1 / 65

Napsugárzás energiája

Napsugárzás energiája. Dr. Dióssy László c. egyetemi docens. Napsugárzás energiája. Napállandó :1353 W/m² 1m² felületre 1 s alatt eső sugárzás Optikai légréteg (air mass ) jele: m vagy AM0 AM0: Földön kívüli légréteg AM1: Föld felszínére merőlegesen. Napenergia földi eloszlása.

awena
Download Presentation

Napsugárzás energiája

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Napsugárzás energiája Dr. Dióssy László c. egyetemi docens

  2. Napsugárzás energiája Napállandó :1353 W/m² 1m² felületre 1 s alatt eső sugárzás Optikai légréteg (air mass) jele: m vagy AM0 AM0: Földön kívüli légréteg AM1: Föld felszínére merőlegesen

  3. Napenergia földi eloszlása

  4. Magyarország napsugárzási viszonyai

  5. Hőelnyelő felület és a napsugárzás egymáshoz viszonyított helyzete Dőlésszög (β): hőelnyelő felület vízszintessel bezárt szöge Felszíni azimutszög (γs): Vízszintes síkon mérve a napsugárzás vetületének a déli iránnyal bezárt szöge Beesési szög (Θ): a felszínre érkező napsugár és a felszín normálisa által bezárt szög

  6. Hőelnyelő felület és a napsugárzás egymáshoz viszonyított helyzete Zenit szög (Θz): A beeső sugár és a függőleges (zenit) által bezárt szög Napsugárzás szög (αs): a Naphoz húzott egyenes és a vízszintes sík által bezárt szög αs=90°-Θz

  7. A Nap és egy tetszőleges helyzetű kollektor viszonya

  8. Sugárzási komponensek Direkt sugárzás: Idir Szórt (diffúz) sugárzás: Idiff • Atmoszféra szórt sugárzása • Föld felszíni környezet szórt sugárzása Teljes napsugárzás : I I=Idir+Idiff Sugárzás felületi teljesítmény [W/m2] jele=I Napfény besugárzás [J/m2]

  9. Sugárzási komponensek hőhasznosító felületen

  10. Irβ; Isβ Iβ=Idirβ+Isβ+Irβ Sugárzási komponensek hőhasznosító felületen

  11. Hőhasznosítás Abszorpció: α [-] Ebe [W/m2] fajlagos energiaáram Ebe*α = Eki=Es+Ekonv≈ f(Te-Tk) Arányossági tényező: f [W/m2K] Emissziós tényező: ε [-]

  12. Üvegréteg hatása Transzparencia (átlátszóság): a [-] a= 0,8 egyrétegű üveg a napsugárzás mekkora részét a= 0,75 kétrétegű üveg engedi át? Üvegréteg vesztesége Veszteségtényező:β [W/m2K] Egyrétegű üveg: β= 5[W/m2K] mekkora energia Kétrétegű üveg: β= 2,7[W/m2K] vész el? Az üveg okozta veszteség Ev=β(Te-Tk) [W/m2]

  13. Példa Ebe Ebe=400 [W/m2] Tk=20°C Te=? (felületi hőmérséklet) v= 1m/s (Szél sebessége) Polírozott sárgaréz

  14. Példa Ebe*α=Es+Ekonv ≈ f(Te-Tk) Táblázatból α=0,4 [-] f=9

  15. Példa Fedjük le 1 réteg üveggel, és az így létrehozott hő csapdából mekkora energiaáramot tudunk elvezetni úgy, hogy a felületi hőfok ne változzon. Ebe*α*a=Eh+β(Te-Tk) Táblázatból: a=0.8[-] β=5[W/m2K] Eh=Ebeα*a-β(Te-Tk) Eh=400*0,4*0,8-5(37,8-20)=128-89=39W/m2

  16. Napenergia hasznosítás Aktív • Hőhasznosítás (napkollektorokkal, naperőművekkel) – elektromágneses sugárzás átalakítása hőenergiává majd a folyadék munkaközegnek átadása • Fotovoltaikus hasznosítás (napelemekkel) – Napsugárzás fényenergiáját elektrokémiai úton átalakítja villamos energiává Passzív Épületszerkezetek megfelelő kialakítása, színezése,elhelyezése

