Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar

1. 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

2. 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

3. 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)

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

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

6. 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.

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

8. 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

9. 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

10. A napsugárzás mennyiségi jellemzői • A Nap helyzetének jellemzése: • Napmagasság • Azimut

11. A napsugárzás mennyiségi jellemzői A Nappálya

12. A napsugárzás mennyiségi jellemzői Nappálya diagram

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

14. A napsugárzás mennyiségi jellemzői 2005 évi napsugárzási adatok napi bontásban Borult napJanuár 07. Változékony napMájus 07. Derült napMájus 26.

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

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

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

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

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

20. Napkollektorok Napkollektorok általános felépítése, főbb részei

21. 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

22. 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 paramétereTkoll = (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, a1és a2megadásával definiálható.

23. Napkollektorok Napkollektorok hatásfokának ábrázolása Szabványos ábrázolási módaz X-érték függvényébenX = (Tkoll-Tlev) / QNap Egyszerűsített ábrázolási móda kollektor és a környezeti levegőhőmérséklet-különbségének függvényében

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

25. 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

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

27. Napkollektorok Lefedés nélküli kollektorok Elsősorban medencék fűtésére

28. Napkollektorok • Síkkollektorok • Nem szelektív síkkollektorok • Szelektív síkkollektorok • Vákuumos síkkollektorok Szelektív síkkollektor Síkkollektorok általános felépítése Vákuumos síkkollektor

29. Napkollektorok A síkkollektorok belső csövezése

30. Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok A vákuum előnye, hogy kiküszöböli a kollektor házonbelül 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

31. Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Vákuumcső kollektorok belső csövezése

32. Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Hőcsöves napkollektor (Heat pipe)

33. Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Schott vákuumcső CPC reflektor

34. Napkollektorok Napkollektor típusok összehasonlítása

35. Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektorok Szelektív síkkollektorok

36. Napkollektorok Vákuumcsöves napkollektor Hatásfok: C0= 0,81 C1= 1,8 C2= 0,004 Szelektív síkkollektor Hatásfok: C0= 0,80 C1= 3,8 C2= 0,008

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

38. Napkollektorok tetőre szerelése Szerelőkeret napkollektorok ferdetetőre szereléséhez

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

40. Napkollektorok tetőre szerelése Szerelőkeret napkollektorok lapostetőre szereléséhez

41. Szoláris szerelési egységek

42. 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:

43. Melegvíz- és puffertárolók

44. Tárolók Tárolók hőveszteségének csökkentése

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

46. Külső hőcserélők Külső hőcserélők alkalmazása

47. Külső hőcserélők Lemezes hőcserélők felépítése Hőmérséklet viszonyok a hőcserélőben

48. Külső hőcserélők Melyik rendszer teljesítménye a nagyobb? 10720 W 67% 7040 W 44%