Megújuló energia

A napenergiáról:

Az emberiség éves energiafelhasználása (elektromos áram + hőenergia + közlekedés) évente 3*1014 kWh. A Napból érkező, a földfelszínt elérő sugárzási energia értéke évente ugyanakkor 1,5*1018 kWh, azaz az emberiség energiaigényének ötezerszerese. A fosszilis energiahordozók (szén, olaj, gáz) szintén koncentrált napenergiának tekinthetők, ám mivel az atmoszféra CO2 tartalma korábbi évmilliókon át ezek keletkezése révén csökkent a mai alacsony értékre, bányászatuk és elégetésük az üvegházhatásban szerepet játszó szén-dioxid gáz újbóli atmoszférába juttatását jelenti. Globális szempontból célszerű tehát a fosszilis energiahordozók felhasználását ún. „tiszta” energiaforrások üzembe állításával csökkenteni. Ezek egyike a Nap sugárzási energiáját közvetlenül hasznosító napkollektor lehet.
A napkollektorok a sugárzási energiával hőhordozó közeget melegítenek, az így nyert hőenergia melegvíz készítésére, lakótér fűtésére vagy medencevíz fűtésére hasznosítható.

A napkollektorok működése:

A sugárzási energia két részből tevődik össze. Az egyik a közvetlen sugárzás, melyet a Napból egyenes úton a kollektor felületre érkező fotonokat tekintjük, a másik pedig a szórt (diffúz) sugárzás, melynél a fotonok a kollektort csak a légkört alkotó elemeken való többszöri visszaverődés után érik el. Ábrákból, diagramokból látható, hogy a kollektorok a maximális teljesítményüket nyáron, a déli órákban érik el. Ha a napsütés ferdén érkezik (ősz, tél, tavasza, délelőtt, délután), azaz a fotonoknak hosszabb utat kell megtenni a légkörön át, sok foton energiája elvész, és a napkollektort érő sugárzási teljesítmény csökkenni fog. Diagramok szerint naponta és négyzetméterenként elméletileg maximálisan 5kWh energia hasznosítható. Hogy mennyi hasznosul, az a napkollektorok  hatásfokától függ.

Nappálya diagram

 
Déli tájolású, 45°-os dőlésű felületre érkező, és ebből napkollektorokkal
hasznosítható napsugárzás havi megoszlása Magyarországon

Kollektorok energia átalakítási viszonyai átlagos napsugárzás esetén

Napkollektoros rendszerek:

A napkollektorok mindig rendszerbe építendők, mert a hőtermelés és a hőfogyasztás időben ritkán esik egybe. Szükséges tehát a megtermelt energiát a fogyasztási időszakra szabályozottan eltárolni, és arról is gondoskodni kell, hogy ha a napenergia kevés, a hőigény más hőtermelő egységgel (hőszivattyú, elektromos fűtőbetét, gázkazán) biztosítható legyen. A rendszer részei:
        - napkollektorok és rögzítő elemeik,
        - szivattyú egység(ek) és csővezeték,
        - hőhordozó folyadék,
        - tágulási tartály,
        - abszorpciós légtelenítő,
        - szabályozó,
        - használati melegvíz tároló hőcserélővel (hőcserélőkkel),
        - hőcserélő medencefűtéshez,
        - puffertartály fűtés kisegítéshez,
        - pótfűtés (elektromos fűtőbetét, gázkazán, vagy hőszivattyú).

A napkollektorok főbb típusai és felhasználásuk:

-    Lefedés nélküli kollektorok (szolárszőnyegek): elsősorban medencék fűtésére.
-    Nem szelektív és szelektív síkkollektorok: elsődleges alkalmazásuk terepe a családi házak, irodaházak, közösségi épületek helyben nyert hőenergiával való ellátása.
-    Vákuumos síkkollektorok és vákuumcsöves kollektorok: a vákuum előnye az, hogy kiküszöböli a kollektor házon belül a konvektív hőátadást. Ezért alkalmazásának főleg télen, fűtésrásegítés esetén van jelentősége, vagy akkor, ha a kollektoroknak magas hőmérsékletű közeget kell fűteni.

