1,280W/ m2K IV-160/D födémpanel+ 1cm vakolat λ= 1,200 W/ m2K K3= 0,328 W/ m2K<0,4 W/ m2K (megfelelő) Felfelé hűlő padlásfödém: 12,0 cm THERWOOLIN hőszigetelés λ= 0,037 W/ m2K 2*1,25 cm gipszkarton burkolat λ= 0,230W/ m2K K4= 0,286 W/ m2K<0,4 W/ m2K (megfelelő) Lefelé hűlő pincefödém: 1cm kerámia burkolat λ= 1,050W/ m2K 5 cm aljzat beton λ= 1,280W/ m2K 5 cm THERWOOLIN lépésálló hőszigetelés λ= 0,040W/ m2K FF-160/D födémpanel+ 1cm vakolat λ= 1,200 W/ m2K 3 cm Nikecel λ= 0,047W/ m2K K5= 0,382 W/ m2K<0,4 W/ m2K (megfelelő) Nyílászárók: A kétrétegű hőszigetelő nyílászárok katalógus szerinti értéke a következő: K6= 2,800 W/ m2K 18. táblázat Az átlaghő átbocsátási tényező kiszámítása: Fal Durisol K1=0,670W/ m2K A1=144,26 m2 Emeleti falak K2=0,490W/ m2K A2=532,21 m2 Porotherm Felfelé hűlő K3=0,328W/ m2K A3=85,00 m2 padlásfödém

Felfelé padlásfödém

hűlő K4=0,283W/ m2K

A4=560,44 m2

Lefelé pincefödém

hűlő K5=0,382W/ m2K

A5=560,44m2

Durisol, 30 cm vastag Porotherm N+F 38 cm 10,0cm THERWOOLIN4,00 cm födémbeton IV160/D födémpanel+ 1cm vakolat 12,0cm THERWOOLIN2*1,25 cm gipszkarton burkolat 1cmkerámia burkolat 5 cm aljzat beton 5 cm THERWOOLIN FF160/D födémpanel+ 1cm vakolat 3cm Nikecel 27

Nyílászárók

K6=2,800W/ m2K

A6=99,38m2

kétrétegű

Kössz= Σ i K i A i / Σ i A i =0,524 W/ m2K<1,5 W/ m2K (megfelelő) A fűtött tér határoló szerkezetei tehát kielégítik az MSZ 04-140/2 hőtechnikai szabvány előírásait. A fűtött helyiségek térfogatának kiszámolása Az előtér, étterem magassága 7,40m-3,25m=4,15m Az emeleti helyiségek magassága 6,15m-3,25m=2,90m A fűtött helyiségek térfogata: (függelék 3. táblázat) Összesen: 1115,1945 m3 A tervrajzon jól látható, hogy az épület észak-keleti tájolású. A vendégszobák az épület északkeleti oldalán helyezkednek el, valamint ezen az oldalon található az irodahelyiség a terasz és a hűtőraktár. Ennek az elrendezésnek az előnye abból következik, hogy az intézménynek főleg a nyári időszakban vannak szállóvendégei, és így a szobák fűtése télen nem szükséges, nyáron pedig kevésbé melegednek át a helyiségek. Maga az alsó szint nem fűtött.

4.3 A fűtés és melegvíz előállítás eszközei Az épület lakórészeinek fűtése megoldható lenne szén, vagy fatüzeléses kazánnal, gázkazánnal, villanymelegítőkkel. A lovaglótér és a bokszok nem fűtöttek. A lovarda melegítése a 2007 évig gázkazánnal történt. A gáz nemcsak a szobák fűtését és a melegvíz készítést szolgálta, de ezt használták a konyharészlegben is.

17. ábra kazán A 2007-es év végén a lovarda fűtését és a melegvíz készítést is immár pellet tüzelésű kazán végzi, a propángáz már csak a konyharészlegben kerül felhasználásra. A pellet 100%-ig természetes alapanyagokból készülő, állandó, 10-12%-os nedvességtartalmú granulátum. Tisztítás után fűrészporból és darált faforgácsból préselik össze nagy nyomáson, kötőanyagként csupán a fában természetesen is megtalálható lignin szolgál. A pellet maximális hosszát 45-50 mm-ben határozták meg átmérője 6, 8, 10, 12 mm. Égése során mindössze annyi széndioxidot bocsát ki, amennyit a fa élete során magába épít (széndioxid-semleges), szemben a fosszilis energiahordozókkal, melyek évmilliókkal ezelőtt képződtek és az akkor magukba zárt szenet most juttatták a környezetbe.

28

5. táblázat a pelletre vonatkozó fűtési adatok Fa pellet Fűtőérték Mj/kg 18,5 Mwh/kg 4,9 Hamutartalom% 0,5-1

Energiafű pellet 16,1 4,8 7,5-11

A pellet sűrűsége nagy, tárolása nem helyigényes. Mivel hulladékból keletkezik, használata igen szerencsés környezetvédelmi szempontból is. A megtermelt hőt egy fűtésre és hűtésre egyaránt alkalmas klímaberendezés (Estro Galletti) adja le a szobákban. Ebből 24 db van a felső szinten. A klímaberendezés leírása: 3,75 kWh/24 h Hőátadó folyadék: víz A víz hőmérséklete: 5 °C -95 °C Maximum működési nyomás: 10 bar A levegő hőmérséklete: 5 °C- 43°C Tápfeszültség:+/- 10%

18. ábra klímaberendezés A fűtés gázkazánnal történt, de mivel a vezetékes gáz nincs megoldva, így a tartályos propánbután (PB)-gáz-t használták. Egy tartály térfogata: 5,10, 25, 40, 65 m3 lehet, ebből az elmúlt években az 5 m3tartályt alkalmazták, melyet évi 7-8 alkalommal töltöttek fel. A gáztüzelést már csak a konyharészlegen alkalmazzák, a szakdolgozat zárásáig nincs adat az éves fogyasztásra.

4.4 A melegvíz előállítás a 2007-es év során A gázhasználat kiadása évente: A tulajdonosok közlése alapján a 2007-es év során 7,5*5 m3 tartályt használt fel a Lovarda. Ezekben a PB tartályokban a gáz cseppfolyós állapotban, sűrítve van. Egy 5 m3 tartályban 500 kg PB gáz van. A PB-gáz fűtőértéke 46±0,5 MJ/kg, a továbbiakban 46MJ/kg-mal számolok Ha megszorzom a kilogrammonkénti fűtőértéket a tartályban levő PB gáz tömegével: 46MJ/kg *500kg= 23.000 MJ=23 GJ Egy tartályban átlagosan 23.000 MJ energiájú PB-gáz található. Ezt szorzom az évenkénti feltöltések számával: 7,5* 23.000 MJ=172.500MJ 7,5 tartályt használnak fel egy év alatt, ez 172.500MJ energiát jelent. 1 MJ energiát tartalmazó PB-gáz ára 8,16 Ft*, ezzel az összeggel számolva 29

ƒ*Q=K ƒ= Fajlagos ár Q= összes energia K= kiadás 8,16MJ/Ft*172.500MJ=1.407.600Ft A továbbiakban 1.500.000 FT kiadással számolok. A Lovas Centrum melegvíz fogyasztása A vendégek egy része csak egy napot vagy délutánt tölt a szállóban, de nem tölti ott az éjszakát, tehát nem használ melegvizet. A vendégek által a szállóban töltött éjszakák száma a fontos adat. Fontos szerepe van még az étterem és konyharészlegben felhasznált melegvíznek is. A melegvíz igénynél figyelembe kell venni azt is, hogy a fenntartók is fogyasztanak melegvizet, az ő fogyasztásukat alapfogyasztásnak kell tekinteni. A két család létszáma összesen 16 fő. A vendégek száma az év során nem állandó, de a nyári hónapokban, május, április, június, július, augusztus, szeptember általában teltház van. tavasszal és télen kevesebb a vendég. 6. táblázat Havi bontások

Vendégek száma/hó Eltöltött éjszakák száma/hó (vendégek) Eltöltött éjszakák száma/hó (család) Melegvíz fogyasztás (m3) Melegvíz előállításához szükséges energia/hó (GJ)

Jan.

Febr.

Márc.

Ápr.

Máj.

Jún.

Júl.

Aug.

Szept.

Nov.

Dec.

80

Okt . 21

12

10

15

19

80

80

80

80

36

30

45

57

560

560

560

496

448

496

480

496

480

26,6

23,9

27,05

26,85

52,8

3,89

3,49

3,95

3,93

7,72

Éves összeg ------

10

13

560

560

63

30

39

3100 éj

496

496

480

496

480

496

5840 éj

52

52,8

52,8

52

27, 95

25,5

26,7 5

447

7,6

7,72

7,72

7,6

4,1

3,73

3,91

65,43

A tavaszi, őszi, és téli hónapokban (január, február, március, április október, november, december), a tulajdonos közlése alapján, főként a hétvégén vannak vendégek, csoportok, erre az időszakra 3 nap / fővel lehet számolni. 6. táblázat 1-2 sor A nyári hónapok során (május, április, június, július, augusztus, szeptember) gyerekek táboroztatása folyik, általában maximális, teltházas létszámmal, külföldi diákcsoportok miatt

30

már májustól teltház van, összesen 20 vendég fogadására van lehetőség, ennyi az ágyszám. Erre az időszakra 7 nap/fővel számoltam. Az alábbiakban tehát szoroztam a havi vendégszámot a havonta átlagosan ott töltött napok számával. 6. táblázat 1-2 sor A 6. táblázat 3. sorában látható, hogy míg januárban 12 vendég összesen 36 éjszakát töltött a szállodában, addig júliusban a 80 vendég összesen 560 éjszakát töltött itt. A család egész évben itt tartózkodik. Ez a kérdés azért kiemelten fontos ebben az esetben, mert a szállórészben főként a nyári, vakáció időszakban vannak látogatok, ekkor fűtésre nincs szükség, viszont a melegvíz fogyasztás jelentős. Vizsgálatok alapján a napi vízfogyasztás alakulása: A vendégek vízfogyasztása: fő/nap/m3=0,05 m3= 50 liter (l) A család vízfogyasztása a 2007-es évben 50 l / fővel számolva az alábbiak szerint alakult 1 nap alatt= 16*50 l= 800 l 1 hónap alatt 16 fő*50 l* a hónap napjainak száma Ez megközelítőleg 24400 litert= 24,4 m3 jelent havonta. Egy év alatt: 365*800 l =292.000 l víz A vendégek vízfogyasztása a 2007-es év során: Ahhoz, hogy ezt megkapjuk, ki kell számolni az összes szállóban töltött napot. 12*3+10*3+15*3+19*3+80*7+80*7+80*7+80*7+80*7+21*3+10*3+13*3=36+30+45+57+ +560+560+560+560+560+63+30+39=168+132+2800=3100 nap. A vendégek egy év során összesen 3100 éjszakát töltenek a szállóban. A havi melegvízfogyasztást úgy kapjuk, hogy: Vendégek száma* 50 l* a hónap napjainak száma Az éves vízfogyasztást úgy kapjuk, hogy itt töltött összes éjj*50 l. Egy év alatt a vendégek által összesen 155.000 liter víz fogy. A vendégek és a család összesített melegvíz-fogyasztása a 2007-es év során: 447.000 liter=447 m3 A melegvíz előállítására fordított energia: Szabvány szerint a melegvíznek 50 °C kell lennie. A hálózati víz alaphőmérséklete 15 °C. Egy fő részére előállítandó melegvíz hőigénye: Jelen esetben a víz hőmérsékletét 35°C-kal kell megemelni ahhoz, hogy a kívánt 50 °C-t elérje. Q= c *m *∆T alapján Q= hőigény c= fajhő m= tömeg ∆T= hőmérsékletváltozás 1 kg víz melegítéséhez szükséges energia Q1=35C°*4,18 kJ/kg*C° =146,3 kJ/kg 1 liter víz megközelítőleg 1 kg, a továbbiakban is 1 kg-mal számolok 4,18 kJ/kg*C° a víz fajhője, egy napi szükséglet melegítéséhez szükséges energia Q2=4,18 kJ/kg*C°*50kg*35C°=7315 kJ/nap/fő

