Napkollektor

Mi a Napenergia?

A napenergia nem más, mint az az energia, ami minden élőlénynek nélkülözhetetlen Földünkön, vagyis a földi élet elsődleges energiaforrása!

Kicsit tudományosabban, a napenergia magfúzió során keletkező hő és fény, mely a napban keletkezik. Ez a sugárzott fény és hő melegíti és világítja be Földünket. A Föld felszínét kb. 170 x 10¹² kW sugárzás éri. Ez sokkal több energia, mint amennyit az emberiség termel, szinte kimeríthetetlenen energiaforrás. Évente olyan mennyiségű energia érkezik a Napból a Földre, amennyit 60 milliárd tonna kőolaj elégetésével nyernénk. Ha ennek csak egy százalékát hasznosítanánk, csupán 5 százalékos hatékonysággal, akkor a világon minden ember annyi energiát fogyaszthatna, mint ma egy amerikai állampolgár.

Magyarországon az éves átlagos besugárzási adatok alapján 1.300 kWh/m² teljesítményt használhatunk fel.

A napenergia-felhasználás előnyei

• Csökkenő környezetszennyezés, ami a lakosság egészségi állapotába hoz javulást, illetve az egészségügyi költségek csökkenését is jelenti.
• 1 m² napkollektor működtetésével a tüzelőolaj felhasználást 75 literrel lehet csökkenteni, 200 kg-mal a CO2 kibocsátás illetve 2,5 kg-mal a SO2 kibocsátás is csökken.
• A napkollektoros rendszer az egyik legbiztonságosabb melegítő berendezés.
• Csökkenthető az ország energia importja, amely kevésbé teszi függővé hazánkat más államoktól és javul a gazdasági helyzet is.
• Új munkahelyek teremtését eredményezi.
• A tisztább környezet következtében nő a turizmus.
• A villamoshálózattól távol eső területeken is gazdaságosan megoldható az energiaellátás.
• Minimális működtetési költségek.

Mi is az a Napkollektor?

A napkollektor olyan épületgépészeti berendezés, amely a napenergia felhasználásával közvetlenül állít elő fűtésre, vízmelegítésre használható hőenergiát. Fűtésre való alkalmazása az épület megfelelő hőszigetelését feltételezi és általában tavasszal és ősszel, mint átmeneti, illetve télen, mint kisegítő fűtés használatos. Hőcserélő közege jellemzően folyadék, de a levegőt használó változatai is elterjedtek. A hétköznapi nyelvben gyakran összetévesztik a napelemmel, amely a napsugárzást elektromos energiává alakítja.

Napkollektor történelem

Már az ókorban is ismeretes volt az üveggel határolt nyílászárók hőtartó hatása, de tudományos szintű vizsgálata csak 1760-as években kezdődött el.

Horace de Saussure svájci természettudós végzett először kísérleteket ebben a témában. Kísérleteit nagyméretű, jól leszigetelt fadobozokkal végezte, melyekre üveglefedést készített. A dobozokat napra helyezte és a belsőtérben figyelte a hőmérséklet emelkedését. Kísérletei során elérte a 109° C-t is.

A csillagász Sír John Herschel is hasonló típusú forró dobozokat készített, melyeket expedíciói során sütésre és főzésre használt.

Később Samuel Langley bebizonyította, hogy többrétegű üvegborítással ellátott forró dobozzal még a jóval fagypont alatti hőmérsékleten is el lehet érni 100° C fölötti hőmérsékletet napos időben.

Ezen forró doboz kísérletek eredményei alapozták meg végül a melegvíz előállításra alkalmas sík kollektorok megtervezését.

Majd a XIX században megindult ipari fejlődés és annak nagyarányú energia igénye az ingyenes rendelkezésre álló napenergia felé irányult.

Kiemelkedő eredményeket ért el az Algériában kísérleteket folytató Mouchot, aki az 1878. évi Párizsi Világkiállításon mutatta be napkazánját. A készülék gőzgépet működtetett, amely 2000 liter vizet szivattyúzott óránként. Ugyanezzel a berendezéssel alkoholt desztilláltak, főztek, illetve egy hozzákapcsolt hűtő segítségével jégkockát is elő tudtak állítani.

A kifejlesztett berendezések sokszerűségével bebizonyította, hogy az emberiség számára jelentős energiaforrást jelent a napenergia és ezzel megteremtette a modern szoláris technika alapjait.

Párhuzamosan ugyan ebben az időben, Amerikában is jelentős előrelépések történtek a napenergia-hasznosításban. John Ericsson mérnök és feltaláló megépítette első napenergiával működő gőzgépét, melyet többszöri tökéletesítése után sorozatgyártásra kívánt bocsátani, melyet halála bekövetkezte akadályozott meg.

