A Nap-és szélenergia kiaknázásának lehetőségei a gyakorlatban
2006/3. lapszám | netadmin | 4057 |
Figylem! Ez a cikk 20 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A Nap-és szélenergia kiaknázásának lehetőségei a gyakorlatban Ebben a cikksorozatban a 60 W és 10 kW közötti "kisteljesítményű" napelem modulos és szélgenerátoros áramtermelő rendszerekkel foglalkozunk. Ezek az alternatív energiaforrások előtérbe...
Ebben a cikksorozatban a 60 W és 10 kW közötti "kisteljesítményű" napelem modulos és szélgenerátoros áramtermelő rendszerekkel foglalkozunk. Ezek az alternatív energiaforrások előtérbe kerülhetnek akkor is, amikor a közüzemi elektromos energiaellátás kiépítése nem gazdaságos, illetve a kiépítés egyáltalán nem lehetséges (elektromos hálózattól igen távol eső települések, pl. tanyák, puszta, hegyvidéki települések, farmok, vadászházak, borospincék, tengerben lévő szigetek, öntözésre, állatitatásra használt mezőgazdasági szivattyúk, adattovábbító és vezérlőrendszerek, kisebb hajók és különféle jelzőberendezések áramellátása stb.).
Az energiatermelés és -felhasználás mennyisége és minősége, valamint importfüggősége
jelentősen befolyásolja országunk gazdasági helyzetét és versenyképességét,
továbbá a környezeti terhelése révén az emberi életminőséget.
Az emberiség jól felfogott érdeke, hogy kellő ütemben változtasson energiafelhasználási
szokásain s energia termelő bázisát minél nagyobb mértékben a megújuló energiaforrásokra
helyezze át. Tény, hogy minden oldalról óriási erők csapnak össze, sok érdekcsoport
létezik, amelyeknek nem érdekük a megújuló energiák kihasználása, hanem fontosabb
az anyagi és presztízsnyereség maximalizálása. Az olaj és a gáz egyenlőtlen
eloszlása aránytalan hatalommal ruházza fel azokat, akik ezekhez az összpontosított
készletekhez hozzáférnek. A mai monokulturás energia-termeléssel és az importfüggőséggel
ellentétben egy megosztott, decentralizált energiarendszer a megújuló energiaforrások
egész sorát egyesíthetné. Az előrejelzések szerint a 2010. évtől kezdődően
pl. az amerikai és a nyugat-európai gazdasági élet egyik legjelentősebb motorja
a megújuló energiaforrások ipara lesz, és több új munkahelyet fog felkínálni,
mint a teljes számítástechnikai ipar. Biztosra vehető, hogy az elkövetkező
25 évben gazdaságilag, ökológiai és társadalmi szempontból egyaránt a megújuló
energiaforrások ipara lesz a mérvadó. A befektetőkre ösztönzőleg hat a fejlődő
országok növekvő energiaigénye, mivel új piacok nyílhatnak meg az ezekben az
országokban rendelkezésre álló nap-, szélenergia, biomassza stb. hasznosítására
gyártott termékek előtt. A megoldás sürgető, mivel főleg az elektromos energiától
való függőség, különösen Kínában és a gyorsan fejlődő keleti gazdaságokban
drámai következményekkel járhat az egész világgazdaságra nézve.
Hazai áram-ellátottsági helyzetkép, lehetőségek
Hazánkban még napjainkban is kétszázezernél több közüzemi elektromos hálózattal
nem rendelkező tanya és félmilliónyi hétvégi ház, vadászház, erdészház, horgászlak,
hobbitelek (szőlő, borospince, zöldség-gyümölcsöskert stb.) "szükség" áramellátását
jelenleg benzin- vagy dízelmotoros áramfejlesztővel (aggregátoros áramfejlesztővel),
jobb esetben feltöltött vagy csereakkumulátorral oldják meg. Ezeken a helyeken
"csak addig van villany", ameddig az aggregátor pöfög, illetve töltött akkumulátorral
rendelkeznek.
Kérdésként merül fel, hogy ahová nem jut el az "elektromos vezeték", vagyis
a villamos hálózat nélküli helyeken - ott, ahol más tápmegoldás szinte kizárt
- hasznosíthatom-e a Nap vagy a szél energiáját elektromos áram előállítására?
Sokunkban vetődik fel ez a kérdés, amikor gazdaságos és megbízható áramellátásra
vágyunk "ellátatlan területen." Bizonyára gondoltunk már arra, hogy milyen
jó lenne "bedobozolni" a nyári nap ragyogását és a zord idők szelének energiáját.
A nagyobb teljesítményű "naperőművek" és szélerőműparkok sikeres üzleti vállalkozások.