  17. Gazdaságosság • Mo-on a passzív hasznosítás, melegvízellátás az év egy részében és kis mértékben napelemes áram előállítás a vállalkozói szférában jellemző • 1m² napkollektor felülettel ~500 kWh /év hasznosított energia Összehasonlítás: 4 tagú család áramfogyasztása ~200 kWh /hó = 10 000 Ft/hó (50 Ft/kWh)

  18. Hőhasznosítás Hőhasznosítók részei • Elnyelő és energiaátalakító szerkezetek (kollektorok) – Mo-onβ dőlésszög 45̊ • Tárolók • Működtető szerkezetek és hálózatok Hőelnyelő szerkezetek alapján, lehet • Síkkollektor • Koncentráló elnyelő • Vákuumcsöves kollektor (síkkollektor speciális típusa!)

  19. Síkkollektorok • A világon használtnak 90%-a • Megbízhatóság, könnyű karbantartás • A hőelnyelő lemez vákuumba téve a levegő kiszivattyúzásával → rendkívül jó hőszigetelés

  20. Síkkollektorok Alapfelépítésű síkkollektor keresztmetszete 1. abszorber; 2. külső fedőlemez; 3. belső fedőlemez;4. szigetelés; 5. folyadékcső; 6. kollektordoboz

  21. Fedő lemez feladata • Mechanikai védelem • Napsugárzás átengedése • Elnyelőfelület és a külső tér közötti hőszigetelés • Infrasugarak visszaverése Anyaga: • Üveg (kis vastartalmú edzett tükörüveg) - Transzparens műanyag (fólia)

  22. Elnyelő lemez(abszorber) Anyaga általában alumínium Elnyelő képesség növelése: • Struktúra változtatással • Szelektív bevonattal (elterjedt) - interferencia • Fémbevonat • Fémoxid bevonat • Optikai elven működő szelektívbevonat

  23. Kollektor doboz • Elnyelő és a fedőlemez közti légrés biztosítása • Szigetelt (polisztirol, poliuretán, PVC-hab, polietilén-hab, polipropilén-hab, üveggyapot, ásványgyapot) • Víztömör • Szerelhető

  24. Kollektorok felépítésük és az elnyelőelem szerint Felépítésük szerint - Hővédelem nélküli (fedés nélküli) • Egyrétegű lefedésű • Kétrétegű lefedésű • Vákuum kollektorok Elnyelőelem szerint • Táskás elnyelők (hőhordozós napkollektornál) • Csöves elnyelők • Csőjáratos lemezes elnyelők (elnyelő lemezbe sajtolt vörösréz csőkígyó)

  25. Kollektorok csővezetése Kígyó alakú Regiszter tipusú Spirális

  26. Síkkollektorok kapcsolása 1. soros 2. párhuzamos

  27. Vákuumcsöves kollektorok

  28. Hőcső (rézből) Külső üvegcső Belső üvegcső, külső részein szelektív bevonat Vákuum

  29. Vákuumcsöves kollektorok • Jó hőszigetelés amíg a vákuumot tartja – amikor kicsi a napsugárzás intenzitása (télen), kisebb marad a hővesztesége mint a síkkolektoré (szél és hideg kevésbé bef.) • Nagyon költséges • Magas a hatásfoka, a vákuumcsövek henger alakja miatt, a Nap függőlegesen éri az üveg felületét szinte egész nap, és így teljesítményértékek magasak, reggeltől késő délutánig jó a hőhozam. A síkkollektor csak délben nyújt csúcsteljesítményt, amikor a Nap merőleges a kollektor síkjára.

