Mindenekelőtt zárjuk rövidre a témát: a napkollektorok energiaátalakítás során hőt, amíg a napelemek villamos energiát állítanak elő, így két teljesen különböző rendszerről beszélünk. Most pedig nézzük át az alap dolgokat. A napból energiát lehet nyerni. Vannak olyan rendszerek, melyek direkt módon, más rendszerek indirekt módon használják fel a napsugárzást. A napkollektorok és a napelemek is direkt módon, azon belül aktívan hasznosítják a sugárzást. A biomassza tüzelés például indirekt felhasználó, hiszen a növények növekedéséhez is napenergia szükséges, de itt belőlük nyerjük ki ezt az energiát, nem pedig közvetlenül a Napból.
POTENCIÁL
A kollektorok telepíthetősége számos környezeti viszonytól és hatástól függ. A napkollektoros potenciált a külső hőmérséklet és a globális sugárzás (lényegében négyzetméterre fajlagosított sugárzási energia) mennyisége befolyásolja jelentősen.
Magyarország éghajlata a hűvös éghajlatok tartományában a hosszabb meleg éghajlatú kontinentális éghajlati altípusba tartozik. Magyarországon a napsütéses órák száma átlagosan 2000-2200 óra évente. Ez természetesen szoros összefüggésben van a besugárzás területi eloszlásával. Az ország északi és déli területei között több mint 200 órás eltérés van. A bezzegország Németországban a napos órák száma 1400-1800 körül mozog, ebből látható, hogy hazánk ilyen szempontból jobb helyzetben van. Területi alapon a globális sugárzás 1300-1400 kWh/m2 évente (ebből egy napkollektor átlagosan 600 kWh-t tud hasznosítani). Ez nyilván változik a szélességi körök mentén, azonban az ilyen jellegű eltérés hazánkban (kis kiterjedésű ország lévén) nem jelentős.
A napkollektorok hatásfoka hőmérsékletfüggő, egészen pontosan a rendszerben keringő közeg és a környezeti levegő hőmérsékletkülönbségétől függ. Később látni fogjuk, hogy minél nagyobb ez a különbség, annál rosszabb a hatásfok. Ebből következik, hogy alacsonyabb hőmérsékleten romlik egy napkollektor hatásfoka, így télen, amikor igazán szükségünk lenne például melegvízre, rosszabb hatásfokkal üzemel berendezésünk. Itt is érdemes megemlíteni Németországot, hiszen náluk az éves középhőmérséklet 7-8 °C, nálunk viszont 10-11 °C. Összességében elmondható, hazánkban nagy potenciálja van a napkollektorok telepítésének, hiszen kedvezőek az ország éghajlati adottságai.
FELÉPÍTÉS
A napkollektorok működésének leírását kezdjük a Magyar Napelem és Napkollektor Szövetség definicíójával: a napkollektor olyan épületgépészeti berendezés, amely a napenergia felhasználásával közvetlenül állít elő fűtésre, vízmelegítésre használható hőt. Ez a meghatározás jól körülírja, miről is beszélünk. A napkollektoros hőhasznosító feladata a Nap sugárzási energiájának minél nagyobb arányú elnyelése, tárolása, majd felhasználása. A napkollektor esetében arra törekszünk, hogy minél több legyen az elnyelt és minél kevesebb a kisugárzott és visszavert energia.
Több különböző csoportosítással is élhetünk, amikor a napkollektorokat szeretnénk kategorizálni. Felépítés szerint megkülönböztethetünk sík, vákuumcsöves és fedés nélküli kollektorokat. Az utóbbi felépítése a legegyszerűbb, és általában ezzel a technológiával alacsonyabb hatásfokokat tudunk elérni. Olyankor, amikor a környezeti levegő hőmérséklete és az áramló közeg hőmérséklete között kicsi az eltérés, ennek a fajtának van a legjobb hatásfoka, mivel ekkor csak az optikai veszteségek jelennek meg, melyek ennél a rendszernél a legkisebbek. Ez a napkollektor lényegében egy fedés nélküli fekete cső, melyben a kollektoron átáramlás során felmelegszik a keringő közeg. Főleg medencefűtésre használják. Ez annak tudható be, hogy nyáron (amikor ugye fűtjük a medencét) kicsi a hőtranszport a kollektor és környezete között, télen viszont nagy a hőtranszport, ami a hatásfok drasztikus romlásához vezet.
