Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Nap– és szélenergia felhasználásának lehetőségei Oktatási anyag, 2004 Készítette: Dr. Kun-Szabó Tibor.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Nap– és szélenergia felhasználásának lehetőségei Oktatási anyag, 2004 Készítette: Dr. Kun-Szabó Tibor."— Előadás másolata:

1 Nap– és szélenergia felhasználásának lehetőségei Oktatási anyag, 2004 Készítette: Dr. Kun-Szabó Tibor

2 Oktatási anyag Dr. Kun-Szabó Tibor Napenergia-hasznosítás

3 Energiaforrások  Nem megújuló  Szén  Kőolaj  Földgáz  Atomenergia  Fúziós energia  Megújuló  Napenergia  Szélenergia  Vízenergia  Biomassza  Geotermikus

4 A magyar energetikai potenciál Energia-fajta Vagyon, Mt (PJ/év) Termelés, Mt/év (PJ) Ellátottság, év Nem megújuló Szén Szén4807,0~70 Lignit Lignit22007,6~400 Kőolaj Kőolaj191,3~15 Földgáz Földgáz603,0~20 Uránérc Uránérc3,4 2∙10 -5 Bányászat megszűnt Megújuló Vízenergia Vízenergia161,8-- Biomassza Biomassza Nap- és szélenergia Nap- és szélenergia10~0--

5 Napenergia  Passzív hasznosítás  Tornácos épületek  Passzív napenergia hasznosító házak  Aktív hasznosítás  Napelemek  Napkollektorok  lefedés nélküli nemszelektív síkkollektorok  nem szelektív sík- kollektorok  szelektív síkkollektorok  vákuumcsöves kollektorok

6 Napsugárzás légköri eloszlása Földünket a Nap teljes energiájának csupán 0,1%-a éri el. Mégis ez az energiamennyi- ség az, ami mindent táplál és működtet a Földön. Évente olyan mennyiségű energia érkezik a Napból a Földre, amennyit kb. 60 milliárd tonna kőolaj elégetésével nyerhetnénk. Ha ennek csak 1%-át hasznosítanánk 5%-os hatékonysággal, akkor a világon minden ember annyi energiát fogyaszthatna, mint egy amerikai állampolgár. A "napkályha" már 4,5 milliárd év óta ég és emberi számítás szerint még további 5 milliárd évig nem fog kialudni. Ez az energiaforrás - emberi léptékkel mérve - folyamatosan, megújuló módon áll a rendelkezésünkre.

7 Napenergia eloszlása Magyarországon

8 A napelemek elmélete A napelemek olyan félvezetőkből állnak, mint a szelén, az amorf szilícium, a szilíciumkristály, a gallium-arzenid, a réz-indiumdiszelenid vagy a kadmium- tellurid. Működésük azon alapul, hogy a fénysugárzás fotonjai a félvezető elektronjait a kötésből kimozdítják. Így elektron-lyuk párok keletkeznek. Ezek abban az esetben, ha ellentétes típusú félvezető anyag határfelületére érkeznek, kettéválnak. Az n-típusú félvezetőkben elektron-többlet, a p-típusúban elektronhiány keletkezik. A félvezetők jól vezető alaplapra szerelve és a napsugárzás felőli oldalán elektromos vezető csíkokkal ellátva, a keletkező energia elvezethető. Világos időben egy szilíciumelem kb. 0,5 V-ot, és kb. 25 mA/cm 2 energiát termel, ami kb mW/cm 2. A napelemek olyan félvezetőkből állnak, mint a szelén, az amorf szilícium, a szilíciumkristály, a gallium-arzenid, a réz-indiumdiszelenid vagy a kadmium- tellurid. Működésük azon alapul, hogy a fénysugárzás fotonjai a félvezető elektronjait a kötésből kimozdítják. Így elektron-lyuk párok keletkeznek. Ezek abban az esetben, ha ellentétes típusú félvezető anyag határfelületére érkeznek, kettéválnak. Az n-típusú félvezetőkben elektron-többlet, a p-típusúban elektronhiány keletkezik. A félvezetők jól vezető alaplapra szerelve és a napsugárzás felőli oldalán elektromos vezető csíkokkal ellátva, a keletkező energia elvezethető. Világos időben egy szilíciumelem kb. 0,5 V-ot, és kb. 25 mA/cm 2 energiát termel, ami kb mW/cm 2. A napelemeket jelenleg leginkább azokon a területeken használják, ahol viszonylag kis árammennyiségre van szükség (számológép, karóra, ventilátorok stb.), vagy ahol ugyan nagyobb mennyiségű áram szükséges, de nincs lehetőség a hálózat kiépítésére, vagy nem éri meg a hálózat kiépítése (űrkutatás, fúrótornyok, világító- tornyok, távoli települések, kutatóállomások stb.). A napelemeket jelenleg leginkább azokon a területeken használják, ahol viszonylag kis árammennyiségre van szükség (számológép, karóra, ventilátorok stb.), vagy ahol ugyan nagyobb mennyiségű áram szükséges, de nincs lehetőség a hálózat kiépítésére, vagy nem éri meg a hálózat kiépítése (űrkutatás, fúrótornyok, világító- tornyok, távoli települések, kutatóállomások stb.).

