2045 Törökbálint Tó u. 2.

info@eurocell.hu

+36/30 521 6765

Érdekességek
MSE (Method of Solar Energy)

Leírás

Az elmúlt évek erőfeszítéseinek eredménye képen bátran mondhatjuk, hogy egy forradalmian új energia felhasználási rendszert fejlesztettünk ki, mely megoldás lehet a az emberiségnek a fosszilis energiától való függetlenedésére. Elsőre talán fellengzősen hat ez a kifejezés, de röviden bemutatjuk, hogy súlya van ennek a kijelentésnek.

Számos olyan rendszer létezik, mely megújuló energia felhasználásával oldja meg a lakóházak, közösségi terek fűtését-hűtését, és/vagy világítását. Ezek általában geotermikus energiát, szélenergiát, vagy a napsugárzást használják fel energia termelésre.

Ezen rendszerek azonban azt a komplex feladatot, hogy egész évben biztosítsák az emberek energia szükségletét nem tudják ellátni. A leginkább hatékony megoldás a napsugárzás kétirányú hasznosítása, elektromos áram és hőenergia termelésre. Azonban mindeddig egy nagyon fontos kérdést nem sikerült hosszan tartóan és gazdaságosan megoldani, ez pedig az energia tárolás. Sem a villamos energia, sem a hőenergia tárolása nem megoldott gazdaságosan.

E téren hoz forradalmian új megoldást az MSE rendszer, mégpedig a FGGS energia tároló modul kifejlesztésével és alkalmazásával. Egyedülálló módon tudjuk a kollektor által nyáron összegyűjtött hőenergiát gazdaságosan eltárolni a téli fűtési időszakra, ezáltal megoldva az egyik legnagyobb energetikai problémát a világon.

Az MSE rendszer 3 fő alkotó elemből áll:

  • Energia termelő modul: mely egy nagy hatékonyságú hibrid napkollektor
  • Energia átalakító modul: magas C.O.P. számú hőszivattyú
  • Energia tároló modul (FGGS): hőszigetelő FGG burkolattal ellátott energia tároló

Melyeket a vezérlő és összekötő egységek egészítenek ki. E rendszer segítségével ténylegesen megvalósíthatóak a passzív házak. A nyári napsütésből annyi energiát tudunk tárolni, mely a teljes fűtési szezonban biztosítja az épületek temperálását, és a működéséhez szükséges elektromos áramot is elő állítja.

Hogyan jutottunk el idáig?

Az elmúlt években, évtizedekben mindenki számára világossá vált, hogy életvitelünk, felelőtlenségünk, az energiaforrások pazarlása a természeti erőforrások kimerüléséhez, ökológiai katasztrófához vezet. Az aránytalanul a fosszilis energiahordozókra támaszkodott életvitelünk már a laikusok szerint sem tartható fenn nyugodt lelkiismerettel. Az ózonréteg elvékonyodásával, a túlzott széndioxid kibocsátással, a természeti katasztrófákkal való riogatás hatására szerencsére a fosszilis energiahordozók használata helyett egyre inkább a megújuló energiaforrások alkalmazásai kerülnek előtérbe. Számtalan esetben a riogatás persze nem is megfelelő szó, hiszen olyan katasztrófákat tudhatunk magunk mögött, melyek egyértelműen visszavezethetőek környezetromboló életvitelünkre. Tehát nemcsak felelősségünk, de kötelességünk is megújuló energiaforrásokat használni, a lehető legszélesebb körben, még lakossági szinten is!

Megújuló energiaforrásnak nevezünk minden olyan energiaforrást, amely a természeti folyamatoknak köszönhetően folyamatosan rendelkezésre áll, vagy újratermelődik. Igazán sajnálatosnak mondható, hogy egyes felmérések szerint hazánkban is mindössze a népesség 2-5 százaléka érdeklődik az alternatív energiaforrások iránt. Fontos lenne ezen változtatni, hiszen a hazánk területére a napsugárzással érkező energia mennyisége több ezerszerese a felhasznált villamos energiának. Ha a jelenlegi arányokon érezhető mértékben tudnánk változtatni, sokkal élhetőbb környezetet örökíthetnénk unokáinkra.

A korlátlanul rendelkezésre álló energia

Kevesen tudják, de a Napból 1 óra alatt több energia érkezik a Földre, mint amennyit az emberiség 1 év alatt elfogyaszt jelenleg. Mégis, a fejlett USA-ban, az energiafogyasztásnak mindössze 0,39%-a érkezett napenergiából 2014-ben. A látnokok, mint Elon Musk szerint, 2031-re a napenergia lesz a legnagyobb energiaforrás, egy interjú szerint. De hogy nézne ki a világ, ha csak a napenergiát hasznosítaná? A Föld valószínűleg tele lenne napelem panelekkel, igaz? Nem.

