A napenergia-hasznosítás egyik fő problémája, hogy a fűtőhatásra leginkább télen van szükség, amikor az energiahozam a legkisebb, ezzel szemben nyáron, amikor lényegesen kisebb az igény a felhasználásra, a legnagyobb energiahozam áll rendelkezésre.
Minden napenergiát hasznosító rendszer hármas feladatot lát el: a napenergia felfogását, a begyűjtött energia legalább egy részének átmeneti tárolását, majd az energia eljuttatását a felhasználás helyére – és attól függően, hogy ez milyen eszközökkel történik, beszélhetünk passzív vagy aktív napenergia-hasznosításról. Az előbbi esetén az épület építészeti kialakítása, épületszerkezeti megoldásai – külön épületgépészeti berendezések nélkül – teszik lehetővé a napenergia felhasználását, míg az utóbbi esetén az erre a célra kifejlesztett gépészeti berendezések segítségével „válik kezelhetővé” a napenergia.
A napenergia-hasznosító rendszerek legtöbbje az üvegházhatás elvén működik, amelynek lényege, hogy az energiaelnyelő, átlátszatlan szerkezet előtt üvegezés van, amely a napsugárzás energiájának döntő hányadát átengedi. Az üvegezés mögötti felület az elnyelt energiától felmelegszik, és ez a hőenergia az, amelyet aztán fel lehet használni valamilyen módon. A felmelegedett felület a külső környezet felé is ad le hőt, azonban erre a fajta hősugárzásra az üveg átlátszatlan, így a hőenergia nem tud ugyanolyan módon távozni, ahogy bejutott, ezért nagy része az üvegezés mögött reked. Természetesen más módokon lesz a szerkezetnek a külső környezet felé hővesztesége, ez azonban korlátozható.
Fotó: Fotolia
Passzív hasznosítás
A napenergia hasznosítása alapvetően építészeti, épületszerkezeti eszközökkel, az épület energiatudatos módon való megtervezésével történik, amibe beletartozik az épület megfelelő módon való tájolása, alaprajzi és homlokzati kialakítása, a hatékony szigetelés és a speciális szerkezetek alkalmazása is.
A napenergiát passzív módon hasznosító épület tervezésekor esetenként egymásnak ellentmondó követelmények között kell összhangot teremteni. Az energiatakarékosság elvének érvényesítése érdekében kompakt tömegformálással minimalizálni kell a homlokzati felületek nagyságát, és ezen belül a nyílászárók arányát. A napenergia hasznosítása érdekében viszont nagy üvegezett felületekre van szükség a jól benapozott irányból, ami részben tagoltabb, nagyobb homlokzati felületek kialakítását és az üvegezési arány növelését követeli meg. Jól megtervezett épület esetén az üvegezett szerkezeteken keresztül télen a napsütésből energia nyerhető.
A passzív szerkezetek között a legegyszerűbb szerkezeti elem maga az ablak, de a legfontosabbak az ún. tömegfalak és a napterek. A naptér az épület fűtött helyiségéhez közvetlenül csatlakozó, fűtéssel nem rendelkező, üvegezett használati tér. Ezt azonban nyáron felülről kihúzható, külső árnyékolóval célszerű védeni a túlzott felmelegedés ellen, hiszen ha a napenergiát hasznosító üvegezett szerkezeteket, helyiségeket nyáron nem árnyékolják és szellőztetik, akkor elfogadhatatlan belső légállapotok is kialakulhatnak.
Itt és ott
Bár a felhasznált
napenergia ingyen van, a begyűjtéséhez, tárolásához, elosztásához
szükséges berendezések, szerkezetek költsége számottevő. A megtérülés
elég tág határok között becsülhető, és jelentősen függ attól, hogy
milyen hagyományos energiaforráshoz viszonyítunk, és annak államilag
dotált vagy valós árát vesszük-e figyelembe. A különböző rendszerek
hatékonyságát a működtetés, a használati szokások is befolyásolják.
