Villanyszerelők Lapja

A nap- és szélenergia kiaknázásának lehetőségei a gyakorlatban II.

2006. május 1. | Ferenczi Ödön |  3544 | |

Az alábbi tartalom archív, 14 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A nap- és szélenergia kiaknázásának lehetőségei a gyakorlatban II.

Cikksorozatunk második részében először folytatjuk az önellátó, sziget-üzemű, autonóm alkalmazási területek felsorolását.

2. Ezek közé tartozik a vízszivattyú, a víz-levegőztető, a világítási rendszer, a villanypásztor stb. áramellátása az elektromos hálózattól távol levő mezőgazdasági övezetekben (víztározók feltöltésére, halastavak vizének levegőztetésére – oxigéndúsítására – és vízpótlására, szennyvíztavak oxigéndúsítására, kis kertek, kertészetek, magángazdaságok, állattenyészetek, vadászterületek vízellátására, legelőkön itatóvíz biztosítására). Az ilyen szélgenerátoros, illetve napelem-modulos vagy hibrid rendszerek előnye az, hogy az esetek többségében sem akkumulátor, sem inverter nem szükséges a megvalósításhoz (13. ábra). A szervizigény is minimális. A szélgenerátor akár 1 km-re is lehet a szivattyútól. Gazdaságosságában versenyképes a dízel/benzinmotoros aggregátorral. Vízszivattyúzás ez esetben csak akkor van, ha süt a nap vagy fúj a szél.

3. Közlekedési eszközök (vitorlás hajók, jachtok, lakókocsik stb.) áramellátása (14. ábra). Az ábrán lévő jachton 1 db 400 W-os Air X Marine típusú szélgenerátor, valamint 1 db 175 W-os napelem-modul nyújt elektromos energiát. Az ábra jobb oldalán (kempingezésnél, hajózásnál stb. használt) mobil, max. 2000 W teljesítményű benzinmotoros áramfejlesztő látható.

4. Mélyhűtés, klimatizálás, szellőztetés: tipikus napelem-modulos alkalmazási terület, mivel a hűtéshez megbízható áramellátás szükséges. Itt gyakorlatilag „egybeesik” a kínálat (a napsütés) és az igény (pl. a hűtés) időpontja. Például szolár ventilátoros szellőztető rendszer gondoskodik a szükséges légcseréről, a gyümölcsszárító-aszaló berendezések, fóliasátrak, télikertek, tetőterek, magukra hagyott gépjárművek, lakókocsik stb. levegőcseréjéről. E berendezéseknél a ventilátor a napsugárzás hatására automatikusan lép működésbe.

5. Távközlés: út menti segélyhívók, átjátszóállomá-sok, mikrohullámú adóállomások, adattovábbító rendszerek stb. energiaellátása ott, ahol a létesítmény megközelítése nehézkes vagy pl. helikopter nélkül lehetetlen.

6. Navigációs (folyami, tengeri stb.) segédeszközök, világító bóják, tornyok, távvezetékoszlopok jelzőfényeinek tápellátása stb.

7. Utcai közvilágítási lámpák, kerti útmegvilágító lámpák. E lámpák napelemei a nappal begyűjtött fényenergiát az akkumulátoraikban tárolják, s a világítást szürkületkor (illetve mozgás érzékelésekor) kapcsolják be.

Hálózatra visszatápláló rendszerek a gyakorlatban

A nap- és szélenergiás rendszereket ma már nemcsak az elektromos hálózattal el nem látott helyeken használhatjuk, hanem ott is, ahol rendelkezésünkre áll a közüzemi elektromos hálózat.