Vajon a kis méretű, kis teljesítményű (60 W. 10 kW közötti) rendszerek képesek-e
gazdaságosan működni? Ha igen, van-e erre igény hazánkban? A fentiekben leírtakból
egyértelműen kiderül, hogy van: a korlátok elsősorban anyagiak, további gátló
tényező az, hogy az emberek nem ismerik ezt a technológiát, az ezzel kapcsolatos
lehetőségeket.
Közép-Európában évente átlagosan 2000.2400 napos óra és 7200.7800 szeles
óra termelhet nekünk áramot. Ha a szélenergia hasznosítására gondolunk, akkor
inkább egy vagy több hatalmas, 90 m átmérőjű forgórészekkel rendelkező szélgenerátorokból
álló (egyenként 250 kW.4 MW energiát termelő) ipari méretű telepre (szélerőmű-mezőre)
gondolunk (lásd 1. ábrát). Nem pedig egy 0,5.5 m szárnylapát-átmérőjű, 60
W.5 kW elektromos energia termelésére alkalmas "kis pörgettyűre" (pl. 12
V/60 W-os, illetve 12 V/250 W-os Rutland MARLEC gyártmányú (Anglia) szélgenerátorra,
mely terepi munkálatokhoz, kishajókhoz, jachtokhoz, s egyéb, mobil alkalmazásokra
ajánlott termék, lásd a 2. ábra felső, illetve alsó képét.).
Kérdésként merülhet fel, hogy hol célszerű igénybe venni ezeket a kis teljesítményű
szélmotoros áramfejlesztőket?
Különböző okok miatt, amiket a következőkben részletezünk, ott, ahol nincs
kiépítve elektromos hálózat, ahol más tápmegoldás szinte kizárt. Hazánkban
az előzőekben említett "árammal ellátatlan helyek" több mint 1/3-a megfelelően
szeles helyszín, ezeken valós lehet az igény az önellátó, sziget üzemmódú
szélgenerátoros rendszerre.
A 3. ábrán a 12, 24 és 48 V/400 W Air X Land és Air X Marine, a 900 W-os
Whisper H 40, illetve a 230 V-os típussal is rendelkező 1000 W-os H 80,
valamint a 12, 24, 36, 48 és 230 V/3000 W-os Whisper H 175 típusú szélgenerátor
képét láthatjuk. A nap- és szélenergia felhasználásának egyik problémája
az, hogy térben és időben változóan, és általában előre csak részben meghatározható
mértékben áll rendelkezésünkre, s nem esik egybe a kínálat (a napsütés és
a szél) és az igény (a felhasználás) időpontja. Ezért a begyűjtésre kerülő
energia tárolásáról is gondoskodnunk kell (pl. akkumulátor). Ha alkalmazni
szeretnénk a napelemes modulokat vagy a szélgenerátort legjobb, ha együtt,
úgynevezett "hibrid" rendszerként tesszük (lásd 4. ábra, 12 V/250 W-os
szélgenerátor, 85 W-os csúcsteljesítményű napelemmodul pl. szőlőskert borospincéjének
vagy tanyasi vízszivattyú stb. áramellátására). Így biztosítható ugyanis
a "folyamatos, szünetmentes" áramellátás (ha nincs napsütés, többnyire
van szél és fordítva). Míg a napelem-modulok elsősorban nyáron termelnek
több elektromos energiát, az ősztől tavaszig szükséges energiaigény nagyobb
része szélgenerátorral biztosítható (5. ábra).
A hazánkra jellemző kontinentális éghajlat a téli viszonyok között időnként
hosszú (több hetes), folyamatos felhős időszakokat eredményezhet, ami az
energiatároló akkumulátorok idő előtti kimerülését eredményezi, vagy ésszerűtlenül
nagy tárolóképességű akkumulátorbank létesítését tenné szükségessé. A két
rendszer kiegészítheti egymást. Ezért a kevésbé napsütéses évszakok, illetve
a "napszegény időszakok" szűk "energia- keresztmetszetének" megszüntetésére,
a folyamatos áramellátás biztosítására célszerű a nap- és szélenergia együttes
hasznosítása. A szélmotoros áramfejlesztőket napelemes rendszerekkel kombinálva
kiegyenlíthetjük a napenergiát, illetve a szélenergiát hasznosító rendszerek
szezonális fluktuációk miatti eltérő energiatermelését.
További kérdésként merül fel, hogy miért is érdekesek számunkra ezen megújuló
energiaforrások?