Egy síkkollektor főbb részei: kollektorház, elnyelő lemez (abszorber), csővezeték, hőszigetelés, üvegfedés. A síkkollektor a Nap energiáját az abszorbernek nevezett fémlemezen gyűjti össze. A modern, szelektív bevonatok, melyeket a jobb fényelnyelő képesség elérése érdekében alkalmaznak, többrétegűek. Ezek a bevonatok a rövid hullámhosszú napsugárzást elnyelik, míg a saját, “kollektorról induló” hosszú hullámhosszú sugárzásukat nem engedik át, hanem visszaverik a kollektor felületére, így a veszteségeket is csökkentik.
A vákuumcsöves kollektor a legbonyolultabb felépítésű. Vákuumozott üvegcsövekben helyezik el a szelektív bevonatos fémfelületű abszorbert, mely vagy cirkuláló folyadékot melegít, vagy folyadék/gőz állapotváltozást okoz. A vákuum miatt a lehető legalacsonyabb mértékűre tudjuk csökkenteni a kollektor és a környezet között fellépő hőáramot.
Szemléltetés érdekében itt van három kép a különböző típusokról:
RENDSZER
Most következzen néhány szó magáról a rendszerről. Egy klasszikus rendszer esetében mindig van tároló, melyben a felmelegített víz található. A kollektor és a tartály csőkígyóval van összekapcsolva, melyen egy keringető szivattyú is található általában. Amennyiben a kollektor nem képes ellátni a fűtési igényt, kazán oldja meg a szükségletek kielégítését. A napkollektor hőcserélője alul, míg a kazán hőcserélője felül helyezkedik el a tárolóban annak érdekében, hogy a kollektor alacsonyabb belépő hőmérsékleten és nagyobb hatékonysággal dolgozzon.
Víz munkaközegű napkollektorok esetén oda kell figyelnünk a fagyvédelemre. Ha takarót adnánk a napkollektorainkra, emberségből jelesre vizsgáznánk, azonban ez nem megoldás. Az egyik leggyakrabban használt fagyálló szer a propilén-glikol. Nem ajánlatos összekeverni az etilén-glikollal, amelyet gépjárművekben használunk, ugyanis az sejtméreg. Napkollektorok esetén fontos szempont, hogy ha, a rendszer meghibásodása esetén, a propilén-glikol tartalmú folyadék bejut a használati melegvíz rendszerbe, akkor az nem okoz problémát, hiszen nem mérgező.
HATÁSFOK
Egy napkollektor hatásfoka nem állandó érték. Ennek elméleti meghatározásához adott egy szép diagram, melyen az egyes típusok hatásfokgörbéit lehet megfigyelni. A diagram egyik, méghozzá a függőleges tengelye értelemszerűen a hatásfok, a másik tengely pedig a kollektorban lévő közeg és a környezet hőmérsékletének különbsége. Nem annyira ördögtől való dolog, mint amennyire annak tűnik: a hőmérsékletviszonyok meghatározhatják a hatásfokot.
A vízszintes tengelyen lévő hőmérsékletkülönbség növekedése lényegében a külső hőmérséklet csökkenését jelenti. Látható, hogy a fedés nélküli kollektorok esetén a hatásfok drasztikusan nő abban az esetben, ha a külső hőmérséklet kicsit alacsonyabb, mint a kollektor hőmérséklete. A sík- és vákuumcsöves kollektorok esetében a csökkenés nem ilyen brutális mértékű, így ezek az év nagyobb hányadában használhatók, mint a fedés nélküli, pusztán medencefűtésre alkalmazott kollektorok. A diagramon feltüntetésre kerültek a különböző felhasználási területek is — konkrétan beszínezett területként.
MEGTÉRÜLÉS
Sokan kíváncsiak, mikorra is térül meg, ha beszerelünk egy napkollektoros rendszert. Ezen területre nem térnék ki részletesen, mert tartalmi mélysége meghaladná a blog korlátait. A megtérülés kérdésére nehéz választ adni, mivel nem csak a rendszer és a környezet sajátosságaitól függ, hanem az emberi viselkedéstől is. A piacon az elfogadott megtérülési idő 10-15 év. Ha figyelembe vesszük, hogy van olyan gyártó, aki 20-30 év garanciát is ad termékére, kiderül, hogy érdemes napkollektoros rendszerben gondolkodni. Egy jól kiépített rendszer képes kielégíteni a tél vége és eleje közti időszak HMV (=használati melegvíz) igényét.
Napkollektorok telepítése megfontolandó hazánkban. Működése során minimális karbantartást igényel, hosszú garanciát vállalnak rá; telepítésének költsége viszonylag magas, de állami támogatást lehet igénybe venni rá (például az Magyar Fejlesztési Bank Lakossági Energiahatékonysági Hitelprogramja).
Forrás: energiam.blog.hu
Szerző: Juhász T.
RSS