Transcript EPGEP_Napkollektorok

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Gépészmérnöki Kar
A napenergia aktív hasznosítása
napkollektorokkal
Varga Pál
Naplopó Kft.
1138 Budapest, Jakab József u. 17.
Tel.: 237-0433
E-mail: [email protected]
WEB: www.naplopo.hu
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
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)
Megújuló energiák Magyarországon
Az EU tagországok vállalásai a megújulóból termelt villamos energia részarányára
A napenergia felhasználásának lehetőségei
Aktív hasznosítás:
• Fotovilamos áramtermelés
• Napkollektoros hőtermelés
• Használati-melegvíz készítés
• Medence fűtés
• Épületfűtés
• Egyéb technológiai melegvíz
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
Mekkora mennyiségű napsugárzás érkezik
Magyarország területére egy év alatt?
1.
Körülbelül annyi, ami fedezni tudná Budapest teljes évi
energiaszükségletét.
2.
Körülbelül annyi, ami fedezni tudná Magyarország teljes évi
energiaszükségletét.
3.
Több mint 350-szer annyi, mint Magyarország teljes évi
energiaszükséglete.
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
A Nap (fotoszféra) hőmérséklete: 6000 K
Sugárzási teljesítménye: 4 x 1023 kW
Földfelszínre érkező sugárzás: 173 x 1012 kW
A napsugárzás spektrális megoszlása
A Föld keringése a Nap körül
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
Jellemző napsugárzás értékek a
Föld felszínén
NAPÁLLANDÓ: 1,352 kW/m2
A közvetlen és a szórt sugárzás
aránya Magyarországon
A napsugárzás értéke a föld
légkörének külső határán
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
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
A Nap helyzetének jellemzése:
•Napmagasság
•Azimut
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
A Nappálya
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
Nappálya diagram
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
2004 évi napsugárzási adatok napi bontásban
Éves
napsugárzás:
1337 kWh/m2
2004 évi napsugárzási adatok 30 napos átlagértékkel
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
2005 évi napsugárzási adatok napi bontásban
Borult nap
Január 07.
Változékony nap
Május 07.
Derült nap
Május 26.
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
Vízszintes felületre érkező
éves globális napsugárzási adatok
Napsugárzás éves változása
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
Déli tájolású és 45°-os dőlésszögű felületre érkező
globális napsugárzás derült idő esetén
Téli és nyári napsugárzás összehasonlítása
A napsugárzás mennyiségi jellemzői
Az érkező napsugárzás mennyisége az elnyelőfelület
dőlésszöge és tájolása függvényében
A napkollektoros rendszerek általános felépítése
Napkollektorok
Csővezeték
rendszer
Szabályozó
Tároló
Szoláris
szerelési
egység
Tágulási tartály
Napkollektorok
A napkollektor feladata:
• elnyelje a napsugárzást,
• az elnyelt napsugárzást hőenergiává alakítsa,
• a keletkezett hőenergiát átadja egy hőhordozó közegnek.
Napkollektorok
Napkollektorok általános felépítése, főbb részei
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
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
a1
a2
X = (Tkoll-Tlev) / QNap
Tkoll = (Tkoll, be+Tkoll, ki )/2
Tkoll, be
Tkoll, ki
QNap
[-], [%]
[W/(m2·K)]
[W/(m2·K2)]
[K/(W/m2)]
[°C]
[°C]
[°C]
[W/m2]
az optikai hatásfok (hatásfok X=0 esetén),
az elsőfokú tag együtthatója,
a másodfokú tag együtthatója,
a hatásfok paramétere
a kollektor közepes hőmérséklete,
a kollektorba belépő közeghőmérséklet,
a kollektorból kilépő közeghőmérséklet,
a napsugárzás teljesítménye
Egy napkollektor hatásfoka 0, a1 és a2 megadásával definiálható.
Napkollektorok
Napkollektorok hatásfokának ábrázolása
Szabványos ábrázolási mód
az X-érték függvényében
X = (Tkoll-Tlev) / QNap
Egyszerűsített ábrázolási mód
a kollektor és a környezeti levegő
hőmérséklet-különbségének
függvényében
Napkollektorok
Napkollektorok energiamérlege
Kollektorok energia átalakítási viszonyai átlagos napsugárzás esetén
Napkollektorok
Napkollektorok jellemző felületei
Síkkollektor
Teljes, bruttó felület:
Vákuumcsöves kollektor
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
Napkollektorok
A napkollektorok főbb típusai:
•Lefedés nélküli kollektorok (szolárszőnyegek)
•Nem szelektív síkkollektorok
•Szelektív síkkollektorok
•Vákuumos síkkollektorok
•Vákuumcsöves kollektorok
Napkollektorok
Lefedés nélküli kollektorok
Elsősorban medencék fűtésére
Napkollektorok
Síkkollektorok
•Nem szelektív síkkollektorok
•Szelektív síkkollektorok
•Vákuumos síkkollektorok
Szelektív síkkollektor
Síkkollektorok általános felépítése
Vákuumos síkkollektor
Napkollektorok
A síkkollektorok belső csövezése
Napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektorok
A vákuum előnye, hogy kiküszöböli a kollektor házon
belül 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
Napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektorok
Vákuumcső kollektorok belső csövezése
Napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektorok
Hőcsöves napkollektor (Heat pipe)
Napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektorok
CPC reflektor
Schott vákuumcső
Napkollektorok
Napkollektor típusok összehasonlítása
Napkollektorok
Vákuumcsöves napkollektorok
Efficiency characteristic curves (referring to Absorber area)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
x [m˛ K / W]
0,10
Efficiency characteristic curves (referring to Absorber area)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,00
0,12
Efficiency characteristic curves (referring to Absorber area)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,00
623 (Vaillant VTK 550)
624 (Oertli Sun 3000)
604 (Thermomax Solamax 30 - TDS 300)
603 (Thermomax Solamax 20 - TDS 300)
602 (Thermomax Mazdon 30 - TMA 600S)
601 (Thermomax Mazdon 20 - TMA 600S)
597 (Viessmann Vitosol 250)
589 (Schott ETC 16)
559 (Focus Technology FSCB-20-SS)
534 (Collectra OPC 15 T)
500 (Consolar TUBO 11 CPC)
456 (Hoval Solamax)
414 (Hoval Solkit Mazdon)
404 (Schw eizer Energie Sw isspipe 2)
370 (Paradigma CPC 14 Star)
Szelektív síkkollektorok
344 (GreenOneTec VK29)
338 (Viessmann VitoSol 200 D20)
264 (Thermomax Memotron TMO 600)
250 (Microtherm SK-6)
239 (ThermoLUX LUX 2000-6R)
238 (ThermoLUX LUX 2000-5R)
221 (AMK SLL-120/50-H)
196 (Sunda SEIDO 5-16)
182 (Sunda SEIDO 1-16)
181 (Sunda SEIDO 2-6)
115 (Schw eizer Energie TTS 2700)
56 (Microtherm SK-6F)
0,02
0,04
0,06
x [m˛ K / W]
0,08
0,10
613 (Rüesch Terza)
598 (Tecalor TSK 25 S)
595 (Velux CLI U10 2000)
590 (Sun-Systems Synox 9000 si)
588 (Brötje FK 25 R)
585 (Vescal Oertli SKF 225)
584 (Friap Friap 230)
582 (SESOL 2.5 Quick Var 1)
580 (SESOL FK3.8)
579 (Vögelin Aldo 225)
576 (Energiebig ENZX 54)
573 (Stiebel Eltron SOL 25 Plus)
572 (Geo-Tec GSE 2000/TIN)
567 (Winkler VarioSol A)
566 (Winkler VarioSol A-antireflex)
0,12
Efficiency characteristic curves (referring to Absorber area)
1,0
562 (Teufel u. Schw arz Eurosol)
561 (Sonnenkraft SK 500 N Sunselect)
560 (Ebner P2)
556 (Solarw erk 2.60)
547 (P. Weissb. DW 750 Select)
546 (P. Weissb. DW 580 Standart)
537 (Rosskopf OEKO 3000)
535 (Solarw erk 2.25)
533 (Niklaus Vela Star AR)
532 (Solarenergie Kranmodulk. IDK)
529 (ROTEX Solaris V26)
527 (Ernst Schw eizer AV 23)
521 (Sandler S 03)
0,8
0,6
0,4
0,2
0,02
0,04
0,06
0,08
x [m˛ K / W]
0,10
0,12
0,0
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
x [m˛ K / W]
0,10
0,12
Efficiency characteristic curves (referring to Absorber area)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,00
0,02
0,04
0,06
x [m˛ K / W]
0,08
0,10
0,12
519 (Gloger+Birke Flachkoll. 2.45)
518 (Buderus Logasol SKS 3.0)
516 (Solarsystems 300 I RS2)
514 (FRIAP 230)
513 (Viessmann 5 m˛ DI)
512 (Estec IDKM Integra)
511 (Holleis IDK - Kranmodul)
507 (Nau BE 2000)
502 (Estec FK 6250 Prestige)
499 (Solarw erk Flachkollektor)
496 (Polster GPO-TEC 2000)
494 (WIKORA WIKOSUN 2002 - Ti)
493 (Neosol SE 2000)
482 (Edw ards SV 14)
481 (Deltatec Heliotrop)
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
A napkollektoros rendszerek részei
•Napkollektorok
•Napkollektorok tartószerkezetei
•Szivattyús szerelési egységek
•Tágulási tartályok
•Melegvíz-, és puffertárolók
•Szabályozók
•Hőcserélők
•Motoros váltószelepek
•Légtelenítők
•Fagyálló folyadék
•Csővezeték
•Hőszigetelés
Napkollektorok tetőre szerelése
Szerelőkeret napkollektorok ferdetetőre
szereléséhez
Napkollektorok tetőre szerelése
Tetőbe integrált beépítés
A napkollektorok
helyettesítik a tetőhéjalást.
Napkollektorok tetőre szerelése
Szerelőkeret
napkollektorok
lapostetőre szereléséhez
Szoláris szerelési egységek
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
Relatív térfogatváltozás
Közelítő méretek:
Kollektorfelület
m2
Tágulási
tartály
V = Vrendszer · Vrel
2-4
12 liter
A forrás lehetőségét is figyelembevéve:
4-8
18 liter
V = Vrendszer · Vrel+ Vkoll
8-20
24 liter
20-30
50 liter
30-40
60 liter
Vtart = V / [0,9·[(pmax –phideg)/pmax]]
A nyomás értékeket abszolút nyomásban kell behelyettesíteni!
Melegvíz- és puffertárolók
Tárolók
Tárolók hőveszteségének csökkentése
Tárolók
Tárolók optimális méretének meghatározása
Belső hőcserélők felülete:
simacsöves hőcserélő: ~0,2 m2 / kollektor m2
bordáscsöves hőcserélő: ~0,3-0,4 m2 / kollektor m2
Külső hőcserélők
Külső hőcserélők alkalmazása
Külső hőcserélők
Lemezes hőcserélők felépítése
Hőmérséklet viszonyok a hőcserélőben
Külső hőcserélők
Melyik rendszer teljesítménye a nagyobb?
10720 W
67%
7040 W
44%