9 Napcellás ház

10 A kollektorok elhelyezése és tájolása A kollektorok optimális tájolása déli irányú, de ettől a felszerelési hely adottságaitól függően kis mértékben el lehet térni keleti/nyugati irányban. A déli iránytól való eltérés a hasznosított napsugárzás csökkenését eredményezi, melynek mértéke 30 o eltérésig nem jelentős. Ha a keleti és nyugati tájolás között kell választani, a melegebb, délutáni léghőmérséklet és a délután kisebb valószínűséggel előforduló ködök miatt célszerűbb a nyugati tájolást választani. A kollektorok optimális tájolása déli irányú, de ettől a felszerelési hely adottságaitól függően kis mértékben el lehet térni keleti/nyugati irányban. A déli iránytól való eltérés a hasznosított napsugárzás csökkenését eredményezi, melynek mértéke 30 o eltérésig nem jelentős. Ha a keleti és nyugati tájolás között kell választani, a melegebb, délutáni léghőmérséklet és a délután kisebb valószínűséggel előforduló ködök miatt célszerűbb a nyugati tájolást választani. A kollektorok optimális dőlésszöge a felállítási hely földrajzi fekvésétől függ, és évszakonként váltakozik. A kollektorok optimális dőlésszöge a felállítási hely földrajzi fekvésétől függ, és évszakonként váltakozik. Magyarország területén az optimális dőlésszög Magyarország területén az optimális dőlésszög egész éves üzem esetén: ~45 o egész éves üzem esetén: ~45 o májustól szeptemberig: ~30 o májustól szeptemberig: ~30 o novembertől februárig: ~65 o novembertől februárig: ~65 o Az optimális dőlésszögtől való eltérés a kollektorok teljesítményének csökkenését eredményezi. A csökkenés egész éves üzem mellett, vízszintes beépítés esetén ~20%, függőleges beépítés esetén ~35%. Az optimális dőlésszögtől való eltérés a kollektorok teljesítményének csökkenését eredményezi. A csökkenés egész éves üzem mellett, vízszintes beépítés esetén ~20%, függőleges beépítés esetén ~35%.

11 Napsugárzást hasznosító felületek tájolása Vízszintestől-függőlegesig terjedő felületre érkező sugárzási intenzitás délben (ideális esetben terjedő felületre érkező sugárzási intenzitás délben (ideális esetben) Déli iránytól való eltérés 45°-os dőlésszög esetén

12 Napkollektor háztetőre szerelve

13 A napkollektor rendszer felépítése – Kétkörös melegvíz készítő rendszer primer kör: szoláris (zárt) szekunder kör: használati melegvíz (nyitott) – A kollektor hajlásszöge változtatható – A tartály szerepe a hőenergia tárolása – Elektromos vízmelegítővel fel van szerelve

14 A napkollektor rendszer  Általános felépítésű napenergiával működő vízmelegítő rendszer  Részei:  Napkollektor  Víztároló tartály  Automatika  Szoláris szerelési egység  Tágulási tartály  Elektromos vízmelegítő