Nyugat-Európában a nálunk kedvezőtlenebb adottságú területeken is
megfigyelhető, hogy viszonylag széles körben élnek a
napenergia-hasznosítás lehetőségeivel. Ez összefügg a nagyobb mértékű
állami támogatással, amelyre egyértelműen szükség van a napenergiás
rendszerek elterjesztéséhez, gazdaságossá tételéhez. Pályázati
lehetőségek itthon is vannak – vissza nem térítendő állami támogatás
formájában. A pályázatok kidolgozásába a napenergia-hasznosítással
foglalkozó cégek is általában besegítenek.
Fontos szempont az is, hogy a fűtési rendszer szabályozható legyen. Ez előfeltétele annak, hogy télen a napenergiából származó passzív hőnyereség ne a helyiségek időszakos túlmelegedéséhez, hanem a fűtőteljesítmény, az energiafogyasztás csökkenéséhez vezessen.
Aktív hasznosítás
A napenergia hasznosítására szolgáló épületgépészeti eszközök villamos energia termelésére (napelemek) vagy hőtermelésre (napkollektorok) használhatók.
Az előbbi esetben – a félvezető anyagú napelemekben – a napsugárzás hatására egyenáram keletkezik, amely kiegészítő berendezéssel szükség esetén átalakítható a hálózati feszültségnek megfelelő váltakozó árammá. Az így nyert villamos energia alkalmas arra, hogy olyan házakban, amelyek elektromos hálózattal el nem látott területeken találhatóak, kisebb fogyasztású berendezéseket működtessen, de a folyamatos energiaellátás biztosításához akkumulátorok is szükségesek. Az elektromos hálózatba bekapcsolt épületekben egyrészt csökkenthető a hálózati fogyasztás, a pillanatnyilag nem hasznosított hányad pedig a hálózatba táplálható, amelyet a szolgáltatónak át kell vennie.
Ezzel szemben a napkollektorok által nyert hőenergia leggyakrabban meleg víz készítésére, medencék fűtésére, illetve épületek kiegészítő fűtésére fordítható. Melegvíz-ellátásra az év minden szakában szükség van, ezért ez tekinthető a napkollektorok leggyakrabban alkalmazott felhasználási módjának. Ebben az esetben a kollektorok egész évben működnek, így kihasználtságuk kedvezőnek tekinthető.
A kizárólag nyáron üzemelő (általában kültéri) medencéket meg kell különböztetni az egész évben használt beltéri medencéktől. Előbbiek esetében ugyanis a csúcsfogyasztási időszak egybeesik a napenergiacsúccsal, így a kollektorok csak télen nincsenek kihasználva, ezzel szemben a beltéri medencék egész évben igényelnek hőenergiát, így a kollektorok kihasználtsága hasonlatos a melegvíz-készítéshez.
A fűtési szezonban a legnagyobb hőigény időszakában a legkisebb a rendelkezésre álló napenergia mennyisége, ezért ezen a felhasználási területen leginkább csak fűtésrásegítésként jöhet szóba. A napkollektoros fűtésrásegítést alacsony hőmérsékletű meleg vizes rendszerek (pl. padlófűtés, falfűtés) esetén célszerű alkalmazni, és el kell fogadni, hogy az így nyert hővel sem az éves fűtési hőigény, sem az éves melegvíz-termelés nem fedezhető kizárólagosan, vagyis továbbra is szükség lesz fűtőberendezésre.
Akár kombinálva is
A különböző alkalmazási területek azonban kombinálhatók is egymással, így a napenergia felhasználható melegvíz-készítésre, valamint medence- és épületfűtésre is egyaránt. A rendszer működéséhez a kívülről látható kollektor mellett számtalan más berendezésre is szükség van: hőcserélőre, tárolótartályra, szivattyúra, rásegítő fűtőkazánra, szabályozóegységre, vezetékrendszerre stb. Megjegyezendő, hogy a két legfontosabb napkollektorfajta a szelektív bevonatos sík- és a vákuumcsöves kollektor. A különböző típusok és gyártmányok hatásfoka, ára, célszerű alkalmazási területe eltérő, így a felhasználási szándék vagy szándékok kombinációjának ismeretében szakember határozza meg a megfelelő kollektortípust.
A szerző okleveles építészmérnök, okl. épületszigetelő szakmérnök, okl. zaj- és rezgéscsökkentési szakmérnök