31

Egy főnek tehát 7315 kJ a napi melegvízből fakadó energiaigénye. Hónapokra összeadva ez a 2007-es évre havi bontásban a vendégek és a tulajdonosok függvényében a következő: vízmelegítéshez használt energiamennyiség havi bontásban 2007-ben 10000000 8000000 kJ

6000000 4000000 2000000 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

hónapok

29 . ábra az összes melegvíz felfűtéséhez szükséges energia

4.5 Kollektor felület becslése a 2007-es év napsugárzási adatok alapján A fejezet korábbi részében láttuk, hogy a 2007-es év során a 7,5 tartálynyi gáz elégetése során nyert energia: 172.500MJ =172,5GJ Az alábbiakban azt vizsgálom meg, hogy a napi energiafelhasználás milyen összefüggésben van a bejövő napsugárzással. A napsugárzási adatok napi összegét lehet használni, a melegvíz igényt is napi bontásban kell ismerni. A nyári hónapok alatt a szálloda maximális vendéglétszámmal üzemel. Ez esetben egy nap során összesen 36 főnek elegendő melegvizet kell szolgáltatni. 36*50 l*146,3 kJ= 263340 kJ energia kell a 36 ember melegvíz ellátásához. Ez 263,34 MJ energiát jelent. A nyári hónapokat tehát maximális igényűnek tekintem. Szerencsére ebben az időszakban magas a beeső sugárzás értéke is. www.naplopo.hu/napsug.html A beeső napsugárzási energiának csak bizonyos részét tudják a napkollektorok hasznosítani a külső hőmérséklet és a kollektor hőmérséklet függvényében. Nyáron 1kWh napi napsugárzás mellett 80 %-s hatásfokot ad meg a Naplopó Kft. Tervezési segédlet 12. oldala, pesszimista becslésként én 60 %-s hatásfokkal számolok.

32

A nyári értékéket most 2007 júliusára kalibrálom.

20. ábra 2007. július havi sugárzás

A melegvíz előállításához 1 napon 36 főre 263,340 MJ energia szükséges. Kiválasztottam július legmagasabb értékét, mint kalibráló napot. Ezen a napon 1m2-re 7297 Wh/(m2,nap) sugárzás érkezett be. A számot szükséges átváltani: 1kWh=1000*J/s*3600s=3600000J=3600kJ=3,6MJ 7297 Wh=7,2 kWh= 26,2 MJ 1 m2-re tehát 26,2 MJ energia érkezett le ezen a napon, de ez nem tud teljes mértékben hasznosulni. A napkollektorok hatásfoka a nyári időszakban 50°C-os víz előállítására kb. 60%-os hatásfokú. Így 26,2 MJ*0,6=15,7 MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. A napi energiaszükségletet fedező kollektor felület: 263,340MJ/ 15,7MJ=16,7 m2 Az adott napra az energiát egy 17 m2-es kollektor felület is fedezné, ekkora felület minimum kell. Az ábrán látható, hogy ennél az értéknél jóval alacsonyabb besugárzás is előfordult. (a július 30-ai értéket most nem veszem figyelembe, mert túlságosan is eltér egy nyári naptól) Július 4-én 2230 Wh/(m2*nap) volt a beeső sugárzás. 2230 Wh=2,23 kWh =8,028 MJ 1 m2-re tehát 8,028 MJ energia érkezik le. 8,028*0,6=4,8 MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. 263,340MJ / 4,18168MJ=54,67 m2 Ekkor 55m2 kollektor felület lenne a megfelelő. Júliusi átlaggal számolva: A július havi átlag 5,489 kWh/(m2*nap) 5,489 kWh=19,7 MJ 1 m2-re tehát 19,7 MJ energia érkezik le. 19,7 *0,6=11,8 MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. 263,340MJ/ 11,8 MJ=22,2 m2 Az adott napra az energiát egy 23 m2-es kollektor felület is fedezné. Júliusban 23 nap során volt az átlagnál magasabb érték, 5 nap során kevéssel, 3 nap során jóval alacsonyabb. 33

A januári napfény-adatokkal is elvégezzük ugyanezt a számolást: Január

21. ábra 2007. januári sugárzás A januári legmagasabb beeső sugárzási érték 4591 Wh/(m2,nap) volt. 4591 Wh=4,591 kWh= 16,5 MJ 1 m2-re tehát 16,5 MJ energia érkezik le, mivel a külső hőmérséklet alacsony 45%-os hatásfokkal számolva: 16,5 *0,45=7,4 MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. Ha a január ezen napjára is maximális vendégszámmal számolunk, azaz 36 fővel, az adatok a következők lesznek: 263,340MJ/ 7,4MJ=35,5 m2 az adott napra az energiát egy 36 m2-es kollektor felület is fedezné. Januárban természetesen kevesebb a vendég, így kisebb a napi energiaigény, januárban maximum 20 fővel számolhatunk összesen. 20*50 l*146.3 kJ= 146300 kJ energia kell a 36 ember melegvíz ellátásához. Ez 146.3 MJ energiát jelent. 146,3 MJ/ 7,4 MJ=19,7 m2 Az adott napra az energiát egy 20 m2-es kollektorfelület is fedezné. Január legalacsonyabb: A januári legmagasabb beeső sugárzási érték 221 Wh/(m2,nap) volt. 221 Wh=0,221 kWh= 0,8 MJ 1 m2-re tehát 0,8 MJ energia érkezik le, de ez nem tud teljes mértékben hasznosulni. 200 Wh/m2 beeső sugárzás mellett 0%-os hatásfokú a kollektor működése. A közbeeső tartományban (600-200 Wh/m2) a hasznosíthatóság mértéke csökken. 1,6 %-l számolva: 0,8 *0,016=0,01MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. 263,340MJ / 0,01MJ=26334 m2 Az adott napra az energiát egy 26334 m2-es kollektor felület is fedezné, de természetesen ez egy irreálisan magas érték.

34

Január átlag: 1781Wh/(m2*nap)=1,781kWh=6,4MJ 1 m2-re tehát 6,4 MJ energia érkezik le, de ez nem tud teljes mértékben hasznosulni. A külső hőmérséklet alacsony volta miatt 45 %-l számolva: 6,4*0,45=2,9MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. 263,340MJ/ 2,9MJ=90,8 m2 Az adott napra az energiát egy 91 m2-es kollektor felület is fedezné. Kevesebb vendégre számolva (20 fő) a következő értéket kapjuk. 146,3MJ/ 2,9=50,4 m2 Ezt az energiaigényt egy 51 m2-es kollektor felület is fedezné. Január során, 14 napon volt az átlagnál magasabb érték, 7 nap során kissé alacsonyabb,10 nap során jóval alacsonyabb. Ha a nyári legalacsonyabb beesés mellett a maximálisan kinyerhető energiához szükséges kollektor felülettel számolunk a téli időszakra, (januári átlag valóban hasznosuló energia) a következő értéket kapjuk: 55m2*2,9=159,5MJ Maximális vendégszámmal ez 159,5/2,6334=60,56%-os napenergia-rásegítést jelent. 20 főre számolva ez 159,5/1,463=109,02%-os rásegítést jelent. Júliusi átlag beesés mellett a maximálisan kinyerhető energiához szükséges kollektor területtel számolunk a téli időszakra, (januári átlag valóban hasznosuló energia, mert elég nagy arányban volt az átlagnál magasabb érték, a januári napok közel 50%-ka) a következő értéket kapjuk: 23m2*2,9=66,7MJ Maximális vendégszámmal ez (66,7 MJ/263,34 MJ)*100=25,3%-os felhasználási-hatásfokot jelent teljes létszám esetén. 20 főre számolva ez 66,7/1,463=45,6%-os hatásfokot jelent. Nem érdemes a téli beesések mellett is elegendő kollektor felülettel számolni, mert a rendszer túl költséges lenne, ráadásul a nagy felület a nyári hónapokban hátrányos, mert a felesleges energiamennyiség terhelést ró a rendszerre, a tágulási tartály vize felforr, kinyit a biztonsági szelep és a víz eltávozik a rendszerből, amelyet természetesen azonnal pótolni kell az egyéb meghibásodások elkerülése érdekében. A fenti elemzés alapján a júliusi átlag beesés mellett a maximálisan kinyerhető energiához szükséges kollektor területtel, azaz 23 m2-tel számolok. Mivel a kollektorok 2 m2-es egységekben kaphatók, ezért a dolgozat következő részeiben (megtérülési számolások) 24 m2es kollektorfelületet használok. S legyen az az energiaösszeg, amely elegendő egy nyári napon az összes személy által felhasznált melegvíz felmelegítésének energiaigényének fedezésére: S (Wh/m2) * 24 m2 * 0,6 =263,34 MJ=73,15 kWh S = 5080 Wh/m2 a beeső minimum-sugárzásösszeg egy napra. Az ennél naposabb napokon is csak 263,34 MJ energiát lehet felhasználni.

