Megújuló Energiák Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Megújuló Energiák A napenergia aktív hasznosítása napkollektorokkal Varga Pál Naplopó Kft. 1138 Budapest, Jakab József u. 17. Tel.: 237-0433 E-mail: naplopo@naplopo.hu WEB: www.naplopo.hu

Miért hasznosítsuk a Nap energiáját? A hagyományos energiahordozók hátrányai: Környezetszennyezés Energiahordozó készletek kimerülése Nem áll mindig rendelkezésre energiaforrás Költséges A Napenergia előnyei: Kimeríthetetlen, megújuló energiaforrás Felhasználása nem jár környezetszennyezéssel Szinte mindenhol rendelkezésre áll Ingyenes

1997, Európai Parlament, Zöld Könyv: EU előírások és elvárások 1997, Európai Parlament, Zöld Könyv: 2010-re a teljes energiafelhasználás 12%-át megújuló energiákból kell fedezni 2001, Európai Parlament, Irányelv: (2001/77/EK) 2010-re a teljes villamosenergia 22,1%-át megújuló energiákból kell fedezni (Pl. Ausztria: 78,1%, Svédország: 60%, Spanyolország: 29,4%) EU elvárások Magyarország felé: 2010-re a teljes energiafelhasználáson belül a megújuló energiák részarányát 3,6%-ról 7,2%-ra kell növelni 2010-re a villamosenergia termelésen belül a megújuló energiák részarányát 0,9%-ról 3,6%-ra kell növelni (az eredetileg tervezett 11,5% helyett)

Megújuló energiák Magyarországon Az EU tagországok vállalásai a megújulóból termelt villamos energia részarányára

Fotovilamos áramtermelés A napenergia felhasználásának lehetőségei Aktív hasznosítás: Fotovilamos áramtermelés Napkollektoros hőtermelés Használati-melegvíz készítés Medence fűtés Épületfűtés Egyéb technológiai melegvíz

Mekkora mennyiségű napsugárzás érkezik A napsugárzás mennyiségi jellemzői Mekkora mennyiségű napsugárzás érkezik Magyarország területére egy év alatt? Körülbelül annyi, ami fedezni tudná Budapest teljes évi energiaszükségletét. Körülbelül annyi, ami fedezni tudná Magyarország teljes évi energiaszükségletét. Több mint 350-szer annyi, mint Magyarország teljes évi energiaszükséglete.

A napsugárzás mennyiségi jellemzői A Nap (fotoszféra) hőmérséklete: 6000 K Sugárzási teljesítménye: 4 x 1023 kW Földfelszínre érkező sugárzás: 173 x 1012 kW A napsugárzás spektrális megoszlása A Föld keringése a Nap körül

A napsugárzás mennyiségi jellemzői Jellemző napsugárzás értékek a Föld felszínén NAPÁLLANDÓ: 1,352 kW/m2 A napsugárzás értéke a föld légkörének külső határán A közvetlen és a szórt sugárzás aránya Magyarországon

A napsugárzás mennyiségi jellemzői Vízszintes felületre érkező globális napsugárzás Magyarországon Déli tájolású, 45°-os dőlésű felületre érkező, és ebből napkollektorokkal hasznosítható napsugárzás havi megoszlása Magyarországon

A napsugárzás mennyiségi jellemzői A Nap helyzetének jellemzése: Napmagasság Azimut

A napsugárzás mennyiségi jellemzői A Nappálya

A napsugárzás mennyiségi jellemzői Nappálya diagram

A napsugárzás mennyiségi jellemzői 2004 évi napsugárzási adatok napi bontásban Éves napsugárzás: 1337 kWh/m2 2004 évi napsugárzási adatok 30 napos átlagértékkel

A napsugárzás mennyiségi jellemzői 2005 évi napsugárzási adatok napi bontásban Borult nap Január 07. Változékony nap Május 07. Derült nap Május 26.

Napsugárzás éves változása A napsugárzás mennyiségi jellemzői Vízszintes felületre érkező éves globális napsugárzási adatok Napsugárzás éves változása

Téli és nyári napsugárzás összehasonlítása A napsugárzás mennyiségi jellemzői Déli tájolású és 45°-os dőlésszögű felületre érkező globális napsugárzás derült idő esetén Téli és nyári napsugárzás összehasonlítása

A napsugárzás mennyiségi jellemzői Az érkező napsugárzás mennyisége az elnyelőfelület dőlésszöge és tájolása függvényében

A napkollektoros rendszerek általános felépítése Napkollektorok Csővezeték rendszer Szabályozó Tároló Szoláris szerelési egység Tágulási tartály

Napkollektorok A napkollektor feladata: elnyelje a napsugárzást, az elnyelt napsugárzást hőenergiává alakítsa, a keletkezett hőenergiát átadja egy hőhordozó közegnek.

Napkollektorok Napkollektorok általános felépítése, főbb részei

Napkollektorok A jó napkollektorok titka: szelektív bevonat A szelektív bevonat a hullámhossz függvényében engedi át, vagy veri vissza az elektromágneses sugárzást. A Nap rövid hullámhosszú sugárzását átengedi, azaz elnyeli Az abszorber lemez hosszú hullámhosszú sugárzását visszaveri, azaz nem engedi át Nikkelpigmentes alumínium-oxid

Napkollektorok Napkollektorok hatásfoka A kollektorból a hőhordozó közeggel elvezetett hőmennyiség Hatásfok = A kollektor felületére érkező napsugárzás hőmennyisége A hatásfok képlete: = 0 - a1 .X - a2 . QNap . X2 Ahol: 0 [-], [%] az optikai hatásfok (hatásfok X=0 esetén), a1 [W/(m2·K)] az elsőfokú tag együtthatója, a2 [W/(m2·K2)] a másodfokú tag együtthatója, X = (Tkoll-Tlev) / QNap [K/(W/m2)] a hatásfok paramétere Tkoll = (Tkoll, be+Tkoll, ki )/2 [°C] a kollektor közepes hőmérséklete, Tkoll, be [°C] a kollektorba belépő közeghőmérséklet, Tkoll, ki [°C] a kollektorból kilépő közeghőmérséklet, QNap [W/m2] a napsugárzás teljesítménye Egy napkollektor hatásfoka 0, a1 és a2 megadásával definiálható.

