Barion Pixel

Villanyszerelők Lapja

Nem csak villanyszerelőknek

A napenergia hasznosítása

2008. december 1. | Elek Edina |  2940 | |

Az alábbi tartalom archív, 12 éve frissült utoljára. A cikkben szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A napenergia, amely minden egyes természeti folyamat alapja, teljes körű kiaknázása, fenntartható használata biztosíthatja Földünk védelmét, élhető környezetünket, egészséges életlehetőséget a jövő generációi számára. A napfény energiája gyakorlatil...

A napenergia, amely minden egyes természeti folyamat alapja, teljes körű kiaknázása, fenntartható használata biztosíthatja Földünk védelmét, élhető környezetünket, egészséges életlehetőséget a jövő generációi számára.

A napfény energiája gyakorlatilag kifogyhatatlan, több ezerszerese az emberiség jelenlegi energiaigényének. A Napból évente akkora mennyiségű energia érkezik a Földre, amennyit hatvan milliárd tonna kőolaj elégetésével nyernénk, és míg a kőolajhoz hasonló fosszilis energiaforrások kimerülőben vannak, addig a Nap energiája állandónak tekinthető.

Magyarország fekvése kedvező a napenergia hasznosítására, hiszen a napsütéses órák száma nálunk is magas, eléri az évi 2100-at, ami megfelelő adottság a napenergia alkalmazására.

A sugárzás intenzitás értékek tiszta időben Magyarországon maximum 900-1000 W/m2 körül mérhetők, a számításokban a nemzetközileg elfogadott 800 W/m2 átlag értéket veszik figyelembe. A valóságban a tényleges sugárzási idő az időjárási viszonyok változása miatt kevesebb a lehetségeshez képest.

A Magyar Tudományos Akadémia számításai szerint a jelenleg alkalmazott technológiák segítségével az ország teljes energiafogyasztásának másfélszeresét lehetne napenergia segítségével előállítani, ennek ellenére a Magyarországon megtermelt energia kevesebb, mint egy százaléka származik napelemekből.

Az energiaárak, számláink végösszegei egyre csak nőnek, s egyre jobban megéri, ha hosszú távon gondolkozunk és tervezünk afelől, hogy a háztartásunkban felhasznált energia jelentős hányadát magunknak termeljük meg.

Állami támogatásokkal, pályázati forrásokból mind magánszemélyek, mind társasházak hozzájárulhatnak a napenergia, mint megújuló erőforrás minél szélesebb körű kihasználásához.

Napkollektor – napelem, mi a különbség?
Sokszor használják helytelenül a napkollektor és a napelem fogalmát a hétköznapi életben, hallottam már hasonló megnyilvánulásokat: „napenergiát használ egyik is, másik is, nem mindegy?” A válasz: egyáltalán nem mindegy!

A napkollektor
A napkollektor a Nap sugárzó energiáját hővé alakítja, amit használati meleg víz előállítására, medencék vizének melegítésére és lakóházak fűtés-kiegészítésére használhatunk. A napenergia összegyűjtése mindig egy úgynevezett abszorber réteg segítségével történik, amely elnyeli és a továbbító közegnek (fagyálló folyadék) átadja a beeső napenergiát, amelyen keresztül eljut az energia a felhasználóhoz.

Ezek a legnépszerűbb szolár rendszerek, melyek segítségével megspórolhatjuk a melegvíz-ellátásra, illetve fűtésre fordított összeg nagy részét. Bár egy épület teljes fűtését nem lehet kizárólag szolár rendszerekkel biztosítani, de más fűtési módokkal kombinálva igencsak költséghatékony megoldás lehet. A napkollektor által megtermelt hővel egész télen át problémamentesen működnek például a padlófűtő rendszerek, az ehhez szükséges hőmérsékletet a szolár rendszer ugyanis még akkor is képes biztosítani, ha épp nem süt a nap.

A napelem
A napelem olyan fotovillamos elem, amely a Nap sugárzási energiáját közvetlenül alakítja át villamos energiává. A napelemek alapanyaga félvezető. Az energiaátalakítás a félvezető alapanyagban játszódik le. Az energiaátalakítás alapja az, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amelyeket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít.

A megtermelt villamos energiát kétféleképp használhatjuk fel. Vannak úgynevezett szigetüzemű típusok, amelyek  a megtermelt és fel nem használt energiát egy akkumulátorban tárolják, később innen használható fel az áram. Az ilyen rendszerek legdrágább eleme maga az akkumulátor, azért általában elszigetelt épületek energiaellátására használják, illetve vannak ún. „hálózatba visszatápláló” rendszerek, s ezek egyik legnagyobb előnye az, hogy a felesleges energiát közvetlenül az elektromos hálózatba juttatják - amiért az energiaszolgáltató fizet - így nincs szükség akkumulátorra.