35

4.6 Megtérülési számítások www.naplopo.hu/pdf/arlista/pdf 2008. május 06

22. ábra egy napkollektoros rendszer felépítése Az alábbi rendszer csak melegvíz előállításra alkalmazható, de kisebb átalakítással a térfűtési rendszerhez is hozzáköthető. Thermoszolár TS 300 típusú síkkollektor Álló, rézcsöves, csőkígyós, belső átkötőcsöves napkollektor, AlOx szelektív elnyelőlemezzel, edzett biztonsági üveg fedéssel. Méret: 75*1008*2008 mm= 2 m2 Csatlakozás: Ø 18*1mm-es vörösréz cső Bruttó listaár 112.800 Ft Szükséges mennyiség: 23 m2≈24m2 12db 1.353.600 Ft Exolált aluminiumból készült szerelőkeret Csatlakozó alapkészlet 2db kollektor bekötéséhez szükséges szerelvényeket tartalmazza Bruttó listaár: 5.376Ft Szükséges mennyiség: 6db 32.256 Ft Digitális, mikroprocesszoros szabályozás a kollektorok hőteljesítményének mérésével HC-1 Egyzónás mikroprocesszoros szabályzó, 1db fordulatszám szabályozott szivattyú kimenettel, és 1 db relé kimenettel, 2 db (max. 5) érintkezővel 1 db impulzusadó bemenettel, hőmennyiség mérési funkcióval Bruttó listaár: 52.200 Ft 2db: 104400Ft Tároló érzékelő HC és NL szabályozóhoz Bruttó listaár: 1800 Ft 2db 3600 Ft Térfogatáram mérő impulzusadó 1 liter/ impulzus ¾ 2,5 m3 / óra Bruttó listaár: 11.520 Ft 2db 23.040 Ft Érzékelőhüvely 18 mm vörösrézcsőhöz Bruttó listaár: 1176 Ft 2 db: 2352 Ft 36

Szoláris szerelési egység szivattyúval és a szükséges szerelési kellékekkel. SE-80 Grundfos UPS-25-80-as szivattyúval 10-20 kollektorig Bruttó listaár: 125.400 Ft 2 db: 250.800 Ft Szolár szivattyúk Grundfos UPS Solar 25-60-as 6-12 kollektorig Bruttó listaár: 32.640Ft 2db:65280Ft Gumimembrános, zárt kollektorköri tágulási tartály Napkollektoros körben alkalmazható zárt tágulási tartályok pmax=6(10) bar Tmax= 120°C 50liter méret 437*473 mm ¾ ~ 10 kollektorig Bruttó listaár: 19.560 Ft 2db:39.120Ft Flexfast tágulási tartály csatlakozó , kettős visszacsapószelep 3/4 Bruttó listaár: 3.048Ft 2 db: 6.096 Ft Felületvédett, hőszigetelt, melegvíztárolók Reflex szolár tárolók2db hőcserélővel R/1000-2 1000 liter hőcserélők 2, 45/1,12m2 Ө1010*2025 mm Bruttó listaár 638640 Ft 2db:1.277.280 Ft Motoros váltószelepek a tárolók előkapcsolásának átváltására Honeywell VC típusú zárószelepek VC-M típusú kétutú szeleptestek motor nélkül , irányváltásra ¾ Bruttó listaár7.920 Ft 2db 15.840 Ft Ft Meghajtó motor 230 V VC 4613 záró érintkezővel kapcsolható, végálláskapcsolóval Bruttó listaár 15.840 Ft 2 db 31.600 Ft Termosztatikus keverőszelepek, ITT-21-H ¾ belső bemenet 35-93°C kollektor körbe Bruttó listaár 57.600 Ft 2db 115.200 Ft Környezetbarát, nem mérgező hőátadó folyadék Frigoszolár monopropilén-glikol fagyálló folyadék koncentrátum 50 l műanyag, betétdíjas kannában (1750 Ft + ÁFA) Bruttó listaár: 36720 Ft Összesen 3.343.174 Ft. A lovarda épületének tetőfelülete. A tető felülete: 6 m* 55 m= 330 m2 Összesen 4 db tetőfelület van, ebből 2 mindig takarásban a másik által. A D-Ny tető felülete így 330 m2. A tető lejtési szöge 20°. A tetőre a kollektor könnyedén elhelyezhető.

37

4.7 Megtérülési számítások Az összes energiafogyasztás (gáztartályok) 172.500 MJ, ez 1.407.600 Ft kiadást jelentett a 2007-es évben. Ezen belül a melegvíz előállítás éves energiaigénye 65426100 kJ =65,43 MJ A maradék energia a fűtésre, főzésre fordítódik. Természetesen a kollektorok több energiát képesek előállítani, mint amennyivel számolni szükséges, mert a nyári időszakban még van plusz napsugárzás a szükségesen felül is, ami nem hasznosul. Télen viszont továbbra is rásegítés szükséges, mert nem elegendő a bejövő energia. (A napsugárzási adatokat lásd: Függelék 1. ábrasorozat)

Hány nap van, amikor nem kell rásegítés, mert megvan a napi mennyiség energia? Júliusi átlag 5489 Wh/(m2,nap) 96 olyan nap volt a 2007-es év során, ahol a beeső sugárzás magasabb volt, mint 5489 Wh/(m2*nap). Ebből a teltházas időszakra esett nap 70*263340 kJ=18433800 kJ=18433,8 MJ Ha teltház van: 36 fő energiaigénye 263,340 MJ 20 fő energiaigénye 146,3 MJ A 600 Wh/m2 alatti beeső sugárzás a melegvíz előállítása szempontjából elhanyagolható, hiszen csak 1-2 %-o hő nyereséget jelent. Az egyszerűsítés végett, hiszen a beeső sugárzás amúgy sem állandó a továbbiakban megközelítő értékeket fogok alkalmazni: Azt számoljuk ki, hogy az S1 napi sugárzásösszegnél a rendszerünk mennyi energiát vált ki (EN), és hogy ez a napi igény hány százaléka. S1=600Wh/(m2,nap)45% 600Wh=0,6 kWh=2,16 MJ 600Wh/m2,nap beeső sugárzás mellett 45%-os hatásfokú, 2,16 *0,45=1,296MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =1,296 MJ*24 m2=31,104MJ 31,104/2,6334=11,81 %-át fedezi a kollektor Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 31,104/1,463=21,26%- át fedezi a kollektor S1=1000 Wh/(m2,nap)60% 1000Wh=1 kWh=3,6 MJ 3,6 *0,6=2,16MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =2,16 MJ*24 m2=51,87 MJ 51,84/2,6334=19,68 %- át fedezi a kollektor Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 51,84/1,463=35,434%- át fedezi a kollektor S1=1500 Wh/(m2,nap)60% 1500Wh=1,5 kWh=5,4 MJ 38

5,4 *0,6=3,24MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =3,24 MJ*24 m2=77,76 MJ 77,76/2,6334=29,52 %- át fedezi a kollektor Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 77,76/1,463=53,15%- át fedezi a kollektor S1=2000 Wh/(m2,nap)60% 2000Wh=2 kWh=7,2 MJ 7,2 *0,6=4,32MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =4,32 MJ*24 m2=103,64 MJ 103,64/2,6334=39,36 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 103,64/1,463=70,71%- át fedezi a kollektor. S1=2500 Wh/(m2,nap)60% 2500Wh=2,5 kWh=9 MJ 9 *0,6=5,4MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =5,4 MJ*24 m2=129,6 MJ 129,6/2,6334=49,214 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 129,6/1,463=88,58%- át fedezi a kollektor. S1=3000 Wh/(m2,nap)60% 3000Wh=3 kWh=10,8 MJ 10,8 *0,6=6,48MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =6,48 MJ*24 m2=155,52 MJ 155,52/2,6334=59,056 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 155,52/1,463=106,302%- át fedezi a kollektor. S1=3500 Wh/(m2,nap)60% 3500Wh=3,5 kWh=12,6 MJ 12,6 *0,6=7,56MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =7,56 MJ*24 m2=181,44 MJ 181,44/2,6334=68,9 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 181,44/1,463=124%- át fedezi a kollektor. S1=4000 Wh/(m2,nap)60% 4000Wh=4 kWh=14,4 MJ 14,4 *0,6=8,64MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =8,64 MJ*24 m2=207,36 MJ 207,36/2,6334=78,74 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 207,36/1,463=141,736%- át fedezi a kollektor. S1=4500 Wh/(m2,nap)60% 4500Wh=4,5 kWh=16,2 MJ 16,2 *0,6=9,72MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =9,72 MJ*24 m2=233,28 MJ

39

233,28/2,6334=88,58 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 233,28/1,463=159,45%- át fedezi a kollektor. S1=5000 Wh/(m2,nap)60% 5000Wh=5 kWh=18 MJ 18 *0,6=10,8MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =10,8 MJ*24 m2=259,2 MJ 259,2/2,6334=98,428 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 259,2/1,463=177,17%- át fedezi a kollektor. S1=5500 Wh/(m2,nap)60% 5500Wh=5,5 kWh=19,8 MJ 19,8 *0,6=11,88MJ, ami m2-enként valóban hasznosul. EN =11,88 MJ*24 m2=285,12 MJ 285,12/2,6334=108,27 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 258,12/1,463=176,432%- át fedezi a kollektor. (A függelékben találhatók a 2007-es besugárzási adatok) A grafikonon szereplő adatokat egy-egy központi érték köré rendezve számolom. A következő évek időjárását nem lehet előre megmondani, ezért mindenképpen van bizonytalanság a megtérülés számolásában, de ez a módszer jelentős mértékben leegyszerűsíti a számolást. 600 Wh/m2 alatt a kollektor nem tud energiát termelni, ezért ezeket a napokat nem számoltam, 750 Wh/m2 felett pedig az egyszerűség kedvéért 500 Wh/m2-es intervallumokkal számoltam, melyeknek középértékére számoltuk ki fentebb a vízmelegítéshez felhasznált napenergia mennyiségét (EN ). S1 = 600–750 Wh/(m2,nap)-s napok száma: 9 nap az egész év során 36 fővel, az energiaszükséglet ((EN /napi szükséglet)*100) 31,104/2,6334=11,81 %-át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 31,104/1,463=21,26%-át fedezi a kollektor. S1 = 750–1250Wh/(m2,nap)-s napok száma: 24 nap az egész év során 51,84/2,6334=19,68 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 51,84/1,463=35,434%- át fedezi a kollektor. S1 = 1250–1750Wh/(m2,nap)-s napok száma: 21 nap az egész év során 77,76/2,6334=29,52 %- át fedezi a kollektor. alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 77,76/1,463=53,15%- át fedezi a kollektor. S 1 = 1750–2250Wh/(m2,nap)-s napok száma:

40

15 nap az egész év során 103,64/2,6334=39,36 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 103,64/1,463=70,71%- át fedezi a kollektor. S1 = 2250–2750Wh/(m2,nap)-s napok száma: 18 nap az egész év során 129,6/2,6334=49,214 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 129,6/1,463=88,58%- át fedezi a kollektor. S1 = 2750–3250Wh/(m2,nap)-s napok száma: 12 nap az egész év során 155,52/2,6334=59,056 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 155,52/1,463=106,302%- át fedezi a kollektor. S1 = 3250–3750Wh/(m2,nap)-s napok száma: 20 nap az egész év során 181,44/2,6334=68,9 %- át fedezi a kollektor. alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 181,44/1,463=124%- át fedezi a kollektor. S1 = 3750–4250Wh/(m2,nap)-s napok száma: 20 nap az egész év során 207,36/2,6334=78,74 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 207,36/1,463=141,736%- át fedezi a kollektor. S1 = 4250–4750Wh/(m2,nap)-s napok száma: 19 nap az egész év során 233,28/2,6334=88,58 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 233,28/1,463=159,45%- át fedezi a kollektor. S1 = 4750–5250Wh/(m2,nap)-s napok száma: 22 nap az egész év során 259,2/2,6334=98,428 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 259,2/1,463=177,17%- át fedezi a kollektor. S1 = 5250–Wh/(m2,nap)-s napok száma: 135 nap az egész év során 285,12/2,6334=108,27 %- át fedezi a kollektor. Alacsonyabb, 20 fős vendégszámmal számolva: 258,12/1,463=176,432%- át fedezi a kollektor.

