A Napkollektorok technológiája

A napsütés négyzetméterenként 1000 kWh energiát termel évente - azonos az energiatartalma mintegy 100 liter fűtőolajjal vagy 100 köbméter földgázzal. Hogy mennyi napenergiát lehet használni, hogy több tényezőtől függ. Alapvetően befolyásolja a fogyasztás helyes felmérése és a hozzá tervezett napkollektor típusa. Befolyásolja továbbá a napkollektorok elhelyezése, azaz az iránya és a dőlésszöge.


A jól megtervezett és kivitelezett rendszerrel mintegy 60-80 százalékos az éves meleg víz energia megtakarítás, és nyáron további lehetőségekre is alkalmas: pancsolók, medencék fűtésére a keletkezett "felesleges" hővel. A napenergia a kiválóan alkalmas továbbá kiegészítő fűtésre. A házak éves energiaszámlájának a 60-80%-át a fűtés teszi ki, ezen van mit spórolni!

Szolár energiával a használati meleg víz költségén sokat lehet spórolni. Nyáron teljes egészében helyettesíti az elektromos bojlert vagy a meleg víz készítő gázkészüléket! Optimális esetben az éves melegvíz számlán 60-80 %-ot lehet spórolni! Egy kád víz ( 200 l ) felmelegítéséhez 1 m3 gáz szükséges, azaz kb. 150 forint.% Ha a mosógép és a mosogatógép a meleg víz hálózatra van kötve, akkor további megtakarítások érhetők el. Mosó- és mosogatógépek elektromos energiával melegítik fel a mosóvizet. Azonban ha használják a napenergiát, akkor csak ezzel (!) mintegy 60-80%-os energiasmektakarítást érhet el egy átlagos négyfős család egy évben.

A napkollektor rendszer főbb elemei:

• napkollektor(vákuumcsöves kollektor/síkkollektor)
• szolár gépészet
• vezérlő elektronika
• szolár tároló ( HMV tároló, puffer tároló )

A tároló lehet egy kisebb rendszernél 100-200 l-es, mely a használati melegvizet állítja elő.
Vagy lehet egy 500, 800, 1000 literes, vagy annál is nagyobb puffer tartály, amely napokig képes tárolni a megtermelt energiát a tovább hasznosításra, melyből a használati melegvíz nyerhető, vagy a fűtési rendszerre rásegít.

A napkollektor rendszer hasznosítható lakás, medence fűtésére, használati melegvíz előállítására.

Működési elv

Napsugárzás esetén a napkollektor abszorber felülete magába gyűjti a napsugarakat, amely felmelegíti a kollektort.

A kollektorban elhelyezett hőérzékelő  közvetíti a vezérlő elektronikának a kollektorban lévő hőátadó közeg hőmérsékletét és igény szerint kapcsolja a szolár keringető modult (szolár állomást).

A puffer tárolóban összegyűjtött energiát hasznosíthatjuk fűtésre és használati meleg víz ellátásra.

Fűtés rásegítés esetén,a már meglévő fűtési rendszernek nem a hideg vizet kell a megfelelő hőmérsékletre felmelegíteni, hanem a napkollektor által már előzőleg felmelegített vízen kell kisebb hőmérsékletet melegíteni.Ez a különbség az energiafelhasználásban igen gyorsan megmutatkozik.

Vákuumcsöves napkollektor

A vákuumcsővel szerelt napkollektorokat működési elvük alapján két alapvető csoportba sorolhatjuk:

• heatpipe rendszerű napkollektor
• U pipe rendszerű napkollektor

Kezdjük először azzal, hogy mit is jelent az a gyűjtő elnevezés, hogy vákuumcsöves napkollektor. A vákuumcsöves napkollektor, mint ahogy a neve is mutatja a vákuum rendkívül jó hőszigetelési tulajdonságát hasznosítja, így szinte a külső hőmérséklettől függetlené válik a hőtermelés.

A működési elve a jól ismert termoszéhoz hasonló. Egy dupla falú üvegcső két fallal határolt részéből kiszivattyúzzák a levegőt, ezzel biztosítva a szinte tökéletes hőszigetelést a cső belsejében. A dupla falú üvegcső anyaga bórszilikát, amely speciálisan ütésálló illetve a felületére érkező napsugárzást szinte tökéletesen átengedi.


A vákuumcsöves napkollektorban a dupla falú üvegcső belső felületére különlegesen nagy fényelnyelő képességű abszorpciós bevonatot gőzölnek fel, amely megközelítőleg a beérkező fénysugár 100%-át elnyeli. A vákuumcsövek feladata, hogy a belsejükben elhelyezett hő-termelő egységeket (heatpipe vagy U pipe) a környezeti hőmérséklettől függetlenítsék. Összefoglalva, a vákuumcsöves napkollektor hatékonysága független a környezeti hőmérséklettől, csak a napsugárzás intenzitásától függ. Azaz téli hideg időszakban is lehetséges a hőtermelés a vákuumcsöves napkollektor segítségével!

