Environmental protection | Studies, essays, thesises » A napenergia hasznosítása napelemek segítségével

A napenergia hasznosítása napelemek segítségével, valamint a felhasználható állami források Forrás: www .reakhu napenergia.freewebhu/ xsany.hu www .naplopohu Huszta András K3 tankör 2003. 10 30 1 A globális energetikai problémák és az ebből eredő egyre fokozódó környezetszennyeződés miatt mind fontosabbá válik a megújuló energiák kiaknázása, így a napenergia hasznosításáé is. A napenergia villamos hasznosítása alatt a Nap sugárzási energiájának közvetlenül villamos energiává történő átalakítását, és ennek hasznosítását értjük. Az átalakító szerkezetet napelemnek vagy napcellának nevezzük. Érdemes szétválasztani az ipari vagy közösségi, és a magáncélú alkalmazásokat. Most első sorban a magáncélú alkalmazásokkal foglalkoznék Minden éghajlaton szokták számolni a napsugárzás egy négyzetméterre jutó energiáját. Ennek jellemzésére a globális sugárzás szolgál, értékét MJ / m2 egységben

fejezzük ki. A besugárzás évi összege hazánk túlnyomó részén a 4100-4700 MJ / m2 értékek közé esik, a sugárzás időtartama 1900-2150 óra között változik. A legtöbb besugárzást júliusban kapjuk, annak ellenére, hogy a nappalok már valamivel rövidebbek, a Nap delelési magassága kisebb, viszont a felhőzet mennyisége csekélyebb, mint nyár elején. Legcsekélyebb a besugárzás decemberben, a nagy borultság és a rövid nappalok miatt. A besugárzás energiahozama mellett fontos tudnunk, hogy milyen hosszú időn át érkezik ez az energia a földfelszínre. Erről a napsütéses órák száma ad tájékoztatást. A napsütés tartamát természetesen a csillagászati és éghajlati tényezők befolyásolják. A fény hatására bekövetkezõ villamos jelenségekkel már a XIX. század közepén foglalkoztak, azonban az első hasznosítható elektromos energiát termelő napelemet csak 1941-ben készítették. Akkori hatásfoka kb 1% volt A mai napelemek

laboratóriumokban már 25% hatásfok körül működnek, a kereskedelemben 5-20 % hatásfokú elemek kaphatók. A napcella nem egy egységes technológia, ez alatt a "fedőnév" alatt több, hasonló elven működő eljárás is megtalálható. A napelemek működése azon alapul, hogy a fénysugárzás fotonjai kimozdítják a félvezetõ elektronjait a kötéseikből, így elektron-lyuk párok keletkeznek, ezt az elektrontöbbletet pedig elektromos félvezetőkkel lehet a napelem felületéről elvezetni. A főként felhasznált anyagok az elektronikából is jól ismert szilícium és gallium félvezető kristályok. Egy másik jelentős anyag az amorf szilícium, amely gyártása már folyik, de a további fejlesztése még sokat ígér. Egyelőre a gondot a kis hatásfok és az elemek kifáradása okozza. A napelemek alkalmazása kezdetben inkább a szakmai felhasználókat érdekelte, így először országúti segélykérő telefonok, mikrohullámú átjátszó-adók

működtek napelemről. Kisebb, hordozható készülékeknél a gomb- és ceruzaelemek helyett alkalmazható a napelem, példa erre a napelemes számológép. A nagyobb méretű panelek alkalmazására példa a különböző űrállomások, mesterséges holdak energiaellátó napelemei (ahol a felhasznált napelemek hatásfoka a 25%-ot is elérheti), néhány nyugat-európai kísérleti naperőmű, és a főként Afrikában és Dél-kelet Ázsiában telepített napfarmok, amelyek többnyire a helyi elektromosáram-igényeket elégítik ki. Léteznek azonban olyan rendszerek is, amelyek már az elektromos hálózatba tudják táplálni azt az energiát, amire helyben nincs szükség. Ezeknél, a napcellákban termelt egyenáramot egy megfelelő inverterrel a kívánt feszültségű és frekvenciájú váltóárammá kell alakítani. A Nápoly mellett megépített naperőmű azzal a céllal épült, hogy a napközben megtermelt áramot éjszaka a villamos hálózatba táplálja.