15 A napkollektor szelektív bevonat (jó hatásfok) szelektív bevonat (jó hatásfok) korrózióálló szerkezeti anyagok, korrózióálló szerkezeti anyagok, zárt kollektor ház (hosszú élettartam) zárt kollektor ház (hosszú élettartam) 4 mm-es nagy tisztaságú üveg ( Nap 4 mm-es nagy tisztaságú üveg ( Nap felé eső síkban) felé eső síkban) burkolata sajtolt, korrózióálló Al-Mg burkolata sajtolt, korrózióálló Al-Mg ötvözet ötvözet hátul 40 mm vastag hőszigetelt kőzet- hátul 40 mm vastag hőszigetelt kőzet- gyapot gyapot abszorber lemez (rézcsőre sajtolt Al- abszorber lemez (rézcsőre sajtolt Al- lamellák) és galvanizált Ni-Al 2 O 3 lamellák) és galvanizált Ni-Al 2 O 3 szelektív bevonat szelektív bevonat Heliostar N2L

16 Melegvíz tároló tartály EMMETI EUROPA hőcserélős, melegvizes tároló 150 literes állótartály, 150 literes állótartály, 1 acélcsőből készült, behegesztett csőkígyó 1 acélcsőből készült, behegesztett csőkígyó elektromos fűtőpatron elektromos fűtőpatron hőszigetelése 60 mm- es poliuretánhab hőszigetelése 60 mm- es poliuretánhab külső műbőr borítás külső műbőr borítás felületvédő bevonat felületvédő bevonat ACES idegenáramú anódos korrózió- védelem ACES idegenáramú anódos korrózió- védelem

17 Szoláris szerelési egység és egyéb elemek keringető szivattyú, működtető, keringető szivattyú, működtető, ellenőrző és biztonsági ellenőrző és biztonsági szerelvények, szerelvények, konzol (tágulási tartály) konzol (tágulási tartály) térfogatáram-mérők, légtelenítő térfogatáram-mérők, légtelenítő elemek, biztonsági szelepek, elemek, biztonsági szelepek, szigetelések, szigetelések, szuperzöld fagyálló, hőátadó szuperzöld fagyálló, hőátadó folyadék folyadék

18 Napkollektor automatika – a primer (szoláris) kört vezérli – keringető szivattyú be- és kikapcsolását szabályozza kikapcsolását szabályozza (T koll >T tároló,5-15 °C) (T koll >T tároló,5-15 °C)

19 Az elnyelő (abszorber) A folyadék munkaközegű síkkollektor energiagyűjtő eleme általában jó sugárzás-elnyelő tulajdonságú lemezlap (abszorber). A folyadék munkaközegű síkkollektor energiagyűjtő eleme általában jó sugárzás-elnyelő tulajdonságú lemezlap (abszorber). Az abszorber felépíthető sík bordázatú csövekből vagy kiképezhető olyan fémlemezként, amelyre csőkígyót erősítenek. Az abszorber felépíthető sík bordázatú csövekből vagy kiképezhető olyan fémlemezként, amelyre csőkígyót erősítenek. A munkaközeg a csőben áramolva a napsugárzás hatására felmelegszik. A munkaközeg a csőben áramolva a napsugárzás hatására felmelegszik. Bizonyos esetekben a csőjáratos lemez műanyagból is készülhet. Bizonyos esetekben a csőjáratos lemez műanyagból is készülhet. A lefedéssel készülő kollektorok üresjárati hőmérséklete (amikor a hőhordozó közeg nem kering) igen magas lehet, elérheti a o C-ot is. A lefedéssel készülő kollektorok üresjárati hőmérséklete (amikor a hőhordozó közeg nem kering) igen magas lehet, elérheti a o C-ot is. Ezért elnyelő lemeznek fémet célszerű alkalmazni, legtöbbször rezet vagy alumíniumot. A csővezeték általában vörösrézből készül. Ezért elnyelő lemeznek fémet célszerű alkalmazni, legtöbbször rezet vagy alumíniumot. A csővezeték általában vörösrézből készül.

