Hir.ma extra: mit kell tudni a napenergia hasznosításáról?
A Földön az életet a Nap sugárzása teszi lehetővé. A Nap hatalmas gázgömb, amelynek belső hőmérséklete több mint 8 millió K, de a felszín sem hidegebb, mint 6000 K (Kelvin fok). A nagy hőmérsékletű napfelszín, a hideg világűr felé sok hőt veszít sugárzással, mivel a világűrben kevés a közvetítő anyag. A sugárzás tehát egy olyan hőátviteli forma, amely légüres térben működik igazán jól.
A hősugárzás elektromágneses hullámjelenség, amely rokonságban van a hírközlő (jórészt mesterséges) hullámokkal, de a röntgen és kozmikus sugárzással is. A sugárzásfajtákat a rezgésszámuk, és a hullámhosszuk alapján különböztetjük meg. Hősugárzást kibocsátó anyag a hőmérsékletéhek megfelelő hullámhossztartományban sugároz. A legnagyobb teljesítmény a látható fény tartományába esik. A kisebb hőmérsékletű sugárzók, így a földi testek is, a nagyobb hullámhosszú, ún. vörös tartományban sugároznak.
A Nap által a világűrbe kibocsátott, látható és nem látható sugárzás, a tér minden irányába, egyenletesen terjed. A fényözön a Föld Nap felé néző oldalát is éri, ezért az energiából mi is részesülünk. Ez a részesedés természetesen arányos a távolsággal és a Föld viszonylagos kicsinységével, de még így is hatalmas: jelenlegi teljes energiatermelésünknek több, mint tízezerszerese.
A Nap sugárzása a földi légkör külső burkáig háborítatlanul érkezik (kivéve a ritka napfogyatkozások idejét), ezért a légkör határán viszonylag állandó sugárzásszintet mérhetünk. Ez az ún. napállandó. A légkör anyagán való áthaladás során a sugárzás intenzitása megváltozik, mert a levegőben levő molekulák, különösképpen a vízgőz és széndioxid részecskék, jelentősen elnyelnek a sugárzásból; a levegőben levő részecskék a fénysugarakat megtörik, ennek következtében a párhuzamos sugarakból szórt sugárzás keletkezik. A közvetlen sugárzásból elnyelt hányad melegíti a légkört, a szórt sugárzás pedig az általános megvilágítást javítja, mert így az árnyékban sincs egészen sötét.
A földfelszínre érkező sugárzás kis része (a felszín állapotától függő mértékben) visszaverődik, a nagyobbik részt azonban elnyeli a felszín. Az elnyelt sugárzás általában (így természetesen a látható fény is) hővé alakul.
Napelem: minél több kellene belőle
A napsugár a légkörben több olyan változást okoz, amely számunkra hasznosítható energiaforrás. A légkör hőmérsékletét az elnyelt sugárzás - mivel tömegéhez képest csekély az elnyelőképessége - csak kismértékben befolyásolja. A levegő jelentős felmelegedését a szárazföldek és a tengerek okozzák. Az évszakok változása és a Föld forgása miatt az egyes területek hőmérséklete eltérő; ez légáramlást okoz és szél kerekedik.
A felszínre érkező sugárzás jelentős részét a szárazföld, a tengerek és a növényzet nyeli el. A növények által elnyelt sugárzásból élő növényi anyag: biomassza keletkezik.
A tengerekben elnyelt napenergia elpárologtatja a vizet, megindul a víz körforgása, A folyók helyzeti és mozgási energiáját hasznosítani lehet. A vízi energiát ma már főként elektromosság termelésére használjuk.
Egyes félvezetők - fény hatására - elektromosságot termelnek. A fotoelektromosság a napenergia-hasznosítás gyorsan fejlődő ága. A kutatások a hatásfok javítására és az előállítási költségek csökkentésére irányulnak.
Az energianyerés legegyszerűbb, legáltalánosabb formája a hőtermelés. A szél hasznosítása már évezredek óta megoldott: kezdetben a közlekedést segítette, majd mechanikai energiát termelt. A mai szélkerekek vizet húznak, vagy elektromosságot állítanak elő.
