Síkkollektoros napenergia hasznosítás gyakorlati tapasztalatai A Gazdasági Versenyképesség Operatív Program (GVOP) által támogatott, az IngReorg Építıipari Szolgáltató és Kereskedelmi Kft. által 2005-ben indult „Autonóm ház” címő projekt során a Debrecenben létesített új irodaépület és raktárcsarnokra vonatkozó kutatási projekt egyik fı célja feltárni hazánkban a napenergia hasznosítás lehetıségeit Debrecenben, mégpedig egy komplex rendszer segítségével, melynek fı alkotóeleme a napenergia hasznosítás tekintetében a síkkollektorok. A debreceni „Autonóm-ház” projekt során egy olyan napkollektoros rendszer tervezése volt a célunk, mely ellátja az irodaépület használati meleg víz igényét, télen rásegít a főtési rendszerre, nyáron pedig két különbözı módon is megoldható a termelt napenergia tárolása, mivel a napenergia hasznosítás sarkalatos pontja a felhasználásig az energia tárolása.
1. kép: Déli tájolású 45۫ dılésszögő síkkollektorok elhelyezkedése a lapos tetın Nyáron a kapcsolási sorrend alapján a napkollektoros rendszer - amennyiben a használati meleg víz igény ellátása már megoldott – 2 db 100 méter mélységő talajszonda temperálását, valamint 2 db puffer tartály temperálását is ellátja, melynek össztérfogata 126m3. A napkollektorok különbözı tájolásúak, ezért két szivattyú vezérli a rendszert. Az egyik rendszer esetében, déli tájolással 45˚-os dılésszöggel telepítettük a napkollektorokat. A másik rendszer esetében a napkollektorok napkövetıek, így mindig a legjobb hatásfokkal mőködnek. Jelen cikkben a fixen rögzített napkollektorok mérési eredményeit mutatjuk be.
A napkollektoros rendszer bemutatása A projekt tárgyát képezı épületben a napenergiát sík kollektorokkal hasznosítjuk, mely a kapcsolási sorrend alapján több funkcióval is rendelkezik. 1) Használati meleg víz termelés. Az energetikai rendszerben ez könnyen mérhetı, ugyanis a megfelelı pontra integráltunk hımennyiségmérıt. 2) Főtési rendszer rásegítı energiaellátása 3) 2 db 100 méter hosszúságú talajszonda segítségével a földköpeny temperálása, így meg tudjuk határozni, hogy a hıszivattyú milyen hatékonysággal dolgozik az egyik elıfőtött, és a másik, nem elıfőtött földközegben 4) 2 db földbe süllyesztett puffer tartály főtése, melynek össztérfogata 126 m3. A tartályokban elhelyezett 3-3 db hımérı alapján tudjuk ellenırizni a hımérsékletet. A
1
tartályban légköri nyomás van, a hımérıket pedig a vízoszlop tetején, közepén, és alján helyeztük el. A tárolt energiát a téli idıszakban hasznosítjuk.
1. ábra: Déli tájolású fixen rögzített napkollektorok energiatermelése 2007-2008 Az 1. ábrán ábrázoltuk a tavaly június óta üzemelı napkollektorok egységnyi energiatermelését. Megállapítható, hogy a nyári idıszakban átlagosan 80-90 kWh/m2 energiát, téli idıszakban pedig átlagosan 13-15 kWh/m2 termeltek havonta, mely hımennyiség a téli idıszakban elımelegítésre elegendı. Ez év júniusában négyzetméterenként 88 kWh energiát termeltek síkkollektoraink. A 2. ábrán feltüntettük az energia eloszlását, és a külsı átlaghımérsékletet is. Megállapítható, hogy a legmelegebb nyári napon is magas hımérsékletkülönbség alakul ki a környezeti levegı és a napkollektor hımérséklete között. A levegı hımérséklete még nyáron is csak 20-30 °C, a kollektorok hımérséklete pedig csak akkor lehetne ugyanennyi, ha maximum 10-25 °C-os vizet főtenénk. Túlméretezett, magas szoláris részarányra törekvı rendszernél, az átlagosnál erısebb napsütés esetén a kollektorokkal hasznosítható napenergiát a rendszer már nem tudja fogadni, ezért a többlettermelés elvész, az éves hatásfok így alacsony lesz. Ugyanakkor alulméretezett rendszernél mindig biztosított a kollektorokkal hasznosított napenergia felhasználása, ezért magas éves hatásfok érhetı el. A projekt során pontosan ezért alakítottuk ki a nagy össztérfogatú (126m3-es) puffer tartályt, valamint ezért temperáljuk a 2 db talajszonda segítségével a talajt, hogy éves szinten magas hatásfokkal mőködjön a rendszerünk.
2
2. ábra: Síkkollektorok által termelt energia és az átlaghımérséklet alakulása Az épület keleti oldalán helyezkedik el a 126 m3 össztérfogatú két darab földbe süllyesztett puffer tartály, mely több funkcióval is rendelkezik: 1. Napenergia tárolása 2. Tüzivíz tároló: A tartályra megfelelı mérető csatlakozót alakítottunk ki, így egyben az épület tüzívíz tárolójaként is funkcionálhatnak a tartályok. A tartályokban légköri nyomás van, és 3-3 db hımérı alapján tudjuk ellenırizni a tartály hımérsékletet. A hımérıket a vízoszlop tetején, közepén, és alján helyeztük el. A nyári idıszakban eltárolt napenergiát a téli idıszakban hasznosítjuk. A két tartály a téli főtési idıszakban a hıszivattyús főtési rendszerhez csatlakozik, mely ez által biztosítja a főtési és használati meleg víz igényt. A 3. ábrán mutatjuk be a puffer tartály átlaghımérsékletének alakulását 2008. január 1.-tıl. Látható, hogy a főtési szezon végéig a tartályból energiát nyertünk, míg az átlaghımérséklet 8 ˚C alá csökkent. A tavaszi idıszakban a napkollektorokból érkezı energiát tároljuk, így a tartály átlaghımérséklete megemelkedett, májustól június végéig 8 ˚C-al emelkedett az átlaghımérséklete. 2008. júniusban a tartály átlaghımérséklete 14,3 ˚C.
3
3. ábra: Puffer tartály átlaghımérséklete
4. ábra: KPE csöves napkollektor energiatermelése A projekt során kutatási jelleggel szigeteletlen KPE csöves napkollektort is alkalmazunk, mely szintén a korábban említett földbe süllyesztett puffer tartályra dolgozik. A 4. ábrán mutatjuk be a KPE csöves kollektor által termelt energiamennyiséget, és a külsı átlag hımérsékletet. Megállapítható, hogy nem csak a külsı hımérséklet függvénye az energiatermelés mértéke, ugyanis átlagos külsı hımérséklet esetén, de magas napfény
4
besugárzási arány mellett is képes termelni ez a rendszer, mint ahogy látható a 2008. június 19. – 2008. június 20. eredményekbıl. Bıvebb információt a projekttel kapcsolatban a www.fold-energia.hu weboldalon találhatnak. Készítette: Dibáczi Zita – Projektmenedzser Szemán Róbert – Épületgépész mérnök
5