A 15. ábrán a hálózattal interaktív kapcsolatban álló, 20 kW csúcsteljesítményű napelem-modulos rendszer látható (voralbergi családi ház). A hálózatra visszatápláló rendszernél az általunk fel nem használt elektromos energiát a helyi áramszolgáltató megvásárolja. (Hazánkban jelenleg nem kifizetődő!) Napelem-modulos, illetve csak szélgenerátoros rendszereknél 2, illetve 3 kW felett lehetséges a hálózatra kapcsolás, vagyis az interaktív módon való vételezés, illetve visszatáplálás (amennyiben a helyi áramszolgáltató engedélyezi). Természetesen az energiaellátás biztonságának (szünetmentességének), a hálózatról érkező tranziens jelenségek, feszültségingadozás és egyéb zavarjelek kivédése céljából on-line üzemmódot célszerű alkalmaznunk. Itt az esetek többségében a vezetékes elektromos energia csak biztonsági tartalék.

Az ilyen hálózatra visszatápláló, nap- és szélenergiát hasznosító rendszert egy vagy több napi áramtartalék akkumulátorbankkal is el kell látni. Így a közüzemi áramellátás kimaradásakor sem maradunk elektromos energia nélkül (szünetmentes áramellátás).

A legkorszerűbb, legmegbízhatóbb szünetmentes rendszereknél a betáplálás prioritása a következő:

  1. egyenáram napelem-modulokról,
  2. egyen- (illetve váltakozó) áram szélgenerátorról,
  3. váltakozó áram az áramszolgáltató hálózatról,
  4. váltakozó áram vésztartalék áramforrásról (aggregátor).

A kimenet vonatkozásában a következő szempontok veendők figyelembe:

  1. szünetmentes áramellátás,
  2. tiszta zavarmentes szinuszos feszültség,
  3. mentesség a hálózatról érkező zavarok ellen,
  4. az áthidalási idő az alkalmazott akkumulátorbank tárolóképességétől függ,
  5. a napelem-modulok és a szélgenerátor által megtermelt energia teljes mértékben hasznosul.

Telepítési meggondolások, energiahozam

Szélgenerátorok telepítési irányelvei a következők. Hol célszerű szélgenerátort felállítani? Mik a feltételei? Mennyi energiát nyerhetünk velük, és miért a szelet válasszuk?

A kis teljesítményű (60 W...5 kW) szélgenerátorok az egyik leggazdaságosabb, önállóan működő, kis szervizigényű, háztartásban is használható megújuló energiarendszerek, amelyek hozzájárulhatnának a hazánkban lévő háztartások áramigényének ellátásához környezetbarát módon. Jelenleg milliónál több magyar háztartás rendelkezik megfelelő nagyságú külterületi telekkel, s azok közel felénél az éves átlag szélsebesség megfelelő lenne szélgenerátor használatához. Kérdésként merül fel, hogy megvalósíthatjuk-e egyáltalában véve ezeket, és az, hogy melyek a gátló tényezők egy szélgenerátoros rendszer kialakításánál? Röviden, igen, megvalósíthatjuk az ilyen kisteljesítményű szélgenerátoros rendszert, abban az esetben, ha

  1. a hatóságok nem tiltják a szélgenerátor telepítését a helyszínen,
  2. megfelelően szeles a helyszín (4 m/s éves átlagsebesség 10.15 m magasan),
  3. megfelelő hely áll rendelkezésünkre, vagyis elég nagy területtel rendelkezünk külterületen vagy kertesház-övezetben,
  4. magas tartóoszlop telepíthető a helyszínen (12 m-nél magasabb: 16.30 m az ideális, legalább 9 m-rel magasabb a 100 m-es körön belül lévő legmagasabb létesítménynél),
  5. az ingatlannak a közüzemi elektromos hálózathoz való csatlakozása annyiba vagy többe kerülne, mint a megújuló energiarendszerrel való áramellátása,
  6. a meglévő hálózati áramellátás nem tökéletes: gyakori az áramszünet, és feszültségingadozás miatt szünetmentes áramellátást akarunk,
  7. jövendőbeli felhasználóként már tanulmányoztuk és értjük a szél- és napenergiás rendszerek alapvető működését, és el tudjuk dönteni, hogy mennyi elektromos energiára van szükségünk (kWh/hó), és mennyit óhajtunk a nap- és szélenergiás rendszerrel megtermelni.