  30. Koncentráló kollektorok A sugárzást az elnyelő felületéhez koncentrálják Tulajdonságai • Nagyüzemi hőmérséklet előállítása (gőz) • Direkt sugárzás esetén • Kisebb felület, mint a síkkollektoroknál • Napkövető mozgatás kell • Szennyeződésekre érzékeny

  31. Koncentráló kollektorok Fajtái • Lineáris koncentráló (síktükrökkel) • Parabolikus koncentráló (parabolatük.)

  32. Parabolikus koncentrálás • Nagyarányú koncentrálás • Csak közvetlen sugárzást • Pontos napkövetés • Kis felületű elnyelőszerkezet • Nagyobb hőveszteség

  33. Napteknő • Teknő alakú tükrök követik a Nap mozgását, a tükrök fókuszában egy cső található, benne hőátadó folyadék kering és veszi fel a hőt.

  34. A napteknő részei

  35. Naptorony • Koncentrikus körökbe telepített nagy felületű és napkövető síklap tükrök irányítják a visszavert fényt a középpontban álló torony tetejére. Itt egy tartályban található a hőátadó folyadék, ami felveszi a hőt.

  36. Naptorony sémája (Boeing típus)

  37. Naptányér • Több korong alakú homorú tükröt mozgat egyszerre a napkövető állványzat. A tükrök közös fókuszpontjában veszi át a hőt a hőátadó folyadék. • Egymagában álló, kevés energiát termelő rendszer.

  38. Naptányér működése

  39. Napkémény • Nagy földterületet borítanak kör alakú üveg vagy műanyagszerkezettel, ami a kör közepe irányába magasodik. • Középen egy magas torony található, itt található a szélturbina. • Napsütés hatására az üveg (vagy műanyag) alatt található levegő felmelegszik, a torony irányába kezd áramlani. • A toronyban a meleg levegő felszáll, mozgásával a turbina lapátjait megforgatja, a turbinához generátor csatlakozik→áram • Egy 5 MW teljesítményű erőműhöz • 1100 m átmérőjű kollektor, • 445 m magas 27 m átmérőjű kémény. • Egy 200 MW-os erőműhöz ugyanezek a paraméterek: • 5000 m átmérőjű kollektor, • 1000 m magas, 150 m átmérőjű kémény.

  40. Napkémény

  41. Napkollektor • Egy négytagú családnak kb. 200 liter melegvízre van szüksége naponta. • Ez a mennyiség kb. 10 - 15 m² kollektorból hozható ki. • Vákuumcsöves kollektor esetében ennek a felületnek a fele is elegendő.

  42. Napkollektor

  43. Kollektorok hatásfoka

  44. Közelítő kollektorhatásfokok

  45. Hőhordozók • Víz (100ºC-ig) • Glikol oldatok (propilén glikol) – fagyvédelem mellett max. 140 ̊ C, kollektoroknál általános • Termoolajok (300 ºC-ig) • Szintetikus olajok (400 ºC-ig) – különleges szigetelések, tömítések szükségesek

  46. Elvárás a hőhordozó közeggel szemben • Jó fagyásállóság • Magas forráspont • Megfelelő viszkozitás • Kémiai stabilítás • Ne károsítsa a szerkezeti anyagokat • Ne legyen tűzveszélyes

  47. Működtető szerkezetek • Keringető rendszerek – szivattyú alkalmas legyen a kis folyadékáramú, viszkózus fagyálló mozgatására, nagy hőmérséklettűrésű legyen • Hőcserélő rendszerek – külső vagy tárolótartállyal összeépített • Szabályozó rendszerek – tágulási tartálya hőtágulás miatt, hőmérsékletszabályozók • Biztonságtechnikai szerkezetek – túlnyomás kialakulásának megakadályozása, ha a hőhordozó hőmérséklete meghaladná a forráspontot

  48. Működtető rendszerek csoportosítása • Hőhordozó közeg keringetése szerint • Gravitációs keringetésű • Szivattyús keringetésű • Hőhordozó közeg nyomása szerint • Túlnyomás nélküli (nyitott) rendszer • Nyomás alatti rendszerek (hálózati nyomás) • Hőhordozó körök száma szerint • 1 körös ( a kollektorkörben is használati víz) • 2 körös ( kollektorkörben fagyálló folyadék, mely hőcserélőn keresztül melegíti a vizet)

More Related