41

Az egyes S1 intervallumokhoz kiszámoltuk, hogy hány ilyen nap volt 2007-ben. Most azt számoljuk ki, hogy ezen különböző napsugárzású napokon mennyi energiát hasznosítottunk fel a kollektorral. S1>5250 Wh/(m2,nap) 135 nap során volt, tehát nincs szükség gázzal való rásegítésre még maximális vendégszám esetén sem. Maximális létszám esetén, minden napon: 135 nap*263,340 MJ=35550,9 MJ energiát termel a kollektor, ennyit nem kell gázzal előállítani. S1 = 600–750 Wh/(m2,nap) 9 nap, amikor a kollektorok 11, 81%-ot termelnek egy napon, ez EN =31,104 MJ/nap 9*31,104= 279,936 MJ ennyit nem kell gázzal előállítani. S1 = 750–1250 Wh/(m2,nap) 24nap, amikor a kollektorok 19,68 %-t termelnek egy napon, ez EN =51,84MJ/nap , 24*51,84 =1244,16 MJ ennyit nem kell gázzal előállítani S1 = 1250–1750 Wh/(m2,nap) 15nap, amikor a kollektorok 39,36 %-t termelnek egy napon, ez EN =103,64MJ/nap 103,64MJ*15=1545 MJ ennyit nem kell gázzal előállítani. S1 = 1750–2250 Wh/(m2,nap) 18 nap, amikor a kollektorok 49,214 %-t termelnek egy napon, ez EN =129,6MJ /nap 129,6MJ *18=2332,8 MJ ennyit nem kell gázzal előállítani. S1 = 2250–2750 Wh/(m2,nap) 12nap, amikor a kollektorok 59,056 % t termelnek egy napon, ez EN =155,52MJ /nap 155,52MJ*12=1866,24MJ ennyit nem kell gázzal előállítani. S1 = 2750–3250 Wh/(m2,nap) 20nap, amikor a kollektorok 68,9 % t termelnek egy napon, ez EN =181,44MJ /nap 181,44MJ*20=3628,8 MJ ennyit nem kell gázzal előállítani. S1 = 3250–3750 Wh/(m2,nap) 20nap, amikor a kollektorok 78,74 % t termelnek egy napon, ez EN =207,36MJ/nap 207,36MJ*20=4147,2 MJ ennyit nem kell gázzal előállítani. S1 = 3750–4250 Wh/(m2,nap) 19nap, amikor a kollektorok 88,58 % t termelnek egy napon, ez EN =233,28MJ /nap 233,28MJ*19=4431,75 MJ ennyit nem kell gázzal előállítani. S1 = 4250–4750 Wh/(m2,nap) 22nap, amikor a kollektorok 98,428 % t termelnek egy napon, ez EN =259,2MJ /nap 259,2MJ*22=5702,4 MJ ennyit nem kell gázzal előállítani. Összesen 60.729,186 MJ = 60,7 GJ Összes energiafogyasztás a 2007-es évben 172.500MJ 172.500MJ -60.729,186 MJ= 111.771 MJ 111.771 MJ energiát kell gázzal fedezni

42

Ezeknél a számolásoknál többször számoltunk 60% kollektor-hatásfokkal, olyan napokon is, melyek nem a nyári kedvező állapotokhoz tartoznak. Ez egy kis eltérést jelent a pontos számolásoktól, de a 60%-ot is már egy pesszimista átlagként vettük. A nyári napokon többször lesz 80% körüli a hatásfok, ezért a 60% egy éves átlagos, és visszafogott számolásnak megfelel. Ezzel a számolással eredményünk az, hogy 60.729,186 MJ energiát nyerhetünk a napkollektorokkal, ami 60,7 GJ*8,16Ft/MJ=495 550 Ft. Ennyit takaríthatunk meg kb. egy év során, ha a napsugárzás a 2007-eshez hasonló. A 24 m2 felületű kollektor rendszer befektetési költsége 3.343.174 Ft, 3.343.174/495.550 = 6,7 év , megközelítőleg tehát 7 év megtérülési idővel számolhatunk. A megtérülési időt jelentősen befolyásolja az adott év időjárása, egy hideg, borús tél és felhős nyár jóval megnyújthatja a megtérülési időt. Természetesen a megtérülési időre hatással van a földgáz világpiaci árának ingadozása is. A földgáz ára általában felfelé megy, valamint számolásunk elég visszafogott számokra alapult, így a 7 éves megtérülésnél kevesebb idő alatt is megtérülhet a rendszer.

43

5. Napenergia a tanítási gyakorlatban 5.1 A környezeti nevelés célja A média révén mindenki hallott már a globális felmelegedésről, az ózonlyukról, egy esetleges olajválságról. Hangzatos kifejezések, melyeket a média a bevételek növelése érdekében időnként ˝bedob”. Sokszor nem fűznek hozzá semmilyen tudományos magyarázatot, nem céljuk az emberi hozzáállás megváltoztatása és gyakran hiteltelenné teszik a szakembereket. A környezeti nevelés célja, hogy felhívjuk a figyelmet a valós helyzetre, tisztáznunk kell az esetleges félreértéseket. El kell érni, hogy az emberek reálisan gondolkodjanak, mérlegelni tudják, mi célszerű és megvalósítható, a lakóhelyükről, természetes és épített környezetükről, saját és családjuk egészségéről van szó. Ahhoz, hogy a diákok a jelenben és a jövőben helyesen tudjanak cselekedni pontos ismeretekre van szükség. Az óvodai, iskolai környezeti nevelés célja egy járható út bemutatása és elfogadtatása. A tanulóknak rá kell jönniük arra, hogy ők, mint egyének is sokat tehetnek a környezetükért. Lehet, hogy nincs mindenkinek lehetősége egy napelem felszerelésére, de ha egyénileg csökkentik az energiafelhasználásukat az is nagy jelentőségű. Ha a tanuló környezettudatosan viselkedik az iskolájában és az otthonában az előbb-utóbb hatással lesz a családjára, környezetére is. Ha lehetőségük van rá, nekik is nevelővé kell válniuk; információkat adhatnak át családi és baráti körben, elmesélhetik tapasztalataikat, tanácsokat adhatnak. Buzdítani kell őket arra, hogy keressék a hasonló érdeklődési körű csoportokat, szervezeteket és tevékenyen vegyenek részt azok munkájában.

5.2 A környezeti nevelés módszeri A jelen korban a pedagógus szerepe megváltozott, nem szimplán a tudás egyedüli forrásaként van jelen a tanórákon, sokkal inkább kísérő, a felfedezések és kutatások koordinátora. Miközben tudást ad át, maga is új ismeretekre tesz szert. A környezeti nevelés előnyben részesíti azon új módszereket, melyekben a gyerekek, mint interaktív résztvevők jelennek meg. A környezeti nevelés módszereit mindig az adott korosztálynak megfelelően kell kiválasztani, törekedni kell egy korosztályon belül arra, hogy a feladatok megfeleljenek a tanulók érdeklődési körének és képességeinek. Fontos szerepe van azoknak a feladatoknak, melyekben a gyerekek aktívan részt vehetnek, megmozgatja őket, nem csak szellemileg, de testileg is. A kisebb korosztály számára megfelelő lehet a memóriajáték, a tabujátékok, a barkohba, dominó, activity. Múzeumi és állatkerti órák, melyek során feladatlapok kitöltésével irányíthatjuk a figyelmüket. Ha van rá lehetőség az iskola környékére tanösvényt lehet szervezni, lehetőség van városi tanösvény kialakítására is. Mindkét esetben elengedhetetlenül fontos a megfigyelési szempontok megadása. A barkohba nevű játék igencsak háttérbe szorult az utóbbi időben, pedig kiváló módon fejleszti a logikus és következetes gondolkozást, egy ilyen játék során a kitalálónak tisztában kell lennie az általa kigondolt fogalom, állat, növény, ember, cselekvés, tulajdonságaival, és mindeközben még új szempontból is megismerheti az általa választott dolgot. A kérdező is új ismeretekhez jut és megismerkedik egy célravezető kérdéssor sémával. Plusz előnye ennek a játéknak, hogy nem kell hozzá semmi sem, bárhol, bármikor lehet játszani. Mozgásos játékok során a táplálék és energiaáramlást lehet szemléltetni. Rajzos játék során egy adott témához tartozó elképzeléseket, tudást, emlékeket rögzíthetjük papírra a gyerekekkel. 44

Asszociációs játékok során fejleszthetjük a gyerekek fantáziáját. Fontos módszer a vita, szerepjáték, projektmódszer, kutatások, házi dolgozatok, interjúk készítése az adott témában. A tanulóknak minden esetben biztosítani kell egy hiteles és elérhető irodalomjegyzéket. A vita módszer alkalmazása során a téma több oldalról is meg van közelítve. Vegyük példának egy öregedő fa elméleti kivágását. Az osztály két csoportra bontva kialakítja a támogatók és ellenzők táborát. A tanulók érveket és ellenérveket keresnek, és közösen egy irányított vitát vezetnek le. A tanár szerepe csak a finom irányítás, figyelni kell arra, hogy valóban érvek és ellenérvek csapjanak össze, és minden állítás kellően alá legyen támasztva. A téma végén a tanulók döntik el, hogy mi az eredmény. A vita előkészítéséhet a tanulóknak elegendő időt kell biztosítani. A diákok részvétele lehet önkéntes és kötelező is. Előre tisztázni kell a vita formai és szakmai feltételeit. Minden csapatnak legyen képviselője. Minden vita végén döntést kell hozni. Minden vitának kell, hogy legyen vezetője, aki irányítja a vita menetét. A tanárnak a vita végén értékelnie kell a diákok munkáját. A projekt módszer menete lépései A projekt módszer integrált megközelítést tesz lehetővé. A diákok a projekt módszer alkalmazása során önállóan vagy csapatban dolgoznak, így kutatnak. A projektmódszer lépései: • Témaválasztás • A cél megfogalmazása • A projektterv elkészítése • A megvalósítás • A bemutatás • Beszámolás • Dokumentálás • Értékelés Spirál módszer során egy probléma felvetése és megoldása során újabb problémák merülnek fel, melyeket szintén meg kell oldani. Hatásos, ha a témákat valamely jeles naphoz, évfordulóhoz kapcsoljuk, az iskolában témanapot, témahetet rendezünk, így nem csak az adott feladatot végzők, de az egész iskola is részese lesz a történéseknek. A témanapok, témahetek során a tanulók megismerkednek az adott témával, lehetőségük nyílik tudományos folyóiratok olvasására, a világhálón való keresésre, röviden az önálló kutatómunkára. A kutatás során megszerzett eredmények a hét során a tanulók által kerülnek bemutatásra plakátok, faliújság, kiállítás formájában. Mindig törekedni kell arra, hogy az elmondottakat megvalósíthassák a tanulók mind az iskolában, mind otthon. Ha a szelektív hulladékgyűjtés témakörében szeretnénk eredményeket elérni, szükség van az épületekben a tanulók szánára elérhető gyűjtőhelyek kialakítani. További fontos szerepe van az iskola életében a papírgyűjtési akcióknak is. A papírgyűjtést alaposan elő kell készíteni: Egyeztetni kell egy adott céggel, mely átveszi az összegyűjtött papírt. Egyeztetni kell az iskola vezetőségével, az önkormányzattal engedélyeztetéséről

