A napenergia hasznosítás kétféle alap formája

Mit jelent a napenergia? Mint előző cikkünkben láthattuk, a napenergia táplálja a Földet, az életet. Nos, Mr. Edison örömmel jelenthetem, hogy alig 80 év elteltével, műszaki és technikai értelemben készen állunk arra, hogy belépjünk a „NAPKORSZAKBA” ám társadalmi, de főleg politikai oldalon mielőbb le kell győzni azokat az ellenző erőket, melyek akadályozzák illetve lassítják ezeket a folyamatokat.

Hogyan hasznosíthatjuk?

A napenergia – jelenlegi tudásunk szerint – primer módon, alapvetően háromféle formában hasznosítható. Hőenergia (termikus energia hasznosítás), villamos energia, bioenergia (biomassza energia, fotoszintézis). A természet élővilága több millió éve hasznosítja ezeket (növények, állatok). Gondoljunk csak arra, hogy a hidegvérű állatok (krokodil, kígyók) „hidegindítója a NAP”.

Ám elsőként az emberi tudás teremtette meg azokat az eszközöket, melyekkel lényegesen hatékonyabban és főleg másféle formákban is nyerhetünk energiát a NAP-ból. A napsugárzás (napszél) egy összetett elektromágneses sugárzás, ennek egy része életünkre nézve káros vagy zavaró (Földünk légköre szerencsésen eddig megvédett ettől), más része számunkra is hasznosítható, sőt nélkülözhetetlen (látható fény 390-700 nm, hősugárzás 0,9 – 3,5 /um).

A napkollektor – a nevében is jelzett módon – a nap hősugárzását hasznosítja, hatékonyan összegyűjti. Az elvet már az 1800-as években ismerték, de ipari termék-szerű változat csak közel 120-140 esztendő után jelent meg, elsőként sík kollektorok formájában. Mint minden új eszköznek, ennek is egyszerre vannak előnyös és hátrányos tulajdonságai.

Előbbire az ipar és kereskedelem csap le szinte azonnal, utóbbi gazdag szellemi legelőt jelent a feltalálók, mérnökök, az „alkotó elme” számára, akik hamarosan továbbfejlesztik a „tökéletes megoldásokat”. A napsugárzás energiájának csak mintegy 50% -a éri el a földfelszínt, de ez így is tökéletesen elegendő.

A sugárzás direkt és szórt sugárzás formájában van jelen, melynek aránya változó. A tiszta, felhőtlen égbolt esetében is a direkt – szórt arány mintegy 75% / 25% lehet, télen többnyire ennek fordítottja áll fenn. Vannak eszközök, melyek jobban hasznosítják a szórt sugárzást, ezért bizonyos körülmények között hatékonyabbak.

Így alakultak ki a vákuumcsöves kollektorok, melyeknek több formája ismeretes (heat- pipe; „cső-a csőben”; „dewar vagy termosz-falú”; hátsó koncentrátoros „CPC”; stb). A sík és vákuumcsöves kollektorok többsége magas technológiai színvonalon előállított, bevizsgált termék, ennek ellenére a piacon sajnos mindenféle forrásból származó eszköz is megtalálható.

Bizonyos kereskedők, forgalmazók – kizárólag saját portékájukat dicsérve – túlzó vagy akár irreális adatokat is közölhetnek. Ezt elkerülendő, javasoljuk mindenkinek, hogy lehetőleg nemzetközi minősítésekkel (SPF, Fraunhofer, TÜV, Solar Keymark, stb.,) rendelkező kollektorokat vásároljanak (az ide vonatkozó fontos szabványok DIN EN 12975-1; DIN EN 12975-2; EN 12976 – gyári készítésű HMV előállító eszközök; ENV 12977 – tároló tartályok).

Sajnos a természet és a fizika nem engedi meg, hogy csodákat műveljünk! Az átlagos műszaki kivitelű kollektorok éves hozama 520-580 kWh/m2 körül várható. Igényesebb műszaki megoldásokkal elérhetünk évi 600-750 kWh/m2 hozamokat. A felsőbb kategóriát a 720 – 800 kWh/m2 évi hozamok jelentik.

A csúcskategóriát ma a parabola koncentrátoros napkövető rendszer jelenti. Ez mindig optimálisan termel és nincs felesleges túltermelése. Ezek bekerülési ára is magasabb, de a minőség mindig hamarabb megtérül! Gondoljunk az egyre gyakrabban bekövetkező viharokra is: az olcsóbb kategóriájú eszközök (főleg vákuumcsövek) üvegfal vastagsága csekély (1,1-1,2mm), ezért már kisebb jégre is törnek. A komolyabb eszközök falvastagsága 2,7 mm.

Mi az, amit elvárhatunk egy kollektor rendszertől?