A napelemek fajtái
Alapanyag szerint többféle napelemet különböztetünk meg.
•    Egykristályos szilícium (Si) napelemek a leghatékonyabbak. A legkorszerűbb panelek hatásfoka 18%, laboratóriumi körülmények között 25%, az elméleti határ 31%.
•    Polikristályos szilícium napelemek.
•    Amorf szilícium napelemek.
•    Fém – félvezető - fémszerkezetek: festékanyagokkal érzékenyített félvezető-oxidok. Hatásfokuk kevesebb, mint 10%. Példa: kadmium-tellurid és a réz-indium-tellurid napelemek.
•    Adalékolt amorf félvezető napelemek.
•    Szerves anyagokból (polimerekből) készült napelemek: olcsók, de hatásfokuk csak 2-5%.

Az aktív és passzív energiatermelés
Az aktív energiatermelésnek két módja van. Első módszer az, hogy a napenergiát hőenergiává alakítjuk. A jellegzetes napenergia hasznosító épületeken nagy üvegfelületek néznek déli irányba, melyeket estére hőszigetelő táblákkal fednek. Az üvegezésen keresztül a fény vastag, nagy hőtároló képességű padlóra és falakra esik, melyek külső felületei szintén hőszigeteltek, így hosszú időn át képesek tárolni az elnyelt hőt. A hőenergia „gyűjtése” és tárolása főképp napkollektorokkal történik. Ez az a berendezés, ami elnyeli a napsugárzás energiáját, átalakítja hőenergiává, majd ezt átadja valamilyen hőhordozó közegnek.

A másik módszerrel – az ún. fotovoltaikus eszköz (PV), vagyis napelem segítségével – a napsugárzás energiáját elektromos energiává alakítjuk.

Magyarországon 2007 augusztusában telepítettek először napkollektort panelházra, a miskolci Avas egyik 50 lakásos házára, illetve 2005 októberében került beépítésre a gödöllői egyetemi kollégium épületén található PV rendszer.

Passzív hasznosításkor az üvegházhatást használják ki hőtermelésre. Passzív napenergia-hasznosító épületként funkcionál minden olyan lakás/ház, amely környezeti adottságai, építészeti kialakítása következtében képes használni a Nap sugárzását, mint energiaforrást.

A napcella működési elve
A napelemek működésének alapja, hogy a fénysugárzás fotonjai kimozdítják a félvezető elektronjait a kötéseikből, így elektron-lyuk párok keletkeznek, ezt az elektrontöbbletet pedig elektromos vezetőkkel lehet a napelem felületéről elvezetni a fogyasztókhoz vagy az akkumlátorokhoz.

Fotovillamos rendszer (PV)
Fotovillamos celláknak nevezik azokat a berendezéseket, amelyek a napfényt közvetlenül elektromos árammá alakítják át. A legelterjedtebb napelemek hatásfoka 11-13%.

A szilícium alapanyag megjelenése, a félvezető eszközök térhódítása új irányt adott a fotovillamos eszközök fejlődésének. A fotovoltaikus elemek abban különböznek a napelemektől, hogy árnyékban is képesek áramot termelni, nem csak napsütésben.

A három hasznosítási forma hatásfokai:
- aktív napenergia hasznosítás ...................30-60%,
- passzív napenergia hasznosítás.................15-40%,
- fotovillamos átalakítás ........................8-25%.

A napelem használata Magyarországon a vezetékes árammal ellátott épületek számára még meglehetősen drága beruházás, de támogatásokkal, pályázatokkal a költségek csökkenthetők, hosszú távon pedig kifizetődő. A jelenleg lakásonként igényelhető 25 százalék, maximum 1 millió forintos támogatás jóval kevesebb, mint más nyugat-európai országokban. A 2008-ban rendelkezésre álló 1,6 milliárd forintos keret közel kétszerese a tavaly pályázati úton szétosztott 821 millió forintos összegnek. Az energiaárak emelkedése és a villamos energia iránti nagy importfüggőségünk maguk után vonják a napenergia hasznosításának kiterjesztését hazánk teljes területén.

 



PV-rendszer működési sémarajza

Megtérülési idő
Azt, hogy mennyi idő a napkollektorok, illetvea  napelemek megtérülési ideje, nagyban befolyásolja a beruházás mértéke, mekkora a kiépített rendszer, tartoznak-e hozzá egyéb kutatáshoz szükséges tudományos műszerek (lásd később). Tehát a megtérülés intervalluma az 5-15 évtől akár 30 évig is terjedhet.

A megvalósított, a követendő és a példaértékű rendszerek hazánkban

Tudományos publikációkban olvashatunk a több mint három éve üzemelő, gödöllői 10 kW névleges teljesítményű fotovillamos napenergia-hasznosító rendszerről, mely a legnagyobb Magyarországon az eddig épültek közül.