A századfordulót követően Frank Shuman bizonyította elsőként a napenergia hasznosításának alkalmasságát ipari méretben. Angol támogatással Egyiptomban nagyméretű naperőművet építtetett. Ez a naperőmű alacsony nyomású gőzgépet hajtott meg, amely szivattyúkat üzemeltetett. A hő tárolására szigetelt tartályokat használtak, így 24 órás folyamatos üzemeltetést tudtak biztosítani. A naperőműi beruházás az akkoriban használatos kazánok telepítésénél kétszer nagyobb volt, de a jelentős üzemanyag megtakarítás és a minimális karbantartási költség a beruházás 2-3 éven belüli megtérülését jelentették.

A Szaharába tervezett 55 ezer km² kiterjedésű napkollektor mező tervét az I. világháború kitörése törte keresztbe. A háború idején az olajipar rohamos fejlődése az üzemanyagárak csökkenését okozták, így a napenergia alkalmazására irányuló érdeklődés teljesen elhalt.

Melegvíz napenergiával

Az emberiség fürdőkultúrája az ókori virágzás után a középkorban teljesen feledésbe merült, majd csak az újkori higiéniás igények megjelenésével tért vissza. A rendszeres melegvízzel történő tisztálkodás igénye a XIX századba közepén éled újjá Európában és Amerikában egyaránt. A tisztálkodás előkészületei igen fárasztóak és körülményesek voltak, a kazánok felfűtése igen sok időt vett igénybe, ezért újabb megoldásokat kerestek.

A napenergiával történő melegvíz előállítás kezdetben a feketére festett tartályok háztetőkre való felhelyezésével kezdődött. Azonban a hőtárolás nem volt megoldott ezeknél az egyszerű berendezéseknél, ezért rövidéletű megoldásnak bizonyultak és megszűntek.

A melegvíz eltárolásának problémáját hőszigetelt tárolókkal oldották meg később, így például Los Angelesben az épületek jelentős részében használták már a napenergiával melegvizet előállító berendezéseket.

A század első harmadában a napkollektor gyártás nagy virágzásnak indult Kaliforniában és Floridában is. Hőcserélők, szivattyúk és szelepek segítségével tökéletesítették a kollektor rendszerek működését. Ez a fejlődés nem tarhatott sokáig mert a II. világháború miatt felment a gyártáshoz használt fémek és üveg ára illetve a munkaerő ára is emelkedett, ugyanakkor pedig a jelentősen lecsökkent az olaj, a gáz és az elektromos áram ára. Ez a napenergia hasznosítással történő megtakarítások csökkenését eredményezték.

A II. világháború után elsőként az akkor még fosszilis energiahordozókban szegény, de napsugárzásban gazdag országban, Izraelben indult meg a napkollektorok sorozatgyártása.

Hamarosan Ausztrália is elindította a kollektorok gyártását és a kormányzati támogatás hatására, a napenergia-program keretében – a kormányzati épületek melegvízellátását napkollektorokkal oldották meg- a gyártás több tízezres nagyságrendűvé vált.

Napjainkban, a napkollektor gyártásában – a német és amerikai technológia átadásának köszönhetően – Kína áll az élen.

Napház program – Napenergia szerepe az épületek fűtésében

A harmincas években, az építészetben is előtérbe került a napenergia hasznosításának kérdése. Az USA-ban, Chicago közelében Solar Park néven lakótelep épült, amelynél a tervezők a napenergia maximális kihasználására törekedtek. A napházaknak nagy sikerük volt, funkcionálisan jól működtek, de esztétikájuk azonban nem aratott osztatlan sikert.

A 40-es évek végén azonban a napház program lassan, de hanyatlásnak indult, mivel az olajipar fejlődése miatt az energiahordozók ára lecsökkent, illetve a gáz hálózat rohamos fejlődése és elterjedése is a napenergiával történő megtakarítások csökkenését okozták.

A világon a mai napig is a legnagyobb méretű napenergia programot a Massechusetts-i  Massechusets Institute of Technology-ban végezték el.

A program fő elindító oka az volt, hogy az amerikai háztartások fűtésére fordított energiamennyiség nagyobb volt, mint az egész ipar energiafogyasztása. Összehasonlításként, ma Magyarországon az összes energiafogyasztás 35%-a a háztartásokban realizálódik.

A program során 4 különböző típusú házat építettek, melyek fűtését és melegvízellátását napenergiával oldották meg. A házak évekig üzemeltek, mely idő alatt folyamatos méréseket végeztek. A kísérleti házak felépítésével szerzett tapasztalatok bebizonyították, hogy a lakóházak napenergiával történő fűtése hidegebb éghajlatú vidéken is megvalósítható.

Napkollektor működés közben

Szeretné látni, hogyan is működik mindez a gyakorlatban? Most megteheti ezt is, a napkollektor működés közben való megtekintéséhez kattintson ide!