Sajnos – az interneten olvasható szakmai szabadosság miatt – sokan túlzott elvárásokat fogalmaznak meg nemcsak a kollektorokkal, de a megújuló energiákkal szemben is. Fontos tudnunk, hogy egy erős nyári napsütésben a sík kollektorok és a vákuumcsöves kollektorok között gyakorlatilag szinte nincsen hozambeli különbség, míg az őszi-téli időszakban a vákuumcsöves kollektorok többlet hozama szakmailag bizonyított és nem vitatható.

Használati meleg vizet állít elő a teljes család számára az évi igény 78-85 %-ában (1 fő, 50l víz, 1 m2 kollektor). Segít felfűteni a kinti vagy benti medencét (kb. 2 hónappal hosszabbítja a fürdési szezont). Rásegíthet a fűtésünkre – megfelelő rendszer kialakítása esetén!

Mi az, amit nem tud?

A jelenlegi magyar klímaviszonyok között a napkollektorral soha nem lehet 100%-ban kifűteni a házat, a lakást! Mindig szükség van egy kisegítő, tartalék energiaforrásra. Viszont kedvező időjárás esetén – hideg idő, de sok téli napsütés – rendkívül sok költséget megtakaríthat számunkra.

A kollektorokat egyéb rendszerelemekkel kiegészítve alkalmazzuk (tartályok, vezetékek, szabályozó vezérlő, stb), alkalmazásuk többnyire gépészeti tervezés alapján történik, és egyszerűbb esetekben nem igényel különösebb engedélyt. A napelemek – villamos áramot termelnek. Sem az eszköz, sem a működés elve a természetben nem található meg, a BELL (USA) laboratórium munkatársai találták fel 1954-ben („Bell cell”).

A nap fényét, egy – akkor még – különleges félvezető eszköz villamos árammá alakítja, melyet azonban csak további átalakítások után tudunk általánosabban használni. Kollektor sorstársaihoz hasonlóan, itt is sok-sok technológia, termék és gyártó verseng a piacon. A vásárlói csapda szerkezete szinte ugyanaz, „jobbnál-jobb” és „rosszabbnál-rosszabb” termékek áradatában kell megtalálnunk a számunkra legmegfelelőbbet.

A primer átalakítási hatásfok a 5-8%-tól a 12-18%-ig terjed, ez azonban korántsem jelenti azt, hogy legmagasabb hatásfokú napelem termeli a legtöbb energiát. Az energiatermelő képesség legkomplexebb mérőszáma a termelési hatékonyság (angolul PR, performance ratio).

Az alábbi táblázatban nagyon vázlatosan felsoroltuk a legfontosabb típusokat és paramétereket

Kristályos (c_Si)

• Primer hatásfok (%) 14-18%
• Teljesítmény sűrűség (W/ m2) 110-120 Wp/m2
• Fajlagos energia hozam (kWh/kWp) 890-970

Poli-kristályos(p_Si)

• Primer hatásfok (%) 12-14%
• Teljesítmény sűrűség (W/ m2) 100-105 Wp/m2
• Fajlagos energia hozam (kWh/kWp) 850-960

Amorf(a_Si)

• Primer hatásfok (%) 5-8%
• Teljesítmény sűrűség (W/ m2) 50-80 Wp/m2
• Fajlagos energia hozam (kWh/kWp) 960-1060

A feladat így hangzik: megfelelő célra megfelelő napelemet kell alkalmazzunk, csak így lehetünk hatékonyak.

A napelemes rendszerek esetében is többféle rendszertípust különböztetünk meg. A két legfontosabb a sziget üzem és a hálózatra termelő üzemmód. 2008 jan.-tól hatályos törvény (VET villamosenergia törvény, 2007. évi LXXXVI. Törvény) elismeri az 50 kW-nál nem nagyobb, ún. „háztartási kiserőmű” fogalmát, melyben nincs menetrend adási kötelezettség.

Ezzel lehetőség nyílik, hogy magántermelők – saját felhasználást csökkentő céllal – energiát termelhessenek vissza a hálózatra, így éves viszonylatban számlájuk akár „nulla Ft” (vagy pozitív SALDO) is lehet. Beruházás/hozam szempontjából a leghatékonyabb azonban egy olyan termelési arány betartása, amely esetben igényünk mintegy 60-80%-át fedezzük napelemmel.

Magyar viszonyok között egy átlagos 4 fős család teljesítmény igénye 1,5-2,5 kW között mozog. Ennek fedezete napelemes rendszerrel mintegy (1,2-1,35) MFt – (2,1-2,4) mFt körüli összegből megoldható. A termelő szerződést köt a helyi áramszolgáltatóval. A kiépített rendszer teljesen automatikus működésű, csekély karbantartást igényel.

A helyi áramtermelés a jövő energetikájának egyik legfontosabb eleme. Ne utaztassuk az energiát – inkább termeljük meg helyben! A cikksorozatunk a GAIASOLAR kft (www.gaiasolar.com ) támogatásával készült