A Szent István Egyetem Fizika és Folyamatirányítási Tanszékén már évek óta folynak kutatások a megújuló energiaforrásokkal kapcsolatosan, ezek közül a legnagyobb hangsúlyt a napenergiás alkalmazásokra fektetik.

A megépített fotovillamos rendszer villamos energiát termel, ami a helyszínt adó „C” kollégium villamos hálózatába kerül betáplálásra és felhasználásra, csökkentve ezzel az elektromos szolgáltatótól vásárolt energia mennyiségét. A villamos energia-termelésen kívül a beépítésnek oktatási és demonstrációs céljai is voltak.

Hazánk Európai Uniós csatlakozásakor kötelezettséget vállalt arra, hogy a megújuló bázisú villamos energia-termelés részaránya 2010-re eléri a 3,6%-ot. Ez a 3,6%-os vállalás a legalacsonyabb érték volt a tagországok közül. Az elmúlt években a támogatási rendszereknek köszönhetően jelentős ütemben nőtt a megújuló energiaforrások villamosenergia-termelési célú felhasználása.

A gödöllői fotovillamos minierőművet is Európai Uniós támogatással, illetve a Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium KAC programjának támogatásával (egyéb támogatások mellett) sikerült megépíteni, mely folyamatos működésével járul hozzá a vállalt 3,6%-os érték 2010-ig történő teljesítéséhez.

A Szent István Egyetem kollégiumi C épületének tetején elhelyezett fotovillamos rendszer 3 különböző technológiát alkalmazó mezőből (alrendszerből) épül fel. Az egyik alrendszer 32 db, ASE-100 típusú, 105 Wp teljesítményű modult, a másik két alrendszer pedig egyenként 77 db, DS40 típusú, 40 Wp teljesítményű modult tartalmaz. A rendszer összteljesítménye 9,6 kW, a napelemek összes felülete 150 m2. A megtermelt energiát három speciális eszköz, úgynevezett inverter alakítja át a villamos hálózatba tápláláshoz szükséges 230 V, 50 Hz-es váltófeszültséggé. A rendszer folyamatos működéséről, a hálózatba betáplált energia mennyiségéről és a kapcsolódó széndioxid megtakarítás értékéről a SZIE Kollégium központi épületében lévő információs tábla ad folyamatos tájékoztatást.  A rendszer tervezett élettartama 25-30 év (egyes elemek, pl. a napelemek 20 éves garanciával rendelkeznek).


A részrendszerek jellemzői
A legoptimálisabb működés érdekében a helyszín kiválasztásának kritériumai a következők:

•    árnyékmentesség,
•    déli tájolású síktető,
•    egyszerű csatlakoztathatóság a villamos hálózathoz,
•    az előállított energia direkt felhasználása,
•    védett biztonságos hely az adatgyűjtő rendszer és inverterek számára,
•    a rendszer egyszerű demonstratív célú bemutathatósága.

A rendszer működésének ellenőrzéséhez egy számítógéppel támogatott mérőrendszer áll rendelkezésre. A legfontosabb mért paraméterek:
•    besugárzás,
•    környezeti hőmérséklet, páratartalom,
•    PV-mező feszültség, áram, teljesítmény,
•    PV-modul hőmérséklet,
•    megtermelt energia.


Teljes energiatermelés időfüggvénye

Az ábrán látható, hogy a rendszer első éves működése alatt – 2005 novemberétől 2006 novemberéig – a megtermelt energia mennyisége 10 200 kWh volt, míg 2008 júliusában több mint kétszeres – 27 500 kWh – megtermelt energiamennyiség értéket olvastak le a szakemberek az adatrögzítést végző műszer kijelzőjéről.

A Tanszéken végzett számítások szerint (0,81 kg/kWh értékkel számolva) a rendszer működése már az első évet követően 8 262 kg-os szén-dioxid kibocsátás csökkenést eredményezett, mely jelentősen kíméli a légkör terhelését, csökkentve ezáltal a globális felmelegedés okozta veszélyek kockázatát: 2008 július elején 22 275 kg szén-dioxid megtakarítással járt a napenergia-hasznosító rendszer működtetése.

A rendszer gazdaságossága
A rendszer gazdaságosságának meghatározásához a befektetett eszközök értéke mellett a megtermelt energia értékét is figyelembe vették. A mérendő mennyiségek közül a gazdaságosság szempontjából a legfontosabb a megtermelt energia mennyiségének mérése, amelyet mind a napelemek egyenfeszültséget szolgáltató oldalán, mind a váltóáramú hálózatba való betáplálásnál mérni szükséges ahhoz, hogy az energia átalakítás hatásfokát meghatározhassák. A napi energiatermelés mértéke persze nagyon függ az időjárási helyzettől. Az üzembe helyezést követő első év adatai alapján a mintegy 38 Ft/kWh bruttó lakossági árszabás értékével számolva a megtermelt energia összege közelítőleg 400 000 Ft.