Ha a napfény csak 20%-a hasznosítható napenergiaként (laboratóriumi mérések eredménye, jelenlegi technológiai szintet figyelembe véve), nagyjából egy Spanyolország méretű területet kellene befedni napelemekkel, hogy a teljes Föld energiaellátása, megújuló energia legyen 2030-ban. Ez a térkép megmutatja, hogy milyen kis területről is van szó valójában.

A következő számítást végezték, hogy kiszámítsák a területek nagyságát: A 2030-ra prognosztizált 198.721.800.000.000 kilowattórát (kWh) 400 kWh-nyi napenergia termelés / négyzetméterrel elosztották (alap: 20%-os hatékonyság, az év 70%-a napsütéses nap, a Földön minden négyzetméterre 1000 watt napenergia érkezik), ami = 496.805 négyzetkilométernyi napelem mező.

Jó dolog látni a szükséges napelemes területi nagyságokat négyzetméterben egy-egy helyre koncentrálva, de valójában ezeket a felületeket tovább lehet osztani, háztetőkre és sivatagokra például. Az összes szükséges négyzetméter nagyjából Spanyolország területi nagyságával egyezik meg. Ne feledkezzünk meg róla, hogy mindez akkor igaz, ha csak napenergiára támaszkodunk – nincs olaj, szén vagy gáz. Most már csak azon kell dolgozzunk, hogy mindez megvalósuljon.

Hibrid kollektor

Miután látjuk, hogy a jelenlegi felhasználás mellett szinte korlátlan mennyiségben áll rendelkezésünkre a Napból származó energia, és még jó 5 milliárd évig ez nem is fog változni… Milyen eszközzel érdemes felfognunk ezt az energiát? Erre a jelenlegi tudásunk szerint a hibrid kollektorok a leginkább alkalmasak. Az MSE rendszer hatékonyságához nagyban hozzájárul a modern hibrid kollektor által nyújtott lehetőségek. Az első

lt felépítés a hibrid kollektornál.

Mivel a napelemek és a napkollektorok szerkezete teljesen eltér egymástól, a hibridkollektornak mindkét panelre jellemző struktúrát ötvöznie kell. Napelemek esetében a környezet felé elvezetendő hőnek fontos szerepe van, hiszen a felületi hőmérséklet növekedésével a villamos energia előállítás hatásfoka jelentősen romlik. Ehhez hozzájárul, hogy a panel működéséből kifolyólag is hőt termel.

Napkollektorok esetén viszont a kollektor által megkötött napenergia csak jó hőszigeteléssel fordítható a kollektorban áramló közeg jó hatásfokkal történő felmelegítésére.

Az ideális felépítés tehát az ábrán látható, melyben a szigetelőanyaggal burkolt szerkezetben a közvetítő közeget melegíti a napsugárzás és a napelem, ám a csőrendszerben keletkező hő már nem áramlik a környezet felé, hanem az energia tároló modulban raktározzuk el, a téli időszakra. Másik fontos tényező a hibrid kollektoroknál a magasabb hatásfok. A napelemek műszaki adatait azonos feltételek mellett adják meg a gyártók, úgymint: besugárzás: 1000 W/m², hőmérséklet: 24°C A panelek hatásfoka a hőmérséklet növekedésével jelentősen romlik. A felületi hőmérséklet 1°C-kal történő emelkedése 0,3-0,5%-kal csökkenti a villamos teljesítmény termelését. Nyári melegben a felület hőmérséklete akár 110°C is lehet, tehát a villamos energiatermelés akár 43%-kal is csökkenhet, jelentősen rontva az éves nyereséget.

Az aktív hűtéssel üzemeltetett fotovoltaikus, azaz PVT kollektorok felületi hőmérséklete közel esik az ideális üzemi hőmérséklethez. A hibridkollektor alkalmazása esetén (45 °C felületi átlaghőmérséklet mellett) az éves energiatermelés akár 20%-kal magasabb lehet, mint egy hasonló, de nem hűtött napelem esetén. Továbbá az elvezetett hőmennyiség biztosítja az épület téli fűtéséhez szükséges energiát.

A hibrid kollektoroknál még egy fontos tényezőt kell megemlítenünk, ez pedig a költséghatékonyság. A napfényt villamos árammá alakítani, mely mindenki számára ingyen van — ez zseniálisan hangzik. Főképp akkor, ha belegondolunk abba, hogy a napelemek annál több energiát termelhetnek, minél intenzívebb a napsugárzás.