a

papírgyűjtés

45

Engedélyt kell kérni a tűzoltóságtól, hisz a gyűjtés során az iskola nagy mennyiségű gyúlékony anyagot fog felhalmozni. A papírgyűjtés során a szervezőknek több segítő kézre is szüksége lesz, így nem csak a papírgyűjtést, de a segítők toborzására felszólító plakátot is ki kell helyezni. Jó módszer még, ha a kiválasztott segítőket személyesen is felkérjük a feladatra. A papírgyűjtést az értekezleteken is ki kell hirdetni, így minden osztályfőnök tájékoztathatja az osztályát, a szervezők és segítők által készített plakátokat két hullámban, a kezdés előtt 2 illetve 1 héttel célszerű az iskola több pontjára is kihelyezni. A plakáton szerepelnie kell a hely és az idő mellett az átadás módjának is: színes, fekete fehér külön, átkötve nem műanyaggal, fém- és műanyag szennyezőktől mentesen. Az akció időtartama szerencsés esetben 1 hét kell, hogy legyen, az átvétel optimális időpontja az elő óra előtti és a 6-7. óra utáni időpont. Ha versenyszerűen gyűjtik az osztályok a papírt, akkor átvételi jegyzőkönyvet kell vezetni. A szállítást célszerű a zárónap utánra tervezni, itt is elkel a segítség. 20-30 ember csatárláncba szerveződve gyorsan fel tudja rakodni az adott papírmennyiséget a szállítókocsira. Természetesen a verseny célja minél több papír összegyűjtése, de fel kell hívni a figyelmet arra, hogy azért ne vegyenek napi 10 újságot, hogy ők nyerjék meg a versenyt. Az összegyűlt papír mennyiségéből a tanulók kiszámolhatják, hány fát mentettek meg. Vidéki, kisközségi iskolákban adott esetben lehetőség van a fémhulladékok gyűjtésére is.

5.3 A környezeti nevelés színterei A környezeti nevelés színterei az iskolán belüli és iskolán kívüli foglalkozások. A tanórák során rengeteg lehetőség adódik arra, hogy a tanult témához megemlítsünk egy-egy környezeti vonatkozást is. Természetesen a legegyszerűbb ezeket a témákat a fizika, földrajz kémia és biológia órákhoz kapcsolni. De találhatunk közös szálat az irodalom, a történelem órán is. A megújuló energiák témakörének előfordulása az egyes évfolyamokon: a Környezeti nevelés a középiskolában c. könyv alapján Kémia 7. évfolyam Témakörök Tartalmak Atommag, atomenergia –nukleáris balesetek Bepillantás a részecskék világába 8. évfolyam Témakörök Környezeti kémia

9. évfolyam Témakörök Tájékozódás a részecskék világában

Tartalmak Energiagazdálkodás: tűzifa, természetes és mesterséges szenek, kőolaj, földgáz, atomenergia, elektromos áram. Megújuló energiahordozók, energiatakarékosság. Levegőszennyezés: szén-dioxid, üvegházhatás, kén, kén-dioxid, kén-trioxid, kénsav, savas eső, nitrogén-dioxid, szmog. Tartalmak Atomszerkezet: A radioaktivitás alkalmazása és veszélyei. Az atomenergia békés és háborús

46

A kémiai ismeretében

reakciók

10. évfolyam Témakörök Szénhidrogénkincsünk, energiahordozó Környezeti szerves kémia

a

felhasználása. A sugárzó veszélyes hulladékok kezelése. részecskék Termokémia: Reakcióhő- az energiatermelés formái, hőerőművek. Galvánelemek: A galvánelem környezetvédelmi vonatkozásai. Az akkumulátorok (elemek) újratöltésének fontossága és lehetősége. Tartalmak mint A kőolaj és földgáz kitermelésének globális problémája, a társadalom és a gazdaság összefüggése, a véges földi készletek problémája. Energiagazdálkodás: fosszilis, hasadó és megújuló energiaforrások, előnyeik, hátrányaik. Biológia

7. évfolyam Témakörök A növények

10.évfolyam Témakörök A növények

11.évfolyam Témakörök A légzés

Tartalmak Az élőlények rendszerezése A növények szerepe a bioszférábanoxigéntermelés, szén-dioxid megkötés. Biodísel, alkohol hajtású motorokés hatásuk az élőlényekre. Tartalmak A növények szerepe a bioszférábanoxigéntermelés, szén-dioxid megkötés. Biodísel, alkohol hajtású motorok és hatásuk az élőlényekre. Tartalmak Az ember önfenntartó életműködései és ezek szabályozása A belélegzett levegő minősége. A szennyező gázok és a porszennyezés hatása az ember légzőszervi rendszerére.

12. évfolyam Témakörök

Tartalmak A populációk és az életközösségek Az élettelen környezeti tényezők és ezek A legfontosabb élettelen környezeti tényezők jellemzői, a víz a levegő és a talaj védelme, változásai szennyező vegyületek, üvegházhatás- a megelőzés lehetőségei.

47

Az élővilág evolúciója és a jelenkori bioszféra A fenntarthatóság feltétele. Ökológiai rendszerek A fejlődés alternatív lehetőségei. A bioszféra jelene és jövője Földünk és környezetünk 8. évfolyam Témakörök Tartalmak Természeti adottságaink és a társadalmi- Természeti adottságaink és természeti gazdasági lehetőségek Magyarország erőforrásaink A tájak természeti erőforrásai, tájain természetföldrajzi és társadalmi-gazdasági jellemzők. 9. évfolyam Témakörök A geoszférák földrajza

Tartalmak A kőzetburkok földrajza A geotermikus energia felhasználásának lehetőségei, elterjedési területei. A légkör földrajza A szélerőművek. A vízburok földrajza. A vízierőművek építésének ökológiai és társadalmi hatásai. Az ár-apály erőmű, mint a megújuló energiaforrás egyik példája.

10. évfolyam Témakörök A világ változó társadalmi gazdasági képe

Tartalmak A gazdasági élet szerkezetének átalakulása A környezetbarát technológiák alkalmazása a fejlett és a fejlődő országokban. A világgazdaság jellemző folyamatai. A környezeti szennyezések csökkentése-a fejlett és fejlődő országok ellentéte. A világgazdaságban különböző szerepet Magyarország betöltő régiók, ország csoportok és A környezetszennyezés csökkenése a rendszerváltás után-nehézipar országok. visszaszorulása, új technológiák, korszerűbb közlekedés. A globális környezeti problémák földrajzi A demográfiai robbanás, az élelmezési válság, a nyersanyag- és energiaválság, az vonatkozásai urbanizáció környezeti következményei. Fizika 7. évfolyam Témakörök Hő és energia

Tartalmak Hőtan Az égéshő- a hőerőművek környezeti hatásai

48

Energiamegmaradás

Az energia megmaradásának tudatosítása. Annak tudatosítása, hogy az energiakészletek végesek, ezért életfontosságú az ésszerű energiahasználat.

8. évfolyam Témakörök

Tartalmak Elektromos alapjelenségek, egyenáram Az elektromos munka és az elektromos Háztartási berendezések teljesítménye és fogyasztása-energiatakarékos életmód. teljesítmény Elekrtomágneses indukció, váltakozó áram Az energiatakarékosság globális stratégiai Az elektromos energiahálózat. jelentősége. Az energiatakarékosság. Az energiatakarékosság hétköznapi, gyakorlati magvalósítása. 10. évfolyam Témakörök Egyenáramú hálózatok Elektromos teljesítmény 11. évfolyam Témakörök A fény kettős természete A maghasadás Magfúzió

Tartalmak Elektrosztatika Galvánelem környezetszennyező hatásaveszélyes hulladékok, tölthető elemek, akkumulátorok. Energiatakarékos fogyasztók használata Tartalmak Modern fizika A napelem, mint megújuló energiaforrás, és a kimerült elemek kezelése. Magfizika Atombomba, atomerőmű. Az atomenergia felhasználásának előnyei és kockázata- atombalesetek, tiszta energia. A magfúziós erőmű előnyei.

A tanórán kívüli foglalkozásként szervezhetünk környezetvédelemmel foglalkozó szakköröket. A jeles napokról mindig érdemes megemlékezni témanap, vagy témahét formájában. Mivel a környezeti nevelés fontos mottója a- környezetért, környezetről, környezetben-, szervezni kell több olyan programot, melyet a szabad ég alatt bonyolíthatunk le. Fontosak az állatkerti órák, kirándulások, erdei iskola. Sok gyerek csak akkor döbben rá, hogy milyen is a tiszta levegő , a csillagos ég , ha elhagyja azt a kisebb , vagy nagyobb várost, amelyben él. Egy erdőből visszatérve a parkok igen silány másolatnak tűnnek. Az erdei iskola egész hetes programot kínál mind a tanárok, mind a diákok részére. Egyszerű körülmények közt élve könnyen rádöbbenünk, mennyi felesleges dolgot használunk. Egy erdei iskolában rengeteg tapasztalatot szerezhetünk és amit megtapasztalunk, az könnyebben a részünké válik.

49

5.4 A napenergia kérdésének beépítése a különböző tanórákba, iskolán kívüli tevékenységekbe A napenergiával kiemelten foglalkozhatunk a 10. évfolyamban, mikor a Föld országainak gazdasága kerül bemutatásra. Minden ország felhasznál elektromos energiát, a diákok összehasonlíthatják az egyes államok energiafogyasztását, megvizsgálhatják, mely ország tudná a legsikeresebben felhasználni a napenergiát a földrajzi adottságainak megfelelően. Kiszámolhatják, hogy Magyarország melyterülete a legalkalmasabb a napelemek és napkollektorok telepítésére. Rajz, illetve technika óra kapcsán is beszélhetünk a napenergia felhasználásáról. A passzív házak igen jelentősen csökkenthetik a fűtés és villanyszámlát. A tanulók tervezhetnek egy makett asztalt, domborzattal, növényzettel és próbálkozhatnak energiatakarékos házak megtervezésével, melyek modelljét az asztalon elhelyezne, a Nap járását egy égővel modellezve megfigyelhetik a különböző helyiségek megvilágítottságát. Erdei iskola során a tanulóknak lehetőségük nyílik a szabad ég alatt kísérletezni. Komoly és költséges berendezések használata nélkül is fontos kísérleteket végezhetnek. A fekete testek fokozott hőelnyelésének vizsgálata során, mely a fizika témaköréhez kapcsolódik, megismerkedhetnek egy egyszerű napkollektorral, mellyel akár egy nyáron használt hétvégi ház fürdővíz ellátását is meg lehet oldani. Vizsgálva a felhőzet és a lombkorona által kialakított borítottságot, meggyőződhetnek a napenergia egyik árnyoldaláról, miszerint a rendszer csak derült időben működik hatékonyan. Fontos szerepe lehet a különböző testvérvárosok iskoláinak is. A tanulók így távoli társaiktól szerezhetnek tapasztalatot és adhatnak is át, mivel az egyes országokban eltérő a napenergia felhasználásának elterjedtsége.