Magyarország nem számít szeles országnak, de az ország nagy részén használható szélkerék kisebb feladatok ellátására. Magyarországon előforduló kis szélsebességátlagok miatt, a szélmalmokra hasonlító lassú járású szélkerekek előnyösek.
Ezek, amerikai elnevezéssel farmer típusú kerekek, amelyek már 2 m/s szélsebességnél is működnek. A kis fordulatszámú kerék, dugattyús szivattyúval összeépítve, vízhúzásra használható. Villanyáram termeléséhez áttétel és speciális elektromos szerkezetek szükségesek. 5 m/s szélsebesség felett ún. gyors járású kereket alkalmazhatunk. Ezek a szélerőgépek a repülőgép légcsavarjához hasonlítanak. Nagy fordulatszámuk lehetővé teszi, hogy közvetlenül kapcsoljuk sokpólusú generátorhoz. Ezért elsősorban villanyáram előállítására használják.
A szél előfordulása véletlenszerű. Folyamatos energiaellátáshoz nagy tároló szükséges. A tároló lehet víztartály vagy akkumulátor. A napenergia közvetett hasznosítása a biomassza-előállítás is. A Földre érkező sugárzásnak az élő szervezetekre gyakorolt hatása jelentős. Az érkező sugárzásból a rövidhullámút az élő anyag előállítására, a hosszúhullámú sugárzást a növekedéshez szükséges hőmérséklet előállítására használja a növény.
A növények által a napfényből, a szén-dioxidból és a vízből előállított szerves anyag: a biomassza. A növények által évente termelt szénhidrátmennyiség -energiaegyenértékben - tízszerese a világ energiafogyasztásának.
A keletkezett biomassza energiahordozó, amelyből elégetéssel állíthatunk elő energiát. Az elégetés azonban, még szerves hulladék esetén is gazdaságtalan. Takarékosabb megoldás, ha a szerves anyagot levegő kizárásával - baktériumok segítségével - elrothasztjuk. A nyert gáz szennyezett metán, mely jó tüzelőanyag és a visszamaradt iszap környezetszennyezés nélkül alkalmazható trágyázásra. A berendezés a nagyméretű edények miatt drága. A baktériumok működéséhez legalább 35 °C-os hő-mérséklet kell. A gáztermelés nyáron zavartalan, de télen az erjesztőt fűteni kell és ez a termelt gáz mennyiségét csökkenti. Egyes rendszerekben, kollektorokkal oldják meg a fűtést.
Napelemmel a napsugárzás közvetlenül elektromos árammá alakítható. Az általánosan használt szilícium félvezetőkben, fény hatására, töltéshordozó pár keletkezik, amely szétválasztva elektromos teljesítményt szolgáltat. A napelem előnyös tulajdonsága, hogy működéséhez viszonylag kis fényerősség elegendő és a fényerősség változása főként az áramerősséget befolyásolja. Az alig változó feszültség ideális az akkumulátor töltésére. Az elektromosság tárolása az éjszakai órák miatt szükséges. Ezt oldja meg többek közt a Gemsolar erőmű is.
Gemasolar: a spanyol naperőmű éjjel is képes áramot előállítani!
A napelemek napsugárzáshasznosítása, még igen jó minőségű gyártmányoknál sem több 22-25%-nál. A kereskedelemben beszerezhető napelemek hatásfoka ennek kb. a fele. A fejlesztés iránya kettős: olyan félvezető anyagok keresése, amelyek jobb hatásfokúak és egyidejűleg az előállítási költségük kisebb.
A napsugárzás kis intenzitása miatt, nagyobb teljesítményhez sok napelem szükséges. Ezért az ilyen típusú erőművek széles körű elterjedése a közeljövőben azonban még nem várható. A napelemek komoly felhasználási területe a mikroelektronika és híradástechnika áramellátása. Régóta alkalmazzák olyan hírközvetítő állomások (műholdak) táplálására, melyekhez az áramellátás kiépítése nagyon költséges lenne. Hasonló okokból létesítettek sivatagi területeken napelemekkel működtetett szivattyútelepeket.
