2010. november 30.

Napelem, napkollektor, melyiket válasszam?

Szia András, ne pufogj már annyit, írj inkább a szakmáról, tanítsd az embereket arra, amihez értesz. Tanítsd az embereket fizikára, napenergiára, alternatív energiák használatára. Hagyd a politikát, ha nem akarsz idő előtt szívinfarktust kapni.

Igaza van a barátomnak, aki Kanadából üzente ezt nekem. Eldöntöttem, mostantól mindenkit tanítok arra, amihez értek. Első lecke a napkollektorok, napelemek.

Azt az energiát, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolajkészletben rejlik, a Nap 1,5 nap alatt sugározza a Földre. Az emberiség jelenlegi, évi energiafogyasztását a Nap egy órányi energia kibocsátása teljes egészében fedezné. (Hát nem ijesztő?)

Nagyon sokféle napelem és napkollektor van. Először is nézzük, mi a különbség a napelem és a napkollektor között:

- A napelemmel áramot termelünk (benne van a szóban, „elem” áram),

- a napkollektorral melegvizet készítünk.

A nap energiáját már az ősember is használta:

Vérrel festett kő

Az első napkollektor a vérrel festett kő volt, amit ki-be gurigázott ősünk a barlangjába. Keresett egy pár hatalmas követ, s az elejtett vadak vérével befestette azokat, majd szép sorba kitette a barlangja elé a napra. Este beleszagolt a levegőbe, s érzése szerint, annyi napközben felmelegedett követ vitt be a barlangjába éjszakára, ami reggelig biztosította neki a kellemes hőmérsékletet. Ha volt egy csöpp esze, akkor nyáron a köveit napközben hideg vízben tartotta és éjszaka a barlangjában azokkal hűtött (egy száradó, párolgó test nagyon sok hőt von el a környezetétől, még fokozottabban tud hűteni, mint fordított üzemmódban fűteni). Erről azonban nem tudok, de ha én lennék ma ősember, talán ezt tenném.

Fekete hordó

Pár évszázad elmúlt, mire az ember felfedezte a fekete hordót. Ennek azonban volt egy nagy hátránya: a benne lévő víz éjszaka ugyanolyan intenzitással hűlt le, mint amilyen intenzitással napközben felmelegedett. Ősünknek tovább kellett gondolkoznia, ha nem akarta minden este elhasználni a hordóban összegyűlt meleget.

Sík kollektor = Üvegházba betett, úthenger által megtaposott hordó

Újabb pár tíz évtized eltelt, mire rájöttek: ha a hordót beteszik egy üvegházba, akkor a víz reggelre nem hűl le annyira, mint a szabadban. Ezek után már csak azt kellett elérni, hogy hordónkat minél nagyobb felületen érje a napsugár. Ezért célszerűnek látszott azt egy úthenger elé tenni, hogy minél laposabb legyen. Így lett a hordóból hőelnyelő (abszorber) felület, amit üveggel lefedtek, alul hőszigeteltek és bedobozoltak. Ez lett a síkkollektor őse.

Ezen kollektorok ára függ: a benne lévő abszorber lemeztől, az alatta lévő hőszigeteléstől, a fölötte lévő üvegezéstől és a doboztól, amibe az egészet beleteszik.

Vákuum csöves napkollektor = „Heat pipe” csöves kollektor

Mindenki tudja, hogy ha a kuktában főzzük meg a húst, gyorsabban elkészül, mint szabadon, egy fedél nélküli lábosban. Miért? Mert a kukta le van zárva, és csak egy tetején lévő szelep biztosítja, hogy túlfőzés esetén ne robbanjon fel. Benn a kuktában túlnyomás van. Ha viszont a nyomás nagyobb, mint kinn a szabadban, akkor a víz forráspontja magasabb lesz, 110-120 °C-on forr fel. Túlnyomásra emelkedik, vákuumban csökken a folyadékok forráspontja. Tehát ha fogok egy rézcsövet, leforrasztom az egyik végét, pár gramm vizet beleöntök, majd vákuumszívás után leforrasztom a másik végét is, az abban lévő víz forráspontja jóval 100°C alatt lesz. Ha a rézcsövet ferdén (minimum 30-35 °-os szögben) tartom, a felforrt gőzrészecskék felmennek a rézcső tetejébe. (Gondoljunk a fedél nélküli lábosban forralt vízre. A gőzrészecskék ott is felszállnak a konyha mennyezetére.) A rézcső ott a legmelegebb, ahová a gőzrészecskék felszállnak. A rézcső alsó részén a folyadék még lényegesen hidegebb.

Nincs más hátra - hasonlóan, mint egy villanykörtét - ezeknek a ferdén álló, vákuum alatt lévő rézcsöveknek a felső végét bedugjuk egy boyler fenekébe vagy egy csőbe, amelyben víz áramlik, és a kis hegyes, forró végű rézcsövek átadják hőjüket a melegítendő folyadéknak. Eközben a rézcső lehűl, a gőzrészecskék visszaalakulnak (kondenzálódnak), majd a vízcseppek visszacsurognak az edény falán a cső aljába. Valahogy úgy kell elképzelnünk, mintha úgy melegítenénk a mennyezetet, hogy forraljuk a lábosban a vizet, a gőzrészecskék felszállnak és fűtik a „plafont”. A lehűlt vízrészecskék visszazuhannak a lábosba…, és így tovább, míg a mennyezet nem lesz meleg (no meg vizes).