Magyarországon jelenleg mindegyik fentebb felsorolt megoldás beszerezhető, korábban gyártásuk is folyt itthon, azonban ma szinte kizárólag külföldről származó berendezések jelentik a választékot, meglehetősen borsos áron. Talán magyarázható ez azzal, hogy ez a technológia még külföldön is újnak számít, a fejlesztésekre óriási összegeket áldoznak egyes cégek, az igények pedig még nem akkorák, hogy az árakat csökkenteni lehetne. Napelemeket azonban már 2000-óta újra gyártanak Magyarországon, a DUNASOLAR Rt. Napelem gyárában. A napelem gyártásának nyolc fázisa van A nyolc fázist röviden ismertetném: 1. lépés: A hordozó egy 3 mm-es síküveg, melyre második lépésben egy elektromosan vezető, átlátszó óndioxid réteget visznek fel. 3 lépésben Az óndioxid réteget lézerrel „felvágják”. Majd a következő lépés az amorf szilícium réteg felvitele (ez nem más, mint két 2 két p-i-n dióda). 5 Lépés: a

szilícium rétegek lézeres felvágása, majd a felső cinkoxid és alumínium rétegek felvitele következik. A cinkoxid és az alumínium rétegek is „felvágják”, és 8. lépésként a kivezetéseket ultrahangos hegesztéssel illesztik majd a napelemet hermetikusan lezárják egy záró üveglappal. A kereskedelemben már egyre nagyobb választékkal várnak bennünket. A legolcsóbb és legegyszerűbb rendszereket hétvégi házak áramellátására tervezték. Igen jól alkalmazható olyan házaknál, amelyekhez nincs lehetőségünk a villamos áramot bevezetni. Ezek két fő egységből állnak, egy 1-2 m2-es napelem, valamint egy „rugalmasan” tölthető akkumulátor. A napcella a hét folyamán feltölti az akkumulátort, és az az egész hétvégén képes ellátni a ház világítását, valamint kisebb bővítéssel akár több órán át lehet televíziót nézni. Ez egy 12 V-os rendszer, az ára azonban már ennek is borsos, 150 ezer forinttól 300 ezer forintig

terjed, kiegészítőktől függően. A kereskedelemben kaphatóak komolyabb rendszerek, amelyek már 230 V-os feszültséget termelnek, de ezek legalább 20 m2 felületű napelemet igényelnek, valamint egy invertert, amely az elemek által termelt egyenáramot alakítja át váltóárammá. Egy ilyen rendszer, az akkumulátorok feltöltése után, képes akár a „feleslegesen” termelődő áramot a villamos hálózatba betáplálni. Egy ilyen hálózat kiépítése 1,5 millió forinttól lehetséges, felső határa nincsen, de kb. 5-6 millió forintból már olyan rendszert lehet kiépíteni, amellyel a teli hónapokban is 99%-ig tudjuk fedezni egy 4 személyes család villamos energia szükségleteit. A rendszerek megtérülési ideje általában 7-8 év körül mozog. A napelemek üzembeállításánál ugyancsak figyelembe kell venni a tájolást és a dőlésszöget. Hiába van a legkorszerűbb kollektorunk, ha egy szomszéd épület, vagy egy magas fa fél napon át

leárnyékolja, vagy ha az éghajlatunkhoz képest, nem megfelelően irányítjuk, és állítjuk be a dőlési szöget. Nem fog megfelelően működni, lassan fog megtérülni az ára, és ezzel az esetleges érdeklődőket is elkedvetlenítjük. A beállításhoz fontos tudni, hogy a síküveg lemez a merőlegesen rá eső fény kb. 15%-át rögtön visszaveri. A rá szögben eső fény több mint 80%-át csak addig engedi át, amíg a napsugár és az üveg síkja közötti szög nagyobb, mint 45°. A 45°-nál laposabban érkező fény döntő része visszaverődik, ez elhanyagolandó. A Nap egy óra alatt az égbolton megtett útja kb. 15° A 41 ábrán látható, hogy a vízszintesen elfektetett napelem energiaszolgáltatása a legnagyobb, de az ilyen módon elhelyezett napelemmel az a probléma jelentkezik, hogy könnyen rajtamaradnak a természet által termelt koszok, levelek, valamint a porokat, és lerakódó gázokat sem tudja lemosni az eső. Ezért a napelemeket