A napenergia-hasznosítás legelterjedtebb módja a hőtermelés. Ennek ismertetése előtt tisztáznunk kell, hogy a földi anyagok hogyan viselkednek a napsugárzással szemben. Hő akkor keletkezik, ha a sugárzást az anyag elnyeli. Az elnyelés mértéke az anyag fajtájától függ. Természetesen azok az anyagok nyelik el legnagyobb mértékben az elektromágneses hullámokat, amelyeken az nem tud áthatolni. A fény számára átlátszatlan anyagok elnyelőképességét a felületük milyensége határozza meg.
Az átlátszó anyagokon a fény több-kevesebb veszteséggel képes áthatolni. Az áteresztőképesség nemcsak az anyag felületén bekövetkező visszaveréstől és az anyagban előálló elnyeléstől függ, hanem sok esetben a fény hullámhosszától is. így például a közönséges üveglemez az infravöröshullámok számára átlátszatlan.
Az anyagok sugárzással szembeni viselkedésének harmadik formája a visszaverőképesség (tükrözés). Ez a tulajdonság a napenergia-hasznosításban általában veszteséget jelent. A tükrözés mértéke az anyagtól és a beeső fénysugár szögétől függ. Pl. üveglemeznél 60°-nál laposabb párhuzamos sugarak áthatolása jelentősen csökken. A légkörben megtört és a felületekről visszaverődött, főként szórt sugárzásnak nincs határozott iránya, ezért jut be az ablaküvegen még késő este is a fény.
A felületre érkező sugárzást, az útjában levő anyag vagy visszaveri, vagy átereszti, vagy elnyeli. A valóságos anyagoknál általában több tulajdonság érvényesül. Az ablaküveg a fényt nemcsak átereszti, hanem különböző mértékben visszaveri és kismértékben el is nyeli. Még a speciális felületű elnyelőknek is van kismértékű visszaverő képessége.
A napenergiából hőt termelő berendezéseknél az elnyelőt nagyon jó elnyelőképességű anyagból készítjük. A hővédő feladatú üveglefedésnél ügyelünk a jó áteresztő képességre.
A napenergia hasznosítása már a barlangépítésben is megjelent: ezek nyílásai déli irányba néztek, így az alacsonyan érkező téli napsugarak a belső térbe juthattak. A klasszikus magyar parasztház déli oldalon végigfutó tornáca védett az erős nyári napsugárzástól, de a téli napsütést beeresztette a helyiségek faláig. Ezeknél az épületeknél még nem alkalmaztak üveget, mert drága volt és nyáron nehezítette volna a helyiségek szellőzését. Az üvegfedés először a mezőgazdaságban, a melegágyaknál és melegházaknál jelent meg. Itt jól érvényesül az üveglemeznek az a tulajdonsága, hogy a napfényt átereszti, de a meleg belső felületekről induló (nem látható) infravörös sugarakat nem. Ezért a belső térből sugárzással nem távozhat a meleg.
A napenergia-hasznosításnak ezt a módját, amikor minden különleges szerkezet és hőhordozó közeg nélkül termelünk meleget, passzív napenergia-hasznosításnak hívjuk.
A hőerőgépek megjelenésével megkísérelték, hogy gépet hajtsanak a napenergiával. Építettek napkazánnal működő vízszivattyút, sőt nyomdagépet is. A keletkezett gőz hajtotta a motort. így keletkezett a napenergia hasznosítás másik ága, anely speciális szerkezeteket és hőhordozót alkalmaz. Ezt nevezzük aktív sugárzás-hasznosításiak.
A legegyszerűbb, általánosan használt aktív napenergia-hasznosítás a használati melegvíz-készítés. Egy ilyen berendezés általában három fő részből áll. Az üvegezett dobozba épített, feketére festett acéllemezhez fémesen kapcsolódik a csőkígyó, amelyben a hőhordozó közeg áramlik. Az elnyelő, szokásos nevén kollektor, olyan irányban döntött hogy szembe nézzen a legnagyobb sugárzásösszeget adó napáilással. A kollektor csővezetékében a hőhordozó felmelegszik, sűrűsége csökken, ezért a felette levő tartályba áramlik. A felmelegedett víz helyébe hideg víz kerül a tartályból. Fogyasztáskor a tartály alsó részébe vezetjük a hideg vizet és a tartály legmelegebb részéből, a tetejéből vezetjük el a fogyasztóhoz a meleget.