További igen fontos szempontok:

  1. az energiatakarékosság lehetőségeinek vizsgálata, vagyis az energiatakarékos fogyasztók lehetséges használatának felmérése,
  2. a jelenlegi és a várható energiafelhasználási igényt számítsuk ki a szükséges szélgenerátor, illetve napelem-modul „méret” eldöntéséhez,
  3. meg kell határoznunk az igényelt csúcsteljesítményt (kW), a max. terhelőáramot (A), a napi energiaigényt (kWh/nap) s a havi energiaigény maximumát (kWh/hó).

Ez utóbbi szempont köznapibb megközelítésben a következő: tudnunk kell, mennyi kb. egy nyári és téli hónap fogyasztása, vagy legalább anynyit, hogy milyen fogyasztók vannak/lesznek, és azokat mennyi időtartamra használjuk. Továbbá, tudnunk kell, hogy egy időben menynyi lehet a maximális fogyasztás, pl. egyszerre szeretnénk-e TV-t nézni és mosni stb. Ezek az adatok azért fontosak, mert egy túlméretezett rendszer telepítése sokkal költségesebb, az alulméretezett pedig kevésbé működőképes.

Felteendő kérdéseink a szigetüzemű hibrid rendszer telepítési lehetőségeinek a felméréséhez az alábbiak.

  1. Milyen a háztető (lapos, nyeregtető), mekkora a beépíthető hasznos felület a napelemtáblák elhelyezésére, megfelelő tájolású-e a nyeregtető? Ha nem, akkor hol helyezhetők el a napelem-modul(ok)?
  2. A telek, saját terület nagysága, 100 m-en belüli magas létesítmények (távolság, magasság).
  3. Hol lehetséges a szélgenerátor-tartóoszlop elhelyezése?

Mielőtt időt és pénz áldozunk, derítsük ki, lehet-e jogi vagy környezeti akadálya a (400 W feletti) szélgenerátor telepítésének. Az építési hatóságnak van-e magassági korlátozása, illetve lehetséges, hogy valamelyik szomszéd nem óhajtja látni vagy/és hallani a mozgó szélgenerátort (pedig az a szél háttérzajától mindössze csak 3.10 dB-lel zajosabb). Előfordulhat, hogy esetleg faültetvényt vagy magas épületet terveznek a közeli jövőben a szomszédban létesíteni.
Ha hálózatra visszatápláló rendszert óhajtunk, tudakoljuk meg a szolgáltatótól a csatlakozás feltételeit, költségvonzatát és az áram kWh-ánkénti átvételi árát. Jelenleg hazánkban az állam nem támogatja a visszavásárlást, ha igen, azt nagyon kedvezőtlen áron. További igen fontos kérdés, hogy megfelelően szeles-e a helyszínünk. A telepítés megfontolásához iránymutatók lehetnek a környéken működő nagy szélgenerátorok széladatai és a meteorológiai szolgálaté (szélenergia-térképek), vagy a közeli reptéré, továbbá a szélgenerátorokat forgalmazók tapasztalatai, iránymutatásai.

Egy szélgenerátor teljesítménye arányos a lapátkerék által súrolt felülettel, a szélsebesség harmadik hatványával és a levegő sűrűségével. Az elérhető átlagteljesítmény a magyarországi átlagos szélsebességet feltételezve 7.80 W/m2. Tény, hogy a szél változó erősségű, s a megszakításokkal elérhető évi 7000-7800 óra az, amivel számolhatunk.