- Előnye, hogy olcsó.

- Hátránya viszont, hogy ha magára hagyjuk, túlforrhat és a vákuumozott rézcső elromlik, s többet nem működik. Szép lassan, évek alatt elromlik egy-egy cső, de nem tudjuk, melyik. Ha egy villanykörte elromlik, nem világít, ezért könnyű megtalálni, melyik hibás. Ha ezek a csövek elromlanak, nem látni rajtuk semmit, csak azt, hogy azonos napsütés mellett egyre kevesebb melegvíz készül).

- Hátránya az is, hogy 30-35°-nál meredek szögben kell beépíteni, egyébként a gravitációs hatás nem érvényesül - ha emiatt a felforrt gőzrészecskék nem tudnak felszállni a cső tetejébe, nem adják át a hőt fűtendő folyadéknak. (Ha valakinek kevés pénze van - és nem 50 évben gondolkozik -, de energiát akar megtakarítani és csak a gyors megtérülés érdekli, ezekkel a kollektorokkal meg lesz elégedve. A bajok 5-6 év után kezdődnek, egy-egy túl forró nyári nap után. Igazán nagy baj akkor következhet be, ha kánikulában még áramszünet is van, emiatt a vákuumcső vége nem tudja leadni a hőjét és a forrasztás elenged. Utána a csőben megszűnik a vákuum, a benne lévő víz is elpárolog.) Ezeket a csöveket rendszeresen ellenőrizni, s ha kell, cserélni kell.

Vákuum csöves (szárnyas) napkollektor = „Heat pipe” szárnyas csöves kollektor

Hasonlóak a „sima” csöves „heatpipe” csöves kollektorokhoz, csak a rézcsőre még egy vékony szárnyszerű rézlemez is fel van hegesztve, ami növeli a rézcső hőelnyelő felületét (10-15%-al drágább, mint a „sima” rézcsöves „heatpipe” csöves napkollektor).

U csöves kollektorok (dupla vákuum üvegcsővel burkolva) - R1 Roth kollektorok

Ezek az igazán profi, örök életű napkollektorok.

Gyerekkorunkban talán mindegyikünk játszott azzal, hogy a napsugarakat egy üveglencsével fókuszálva meggyújtottunk egy papírlapot. Ezek a kollektorok is hasonló elven működnek. Képzeljünk el egy nagyon profi tükör rendszert, ami egy hosszú, egyenes vonalra fókuszálja a napsugarakat. Ebbe a hosszú fókuszált tengelybe vékony rézcsövek vannak helyezve és abban áramlik a szivattyú által nyomott és áramoltatott folyadék. A vonal mentén szinte mindenhol ez a kollektor „meggyújtja” a vizet. Ebben a kollektorban a folyadék 6 atmoszféra nyomáson is lehet, s a kollektor üresjárási hőmérséklete elérheti a 270 °C-ot is. Ez valójában annyit jelent, hogy még felhős időben is képes forró vizet termelni. Ezeket a kollektorokat, mivel közel kétszer olyan drágák, mint a kívülről hasonló heatpipe csöves kollektorok, akkor használjuk, ha télen is napkollektorral akarunk melegvizet készíteni.

Egy laikus úgy tudja megkülönböztetni az olcsóbb és drágább profi üvegcsöves kollektorokat egymástól, hogy az olcsóbb „heatpipe” csöves kollektorokat minimum 30-35°-os vagy annál meredekebb szögben kell telepíteni, a két üvegcső között simán át lehet látni, nincs alá fókuszáló tükörrendszer építve.

Műanyag napkollektor

Kettős falú műanyag kollektor. Általában csak nyáron, uszodavíz fűtésére használják, télire leengedik belőle a vizet. Rendkívül olcsó, beszerelése, üzemletetése rendkívül egyszerű.

Napelem (ami áramot termel)

Mielőtt belekezdenék a napelemek ismertetésébe, olvassanak el egy kis „tudományos tanmesét”:

Ha összetesszük kezünket, mintha imádkoznánk, még nem történik semmi, de ha utána nagyon gyorsan elkezdjük összedörzsölni tenyerünket (mint amikor kárörvendünk), bizony az nagyon meleg lesz. Ha piszkos a tenyerünk, még a kis piszok részecskék is leválnak róla. Valahogy így működnek a szilikon kristályok is, amikre rásüt a nap. A bennük lévő szabad elektronokat a napsugarak kipiszkálják a helyükről, így azok, mint a fegyelmezett kiskatonák lemasíroznak a szilikon tábláról, s elindulnak a napelemből kifelé. Amerre mennek, ott meleg és áram keletkezik.

Monokristályos szilicium napelemek

Drágák, de hatékonyak. A legkorszerűbb panelek hatásfoka 18%, laboratóriumi körülmények között 25 % (az elméleti határ 31%).

Polykristályos napelemek

Nem annyira hatékony, mint a monokristályos napelem, de olcsó. Hatásfoka 10-12%.

Amorf szilicium napelemek

Olcsók, de hatásfokuk még rosszabb, mint a polykristályos napelemeké.

Szerves anyagból (polimerekből) készült napelemek

Olcsók, de hatásfokuk 2-5 %-nál nem több.

Kategóriák: Energia megtakarítás

« Vissza