A heatpipe rendszerű napkollektor

A vákuumcsöves napkollektor egyik altípusa a heatpipe rendszerű napkollektor. A hő-termelő egység itt a "Heatpipe" azaz hő-cső. A heatpipe belsejében egy speciálisan alacsony forráspontú folyadék található. Ez az alacsony hőmérsékleten párolgó töltet a hő hatására felforr, gőzzé változik és felszáll heatpipe felsőrészében találhat kondenzátor részbe. Ezt a kondenzátor részt nevezik hő-patronnak. A hőpatronba felszálló gőz felmelegíti a hőpatront kívülről körülvevő munkafolyadékot, majd a gőz ahogy átadta hőjét lecsapódik és visszafolyik a heatpipe alsó részében, ahol a hőhatására ismét gőzzé változik, felszáll és leadja hőjét, miközben ő maga kondenzáció során ismét folyadékká változik.

Ezzel a körfolyamattal tudjuk a hőpatront kívülről körülvevő munkafolyadékot felmelegíteni. A felmelegített folyadékot jól szigetelt csővezetéken keresztül egy hőcserélő segítségével juttatjuk a tárolóba (bojler), ahonnan háztartásunk vízvezetékein keresztül tudjuk felhasználni fürdéshez, mosogatáshoz, mosáshoz. A vízmelegítésre felhasznált napenergia költsége nulla. A vákuumcsöves napkollektor vagyis a heatpipe-os napkollektor nagy előnye, hogy a tökéletes hőszigetelés miatt nincs környezeti hőelvonás. A téli időszakban is termel, amikor a leginkább van szükségünk hőenergiára. Hőtermelés természetesen csak akkor van, ha napsütéses az idő vagy legalább szórt fény van. Sötétben a vákuumcsöves napkollektorok nem működnek!

Az U pipe rendszerű napkollektor

A dupla falú vákuumcső belsejében az U alakú réz cső és egy azt körülvevő hőátadó lemez adja a hőtermelő egységet. A vákuumcső belsejében az abszorber felületen elnyelődő napsugárzás hőt termel.A keletkezett hő hatására a hőátadó lemez felforrósodik és az U formára hajlított cső teljes felületével érintkezve gyorsan adja át a megtermelt hőt a csőben áramló folyadéknak, mely általában fagyálló folyadék. A munkafolyadék hőjét csővezeték segítségével egy hőcserélőn keresztül juttatjuk el a tárolóba, ahonnan otthonuk vízvezeték rendszerén keresztül tudjuk felhasználni igényeink szerint.

Az U pipe-os napkollektorok teljesítményének növelésére fejlesztették ki a parabolikus tükröt a CPC tükröt. A nano-technológiás bevonattal rendelkező parabolikus tükör kialakítás biztosítja, hogy a napkollektor teljes felületére érkező napsugárzás hasznosuljon.Így hatásfoka még jobb mint az egyszerűbb vákuumcsöves napkollektornak. A fényelnyelő felület mérete nagyobb a geometriai felületnél a parabola görbe felületének köszönhetően. Ennek gyakorlati haszna, hogy adott tetőfelületről jóval nagyobb teljesítményt lehet nyerni.

A nano-technológiás bevonat biztosítja a CPC tükör időjárás-állóságát. Ez CPC tükrös vákuumcsöves napkollektor messze a leghatékonyabb berendezés a különféle típusú napkollektorok között. Ebben a berendezésben egyesül a síkkollektorok nagy fényelnyelő felülete és a vákuumcsöves napkollektorok rendkívüli hőszigeteltsége. Kedvezőtlenebb fényviszonyok esetén is nagyon hatékony (téli időszak, borult ég, stb.), ezért alkalmas épületek fűtésére, és légkondicionálásra.

Síkollektor

A napkollektorok egyik fajtája a síkkollektor, ami egy elöl üvegezett, hátul hőszigetelt lapos doboz­szerkezet, amelyben a napsugárzást jó elnyelő képességű fekete vagy kék, az úgynevezett abszorberre erősített csőkígyó található.

A síkkollektor szigetelése nem tökéletes ezért hideg időben a termelt hőenergia egy részét elveszti. Téli időszakban a hőtermelése korlátozott. Nagy előnye, hogy a szinte teljes geometriai felület részt vesz a hőtermelésben. Nyári felhasználásra a legjobb választás, mert a síkkolektor hővesztesége ekkor a legkisebb. ( pl. medence fűtés)

Mi a különbség a síkkollektor és a vákuumcsöves napkollektor között ?