Hir.ma (olvasói beküldés). Környezettudatos témákban partnerünk az Alternatív Energia Portál!
A hősugárzás elektromágneses hullámjelenség, amely rokonságban van a hírközlő (jórészt mesterséges) hullámokkal, de a röntgen és kozmikus sugárzással is. A sugárzásfajtákat a rezgésszámuk, és a hullámhosszuk alapján különböztetjük meg. Hősugárzást kibocsátó anyag a hőmérsékletéhek megfelelő hullámhossztartományban sugároz. A legnagyobb teljesítmény a látható fény tartományába esik. A kisebb hőmérsékletű sugárzók, így a földi testek is, a nagyobb hullámhosszú, ún. vörös tartományban sugároznak.
A Nap által a világűrbe kibocsátott, látható és nem látható sugárzás, a tér minden irányába, egyenletesen terjed. A fényözön a Föld Nap felé néző oldalát is éri, ezért az energiából mi is részesülünk. Ez a részesedés természetesen arányos a távolsággal és a Föld viszonylagos kicsinységével, de még így is hatalmas: jelenlegi teljes energiatermelésünknek több, mint tízezerszerese.
A Nap sugárzása a földi légkör külső burkáig háborítatlanul érkezik (kivéve a ritka napfogyatkozások idejét), ezért a légkör határán viszonylag állandó sugárzásszintet mérhetünk. Ez az ún. napállandó. A légkör anyagán való áthaladás során a sugárzás intenzitása megváltozik, mert a levegőben levő molekulák, különösképpen a vízgőz és széndioxid részecskék, jelentősen elnyelnek a sugárzásból; a levegőben levő részecskék a fénysugarakat megtörik, ennek következtében a párhuzamos sugarakból szórt sugárzás keletkezik. A közvetlen sugárzásból elnyelt hányad melegíti a légkört, a szórt sugárzás pedig az általános megvilágítást javítja, mert így az árnyékban sincs egészen sötét.
A földfelszínre érkező sugárzás kis része (a felszín állapotától függő mértékben) visszaverődik, a nagyobbik részt azonban elnyeli a felszín. Az elnyelt sugárzás általában (így természetesen a látható fény is) hővé alakul.
Napelem: minél több kellene belőleA napsugár a légkörben több olyan változást okoz, amely számunkra hasznosítható energiaforrás. A légkör hőmérsékletét az elnyelt sugárzás - mivel tömegéhez képest csekély az elnyelőképessége - csak kismértékben befolyásolja. A levegő jelentős felmelegedését a szárazföldek és a tengerek okozzák. Az évszakok változása és a Föld forgása miatt az egyes területek hőmérséklete eltérő; ez légáramlást okoz és szél kerekedik.
A felszínre érkező sugárzás jelentős részét a szárazföld, a tengerek és a növényzet nyeli el. A növények által elnyelt sugárzásból élő növényi anyag: biomassza keletkezik.
A tengerekben elnyelt napenergia elpárologtatja a vizet, megindul a víz körforgása, A folyók helyzeti és mozgási energiáját hasznosítani lehet. A vízi energiát ma már főként elektromosság termelésére használjuk.
Egyes félvezetők - fény hatására - elektromosságot termelnek. A fotoelektromosság a napenergia-hasznosítás gyorsan fejlődő ága. A kutatások a hatásfok javítására és az előállítási költségek csökkentésére irányulnak.
Az energianyerés legegyszerűbb, legáltalánosabb formája a hőtermelés. A szél hasznosítása már évezredek óta megoldott: kezdetben a közlekedést segítette, majd mechanikai energiát termelt. A mai szélkerekek vizet húznak, vagy elektromosságot állítanak elő.
Magyarország nem számít szeles országnak, de az ország nagy részén használható szélkerék kisebb feladatok ellátására. Magyarországon előforduló kis szélsebességátlagok miatt, a szélmalmokra hasonlító lassú járású szélkerekek előnyösek.