5.5 A napenergia kapcsolódása a biológia tanításához Az alábbiakban egy példát szeretnék bemutatni a téma biológia órához való kapcsolására. A tanóra címe: A természet napeleme; a fotorendszer, a fotoszintézis.

5.5.1 A téma kapcsolódása a tananyaghoz A fent említett témát bekapcsolhatjuk a biológia oktatás során a fotoszintézis folyamatához. A fotoszintézis folyamatát összehasonlíthatjuk a napelemek működésével. A fotoszintézis a 11. évfolyamon kerül tárgyalásra.

5.5.2 Mely ismeretekre épül? A tanulók az eddigi biológiaórák során már megismerkedtek a fotoszintézis folyamatával és e folyamat jelentőségével. Hozzá kapcsolhatjuk még a fizika órán tanultakat; a fény kettős természetét, valamint a földrajz órán tanultakat; a fosszilis energiahordozók keletkezését. A tanulók a kémiaórák kapcsán már megismerkedtek a kötési energia és a kötésben tárolt energia, valamint a kristályrács fogalmával.

50

5.5.3 Az óra célkitűzése Az órának kettős célja van. Az egyik, hogy a tanulók fejében a fotoszintézis folyamata összefüggő láncolattá álljon össze. Fel szeretném hívni a figyelmet a természet csodálatos összetettségére, arra, hogy a benne lejátszódó folyamatok milyen komplexek, Az emberek a mai világban hajlamosak magukat mindenek felett állónak tekinteni, nem árt hát felvilágosítani magunkat arról, hogy a természet komplexitásával lehetetlen versenyre kelni. A másik cél a témakör környezetvédelmi jelentősége. Fontos felhívni a figyelmet a megújuló energiák jelentőségére. Mind a biomassza energia, mind a napenergia használata ide tartozik. A jelen kor energiafogyasztását a fosszilis energiahordozók csak ideig-óráig fedezik. Fel kell hívni a figyelmet arra, hogy nem elég ölbe tett kézzel várni a készletek kimerülését, illetve pánikba sem érdemes esni. Környezettudatos magatartással csökkenthetjük az energiafelhasználásunkat, illetve a megújuló energiahordozókat hozhatjuk előtérbe. A diákoknak meg kell érteniük; egy esetleges új olajmező felfedezése semmiképp sem áldás a jelen technológiák mellett. 5.5.4 Az óra címe : A természet napeleme ; a fotorendszer, a fotoszintézis. Idő

Tevékenység

0-15 perc

A fotoszintézis, ATP szintézis Kérdve kifejtés és szénhidrátszintézis összefoglalása (1. pont) A tanulók párosával, vagy kisebb csoportonként megkapják a fotoszintézis elemeit, mikor úgy gondolják, hogy az ő részletük következik, felragasztják a megfelelő helyre. A kiadott forrásokat a tanulók Differenciált csoportosan dolgozzák fel. Az csoportmunka 1. forrás a biomassza energiát, a 2. és 3. forrás a fosszilis energiahordozókat, a 4. forrás a széndioxid koncentráció változását mutatja be. Több csoportnak is azonos a témája, de más szempontokat kell figyelembe venniük. (2.pont)

16-22 perc

23-28 perc

28-38 perc

Módszerek

A csoportok a források Tanulói elemzését és a végeredményt kiselőadás bemutatják a társaiknak (3. pont) A napelem működésének Kérdve kifejtés ismertetése (4. pont)

Eszközök szemléltetés Táblarajz felragasztható elemek 1. állapot 2. állapot

és +

1. forrás 2. forrás 3. forrás 4. forrás

Táblavázlat 3. állapot Táblavázlat 4. állapot

51

36-40 perc 41-45 perc

A fotoszintézis és a napelem Kérdve kifejtés működésének összehasonlítása Az órán szerzett ismeretek Beszélgetés összegzése és a tapasztalatok levonása (5. pont)

Projektor

7. táblázat Óravázlat A táblázat 1. pontjához tartozó táblavázlatok 1. állapot: A táblára az óra elején ez a vázlat kerül felrajzolásra, ezt egészítik ki a tanulók a kiosztott szavakkal.

52

2. állapot

Ez a folyamat egy egyszerűsítés, a Biológia II. Dr. Lénárd Gábor féle tankönyvből. Természetesen a széndioxid nem glükozzá alakul, egy több lépéses redukciós kör során hat szénatomos hexóz foszfátok jönnek létre, ezekből monoszaharidok keletkeznek. Végső soron ezek a monoszaharidok polimerizálódnak. Az alábbi források forrása: Mindentudás a megújuló energiaforrásokról Dr. Patay István

53

A 7. táblázat 2. pontjához tartozó források 1.forrás Biomassza felhasználás

www.maya50.freeblog.hu Az élő szervezet szerves molekulákat épít fel a napfény segítségével és a légköri széndioxid megkötésével .A növények a légkörben jelenleg meglévő széndioxidot kötik meg és ez szabadul fel az elégetésük során. Ezekben a molekulákban tárolt kötési energia felhasználható a növények illetve állatok elhalálozása után. 10 tonna biotömeg 50 MWh energiát tud szolgáltatni. A biomassza lehet mezőgazdasági hulladék, pl. széna , kukoricaszár, faipari hulladék, de lehet erre a célra termesztett energiafű is. Más növények is alkalmasak arra, hogy belőlük energiát nyerjünk ki, minden ország az éghajlati adottságainak megfelelően más-más fajt válasz ki. Energiatermelésre Írországban egy fűzfélét, Braziliában a cukornádat, az afrikai országokban pedig az elefántfüvet használják.Az energiafüvet külön erre a célra elkülönített területen termelik , jobb esetben ezen a területen nem terem meg semmi más , mert nagyon rossz minőségű, de előfordul, hogy mezőgazdasági területet vonhatnak el . A. típusú kérdések: Miért előnyös a biomassza használata? Miért előnyős a mezőgazdasági hulladék használata? B. típusú kérdések Miért előnyös a biomassza használata? Miért lehet hátrányos is az energiafű használata?

54

2. forrás

Kőszén felhasználás A fosszilis energiahordozók a korábbi földtörténeti korokban keletkeztek az akkor élt növényi szervezetek maradványaiból. Ezek az élőlények létüket a Nap energiájának köszönhették. Elpusztulásuk után betemetődtek, levegőtől elzárt térben nagy nyomás és magas hőmérsékleti viszonyok közé kerülve szerkezetük átalakult és a növényi eredetű maradványok szénné kristályosodtak. Nagy energiák koncentrálódnak a fosszilis molekulákban, melyek az égetés során szabadulnak fel. Az égetés során felszabaduló energiát többféleképpen fel lehet használni, magát a hőenergiát fűtésre, az energiát továbbá mechanikai energiává lehet alakítani, és át lehet alakítani elektromos árammá. Ezen égés során széndioxid keletkezik. Az energiahordozók többségében azonban nem csak szén található, a levegőbe kijutott anyagokban jelentős szerepet tölt be bennük a kéndioxid. Nitrogéndioxid is keletkezik, de ez nem a szénben van, hanem a levegő nitrogénje oxidálódik az égés során. További problémát jelent, hogy a fosszilis energiahordozókat el kell juttatni a feldolgozási helyükre, illetve az esetleges finomítás után még a fogyasztóig is el kell jutniuk. A szállítás pedig további szennyezéssel jár. A szén bányászata során egyéb anyagokat is kitermelnek, ezek benne vannak az elégetett szénben. 3,5 millió tonna elégetett szénnel 5,25 tonna urán halmozódik fel. Ez a hamuban és a füstszűrőkön jelenik meg. Amit nem fognak meg a szűrők, az erőmű környékén ülepedik ki és növeli a térség radioaktivitását. A típusú kérdések: Hogyan keletkezett a kőszén? B típusú kérdések: Mi a kőszén felhasználás hátránya?

55

3. forrás Kőolaj és földgáz felhasználás

www.cerebrating200years.noaa.gov A fosszilis energiahordozók a korábbi földtörténeti korokban keletkeztek az akkor élt állati szervezetek maradványaiból. Ezek az élőlények létüket a Nap energiájának köszönhették. Elpusztulásuk után betemetődtek, levegőtől elzárt térben nagy nyomás és magas hőmérsékleti viszonyok közé kerülve szerkezetük átalakult és az állati eredetű szerves anyag folyékony vagy légnemű szénhidrogénekké alakult át. Nagy energiák koncentrálódnak a fosszilis molekulákban, melyek az égetés során szabadulnak fel. Az égetés során felszabaduló energiát többféleképpen fel lehet használni, magát a hőenergiát fűtésre, az energiát továbbá mechanikai energiává lehet alakítani, és át lehet alakítani elektromos árammá. Ezen égés során széndioxid keletkezik. Az energiahordozók többségében azonban nem csak szén található a levegőbe kijutott anyagokban jelentős szerepet tölt be bennük a kéndioxid.. Nitrogéndioxid is keletkezik, de ez nem a szénben van, hanem a levegő nitrogénje oxidálódik az égés során. További problémát jelent, hogy a fosszilis energiahordozókat el kell juttatni a feldolgozási helyükre, illetve az esetleges finomítás után még a fogyasztóig is el kell jutniuk. A szállítás pedig további szennyezéssel jár. A típusú kérdések: Hogyan keletkezett a kőolaj és földgáz? B típusú kérdések: Mi a kőolaj és földgáz felhasználás hátránya?

56

4. forrás A széndioxid koncentráció változása

www.jelek.hu A. típusú kérdések: Mikortól tapasztalható jelentős emelkedés és mi lehet ennek az oka?

57

7. táblázat 3.pontja: A források elemzésének bemutatása

keletkezése előnye

biomassza Mezőgazdasági hulladék napjainkban

Energiafű

Hulladék, nem von el földterületet. A korábbi földtörténeti idők során kivont szenet nem juttatja vissza a levegőbe.

hátránya

fosszilis kőszén

Kőolaj és földgáz Korábbi napjainkban Korábbi földtörténeti földtörténeti korban korban az Nagy az A korábbi Nagy energiasűrűsége. energiasűrűsége földtörténeti idők során kivont szenet nem juttatja vissza a levegőbe. Területet vonhat Növeli a légtér Növeli a légtér széndioxid el széndioxid koncentrációját, koncentrációját, káros további káros további anyagokat is a anyagokat is a levegőbe juttat levegőbe juttat

8. Táblázat Források elemzése 4. forrás elemzése A széndioxid koncentráció változása A típusú kérdések: Mikortól tapasztalható jelentős emelkedés és mi lehet ennek az oka? A széndioxid koncentráció fokozatos emelkedését figyelhetjük meg a 19.századtól kezdve, oka az ipari forradalomban keresendő. 5. pont Összehasonlítás

foton Növény A pigmentrendszerben gerjesztett e-

NAP

foton napelem Gerjesztett e- a kristályrácsban

NADPH2 és ATP termelés Széndioxid megkötés

Töltéskiegyenlítődésre való törekvés

Monoszaharid termelés Poliszaharid szintézis

Elektromos áram

Faanyag (cellulóz) elégetése Elektromos áram

58

Az ábrát projektor segítségével lehet bemutatni. Meg van animálva, minden egyes szöveg kattintásra jelenik meg.

