Napkollektorok és méretezésük…
A hazai- és nemzetközi értelmiség között nincs vita abban, hogy modern korunk egyik legégetőbb problémája az energiaellátás kérdése. Nemcsak arról van szó, hogy a fosszilis energiahordozó készletek kimerülőben vannak, hanem arról is, hogy a fosszilis energiahordozók elégetéséből származó széndioxid alapvetően felelős a környezetváltozásért, bolygónk éghajlatának drasztikus megváltozásáért. A 21. században immár rohamosan terjednek azok a környezetkímélő rendszerek, amelyek a környezet szennyezése nélkül termelnek energiát. A Föld minden pontján állandóan rendelkezésre álló – ily módon az egyik legfontosabb – energiaforrásunknak, a Napnak energiáját jelenleg két műszaki megoldás segítségével nyerhetjük ki a fenti célok érdekében: napelemekkel és napkollektorokkal.
Közismert, hogy a napkollektorokkal előállított melegvíz nemcsak családi házakban használható fűtésrásegítésre, fóliasátrak és üvegházak fűtésére az agráriumban, esetleg medencék fűtésére, de egyes esetekben egész épületek hőellátására, a szükséges melegvíz biztosítására is. Számtalan szakcikket olvashatunk a főbb napkollektor típusokról, a rendszer elvi működésének részleteiről, annál kevesebb részletet ellenben az adott hőmennyiség előállításához szükséges napkollektor méretezéséről.
A napkollektor méretezés célja és szempontrendszere
A szoláris részaránytól a rendszer-hatásfokig…
Napkollektoros rendszer méretezése
A napkollektoros rendszerek méretezésekor a technológiát kiépítő szakemberek célja annak megállapítása, hogy egy meghatározott nagyságú napkollektor felület milyen részarányban képes a kívánt hőszükségletet fedezni. Sajnos hazánk geológiai adottságai és klimatikus viszonyai általában nem teszik lehetővé napkollektorok segítségével annyi hő előállítását, amennyi a legkülönbözőbb felhasználási területek egész éves hőigényét fedezni tudná. Nem véletlen, hogy a Magyarországon és Európában kiépített napkollektoros rendszerek a „tradicionális” energiahordozó hőtermelőkkel szinte kivétel nélkül mellérendeltségi viszonyban működnek.
A fentiekből adódóan a családi háztulajdonosokat valamint a nagyobb létesítmények birtokosait a napkollektoros rendszerek telepítése előtt alapvetően három szempont érdekli: a napkollektor egész éves hatásfoka, a rendszer megbízható működése valamint a beruházási költség megtérülésének ideje.
Egy jól kiépített napkollektorok által előállított hőmennyiség és az adott épületegység teljes hőszükségletének hányadosát szoláris részaránynak nevezi a szakma.
A szoláris részarány hányadosa mellett minden napkollektoros rendszer másik meghatározó jellemzője a rendszerhatásfok, amely a napkollektor felülete által felfogott napsugárzás, valamint a technológia által hasznosított energiamennyiség arányát jelenti.
A napkollektoros rendszerek általános törvényszerűségének könyvelhető el, hogy az alacsony szoláris részarányú rendszerek minden esetben magas rendszer-hatásfokkal működnek, a magas szoláris részarány ellenben csupán alacsony rendszer-hatásfokkal biztosítható. A technológia fejlesztését végző szakemberek szerint az optimális szoláris részarány rengeteg tényező függvénye. Míg egy átlagos alapterületű és felhasználású lakóingatlan esetében alkalmazható melegvíz előállító rendszer minden bizonnyal képes az 60-70%-os hatásfok biztosítására, addig az ettől nagyobb rendszerek valószínűleg nagyságrendekkel alacsonyabb – azaz 25-45% körüli – értéket produkálnak. Igaz, a hőenergia ilyen módon történő előállításával a megtakarítás már rövidtávon sem elhanyagolható.
Persze a napkollektoros rendszerek alapos méretezése a 21. században kizárólag számítógépes szimulációs program segítségével végezhető el. A technológia kiépítését végző cégek által alkalmazott program gond nélkül képes a kifejezetten bonyolult és persze számtalan tényezőtől függő méretezés precíz elvégzésére.
A fenti programok alkalmazása nélkül „ házi módszerrel” napkollektoros rendszereket nem könnyű méretezni, igaz léteznek olyan térképek, illetve nomogramok amelyek alkalmasak egy – az optimális hatásfokot megközelítő – előméretezés kivitelezésére.
Elhelyezés, méret- és felületnagyság…
A víztároló méretének, a napkollektor felületének, valamint elhelyezésének meghatározásához viszont alapos számítások kellenek. A víztároló méretének a meghatározásánál számításba kell vennünk, hogy egy háztartásban egy személy által felhasznált nagyságrendileg 45-50 liter melegvíz-szükséglet átlag-hőmérséklete 45 °C fokos. Ez a melegvíz mennyiség – amelyet értelemszerűen meg kell szoroznunk a családtagok számával – ellenben nem tartalmazza azt a begyűjtött tartalékot, amelyre alacsony szoláris részarányt nyújtó napokon (például felhős időben) szükségünk lehet. A napkollektoros rendszerek tervezésénél ennek kiküszöbölésére rendszerint nagyobb tárolókapacitást építenek ki 65-70 liter/fő mennyiséggel kalkulálva. Természetesen a nagyobb szoláris részarány befogadására képes tárolókapacitás akár a néhány napos kiesést is fedezni tudja, igaz beruházási költsége értelemszerűen magasabb.
A napkollektor felületének meghatározásának alapjául szolgálhat, hogy ideálisan elhelyezett napkollektor esetén – amely megközelítőleg +-30 fok déli tájolást illetve 30-45 fok lejtést jelent – nagyjából 100 liter tárolókapacitásra 2 négyzetméternyi felület kívánatos. A szakemberek tapasztalatai szerint ennek az aránynak a betartásával már télen is jelentős megtakarítást realizálhatunk.
Egy átlagos négy-öt fős családi ház esetén két-három darabos – egyenként 30 vákuumcsöves – napkollektorra van szükség. Családi házak esetén a napkollektor elhelyezésének persze elsődleges feltétele a déli tájolású tetőszerkezet megléte, ugyanis ez fogja meghatározni, hogy a kevésbé napos és sokkal hidegebb téli időszakban szükség lesz- e a hagyományos fűtőrendszer rásegítésére.
Természetesen az összefoglalt paraméterek becslések, így a napkollektoros rendszerünk kiépítése előtt érdemes igényeinkhez szabott elképzeléseink megvalósíthatósága érdekében helyszíni felmérést végeztetni.