Figyelembe véve a rendszer teljes költségét, az aktuális energiaárakkal számolva a rendszer megtérülési ideje hosszabb, mint 30 év. Tekintve azonban, hogy a jelen rendszer beruházásában több olyan eszköz (pl. adatgyűjtő rendszer részei) került beépítésre, ami egy normál energiatermelő rendszernél nem szükséges, hogy beépítést nyerjen, ezek csak a kutatási célokat szolgálják, ebből következik, hogy egy energiatermelő rendszer megtérülési ideje az itt megadottnál lényegesen kisebb. Továbbá, az előbbiekben illusztrált diagramon jól látható, hogy a működés első évét követően a megtermelt energia mennyisége jelentősen növekedett, ezáltal a megtérülési idő csökken, még akkor is, ha a befektetett eszközöket is számításba vesszük.

„Napkollektor a panelon”, „Avas napos oldala” olvashattuk egy-két éve a különböző lapokban, internetes oldalakon megjelent cikkeket a lelkes lakókról és véleményeikről, a közgyűlésről, a tervekről és a megvalósult projektről. Az Avasi 20 m2-es kollektor 2007 márciusában került telepítésre az 55 lakásos, tízemeletes ház tetejére, ez az első napkollektorral ellátott, távfűtéses panelház Magyarországon. Az átalakított fűtési rendszer és a ház állapota lehetővé tette azt, hogy a lakók az energia-megtakarítást a nap energiájának felhasználásával is fokozzák.

A húsz kollektorból álló, távfűtéshez kapcsolódó napkollektoros rendszer kísérleti jelleggel készült el. A folyamatos mérések szerint (néhány hónapos működést követően) lakásonként ezer, ezerkétszáz forint meleg víz megtakarítást eredményez a rendszer.

A kivitelező cég ügyvezetője szerint a családi házakkal szembeni előnyként említhető meg, hogy míg a családi házaknál a megtérülési idő 6-8 évre becsülhető, addig a társas- és panelházak esetében ez az idő mindössze 1-2 év. Ez a rövid megtérülési idő a sok felhasználónak és a nagyfokú kihasználtságnak köszönhető.

Néhány példa az EU tagországaiból
Az Európai Parlament határozata alapján (No 8522/97) 2010-re a megújuló energiaforrások arányának minden tagországban el kell érnie átlagosan a 12%-ot. Magyarországon csupán a villamos energia 0,5%-át állítják elő ilyen módon. A további EU-s célok között szerepel, hogy a tagországokban 2020-ig az energiafelhasználás átlagosan 20 százaléka származzon megújuló energiaforrásból. Ausztriában 70-szer több felületű napkollektor működik, mint nálunk, a napsütéses órák száma viszont kevesebb.

Svédországban törvény írja elő, hogy 2020-ra teljesen meg kell szüntetni az ország külső energia függőségét. A világ legnagyobb tető napeleme egy brit bevásárlóközpont tetején van. A hatalmas napelemrendszer a bevásárlóközpont energiaellátásának egyötödéről gondoskodik, és lehetővé teszi, hogy évente mintegy 1200 tonna szén-dioxid ne kerüljön a légkörbe.

2007 márciusa óta Spanyolországban életbe lépett az a törvény, amely szerint minden újonnan épített és felújított házra kötelező napkollektorokat szerelni. Ezzel az intézkedéssel az Európai Unióban Spanyolország az első, amely kötelezővé tette minden új építésű ingatlan napkollektorokkal való felszerelését.

A bemutatott napenergiát hasznosító rendszerek külföldön, a nálunk fejlettebb országokban már elterjedt megoldások, csak reménykedni tudunk, hogy egyre több és több kezdeményezés indul meg a közeljövőben Magyarországon is.

Szeretnénk, hogy ne csak egy turisztikai látványosság legyen a működő napelem egy panelépület vagy éppen egy kollégium tetején, hanem egy hétköznapi jelenség, amelyet minden nap láthatunk, használhatunk a fenntartható fejlődés érdekében.

Felhasznát irodalom:
Lukács Gábor: A napenergia a környezetvédelem szolgálatában
www.zoldtech.hu
www.kekeenergia.hu
www.napenergia.lap.hu
www.boon.hu
Szent István Egyetem Fizika- és Folyamatirányítási Tanszéke által publikált szakirodalmak
www.fenntarthato.hu


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

Hasznos volt az ön számára a cikk?

 Igen

 Nem