20 A síkkollektor elnyelő-elemének bevonata A síkkollektorokkal hasznosított energia mennyisége jelentős mértékben függ az elnyelő lemez tulajdonságaitól. A cél olyan elnyelő lemez kialakítása és alkalmazása, amely a nap-sugárzást közel 100%-ban elnyeli, ugyanakkor saját vissza-sugárzása minimális. A síkkollektorokkal hasznosított energia mennyisége jelentős mértékben függ az elnyelő lemez tulajdonságaitól. A cél olyan elnyelő lemez kialakítása és alkalmazása, amely a nap-sugárzást közel 100%-ban elnyeli, ugyanakkor saját vissza-sugárzása minimális. Ezt ún. szelektív bevonattal lehet elérni. Szelektív bevonatként általában galvanizálással felvitt nikkel-, vagy króm-oxidokat használnak, de lehet kapni szelektív tulajdonságokkal rendelkező festéket, ún. "szolárlakkot" is. Ezt ún. szelektív bevonattal lehet elérni. Szelektív bevonatként általában galvanizálással felvitt nikkel-, vagy króm-oxidokat használnak, de lehet kapni szelektív tulajdonságokkal rendelkező festéket, ún. "szolárlakkot" is. Kedvező hatást lehet elérni az elnyelő lemez felületének érdesítésével is. Kedvező hatást lehet elérni az elnyelő lemez felületének érdesítésével is. Természetesen alkalmazhatók szelektív bevonat nélküli abszorberek is. Ezek hatásossága kisebb, de a nyári félévben kielégítően alkalmazhatók. Természetesen alkalmazhatók szelektív bevonat nélküli abszorberek is. Ezek hatásossága kisebb, de a nyári félévben kielégítően alkalmazhatók.

21 A síkkollektorok lefedése Lényegesen befolyásolja a kollektorok hatásosságát a lefedés fényáteresztő és hőszigetelő képessége. Lényegesen befolyásolja a kollektorok hatásosságát a lefedés fényáteresztő és hőszigetelő képessége. A kollektor gyártók általában alacsony vastartalmú, 4 mm vastag edzett biztonsági üveget alkalmaznak. A kollektor gyártók általában alacsony vastartalmú, 4 mm vastag edzett biztonsági üveget alkalmaznak. Az üveg előnye az igen jó fényáteresztő képesség és a megbízható, hosszú élettartam. Az edzett üveg a jégverésnek és a hóterhelésnek is ellenáll. Az üveg előnye az igen jó fényáteresztő képesség és a megbízható, hosszú élettartam. Az edzett üveg a jégverésnek és a hóterhelésnek is ellenáll. Új fejlesztés a lencsefelületű biztonsági üveg, amelynél a felszínt borító kicsiny lencsék a nagy szög alatt érkező közvetlen napsugárzást bevezetik az elnyelő fölötti térbe. Új fejlesztés a lencsefelületű biztonsági üveg, amelynél a felszínt borító kicsiny lencsék a nagy szög alatt érkező közvetlen napsugárzást bevezetik az elnyelő fölötti térbe. Másik lefedő lemeztípus a polikarbonát-lemez. Előnye az alacsony ár, a kis súly és a jó hőszigetelő képesség. Hátránya, hogy nagy termikus igénybevétel és sugárzás- terhelés mellett rövidebb az élettartama. Másik lefedő lemeztípus a polikarbonát-lemez. Előnye az alacsony ár, a kis súly és a jó hőszigetelő képesség. Hátránya, hogy nagy termikus igénybevétel és sugárzás- terhelés mellett rövidebb az élettartama.

22 A kollektorok hőszigetelése és dobozszerkezete A kollektorok abszorbereinek hátoldalán hőszigetelést kell alkalmazni. A hőszigetelésre szálas ásvány- vagy üveggyapotot használnak mm vastagságban. A kollektorok abszorbereinek hátoldalán hőszigetelést kell alkalmazni. A hőszigetelésre szálas ásvány- vagy üveggyapotot használnak mm vastagságban. A dobozszerkezet (kollektorház) általában alumíniumlemezből készül. A dobozszerkezet feladata a lefedés, az abszorber, és a hőszigetelés zárt egységben tartása, a kollektor lezárása, a nedvesség bejutásának a meg-akadályozása. A dobozszerkezet (kollektorház) általában alumíniumlemezből készül. A dobozszerkezet feladata a lefedés, az abszorber, és a hőszigetelés zárt egységben tartása, a kollektor lezárása, a nedvesség bejutásának a meg-akadályozása. Közvetlenül a tetőszerkezetbe épített kollektorok doboz nélküliek. Ezek előnye, hogy némileg olcsóbbak és kisebb a hőveszteségük. Közvetlenül a tetőszerkezetbe épített kollektorok doboz nélküliek. Ezek előnye, hogy némileg olcsóbbak és kisebb a hőveszteségük. A kollektorok általában 2 m 2 körüli felülettel, kb. 1x2 m-es méretben készülnek. Nagyobb igények kielégítésére több kollektort kell alkalmazni. A kollektorok általában 2 m 2 körüli felülettel, kb. 1x2 m-es méretben készülnek. Nagyobb igények kielégítésére több kollektort kell alkalmazni.

