Napkollektorok - a Nap ajándéka


Fűtés napenergiával – SOLARTRADE Co. aktív rendszerekkel



A napenergia felhasználása - az autonóm ház


A felhasznált energia jelentős része (kb. 75-85%-a) termikus jellegű: fürdővíz melegítése (12 hónapon keresztül), az épület fűtése (kb. 190-220 napon át). Ezeket általában valamilyen fosszilis tüzelőanyag elégetésével oldják meg. Hőenergia igényünk kielégítésére kézenfekvő megoldásként kínálkozik a Nap, mely évente Földünk minden négyzetcentiméterére (éghajlattól függően) kb. 1250 kWh energiát sugároz. Közérthetőbben: ekkora energiamennyiség keletkezik 200m3 földgáz elégetésekor.

A probléma csak az, hogy ezt az ajándékot általában nem a felhasználás ütemében kapjuk, azaz az energia közel kétharmad része a napsütötte félévben, harmadrésze pedig az év másik részében érkezik. A felhasználás jellege ezzel éppen fordított ütemű, bár a nyári félévben sem csekély melegvíz-felhasználás következtében, átmeneti időben pedig megfelelően méretezett elnyelő felületet feltételezve éppen kiegyenlítik egymást. (A családi házak ezen igényét kihasználva működnek a kiegészítő fűtést biztosító napenergiás rendszerek, télen kb. 20-30%-os részesedéssel, átmeneti időben feleslegessé téve a hagyományos fűtést, nyáron pedig kizárólagos energiaellátást biztosítva). Amennyiben a nyári felesleges energiát nem használjuk fel megvan a lehetőség arra, hogy megvalósítsuk a hőenergetikailag önálló házat. A konkrét helyszín ismeretében meghatározható a szükséges kollektorfelület, a tároló nagysága, alakja, a hőszigetelés mikéntje illetve illeszthető hozzá a tervezett berendezést kiszolgálni képes fűtési rendszer és meghatározható az épület optimális hővesztesége.

Íme egy napkollektoros fűtőrendszeren végzett mérések alapján készült grafikon:



A vastag kék folytonos vonal egy 200 négyzetméteres ház hőigényét, 6 fő melegvíz-fogyasztásával, míg a zöld vonal alatti terület 40 négyzetméteres déli tájolású 45 dőlésszögű kollektor energiatermelő képességét mutatja heti bontásban. A görbék alatti terület a felhasznált illetve megtermelt energiamennyiséggel arányos. Látható, hogy a nyári fel nem használt napenergia mennyisége a téli energiával már nem fedezhető fűtési energiaigénnyel közel egyenlő. A műszaki probléma a hosszú idejű átütemezésben illetve a nagy energiamennyiség tárolásában van.

Ez a feladat csak többlépcsős optimalizálással oldható meg, hiszen:


  1. A hosszú idejű tárolás kellemetlen velejárója a hőveszteség, melyet a tároló hőszigetelésének fokozásával, illetve a tároló tervezett működési hőmérsékletének korlátozásával csökkenthetünk; így egy műszakilag optimálisabb, ámde sokkal költségesebb megoldáshoz jutunk.

  2. A költségek csökkentése a tároló fizikai méretének csökkentésével lehetséges, ami éppen az ellenkező irányba mutat. Emelni kell a maximálisan megengedhető tároló hőmérsékletet, és csökkenteni kell minden határon túl azt a minimálisan szükséges vízhőmérsékletet, amivel még fűteni lehet. Hiszen az energiatároló képesség erősen függ az alkalmazott hőtároló közeg fajhőjétől, a hőtároló tömegétől és a fent említett hőmérsékletkülönbségtől.


Mint már utaltunk rá, a hosszú idejű tárolás sajnos hőveszteséggel jár, melyet csökkenthetünk, de teljesen nem küszöbölhetünk ki. Éppen ezért a fenti grafikon -- ahol a megtermelt energia és az éves energiaigény egyensúlyban van -- még nem feltétlenül jelent önellátó házat.

Magyarországon az első autonóm házat 1998-ban üzemelték be és a ház beváltotta hozzá fűzött reményeket. A számítógépes szimulációt a valóság pontosan követte: a napenergiás rendszer az év végéig 20C-os belső hőmérsékletet biztosított, és négy fő átlagos melegvíz igényét elégítette ki. A teljes évi töltéssel kétszer annyi energia kerül a tárolóba, mely biztosíték a téli energiatermelésre. Jelen példában a kollektorfelület és a ház hőigénye úgy lett illesztve, hogy ezenkívül már nincs szükség a tárolóból való kivételezésre.

A hagyományos napkollektoros rendszerek a bevezetőben említett hatalmas energiamennyiségből kb. 350-450 kWh-t képesek hasznosítani, így hatásfokuk kb. 28-35%

A sokkal korszerűbb vákuumcsöves napkollektorok, melyek effektívebb, gyorsabb működésüknek köszönhetően akár 750 kWh-ás éves teljesítmény elérésére is képesek a hatásfok jelentősen megnövelhető kb. 60%-ra. Ezeknek a kollektoroknak éves hozama kb. 120 m3 gáz elégetésével egyenértékű.

Ez a teljesítmény csak a teljes rendszer optimalizálásával érhető el, amely kiterjed:

A fenti komoly vezérléstechnikai problémákat a SOLARTRADE Co. márkajelű digitális vezérlők maradéktalanul megoldják.