Ezek, amerikai elnevezéssel farmer típusú kerekek, amelyek már 2 m/s szélsebességnél is működnek. A kis fordulatszámú kerék, dugattyús szivattyúval összeépítve, vízhúzásra használható. Villanyáram termeléséhez áttétel és speciális elektromos szerkezetek szükségesek. 5 m/s szélsebesség felett ún. gyors járású kereket alkalmazhatunk. Ezek a szélerőgépek a repülőgép légcsavarjához hasonlítanak. Nagy fordulatszámuk lehetővé teszi, hogy közvetlenül kapcsoljuk sokpólusú generátorhoz. Ezért elsősorban villanyáram előállítására használják.
A szél előfordulása véletlenszerű. Folyamatos energiaellátáshoz nagy tároló szükséges. A tároló lehet víztartály vagy akkumulátor. A napenergia közvetett hasznosítása a biomassza-előállítás is. A Földre érkező sugárzásnak az élő szervezetekre gyakorolt hatása jelentős. Az érkező sugárzásból a rövidhullámút az élő anyag előállítására, a hosszúhullámú sugárzást a növekedéshez szükséges hőmérséklet előállítására használja a növény.
A növények által a napfényből, a szén-dioxidból és a vízből előállított szerves anyag: a biomassza. A növények által évente termelt szénhidrátmennyiség -energiaegyenértékben - tízszerese a világ energiafogyasztásának.
A keletkezett biomassza energiahordozó, amelyből elégetéssel állíthatunk elő energiát. Az elégetés azonban, még szerves hulladék esetén is gazdaságtalan. Takarékosabb megoldás, ha a szerves anyagot levegő kizárásával - baktériumok segítségével - elrothasztjuk. A nyert gáz szennyezett metán, mely jó tüzelőanyag és a visszamaradt iszap környezetszennyezés nélkül alkalmazható trágyázásra. A berendezés a nagyméretű edények miatt drága. A baktériumok működéséhez legalább 35 °C-os hő-mérséklet kell. A gáztermelés nyáron zavartalan, de télen az erjesztőt fűteni kell és ez a termelt gáz mennyiségét csökkenti. Egyes rendszerekben, kollektorokkal oldják meg a fűtést.
Napelemmel a napsugárzás közvetlenül elektromos árammá alakítható. Az általánosan használt szilícium félvezetőkben, fény hatására, töltéshordozó pár keletkezik, amely szétválasztva elektromos teljesítményt szolgáltat. A napelem előnyös tulajdonsága, hogy működéséhez viszonylag kis fényerősség elegendő és a fényerősség változása főként az áramerősséget befolyásolja. Az alig változó feszültség ideális az akkumulátor töltésére. Az elektromosság tárolása az éjszakai órák miatt szükséges. Ezt oldja meg többek közt a Gemsolar erőmű is.
Gemasolar: a spanyol naperőmű éjjel is képes áramot előállítani!A napelemek napsugárzáshasznosítása, még igen jó minőségű gyártmányoknál sem több 22-25%-nál. A kereskedelemben beszerezhető napelemek hatásfoka ennek kb. a fele. A fejlesztés iránya kettős: olyan félvezető anyagok keresése, amelyek jobb hatásfokúak és egyidejűleg az előállítási költségük kisebb.
A napsugárzás kis intenzitása miatt, nagyobb teljesítményhez sok napelem szükséges. Ezért az ilyen típusú erőművek széles körű elterjedése a közeljövőben azonban még nem várható. A napelemek komoly felhasználási területe a mikroelektronika és híradástechnika áramellátása. Régóta alkalmazzák olyan hírközvetítő állomások (műholdak) táplálására, melyekhez az áramellátás kiépítése nagyon költséges lenne. Hasonló okokból létesítettek sivatagi területeken napelemekkel működtetett szivattyútelepeket.
A napenergia-hasznosítás legelterjedtebb módja a hőtermelés. Ennek ismertetése előtt tisztáznunk kell, hogy a földi anyagok hogyan viselkednek a napsugárzással szemben. Hő akkor keletkezik, ha a sugárzást az anyag elnyeli. Az elnyelés mértéke az anyag fajtájától függ. Természetesen azok az anyagok nyelik el legnagyobb mértékben az elektromágneses hullámokat, amelyeken az nem tud áthatolni. A fény számára átlátszatlan anyagok elnyelőképességét a felületük milyensége határozza meg.