Azért, mert a vidéki települések s egyéb árammal ellátatlan helyek napjainak
számos égető problémáján segíthet a Napból és a szélből nyerhető elektromos
energia. Mint már a bevezetőben említettük, a következőkben elsősorban a
kisebb (60 W.10 kW) teljesítményű napelemmodulos, szélgenerátoros és azokból
felépített hibrid áramtermelő rendszerek megvalósítási lehetőségeivel foglalkozunk,
de a teljesség kedvéért a nagyobb teljesítményű, megújuló energiát alkalmazó
áramtermelő rendszerek jellemzőit is érintjük, tehát a megállapítások "értelemszerűen"
általános érvényűnek tekinthetők.
Autonóm sziget-üzemű
rendszerek a gyakorlatban
Azok az önellátó, sziget-üzemű, autonóm, decentralizált alkalmazási területek,
amelyeknél más tápmegoldás szinte kizárt, a következők.
1. Hálózati árammal nem rendelkező vidéki települések, tanyák, farmok, hétvégi
házak (lásd 6. ábra: 3x16 db modulból felépített sziget-üzemű napelemmodulos
rendszer - Siblik Elektrik), nyaralók, borospincék, vadász- és erdészházak,
hegyi üdülőtábor, horgászlak, garázs, kunyhó, folyók által körbezárt szigetek,
tengeri szigetek (lásd 7. ábra: 10 db 175 W csúcsteljesítményű napelemmodul
1,7 kW autonóm energiaellátás egy horvátországi tengeri szigeten - Siblik Elektrik),
egyéb elszigetelt területek, határterületek.
Azon 12 V-os tápfeszültségű alkalmazásoknál, ahol kisebb a teljesítményigény
és csak főleg nyári szezonban szükséges az áramellátás, ott az igényeket (lásd
8. ábra) pl. négy darab napelemes, egyenként 85 W csúcsteljesítményű (340 W)
rendszer is kielégítheti. Tárolóként három darab párhuzamosan kapcsolt 130
Ah tárolóképességű akkumulátort alkalmazhatunk. E módon kb. 0,6 kWh/nap energia
begyűjtésére nyílik lehetőségünk. Az ábra jobb oldalán a felhasználható töltésszabályozók
láthatók.
A kevésbé napsütéses időszakok szűk energia-keresztmetszetének megszüntetésére
célszerű a szélenergia hasznosítása is. Mint már említettük, a szélmotoros
áramfejlesztőket napelemes rendszerekkel kombinálva az ilyen hibrid rendszerekkel
kiegyenlíthetjük a nap-, illetve a szélenergiát hasznosító rendszerek szezonális
fluktuációk miatti eltérő energiatermelését (9. ábra). Itt a töltésszabályozó
és védő áramkör két különálló töltésszabályozóból épül fel. Ugyanis a szolár
töltésszabályozók semmiképpen sem alkalmazhatók szélgenerátorral együtt.
A 10. ábrán látható egy önálló zártkörű üzemre, más szóhasználattal sziget-üzemre
(némely gazdaság, birtok stb.) kialakított kombinált (folyamatos szünetmentes
áramellátásra alkalmas) napelemmodulos, szélgenerátoros és kiegészítő, vésztartalék
áramforrással rendelkező rendszer tömbvázlata. Megjegyezzük, hogy e megoldás
racionalitását azon körülmény támasztja alá, hogy a legtöbb megújuló energiaforrás
teljesítményhozama a körülményektől függően ingadozó és előre nem kalkulálható.
(A nap sem süt, a szél sem fúj, a tárolóakkumulátor Ah-kapacitása sem elegendően
nagy). Az intelligens rendszer ilyenkor automatikusan kapcsolja be a vésztartalék
áramforrást (az aggregátort), ha az akkumulátorbank alacsony feszültsége és
a fogyasztás ezt indokolja. Egy ilyen rendszer vázlatos felépítési rajzát a
11. ábrán láthatjuk.
Az összegyűjtött elektromos energiát kémiai úton akkumulátorokban (több akkumulátortelepben,
vagyis akkumulátorbankban), illetve más módon, pl. sűrített levegőként (kompresszor)
vagy a víz helyzeti energiájaként tárolhatjuk, majd azt igény esetén (pl. nap-
és szélmentes időszakban vagy éjszaka) használhatjuk fel a 12. ábrán látható
tömbvázlat szerinti rendszerkialakítás szerint. Az elektromos energia az elektromos
vízszivatytyú (illetve pumpa) működtetésével magasan elhelyezett víztároló
tartályba kerülve a víz helyzeti energiájává alakul. Erősen borult, szélcsendes
idő esetén a szükséges energiát a vízturbinás áramfejlesztő segítségével nyerhetjük
a víztároló tartály (tározó) vizének leeresztése révén. Azokban az esetekben,
amikor pl. egy vízellátó öntözőrendszerről van szó, feleslegessé válik a "begyűjtött"
elektromos energia kémiai akkumulátorokban való tárolása. (Folytatása következik!)
Ferenczi Ödön