Véleményünk szerint ez a fűtési rendszer pillanatnyilag költséges, azonban a kitartó kutatás és fejlesztés nyomán a költségek csökkenthetők lesznek, és az autonóm ház a jövőben mindenki számára elérhetővé válik. A természet egyik legnagyobb kincsének kiaknázásával részben megoldódik az emberiség energiaproblémája, másrészt csökken a környezetszennyezés és a vegyiparban oly fontos alapanyagok sem vesznek el.

A SOLARTRADE Co. mérnökei folyamatos fejlesztéssel, a beruházási költségek csökkentését tűzték ki célul. Ez lehetővé teszi, hogy az átlag jövedelemmel rendelkező emberek is hozzá jussanak az ingyen energiához.




A SOLARTRADE Co. a következő feltételek egyidejű teljesülése esetén tartja hasznosnak és ésszerűnek napkollektoros rendszerek építését:


Magyarország éghajlati feltételei mellett fűtési célú aktív szoláris rendszer alkalmazása akkor lehet észszerű, ha a következő feltételek mindegyike teljesül.
- az épület fajlagos hővesztesége csekély (jó hőszigetelés, kompakt épületforma, jó légzárás).
- az épület fűtési hőleadóit alacsony hőhordozó hőmérsékletre tervezték (beágyazott sugárzó fűtés, lapradiátorok),
- a kollektormező elhelyezése jól megoldható (alkalmas méretű és formájú tetőidom, esetleg a kollektormező tartóállványainak felállítására alkalmas lapos tető, megfelelő tájolás, dőlés, benapozás),
- a beépített kapacitás nyáron is kihasználható (használati melegvíz, uszodavíz).

Aktív napenergia hasznosítás / alkotóelemek, berendezések /


A SOLARTRADE Co. által forgalmazott aktív rendszerekben az energiagyűjtés feladatát a kollektorok látják el. Ezek általában önálló elemek, amelyek az épületre szerelhetők, de vannak az épület egyes elemeivel szerkezetileg összeépíthető kiviteli változatok is, amelyek egyszerre kollektorok és tetőhéjalások. A kollektorokban hőhordozó közeg kering. Ha a hőhordozó vagy munkaközeg folyadék, hőmérséklete magasabb mint a tárolóban lévő folyadék hőmérséklete akkor a hőcserélő közvetítésével a tároló a munkaközeg hőmérsékletére melegszik. A tárolótartályok jellemzően hengeresek, álló helyzetűek, így a folyadék hőmérséklet szerinti rétegeződésének jelensége jobban kihasználható: a tartály tetejéről a legmelegebb közeg vételezhető, a tartály alján a hőmérséklet a hőátadás szempontjából előnyösen alacsonyabb. A SOLARTRADE Co. tartályok széleskörű felhasználást tesznek lehetővé./ több fűtési mód alkalmazása, átfolyó rendszerű HMV készítés, optimalizált rétegfűtés, stb /

A hőleadók olyanok, amelyeket a központi fűtési rendszerekben alacsony fűtővíz hőmérséklet mellett egyébként is szokásos beépíteni. A hálózat kialakítását és méretezését illetően a szokványos központi fűtési rendszerekhez viszonyítva néhány speciális követelményt is ki kell elégíteni.

A rendszer méretezéséről:
A méretezést illetően lényegében csak két változat jöhet szóba
- vagy el kell végezni a rendszer működésének szimulációját a teljes fűtési idényre (megrendelés esetén a SOLARTRADE Co. elkészíti a tesztelést )
- vagy meg kell elégednünk a tapasztalati közelítésekkel, mely az évek során telepített SOLARTRADE Co. rendszerek folyamatos megfigyelésén alapul.
A szükséges kollektor felület meghatározása: vákuum csöves kollektornál a fütött felűlet 20%, síkkollektoros rendszernél 30 %-ban lehet meghatározni.
A szükséges tároló méret : 50 lit/ kollektor m²
Előzetes becslésként feltételezhető, hogy e méretekkel az aktív rendszer az idény összes fűtési hőigényének 30-50 % fedezi.

A kollektorfelületek tájolásáról:
A kollektorok optimális tájolása déli irányú, de ettől a felszerelési hely adottságaitól függően - kis mértékben - el lehet térni keleti/nyugati irányba. A déli iránytól való eltérés a hasznosított napsugárzás csökkenését eredményezheti, melynek mértéke ± 30°-os eltérésig nem jelentős. Keleti/nyugati tájolás esetén a csökkenés elérheti a 30%-ot. Ha a keleti és a nyugati tájolás között kell választani, a melegebb délutáni léghőmérséklet és délután kisebb valószínűséggel előforduló ködök miatt célszerűbb a nyugati tájolást választani. 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 optimálistól eltérő tájolás esetén a felület ezen az adatoknak megfelelően nagyobbra választandó.

A SOLARTRADE Co. technikusai a helyszíni bejárás során tájékoztatják az érdeklődőket a várható hatékonyságról, a megtakarítás mértékéről. Ez alapján el lehet dönteni, hogy az adott épületnél gazdaságos-e a szolárberendezés telepítése.

 

A napkollektorok.hu oldalt a SOLARTRADE Co. (www.solartarde.hu) üzemeletei.