6. Összegzés Szakdolgozatom első fejezeteiben a századunk energiafelhasználását vizsgáltam bemutattam a fosszilis energiahordozók használatát és használatuk környezetre káros következményeit. A további fejezetben bemutattam a megújuló energiákat és azok használatának lehetőségét. Szakdolgozatom témájának megfelelően a további fejezetekben részletesen foglalkoztam a napenergia felhasználásának lehetőségeivel. A Váli-völgy térségének vizsgálata során egy napkollektoros rendszer felépítését mutattam be, kiszámoltam a megtérülési időre vonatkozó lehetőségeket. Számolásaim eredménye 7 év megtérülési idő lett, amely elég kedvezőnek tekinthető. Természetesen ez az idő nem biztos, hiszen nagy hatással van rá a gáz árának változása és az időjárás is. A napkollektoros, napelemes rendszerek alkalmazása egyre szélesebb körben elterjed, de a magas rendszerárak, a viszonylag hosszú megtérülési idő, és az állami támogatás hiánya miatt nem mindenki számára megvalósítható. Természetesen a törvényalkotóknak nem csak a felhasználók felé kell támogatást biztosítani, de a kutatások és fejlesztések támogatása is rendkívül fontos hogy hatékony és olcsó rendszerek kerülhessenek forgalomba Természetesen egy napkollektoros rendszer felépítése során nem csak az anyagi nyereséget kell figyelembe venni. Ezen berendezés használata során csökkenthetjük a szén-dioxid kibocsátást, ezáltal környezetünk terhelését. A szakdolgozatom szakmódszertani fejezetében a napenergiának és a tantárgyaknak a kapcsolódási pontjait próbáltam megkeresni és bemutatni. Egy rövid példán bemutattam, hogyan lehet kapcsolódni a technika, rajz órához. Részletesen ismertettem egy biológia órát, melyhez szintén a napenergia témakörét kötöttem. A leghatásosabb helyszínek azonban a környezeti nevelésre az erdei iskolák, szakkörök, kirándulások . itt lehetősége van a pedagógusoknak az alaposabb felkészülésre, a tanulók pedig jobban elmélyülhetnek a témában. A megújuló energiáknak nagy jelentőségük lesz az elkövetkezendő időkben és az energia felhasználói, a választópolgárok a most iskolában tanuló fiatalok lesznek. Ha elsajátítják és elfogadják a környezettudatos gondolkodást, helyes döntéseket hoznak a jövőben, ami nem csak egyéni, de globális érdek is.

59

Köszönetnyilvánítás: Ez úton szeretnék köszönetet mondani Dr. Horváth Ákos témavezetőmnek, aki kiváló szakmai tudásával mindig segítségemre volt. Böddiné Dr. Schróth Ágnes szakmódszertani konzulensnek, szíves segítségéért. Édesanyámnak, aki mindig mellettem állt.

Felhasznált irodalom: 1. Környezeti fizika Dr. Kiss Ádám, Dr. Horváth Ákos, Babák György Tessedik Sámuel Főiskola Mezőgazdasági Víz és Környezetgazdálkodási Főiskolai Kar Szarvas 2001 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 fejezetek 2. Fundamentals of college PHYSICS, Peter Nolan 2. edition STATE University of New York at Farmengale, chapter 16, page 465---473 3. Mindentudás a megújuló energiaforrásokról Dr. Patay István Felelős Kiadó: Békés Megyei Kereskedelmi és Iparkamara 2007 7-11 oldal, 4. fejezet 55-92 oldal 4. Tabajd, Rávai Ágnes, lektorálta Mészöly Dezső Felelős kiadó Horváth Judit 77-105 oldal 5. Növényélettan A növényi anyagcsere 1. Láng Ferenc ELTE Eötvös Kiadó 4. fejezet 177-263. oldal 6. Biológia III. Dr. Lénárd Gábor Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2. fejezet 34-38 oldal, 37 oldal—39. ábra, 38 oldal—40. ábra 7. Környezeti nevelés a középiskolában Schróth Ágnes Trefort Kiadó Budapest 2004 78-92 oldal, 224-240 oldal, 271-278 oldal, 8. Állami Topográfiai Térkép 1:50000 L-34-14-C Bicske 9. Bélápai Lovas Centrum Engedélyeztetési terv Internetes források: www.naplopo.hu www.abako.hu www.nyf.hu www.tuzelestechnika.hu www.agronaplo.hu/pictures/1550/kicsi/41/repce1.jpg

www.reak.tx.hu www.naplopo.hu/napsug.html www.naplopo.hu/pdf/arlista/pdf www.primagaz.hu www.maya50.freeblog.hu www.cerebrating200years.noaa.gov www.jelek.hu

60

Függelék1. 1. ábra: Helyszínrajz

1. táblázat : Épületadatok 1. Szélfogó 3,75 m2 2. Előcsarnok 41,89 m2 3. Recepció 17,00 m2 4. Közlekedő 11,00 m2 5. Férfi öltöző 14,11 m2 6. Férfi mosdó + WC 8,16 m2 7. Női öltöző 8,50 m2 8. Női mosdó 5,00 m2 9. WC helyiség 5,00 m2 10. Szertár 13,50 m2 11. Közlekedő 3,36 m2 12. Személyi öltöző + 8,50 m2 mosdó + WC Összesen:

13. Személyi öltöző + mosdó + WC 14. Istálló folyosó 15. Patamosó 16. Nyeregtároló 17. Nyeregtároló 18. 24 db ló boksz 19. Kazánhelyiség 20. Előtér 21. Földes-árú raktár 22. Fedeles lovarda 23. Szerszámtartó 24. Raktár

6,90 m2 2*91,00 m2 2*8,20 m2 24*10.56 m2 9,52 m2 3,30 m2 4,41 m2 -

1.538 m2 61

2. táblázat Épületadatok Emelet: 25. Előtér, étterem 132,59 m2 26. Előtér 27. Férfi mosdó + WC 28. Női mosdó + WC 29. Közlekedőfolyosó 30. Előtér 31. Vendégszoba 32. Vendégszoba 33. Fürdőszoba 34. Előtér 35. Zuhanyzó 36. Vendégszoba 37. Előtér 38. Zuhanyzó 39. Vendégszoba 40. Előtér

8,40 m2 3,74 m2

41. Zuhanyzó

4,56 m2

42. Vendégszoba 43. Előtér 44. Zuhanyzó 45. Vendégszoba

16,00 m2 3,60 m2 3,42 m2 12,80 m2

46. Előtér 47. Fürdőszoba 48. Vendégszoba 49. Vendégszoba 50. Tisztaruha raktár Összesen : 614,57 m2

4,57 m2 5,76 m2 9,29 m2 20,80 m2 7,90 m2

3,74 m2 38,18 m2 4,74 m2 17,32 m2 17,69 m2 5,98 m2 3,60 m2 3,42 m2 12,80 m2 4,20 m2 3,99 m2 13,32 m2 4,80 m2

51. Mosó-és 10,11 m2 szárítóhelyiség 52. Szennyes raktár 10,11 m2 53. Előtér 14,50 m2 54. Előszoba 55. Fürdőszoba 56. Lakókonyha 57. Szoba 58. Szoba 59. Terasz 60. Pincérfolyosó 61. Közlekedő 62. Fehérmosogató 63. Éttermi konyha 64. Feketemosogató 65. Húselőkészítő 66. Személyzeti öltöző 67. Személyzeti mosdó + WC 68. Vegyi árú raktár 69. Iroda 70. Hulladéktároló 71. Zöldség előkészítő 72. Hűtőraktár 73. Szárazárú raktár

6,60 m2 6,40 m2 22,32 m2 15,00 m2 13,70 m2 39,85 m2 10,32 m2 18,98 m2 7,20 m2 15,63 m2 6,23 m2 8,20 m2 5,08 m2 4,65 m2 1,50 m2 7,48 m2 2,91 m2 7,12 m2 5,37 m2 8,10 m2

3. táblázat Épületadatok A fűtött helyiségek térfogata: Előtér, étterem Vendégszoba Vendégszoba Fürdőszoba Zuhanyzó Vendégszoba Zuhanyzó Vendégszoba Zuhanyzó Vendégszoba

4,15m *132,59 m2=550,2485 m3 2,90m *17,32 m2=50,225 m3 2,90m *17,69 m2=51,301 m3 2,90m *5,98 m2=17,342 m3 2,90m *3,42 m2=9,918 m3 2,90m *12,80 m2=37,12 m3 2,90m *3,99 m2=11,571 m3 2,90m *13,32 m2=38,628 m3 2,90m *4,56 m2=13,224 m3 2,90m *16,00 m2=46,4 m3 62

Zuhanyzó Vendégszoba Fürdőszoba Vendégszoba Vendégszoba Fürdőszoba Szoba Szoba Személyzeti öltöző Iroda Összesen:

2,90m *3,42 m2=9,918 m3 2,90m *12,80 m2=37,12 m3 2,90m *5,76 m2=16,704 m3 2,90m *9,29 m2=26,941 m3 2,90m *20,80 m2=60,32 m3 2,90m *6,40 m2=18,56 m3 2,90m *15,00 m2=43,5 m3 2,90m *13,70 m2=39,73 m3 2,90m *5,08 m2=14,732 m3 2,90m *7,48 m2=21,692 m3 1115,1945 m3

Függelék 2. 1. ábrasorozat Déli tájolású, 45°-os dõlésszögű felületre érkezõ globális napsugárzás havi menete

2007. január Havi sugárzásösszeg: 55.223 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 1.781 Wh/(m2.nap)

2007. február Havi sugárzásösszeg: 59.578 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 2.128 Wh/(m2.nap)

63

2007. március Havi sugárzásösszeg: 114.337 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 3.688 Wh/(m2.nap)

2007. április Havi sugárzásösszeg: 183.961 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 6.132 Wh/(m2.nap)

2007. május Havi sugárzásösszeg: 170.645 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 5.505 Wh/(m2.nap)

64

2007. június Havi sugárzásösszeg: 173.391 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 5.780 Wh/(m2.nap)

2007. július Havi sugárzásösszeg: 181.316 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 5.849 Wh/(m2.nap)

2007. augusztus Havi sugárzásösszeg: 161.366 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 5.205 Wh/(m2.nap)

65

2007. szeptember Havi sugárzásösszeg szeptember 16-ig: 128.040 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 4.268 Wh/(m2.nap)

2007. október Havi sugárzásösszeg: 91.698 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 2.958 Wh/(m2.nap)

2007. november Havi sugárzásösszeg: 64.870 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 2.162 Wh/(m2.nap)