A légáramlást a hegyek, dombok, fák, bokrok és házak akadályozzák, fékezik. Míg a hegyek és a dombok, valamint a helyszín magassága a hasznosítható szélsebességet előnyösen befolyásolja, addig a fák és házak a talaj menti légrétegekben gyakran széllökéseket és örvényeket idéznek elő, ami a szélenergia hasznosításában kifejezetten hátrányos. A legkedvezőbb teljesítmény eléréséhez igen fontos, hogy a szélgenerátor a fák és épületek örvényzónájából kiemelkedjen. A 16. ábrán a létesítmények okozta szélsebesség, a szélerő és a turbulencia változásainak az értékeit láthatjuk különböző távolságokban (Windenergy, Megújuló Energia). Mint már említettük, a 100 m sugarú körben lévő legmagasabb létesítmények figyelembevételével határozható meg a telepítés helye és magassága (lásd 17. ábrát). Ha a létesítmény magassága H, akkor előtte 2H távolságban a tartóoszlop legalább H magas legyen. Mögötte legalább 2H távolság az örvényzóna fölötti magasságban (lásd ábra).

A ferde tető (dombtető, hegytető) előnye, hogy felgyorsul a szél (lásd 18. ábrát, Windenergy, Megújuló Energia). A szélgenerátor felszerelése az építmény gerincmagassága fölötti 8.9 m-es sávban ajánlható, ahol a nyeregtető esetén a tető aljához érkező szélhez képest 200%-os szélsebességet mérhetünk minimális turbulenciával (lásd 18. ábra). További lehetőségként kínálkozik a kb. 18 m-es kipányvázott vagy az építményhez bilincselt tűzi-horganyzott acélcsőoszlopra történő szerelés. Minél magasabbra tesszük a szélgenerátort, annak teljesítménye a szélsebesség harmadik hatványával nő (és egyben kisebb az esélye, hogy ellopják). Példaként említjük, hogy egy 5,6 m/s éves átlag szélsebességű helyen kétszer annyi energiát termelhetünk, mint egy alacsonyabban telepített generátor esetében a 4,5 m/s átlag szélsebesség esetén.

A termékkiválasztás főbb lépései

Ha nincs akadálya a szélgenerátor és a napelem-modulok telepítésének, hozzáláthatunk a rendszer konfigurálásához. Azt úgy kell kezelnünk, mint más nagyobb beruházást. Tanulmányoznunk kell több gyártó termékeit és a jó referenciákkal rendelkező szakképzett forgalmazóikat, akik képesek telepíteni, szervizelni, cserealkatrészt biztosítani. Hasonlítsuk öszsze a garanciaidőket, és azt, hogy mit tartalmaznak. Kérjünk igényünkhöz hasonló referenciát, tájékozódjunk a tulajdonosok tapasztalatairól és a rendszer működéséről, megbízhatóságáról, továbbá fenntartási és alkatrész-igényéről.

Napelem-modulok, szélgenerátorok energiahozama

Mielőtt a részletekbe belemerülnénk, nézzük, hogy átlagosan mekkora energiahozamra számíthatunk a hazánkban telepítésre kerülő napelem-modulos, illetve szélgenerátoros rendszerünk esetében. 1 kW csúcsteljesítményű napelemtábla-mezővel évente kb. 1350 kWh elektromos energia gyűjthető be. 28 Ft/kWh +20%=33,6 Ft/kWh ELMŰ árral számolva ez évente a jelenlegi, 2006-os áron: 33,6 Ft/kWh ×1350 kWh/év=45 360 Ft. 1 kW-os névleges teljesítményű szélgenerátorral évente (az adott hely szélviszonyaitól függően) kb. min 860.1000 kWh elektromos energia termelhető. Ez mintegy 34 000 Ft-ot jelent évente. Ez természetesen ennél sokkal több is lehet, ha a szél a 4 m/s átlagértéket meghaladja. Például egy 1 kW teljesítményű szélgenerátor 6,7 m/s szélsebességnél 306 kWh/hó energia termelésére képes. Ez évente igen szeles helyen meghaladhatja a 3700 kWh/év értéket is. Sajnos a szélenergia hasznosításának legnagyobb problémája a szél teljesítőképességének az ingadozásában rejlik. A szél szakaszosan hasznosítható, s nyolc napos folyamatos szélcsend is elő- fordulhat.