általában a Dél-keleti irányba állítják, és a vízszinteshez képest 45-°os szögben szokták beállítani. Természetesen léteznek 3 olyan automatikák amelyek képesek a napelem dőlésszögét a nap mozgásával megegyezően változtatni. Ezekkel még hatékonyabbá tehetjük a rendszert, de a háztetőbe fixen beépített napelemek is jó hatásfokkal dolgoznak. Láthattuk, hogy igen nagy költségekkel lehet csak ilyen rendszereket az otthonunkba telepíteni, de szerencsére manapság különféle támogatások is léteznek. A különféle pénzügyi, támogatási formák, pályázati lehetõségek keretében az elmúlt években igen jelentõs beruházások történtek a megújuló energiaforrások felhasználásának területén. Kiemelt célkitûzés volt a napkollektorok létesítésére irányuló beruházások ösztönzése, ami természetes módon a pályázatok számában is tükrözõdött. Ezen beruházások többsége újonnan épülõ vagy már meglévõ

családi házak, lakások és különbözõ intézmények használati melegvíz ellátását és fûtésrásegítését célzó napkollektorok. A megújuló energiaforrások felhasználásának növelésével, célkitûzés a hagyományos energiahordozókkal való takarékoskodás mellett - a környezet állapotának a javítása, valamint alkalmazkodás az Európai Unió megújuló energiahordozókra vonatkozó energiapolitikai elképzeléseihez. Az 1999-ben elfogadott Energiatakarékossági Stratégia és Cselekvési Program keretében elõször nyílt lehetõség arra, hogy a megújuló energiaforrások hasznosítására a gazdálkodó szervezetek, önkormányzatok mellett lakossági felhasználók is, különbözõ támogatási formákra pályázzanak. A támogatások célja a hagyományos energiahordozók megújuló energiaforrásokkal való helyettesítése, többek között hõenergia elõállítása napkollektorok által, illetve elektromos áram elõállítása napelemek

felhasználásával. Az elkövetkező években az állam támogatásokat nyújtott a magánszemélyek, és közösségek részére, amennyiben a megújuló energiaforrások valamelyikét kiaknázták, majd a Gazdasági Minisztérium 2003 március 1-én indította el a Nemzeti Energiatakarékossági Program (NEP) keretében, a lakossági energia-megtakarítás támogatása címszó alatt, a lakossági pályázók és a vállalkozói pályázók számára is megszerezhető támogatási rendszerét. Majd 2003 július 22 dátummal beszüntette a pályázatok befogadását. Az indoklás: forráshiány, vagyis eddig az idõpontig a minisztérium szerint több igény érkezett, mint a rendelkezésre álló keret. Napkollektoros rendszerekre a NEP-2003-6, és NEP-2003-7 pályázat vonatkozott, mely szerint támogatás formája: vissza nem térítendõ támogatás utólagos finanszírozással (a támogatás nem normatív). A támogatás mértéke: a beruházás 30%-a, magánszemélyeknél

maximum 250.000-Ft (ha a napkollektorok mellett egyéb megújuló energiát hasznosító berendezést is telepítenek, akkor maximum 500.000-Ft) Vállalkozás esetén a támogatás szintén 30%, de maximum 32 millió forint. A rendelkezésre álló forrás: magánszemélyek és önkormányzatok együtt: 140 millió Ft, vállalkozások: 180 millió Ft. Mivel a keretek az idén beteltek, ez azt feltételezi, hogy az elnyert pénzből, a pályázat nyertesei összesen legalább 1 milliárd Forint értékű beruházást végeznek el az elkövetkező évben, amely nagy előrelépésnek mondható a magyar környezetvédelemben. A kiírás szerint a pályázatokat 2003. március 1-tõl 2003 szeptember 30-ig lehetett volna benyújtani Ezzel a rövid kitekintéssel láthattuk, hogy mennyire egyszerű módon használhatjuk ki azt az irdatlan nagy energiaforrást, amelyet Napnak hívunk. Ez a kimeríthetetlen energiaforrás a jövőben is mindig a rendelkezésünkre fog állni, és ha beindulna a

napelemek tömeges gyártása, a tömeggyártás okozta olcsóbb árakon, és a ma is ígéretesnek látszó állami támogatások segítségével, sokkal barátságosabbá és tisztábbá tehetjük az áramtermelésünket, és közvetve a saját környezetünket is, valamint ennek a módszernek köszönhetően, a megtérülési idő után, a pénztárcánkat is megkímélhetjük a villamos energia egyre dráguló költségeitől. 4