66

2007. december Havi sugárzásösszeg: 27.791 Wh/m2 Átalagos napi sugárzás: 896 Wh/(m2.nap) Függelék 3. Kiegészítések egy óra részletes tervezetéhez: 1. ponthoz: Milyen színű a növényi levelek többsége? Zöld. Minek köszönhetjük ezt a színt? A növényi levelek azért zöld színűek, mert a látható fény zöld színű hullámhossz tartományába eső fénysugarakat nem képesek hasznosítani, visszaverik, vagy áteresztik azt, ezért látjuk zöldnek őket. Mely molekulák vesznek részt a látható fénysugarak felfogásában? Ezeket a molekulákat fényelnyelő pigmenteknek nevezzük, lehetnek klorofill típusú vegyületek, vagy karotinoid típusú vegyületek. Mi ezeknek a vegyületeknek a funkciója? A Napból jövő fényenergiát alakítják át kémiai energiává. Hogyan történik meg ez az átalakítás? Mind a klorofill, mind a karotinoid típusú vegyületek tartalmaznak a fényenergia felvételére alkalmas berendezéseket. A karotinoid típusú vegyületekben konjugált kettős kötéseket, míg a klorofillokban delokalizált π-elektron rendszert találunk A konjugált kettős kötésben levő elektronok képesek a beérkező fény fotonjainak energiáját átvenni és így gerjesztett állapotba kerülnek. Ez az állapot a megszerzett energia elvesztésével megszűnik, ennek egyik módja lehet az, hogy az energiát továbbadják más vegyületeknek és végső soron a fotorendszereknek középpontjába továbbítják. A fotoredszerek másik elnevezése a pigmentrendszer. Hány pigmentrendszert különböztetünk meg? Kettőt . Az 1-es és a 2-es pigmentrendszert. Mi a 2-es pigmentrendszer funkciója ? A 2-es pigmentrendszertből gerjesztett és kiszabadult elektron pótolja az 1-es pigmentrendszer elvesztett elektronját. Mi pótolja a 2-es pigmentrendszer elvesztett elektronját? A vízbontás során felszabaduló elektron. Mi keletkezik még a vízbontás során? Egy vízmolekula elbomlása során ½ oxigén molekula és 2 hidrogén ion keletkezik. Mi lesz a hidrogén ion sorsa?

67

A hidrogén ion a NADP+ molekulát NADPH + H+ („NADPH2”)-vá redukálja . Mi a víz szerepe ebben a folyamatban? A víz az elektron donor és a hidrogén donor is egyben. Mi a NADP+ szerepe ebben a folyamatban? A NADP+ a végső elektron akceptor és hidrogén akceptor. Hol játszódnak le a fent leírt folyamatok? A fent leírt folyamatok a színtestben játszódnak le. Hol halmozódnak fel a vízbontás során keletkezett hidrogén ionok? A hidrogén ionok a gránum lumenében vannnak nagyobb koncentrációban. Hol találhatók a NADP+ molekulák? A NADP+ molekulák a színtest plazmaállományában vannak. Hogyan egyenlítődik ki a hidrogén ionok koncentrációja, és mit eredményez ez? A hidrogén ionok áthaladnak egy transzmembrán fehérjén, átjutásuk közben ATP szintetizálódik, és az 1-es pigmentrendszerról származó elektront felvett NADP+ molekula NADPH2-vá redukálódik. Most már rendelkezik a növény redukáló erővel, és energiával, képes lesz szénhidrátokat előállítani. Melyik építőelem szükséges ezen molekulák felépítéséhez? Ez az építőkő a széndioxid. Széndioxid felhasználása során ATP és NADPH molekulák terhére szénhidrátok keletkeznek. Hogyan nevezzük a széndioxid megkötésének reakcióját és mi az? Ez a folyamat a Calvin –ciklus, vagy széndioxid redukciós ciklus. H2O + CO2 = CH2O + O2 Melyek a legelterjedtebb poliszaharidok? A legelterjedtebb poliszaharidok a keményítő és a cellulóz. Mit tudunk a cellulózról? Β-glukóz homopolimer, nagy a szakítószilárdsága, a fás és a lágyszárú növényekben is a szilárdításban van szerepe. Nagyon ellenálló, csak a gombák és baktériumok és puhatestűek egy csoportja, a csigák képesek a lebontására. A tanulók párosával, vagy kisebb csoportonként megkapják a fotoszintézis elemeit, mikor úgy gondolják , hogy az ő részletük következik, felragasztják a megfelelő helyre. 2. ponthoz: A kiadott forrásokat a tanulók csoportosan dolgozzák fel. Több csoportnak is azonos a témája, de más szempontokat kell figyelembe venniük. A gyengébb képességű tanulók a szövegből is megválaszolható kérdéseket kapnak, míg a jobb képességű tanulók elgondolkodtató kérdéseket kapnak. 3. pont: 58. oldal 8. Táblázat 4.pont A napelem működésének ismertetése. A növények tehát képesek megkötni a napenergiát és kémiai energiává alakítják át, mely kémiai energiát az ember kinyeri és felhasználja Létezik egy mesterséges rendszer, mely a Napból jövő fényenergiát képes megkötni, de nem szerves molekulákat állít elő belőle, hanem elektromos árammá alakítja át.

68

Melyik ez a rendszer, mi a neve? Ez a rendszer a napelem. 1953-Chaplin-Fuller-Pearson szilíciumból készítette az első modern napelemet. A cella két különböző (pozitív és negatív), egymással összekapcsolt vékony rétegű félvezető anyagot tartalmazott. A mai félvezetők általában szilíciumból készülnek. A negatív félvezetők kristályos szilíciumból készülnek, ezeket kis mennyiségű foszforral szennyezik. Ennek hatására az anyag felesleges szabad elektronokkal rendelkezik. A pozitív félvezetők kristályos szilíciumból készülnek, ezeket kis mennyiségű bórral szennyezik. Ennek hatására bennük elektronhiány lép fel. A két ellentétes töltésű félvezető körül elektromos mező jön létre, ez okozza a különböző töltésű részecskék ellentétes irányba történő áramlását. A napelemre eső fény fotonokból áll. A napelemen a fotonok energiájukat átadják a félvezetők elektronjaira, így azok magasabb energiaszintre jutnak. A gerjesztett elektronok szabaddá válnak, vándorlásuk során vezetik az áramot. Az elektronok helyén „lyukak” keletkeznek. A rendszerben fordított elektromos mező alakul ki: negatív a pozitív vég, pozitív a negatív vég körül. A kiugrott elektronok a negatív, a lyukak a pozitív vég felé áramlanak, így jön létre az elektromos áram. Mit tanultatok a fény természetéről? A fény hullám és részecske természetű is egyben , az energiát fotonok szállítják. Melyek a fény elkülöníthető sprektrumai? A fény jellemezhető ultraibolya , látható és infravörös tartománnyal. Mely tartományt hasznosítják a növények? A növények a látható fény 380-700 nm közti tartományában képesek elnyelni. A fotoelektromos berendezések az ultraibolya és a látható tartományban nyelnek el. Mi a földi energia forrása? A földi energia forrása a Nap. Milyen formában jut le az energia a földre? Az energia elekrtomágneses sugárzás formájában érkezik a földre, az energiát fotonok hordozzák. Mit csinál a foton a növénybe jutva? A pigmentrendszer elektronjait gerjesztett állapotba emeli, az antennarendszeren keresztül a gerjesztési energia továbbadódik. Az energia vízbontásra használódik fel. A vízbontás során nyert elektront a NADP+ molekula veszi fel és a végső H+ akceptor is. A H+ membránon való átjutása során ATP termelődik. A Calvin-ciklusban a növény megköti a légköri széndioxidot és monoszaharidot szintetizál belőle NADPH2 és ATP felhasználása mellet. A további molekulák szintézise során újabb ATP molekulák energiája épül be a molekulákba. Mi módon nyerhetjük ki mi ezt az energiát? Ha elégetjük a faanyagot, cellulózt, a kötésben tárolt energia hőenergia formájában szabadul fel, ezt az energiát áramfejlesztésre tudjuk felhasználni. Mi történik egy fotonnal a napelemben? A foton a kristályrácsban található egyik elektront gerjesztett állapotba hozza, az elektron magasabb energiaszintre kerül, a pólusoknak megfelelően töltéskiegyenlítődés indulna meg, de ezt a térerő megakadályozza. Az elektronok elektromos áram formájában indulnak meg a negatívtól a pozitív irányba. Az ábrán jól látható, hogy a napelem segítségével sokkal hamarabb megszerezhetjük egy foton energiáját , minta fotoszintézis során. Mi lehet egy napelem hátránya?

69

Habár a napelem működése közben nem termel melléktermékeket, nem bocsát ki széndioxidot, mégis lehetnek hátrányai; az előállítása során keletkező fém és üveghulladék azonban hasznosítható. A berendezés karbantartást igényel, az energiát akkumulátorokban tárolja, nagy figyelmet kell fordítani az akkumulátorok elhelyezésére. Az elhasználódott tönkrement napelemek alapanyagainak egy része is hasznosítható. 5. pont 58. oldalon 6.ponthoz: Összefoglalás A fotoszintézis folyamata egy igen nagy komplexitású folyamat, melyet az élővilág napelemének tekinthetünk. A fotoszintézis során megtermelt energia és szervez anyagok jelentik az állatvilág számára a kapcsolatot a Nap fényenergiájával. Az ember persze nem csak táplálkozási célokra használja fel ezt a megkötött energiát, hanem? Hanem felhasználja fűtésre, mechanikai- és elektromos energia előállítására is . Mi ennek a káros következménye? Növekszik az atmoszféra széndioxid koncentrációja Miért nem jó ez a világnak? Megemelkedik a légkör átlaghőmérséklete, emelkedik a sarki jég és a gleccserek elolvadása miatt a tengerek és óceánok vízszintje, az időjárás kiszámíthatatlanná válik. Mi módon csökkenthetjük a széndioxid kibocsátást? Támogatni kell a megújuló energiák használatát, amilyen, pl. a biomassza energia vagy a napenergia. Milyen módon csökkenthetjük még a széndioxid kibocsátást? Kerülni kell az egy utasos személygépkocsi használatát. Helyette lehet tömegközlekedni, vagy sétálni, kerékpározni, görkorcsolyázni. Egy jól szigetelt családi ház, illetve a panelházak is kevesebb energiát vesztenek, mint szigeteletlen társaik, így felfűtésük a hőtartó képesség megnövekedése miatt sokkal kevesebb energiahordozó elégetését igényli. Nagy jelentősége van még annak is, hogy milyen módon gazdálkodunk az elektromos árammal otthon. Mondjatok pár egyszerű ötletet arra, hogyan lehet az árammal takarékoskodni? Energiatakarékos égők használata, melyek bizonyítottan kevesebbet fogyasztanak. Ha kimegyünk egy helyiségből, lekapcsoljuk a villanyt. Felesleges az éppen nem használt berendezéseket üzemben hagyni, a ki és bekapcsolás sokkal kevesebb energiát fogyaszt, mint a folyamatos üzemmód. A kikapcsolásnak két típusa van, az egyik a stand by állapot, mely kevesebb energiát használ fel, mint ha be lenne üzemelve, de többet, mint a másik állapot, a teljes áramtalanítás, hiszen, ha nincs áram alatt a berendezés, nem is használ fel semmit. Sok energiát megtakaríthatunk még az újra használattal és újrahasznosítással is. Egy tonna újra papír legyártása sokkal kevesebb energiát és vizet igényel, mintha a kii

70