Sajnos ez így nem egészen igaz, mivel a napelemcellák esetében a hőmérséklet emelkedése a hatásfok folyamatos csökkenését eredményezi. Ez azt jelenti: minél jobban süt a nap, annál kevesebb a cellák által termelt villamos áram. Ez egy fatális paradoxon. Mi már tudjuk a megoldást: termeljünk egyidejűleg áramot és hőt! A napenergia látható és láthatatlan hősugarakból áll, melyek különböző technológiával hasznosíthatók. Nem ritka, hogy a szolár kollektorok és a napelemek "versengenek" az igénybe vehető napos tetőfelületért. Miközben létezik egy zseniális megoldás a napban rejlő potenciál kihasználására és egyidejűleg a fotovillamos effektus hatásfokproblémájának megszüntetésére. Ezek a hibridkollektorok, amelyek a két technológiát magukba foglalva egyesítik.

Hőszivattyú

A hőszivattyú egy olyan berendezés, amelyik képes arra, hogy az egyik oldalán az alacsony hőmérsékletű környezetéből (levegőből, vízből, vagy a föld energiájából) hőt von el, majd ezt a hőt némi elektromos energia felhasználásával a másik oldalán magasabb hőmérsékleten teszi felhasználhatóvá.(fűtendő tér). A mi esetünkben a hőt az energia tároló modul biztosítja (FGG Foamglass granulate storage)

A MSE rendszer esetében megfelelő méretezéssel éves szinten a 25 %-os villamos energia többszöröse kerül megtermelésre.

A hőszivattyús rendszerek alapvető célja, hogy töredéknyi villamos energia befektetéssel az változó hőmérsékletű környezetben rendelkezésre álló hőenergiát kiszivattyúzzák és azt más hőmérsékleten hasznosíthatóvá tegyék. A hőszivattyú működése egy zárt körfolyamaton alapul. A folyamatot a kompresszor tartja fenn. A zárt rendszer elemei a következők:

  • elpárologtató hőcserélő
  • kompresszor
  • kondenzátor hőcserélő
  • expanziós szelep

A zárt rendszerben egy ún. munkagáz kering. A munkagáz olyan anyag, mely kis nyomáson folyadék halmazállapotú, és nagyon alacsony hőmérsékleten képes elpárologni. A hőszivattyú működése a következő: A működés első szakaszában a jéghideg és cseppfolyós munkaközeg az elpárologtató hőcserélőbe lép. Ez a hőcserélő van kapcsolatban a környezeti hőforrással (az FGGS tároló hője). Mivel a környezet hőmérséklete még télen is magasabb, mint a munkaközegé, a környezeti hő hatására a munkaközeg felmelegszik és elpárolog. Az elpárolgással történik meg a hőkinyerés a környezetből. A néhány fokkal melegebb (de még mindig hideg) munkaközeg fűtésre még nem használható, de már összenyomható.

A folyamat második részeként a gáz a kompresszorba jut, ahol a kompresszor a gázt összenyomja, amelynek a hatására a gáz felforrósodik és felveszi azt az elektromos energiát is, melyet a kompresszor működtetéséhez biztosítottunk és a folyamat során hővé alakult. A működés harmadik szakaszában a forró és nagy nyomású gáz halmazállapotú munkaközeg a kondenzátor hőcserélőbe kerül (az ábrán a középső doboz jobb oldala). Ez a hőcserélő van kapcsolatban az épület fűtésére szolgáló vízzel. A forró gáz itt adja le az eddig felvett energiát a nála hűvösebb fűtővíznek, és eközben lecsapódik, cseppfolyóssá válik. Ezt a meleg és magas nyomású cseppfolyós közeget a működés utolsó szakaszában le kell hűtenünk, hogy ismét képes legyen energiát felvenni. Erre szolgál az expanziós szelep, mely hirtelen leejti a munkaközeg nyomását, mely ennek hatására hirtelen nulla fok alá hül, és ismét képes lesz hőenergiát felvenni a környezetéből.

A hőközegtől, és az alkalmazott technológiától függően a hőszivattyúk „jóságát” a C.O.P. számmal jelölik, Ez általában 4,5-es érték felet már jónak mondható. Az MSE rendszerben alkalmazott hőszivattyú ezen értéke meghaladja a 7-et, ami kiemelkedően jónak minősül.