Az átlátszó anyagokon a fény több-kevesebb veszteséggel képes áthatolni. Az áteresztőképesség nemcsak az anyag felületén bekövetkező visszaveréstől és az anyagban előálló elnyeléstől függ, hanem sok esetben a fény hullámhosszától is. így például a közönséges üveglemez az infravöröshullámok számára átlátszatlan.
Az anyagok sugárzással szembeni viselkedésének harmadik formája a visszaverőképesség (tükrözés). Ez a tulajdonság a napenergia-hasznosításban általában veszteséget jelent. A tükrözés mértéke az anyagtól és a beeső fénysugár szögétől függ. Pl. üveglemeznél 60°-nál laposabb párhuzamos sugarak áthatolása jelentősen csökken. A légkörben megtört és a felületekről visszaverődött, főként szórt sugárzásnak nincs határozott iránya, ezért jut be az ablaküvegen még késő este is a fény.
A felületre érkező sugárzást, az útjában levő anyag vagy visszaveri, vagy átereszti, vagy elnyeli. A valóságos anyagoknál általában több tulajdonság érvényesül. Az ablaküveg a fényt nemcsak átereszti, hanem különböző mértékben visszaveri és kismértékben el is nyeli. Még a speciális felületű elnyelőknek is van kismértékű visszaverő képessége.
A napenergiából hőt termelő berendezéseknél az elnyelőt nagyon jó elnyelőképességű anyagból készítjük. A hővédő feladatú üveglefedésnél ügyelünk a jó áteresztő képességre.
A napenergia hasznosítása már a barlangépítésben is megjelent: ezek nyílásai déli irányba néztek, így az alacsonyan érkező téli napsugarak a belső térbe juthattak. A klasszikus magyar parasztház déli oldalon végigfutó tornáca védett az erős nyári napsugárzástól, de a téli napsütést beeresztette a helyiségek faláig. Ezeknél az épületeknél még nem alkalmaztak üveget, mert drága volt és nyáron nehezítette volna a helyiségek szellőzését. Az üvegfedés először a mezőgazdaságban, a melegágyaknál és melegházaknál jelent meg. Itt jól érvényesül az üveglemeznek az a tulajdonsága, hogy a napfényt átereszti, de a meleg belső felületekről induló (nem látható) infravörös sugarakat nem. Ezért a belső térből sugárzással nem távozhat a meleg.
A napenergia-hasznosításnak ezt a módját, amikor minden különleges szerkezet és hőhordozó közeg nélkül termelünk meleget, passzív napenergia-hasznosításnak hívjuk.
A hőerőgépek megjelenésével megkísérelték, hogy gépet hajtsanak a napenergiával. Építettek napkazánnal működő vízszivattyút, sőt nyomdagépet is. A keletkezett gőz hajtotta a motort. így keletkezett a napenergia hasznosítás másik ága, anely speciális szerkezeteket és hőhordozót alkalmaz. Ezt nevezzük aktív sugárzás-hasznosításiak.
A legegyszerűbb, általánosan használt aktív napenergia-hasznosítás a használati melegvíz-készítés. Egy ilyen berendezés általában három fő részből áll. Az üvegezett dobozba épített, feketére festett acéllemezhez fémesen kapcsolódik a csőkígyó, amelyben a hőhordozó közeg áramlik. Az elnyelő, szokásos nevén kollektor, olyan irányban döntött hogy szembe nézzen a legnagyobb sugárzásösszeget adó napáilással. A kollektor csővezetékében a hőhordozó felmelegszik, sűrűsége csökken, ezért a felette levő tartályba áramlik. A felmelegedett víz helyébe hideg víz kerül a tartályból. Fogyasztáskor a tartály alsó részébe vezetjük a hideg vizet és a tartály legmelegebb részéből, a tetejéből vezetjük el a fogyasztóhoz a meleget.
Hir.ma (olvasói beküldés). Környezettudatos témákban partnerünk az Alternatív Energia Portál!
Hozzászólások