23 Tárolók Tárolót azért kell alkalmazni, mert a napsütés időtartama az évszaktól és az időjárástól függően változik, és általában nem esik egybe a fogyasztás idejével. Ezért a napsütés időtartama alatt előállított hőt tárolni kell a felhasználás időszakára. Tárolót azért kell alkalmazni, mert a napsütés időtartama az évszaktól és az időjárástól függően változik, és általában nem esik egybe a fogyasztás idejével. Ezért a napsütés időtartama alatt előállított hőt tárolni kell a felhasználás időszakára. A tárolók hatásuk szerint három félék lehetnek: A tárolók hatásuk szerint három félék lehetnek: – rövid idejű, általában 24 órára, – közepes időtartamú, 1-4 hetes, – hosszú idejű, egész idényre. A tárolókat töltetük szerint is osztályozhatjuk: A tárolókat töltetük szerint is osztályozhatjuk: – folyadék, – szilárd és – kémiai töltetűek.

24 Hőhordozó A kollektorokban alkalmazott leggyakoribb hőhordozó a víz, ill. az ezzel egyenértékű fagyálló folyadék, de léteznek levegőhordozóval működő kollektorok is. A kollektorokban alkalmazott leggyakoribb hőhordozó a víz, ill. az ezzel egyenértékű fagyálló folyadék, de léteznek levegőhordozóval működő kollektorok is. A levegőhordozós kollektorokat az amerikai földrészen alkalmazzák lakóépületek fűtésére, hazánkban főleg terményszárítókban használják. A levegőhordozós kollektorokat az amerikai földrészen alkalmazzák lakóépületek fűtésére, hazánkban főleg terményszárítókban használják. A levegőhordozóval üzemelő kollektorok esetén az abszorber lényegesen nagyobb felületen köteles érintkeznie a hő- hordozóval, mint a folyadékos kollektor. A levegőhordozóval üzemelő kollektorok esetén az abszorber lényegesen nagyobb felületen köteles érintkeznie a hő- hordozóval, mint a folyadékos kollektor.

25 Köszönet illeti a Környezetmérnöki Tanszék hallgatóit (Kiss Csaba, Major Alexandra, Orosz Tibor és Papp Henrietta) a tervezési gyakorlatok és a diplomadolgozatok készítése során elvégzett szakirodalmazási munkájukért, amelynek eredményei ebben az oktatási anyagban megjelenhettek. Köszönet illeti a Környezetmérnöki Tanszék hallgatóit (Kiss Csaba, Major Alexandra, Orosz Tibor és Papp Henrietta) a tervezési gyakorlatok és a diplomadolgozatok készítése során elvégzett szakirodalmazási munkájukért, amelynek eredményei ebben az oktatási anyagban megjelenhettek. Köszönet illeti Vágvölgyi Gusztávot a NYTF-ról, akinek az összeállítását itt részben felhasználtuk. Köszönet illeti Vágvölgyi Gusztávot a NYTF-ról, akinek az összeállítását itt részben felhasználtuk. Dr. Kun-Szabó Tibor egyetemi docens egyetemi docens Köszönetnyilvánítás

26 Köszönöm a figyelmet!


Letölteni ppt "Nap– és szélenergia felhasználásának lehetőségei Oktatási anyag, 2004 Készítette: Dr. Kun-Szabó Tibor."

Hasonló előadás


Google Hirdetések