Mi is az a C.O.P (Coefficient Of Performance) érték? Amikor hőszivattyú elvű megoldás után nézelődik az ember, a legelső adat amivel találkozik a COP (C.O.P. – Coefficent of Performance) érték. Az angol rövidítés már elve sokat mondhat, de röviden bemutatjuk, hogy mi is ennek a lényege. A COP érték a hőszivattyú szekunder oldalán leadott hőmennyiség hatásfokát jelöli. A gyakorlatban ez egy arányszám ami azt mutatja meg, hogy 1 kWh felhasznált villamosenergiával mennyi hőenergiát tud termelni az adott készülék. A COP egy relatív adat, ami erősen függ a pillanatnyi hőigénytől és természetesen a primer oldali forrás hőmérsékletétől is. (Plusz emellett számos egyéb dologtól amelyek jellemzően az adott konstrukciótól függnek). Bár a C.O.P. érték csökken az alacsonyabb hőmérsékletű primer oldali közeg esetén, azonban ez koránt sem jelenti azt, hogy ne lehetne akár hatékonyan üzemeltetni -5°C körüli külső hőmérséklet esetén is a hőszivattyút. E helyen most nem szeretnénk részletesen belemenni a hőszivattyúk működési elvébe, de azt fontos tudni, hogy még a -5°C hőmérsékletű levegő is tele van hőenergiával (hisz mennyivel “melegebb” mint a -273°C fokos abszolút nulla fok); és bár a hőszivattyú kompresszorának több munkába telik megfelelően állapotba hozni a hűtőközeget; de még így is lényegesen jobb hatásfokkal képes működni, mint a hagyományos fosszilis energiával működő kazánok. Ezért is fontos ezen rendszerek folyamatos fejlesztése és alkalmazása.

Energia tárolás

Az MSE rendszer legfontosabb eleme a FGGS (FoamGlass Granulate Storage) modul, mely megoldja a nagy sűrűségű energia tárolás kérdését.

Lényege, hogy szilárdtest tároló közeget egy speciális technológiával készült hőszigetelő burkolat veszi körbe, illetőleg a szilárdtest tároló anyagához olyan természetes üveg örleményt keverünk, mely az egyenletes hőeloszlásért felel. A modul elkészítésének primer energia mérlege jelentősen pozitívabb, mint bármely más ásványi, vagy petrolkémiai eljárással készülő hőszigetelő burkolat. A foamglaas granulate a kiváló hőszigetelő tulajdonsága mellett még két területen nagyságrendekkel jobb paraméterekkel bír, mind az ásványi alapú (üvegszál), mind a petrolkémiai eljárással készülő (styrol) alapú szigetelő rendszerek. Az egyik a magas mechanikai szilárdság, mely kellő rugalmassággal bír, pl. esetleges föld mozgások, földrengés esetén. Továbbá a kapilláris hatást megtörése, így a föld színe alá telepített tároló modul védve van a talajvíz, pangó vizek okozta hőáramlási veszteségeknek.

Működési elve: A tervezés során a szükséges temperálási hőmennyiség meghatározása után, a telepítés helyszínén található természetes anyagok bevizsgálása után kerül meghatározásra az FGGS modul fizikai befoglaló méreteinek meghatározása, mely egy átlagos 100 m²-es különálló családi ház esetén 60-90 m³. A modul alsó és oldalsó határoló felületei cca.: 30-60 cm, míg a fedő határoló felület 40-70 cm, mely egyben az épület teherhordó alapja is lehet, mely a kétirányú energia áramlást is kiküszöböli.

Feltöltés során a helyben található szilárd halmazállapotú anyagokat a speciális üveg őrlemény meghatározott mértékű összekeverése történik, a csövezés elkészítésével egy időben. A fedőréteg elterítése és tömörítése után, már csak a csatlakozások összekötése történik. A hibrid kollektorokból származó speciális szállító közeg által közvetített hőmennyiség a FGGS modulban kerül elraktározásra a nyári időszakban, mely tároló közeg hőmérséklete akár a 80 ºC-ot is elérheti. Télen a hőszivattyú segítségével történik a hő kinyerése a tárolóból.

Előnyök

Az MSE rendszer unikális az energia tárolás területén, és pozitív energia szaldóval rendelkezik, ami azt jelenti, hogy több energiát termel éves viszonylatban, mint ami a működéséhez szükséges.

További előnyök: A hibrid kollektor hőmérsékletét a folyamatos közeg áramoltatás miatt mindig közel optimális tartományban tarthatjuk, így maximalizálva a kinyerhető elektromos teljesítményt. Helyes paraméterezés esetén az eltárolt energia a teljes meleg víz és fűtési energia igényt fedezi. A MSE rendszer beépítésével a 31/2010, jelenleg már hatályban lévő Európai Uniós irányelvnek megfelelő épület készíthető.