Napkollektorok Napkollektorok hatásfokának ábrázolása Szabványos ábrázolási mód az X-érték függvényében X = (Tkoll-Tlev) / QNap Egyszerűsített ábrázolási mód a kollektor és a környezeti levegő hőmérséklet-különbségének függvényében

Kollektorok energia átalakítási viszonyai átlagos napsugárzás esetén Napkollektorok Napkollektorok energiamérlege Kollektorok energia átalakítási viszonyai átlagos napsugárzás esetén

Vákuumcsöves kollektor Napkollektorok Napkollektorok jellemző felületei Síkkollektor Vákuumcsöves kollektor Teljes, bruttó felület: A kollektor szerkezet teljes befoglaló mérete Szabad, besugárzott üvegfelület: Az üvegfelület nagysága, ahol a napsugárzás bejut az abszorber lemez felületére Abszorber felület: A kollektor elnyelőlemezének besugárzott felülete

Napkollektorok A napkollektorok főbb típusai: Lefedés nélküli kollektorok (szolárszőnyegek) Nem szelektív síkkollektorok Szelektív síkkollektorok Vákuumos síkkollektorok Vákuumcsöves kollektorok

Napkollektorok Lefedés nélküli kollektorok Elsősorban medencék fűtésére

Napkollektorok Síkkollektorok Nem szelektív síkkollektorok Vákuumos síkkollektorok Szelektív síkkollektor Síkkollektorok általános felépítése Vákuumos síkkollektor

Napkollektorok A síkkollektorok belső csövezése

Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Vákuumcső típusok A vákuum előnye, hogy kiküszöböli a kollektor házon belül a konvektív hőátadást. Ennek elsősorban akkor van nagyobb jelentősége, ha a hőmérséklet különbség a kollektor és a környezeti levegő között nagy, tehát pl. télen, fűtésrásegítés esetén, vagy akkor, ha a kollektoroknak magas hőmérsékletű közeget kell fűteni. Vákuumcső típusok

Vákuumcső kollektorok belső csövezése Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Vákuumcső kollektorok belső csövezése

Hőcsöves napkollektor (Heat pipe) Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Hőcsöves napkollektor (Heat pipe)

Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok CPC reflektor Schott vákuumcső

Napkollektorok Napkollektor típusok összehasonlítása

Vákuumcsöves napkollektorok Szelektív síkkollektorok

Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektor Hatásfok: C0= 0,81 C1= 1,8 Szelektív síkkollektor Hatásfok: C0= 0,80 C1= 3,8 C2= 0,008

A napkollektoros rendszerek részei Napkollektorok Napkollektorok tartószerkezetei Szivattyús szerelési egységek Tágulási tartályok Melegvíz-, és puffertárolók Szabályozók Hőcserélők Motoros váltószelepek Légtelenítők Fagyálló folyadék Csővezeték Hőszigetelés

Napkollektorok tetőre szerelése Szerelőkeret napkollektorok ferdetetőre szereléséhez

Napkollektorok tetőre szerelése Tetőbe integrált beépítés A napkollektorok helyettesítik a tetőhéjalást.

Napkollektorok tetőre szerelése Szerelőkeret napkollektorok lapostetőre szereléséhez

Szoláris szerelési egységek

Nyomás- és térfogatviszonyok Tágulási tartály Tágulási tartály feladata: Biztosítani a hőhordozó közeg térfogatváltozását úgy, hogy a rendszer nyomása csak kis mértékben változzon. Nyomás- és térfogatviszonyok a tágulási tartályban Méretezés: Meghatározni a rendszer nyomásviszonyait Kiszámolni a teljes rendszer térfogatát Megállapítani a tágulási térfogatot Kiszámolni a tágulási tartály méretét Vtart = V / [0,9·[(pmax –phideg)/pmax]] V = Vrendszer · Vrel A forrás lehetőségét is figyelembevéve: V = Vrendszer · Vrel+ Vkoll A nyomás értékeket abszolút nyomásban kell behelyettesíteni! Relatív térfogatváltozás Közelítő méretek: Kollektorfelület m2 Tágulási tartály 2-4 12 liter 4-8 18 liter 8-20 24 liter 20-30 50 liter 30-40 60 liter

Melegvíz- és puffertárolók

Tárolók Tárolók hőveszteségének csökkentése

Tárolók Tárolók optimális méretének meghatározása Belső hőcserélők felülete: simacsöves hőcserélő: ~0,2 m2 / kollektor m2 bordáscsöves hőcserélő: ~0,3-0,4 m2 / kollektor m2

Külső hőcserélők Külső hőcserélők alkalmazása

Külső hőcserélők Lemezes hőcserélők felépítése Hőmérséklet viszonyok a hőcserélőben

Külső hőcserélők Melyik rendszer teljesítménye a nagyobb? 10720 W 67% 44%