Napkollektorok összehasonlítása

Napelemes rendszerek:

A napsugárzást hasznosító rendszerek másik fő fajtája a napelemek, amelyek a foto elektromos effektus révén a sugárzásból közvetlenül elektromos energiát állítanak elő, amit igazán megfelelő berendezésekkel 230V feszültségű váltóárammá lehet alakítani. A napelemek egyik alkalmazási területe ott mutatkozik meg, ahol nincs elektromos hálózat (például űrhajózás, utak menti segélyhívók, tanyák kisfogyasztói), illetve tanyák villamos hálózatának táplálására, sziget üzemű rendszerekben. Másik felhasználási területe a korszerűbb családi házakban történik, ahol a rendszer lényegében napelemből és inverterből áll, hálózatba visszatáplálással, mellyel megtakarítható a tárolásra szorult akkumulátorok kiöltsége. Intelligens vezérléssel Napkövető rendszer is megvalósítható.

Szélenergiáról:

A Napból érkező hősugárzás különböző mértékekben melegíti fel a Föld felszínét, melynek következtében a felszínhez közeli légrétegeket felmelegszenek. A felmelegedett levegő felszáll, és helyére hidegebb levegő kerül. Összességeiben e jelenségről elmondható, hogy a levegő a napsugárzás hatására keletkezett nyomáseltéréseit igyekszik kiegyenlíteni a légkörben. A kiegyenlítődés folyamatában létrejövő légtömegmozgásokat nevezzük szélnek. A szél mozgása a földfelszín közelében nem egyenletes. Míg a hegyek, dombok, és a helyszínek magassága a hasznosítható szélsebességet előnyösen befolyásolják, addig a fák, épületek gyakran széllökéseket és örvényeket okozhatnak, ami kifejezetten hátrányos a szélenergia hasznosítására nézve.

Általában úgy tartják, hogy szélenergia hasznosítással csak olyan területeken érdemes foglalkozni, ahol a szélsebesség éves átlaga 3-4m/s. Azonban a legnagyobb áramszükséglet az őszi, téli és tavaszi időszakokban mutatkozik meg, a szél sebessége pedig éppen ebben az időszakban lényegesen nagyobb mértékű, mint az éves átlag.

A szélkerék működése:

A szélkerék a levegő mozgási energiáját mechanikai energiává alakítja, ami a generátor forgására használható ki. Minél nagyobb a szélkerék átmérője, annál nagyobb légtömeg hat a szélkerékre és minél nagyobb a szélsebesség, annál nagyobb mozgási energiával fog rendelkezni a széltömeg. Tehát a rotor felületének megduplázásával kétszeresére nőhet a leadott teljesítmény is. A szélkerék által termelt elektromos energia tárolására sziget üzemben akkumulátorok szükségesek, amelyek a tárolás mellett állandó feszültségen le is adják azt. Tárolás azért szükséges, mert általában az áram termelése és felhasználása nem esik egy időbe. Minél több akkumulátor áll rendelkezésünkre, annál nagyobb a tárolási lehetőségünk és annál nagyobb szélcsendes időszakot tudunk áthidalni áramkimaradás nélkül.

A termelt energiát a hálózatra is vissza lehet táplálni, ezt a 2008-tól a villamos energiáról szóló 2007. évi LXXXVI törvény, valamint annak végrehajtásáról szóló 273/2007. (X.19.) Korm. rendelet teszi lehetővé, amely kimondja, hogy a kisfeszültségű közcélú hálózatra csatlakozó felhasználó (fogyasztó) 50 kVA-ig úgynevezett ház¬tartási méretű kiserőművet létesíthet.