A sík felületre csak adott időpontban van merőleges besugárzás(síkollektor esetén), a henger felületre beeső fény mindig merőlegesen érkezik. A vákuumcsöves napkollektorok télen és az átmeneti időszakban 20-30%-kal nagyobb teljesítményt adnak le.

A síkollektorok 20 éves üzemeltetési tapasztalattal rendelkeznek. Mindig a felhasználás dönti el, hogy melyik rendszert érdemes telepíteni.

HMV tároló,puffer tároló

A tartály fontos eleme a szolár rendszereknek. A Napenergia nappal áll rendelkezésre, ekkor hasznosítható, a családoknál a felhasználás időszaka jobbára estére esik, tehát el kell tárolni a megtermelt energiát. Erre szolgál a tartály, melyet felhasználástól függően többféleképp neveznek. A használati melegvíz tárolót HMV tárolónak, bojlernak nevezik, fűtési módjától függően olyan névvel is illetik, mint indirekt tároló. A fűtési tartályt puffernek, puffertárolónak nevezik. Léteznek kombinált tárolók is, amelyek mindkét alkalmazást magukba foglalják, tehát a fűtési pufferben van elhelyezve a HMV tároló is. Ez helytakarékos megoldás, a fűtőeszközök vezérlése is egyszerűbb. Felhasználási módjától függ a tartály belső bevonatának milyensége is. HMV-re zománcozott, bevonatos, vagy akár rozsdamentes acél tartály használható, egy, vagy két beépített hőcserélővel, vagy elektromos fűtőbetéttel szerelve. Fűtési pufferként általában nem szükséges bevonatos tároló, bár nem baj, ha mégis ilyen. A magyarázat az, hogy a HMV friss víz, tehát oxidálni próbálja az őt befogadó elemeket, míg fűtés esetén a vízből egyszer kiváló oxigénnek nincs utánpótlása, tehát nem korrodál tovább. HMV esetében szükséges még a csövek korrózióját megakadályozandó magnézium, vagy aktív anódot beépíteni a tartályba, ez saját oxidációjával, vagy elektromos áram segítségével óvja meg a csöveket, fittingeket. Meghatározott időközönként a magnézium-anódokat cserélni kell.
A tároló az a központi alkotóeleme a fűtési, ill. a használati melegvíz-rendszereknek, amelybe csatlakozik a már meglevő fűtőkészülék, a napkollektor, vagy akár más energiatermelő egység. Itt kell megjegyeznem, hogy a puffer, mint egy nagy hidraulikus váltó, képes illeszteni a túlméretezett kazánt a hőelvételi oldalhoz, ezzel nem kis mértékben javul a fűtőrendszer hatásfoka is (link a lap alján).
A tartályok méretezése HMV esetén tapasztalati képletek alapján működik: 40 - 60 liter/fő/nap 45°C-os vízmennyiséggel lehet számolni (általában 50l) háztartások esetén. Panziók, szállodák 80l/fő/nap fogyasztással is számolnak.
Fűtési puffereknek 100 - 200m2 fűtött alapterület esetén 800 - 1000 literes, 200 - 300m2 körül 1500 - 2000l-es tárolókat alkalmaznak.
Általában 500l-es tárolókig ráépített hőszigeteléssel, e felett utólag felrakható (cipzárral záródó) hőszigeteléssel látják el a gyártók a tárolókat. Mivel a tartályok sokfélék, fontos, hogy első sorban mérje meg az ajtók szélességét és a tartály helyén a födém magasságát, nehogy olyan tárolót vásároljon, ami miatt szét kell bontani a házat!
Új építésű házba feltétlenül terveztesse be a puffertároló, mert ehhez csatlakoztatható lesz az a fűtőeszköz, amivel gazdaságosan lehet majd melegen tartani otthonát! Jószerével a tartály árát kigazdálkodhatja a csoda gázkészülék árából, mert tároló estén a legegyszerűbb gázkészülék is elegendő.

SZOLÁR VEZÉRLŐ EGYSÉG

A szolár vezérlő egység feladata, hogy automatikusan irányítsa a szolár rendszer működését.

A VEZETÉKEK , A SZOLÁR ÁLLOMÁS ÉS A KIEGYENLÍTŐ TARTÁLY.

A szolár vezetéket minden esetben kiemelt hőszigeteléssel kell ellátni.
A szolár állomáshoz tartozik keringető szivattyú, biztonsági szelep, légtelenítő, mérő órák, visszacsapó szelep, töltő-ürítő csapok.
A kiegyenlítő tartályt mindig méretezni kell a kiépített rendszerhez. Feladata a keringetett folyadék tágulásának kiegyenlítése.