Várható energiahozam a hibrid rendszer esetén

A legkedvezőtlenebb energiatermelésnél az ilyen, 1+1= 2 kW-os hibrid rendszer a jelenlegi árak mellett évente 45 360+34 000=79 360 Ft-os ELMŰ áramszámlát válthat ki (6613 Ft/hó). Ezek után kérdés, napelem vagy szélgenerátor? Tény, hogy csak nyári használatnál (kisebb áramigénynél) a napelemes rendszer elegendő, egyébként mindenképpen a hibrid megoldás javasolt. Szélgenerátor kiválasztásánál a szélsebességenkénti pillanatnyi és havi energiatermelési adatokat kell figyelembe vennünk. Tény az, hogy a háztartásban a nap- és szélenergiából nyert elektromos áram jó befektetés lehet. Természetesen a legelőnyösebb megoldás mindig a valós igények kielégítése költségtakarékos módon.

Napelemekkel termelhető energia a gyakorlatban

A napelemek egyenáramot termelnek. A nagy teljesítményű napelem-modulok által begyűjtött elektromos energia mennyisége a napelem-modul fajtájától, típusától, annak munkafelületére eső megvilágítás erősségétől, a napfény mennyiségétől és a napelemtáblák elhelyezésétől függ.

A napelemtáblák elhelyezése

A napsugárzás a földet mind térben, mind pedig időben egyenlőtlenül éri. A maximális energiabefogás céljából igen fontos, hogy a napelemtáblák megfelelő irányban (déli irány 150-kal kisebb eltéréssel) és a vízszinteshez képest az évszaknak megfelelő dőlésszögben álljanak. A dőlésszög és az energiatermelés öszszefüggése nyilvánvaló, ha belegondolunk a nap nyári és téli járásába.

Magyarország az északi félteke 47° meridián, azaz szélességi körének magasságában helyezkedik el. Ezen a körön a napmagasságokat láthatjuk különböző évszakokban a 19. ábra felső részén. Az ábra alsó részén látható az úgynevezett nappályadiagram (1 Nap azimut, 2 napmagasság, 3 a megfigyelő, 4 a Nap nyomvonala és 5 az idővonal). A ténylegesen hasznosítható napsugárzás tehát függ a napelem-modul használatának földrajzi helyzetétől, annak idejétől (évszak, napszak), ami a napsugár vízszintessel bezárt szögével magyarázható.

Az optimális elhelyezés az lenne, ha a napsugárzás a lehető leghosszabb időtartamig és mindig merőlegesen érné a napelemet. Hazánkban a fixen szerelt napelem-modulok optimális dőlésszöge télen 50,55°, nyáron pedig 35,40°, a vízszintestől mérve és természetesen az északi féltekén déli irány felé fordítva. A napsugárzás eloszlásának e szempontból történő megközelítése természetesen csak a sugárzás geometriáját írja le, de semmit sem mond a sugárzás erősségének, a felhősödés mértékének és az ún. homályosság (ipari füst stb.), meteorológiai és domborzati viszonyok általi hely- és időbeli eloszlásáról. A fix szerelési kivitel mellett a legkedvezőbb energiabefogás céljából készíthetők olyan állványzatok is, melyek az adott évszaknak megfelelő dőlésszögre (nyár 35,40°, tavasztól őszig 45,47° és teljes évszak 60,65°) beállíthatók. Kaphatók hajókra, lakókocsikra felszerelhető napelem tartók is.

Megjegyezzük, hogy a téli napállásra optimalizált fix telepítésű (vagyis egész évben működő) rendszerek nyáron a lehetséges begyűjthető energiának csak a felét termelik meg.

Folytatása következik.


Kérjük, szánjon pár pillanatot a cikk értékelésére. Visszajelzése segít a lap és a honlap javításában.

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem