Napkollektor, vízmelegítés és fűtés napenergiával

Napkollektor működése, felépítése

Az angol nyelvből jól ismert collect szó magyar változata a kollektor, aminek a jelentése gyűjt, összegyűjt. Tehát ahogy a neve is mutatja, a napkollektoros rendszerek a nap energiáját gyűjtik össze és használják fel jellemzően vízmelegítésre.

Napkollektor rendszer általános felépítése - ábra

A folyamat az alábbi lépésekből áll:

• A háztetőn elhelyezett kollektor panelek összegyűjtik, koncentrálják a napsugárzást, nagyjából hasonlóan ahhoz, ahogyan a nagyító képes egy pontba gyűjteni a nap sugarait;
• A kollektor paneleiben áramló folyadék a koncentrált napsugárzás hatására gyorsan felmelegszik;
• Az így felmelegített folyadék egy szivattyú segítségével keringtethető a rendszerben;
• A felmelegített folyadék eljut a tartályig (bojler, kazán), ahol átadja hőenergiáját a tartályban tárolt hideg víznek, így az felmelegszik.

Mivel a napkollektorok belsejében áramló folyadék rendszerint speciális hőcserélő anyag, nem keverhető össze közvetlenül a fürdésre, mosogatásra szánt ivóvízzel. A kollektorok által felmelegített folyadék a víz tárolására alkalmas tartályban adja át hőenergiáját a háztartásban felhasználható víznek.
A tartály, amiben az előállított melegvizet tárolhatjuk hosszabb-rövidebb ideig, elengedhetetlenül szükséges része a rendszernek, mert a kollektor által felmelegített melegvíz csak napsütéses időben állítható elő, és ez nem mindig esik egybe szükségleteinkkel.

Mennyi melegvíz állítható elő? A napkollektor teljesítménye

A tetőre szerelt napkollektorok egész évben képesek kiszolgálni egy családi ház melegvíz szükségletének nagy részét. Arról, hogy éves szinten a melegvíz készítésére fordított villamos vagy egyéb energiát hány százalékban képes kiváltani egy napkollektoros rendszer, megoszlanak a vélemények, továbbá jelentősen függ a kialakított rendszer tulajdonságaitól és az egyedi igényektől is. Egy megfelelően méretezett és kialakított kollektor rendszer akár az éves melegvíz előállítás energiaigényének 60-70%-át is képes lehet fedezni.

A valóságban ez az érték számos tényezőtől függ, melyeket már a tervezés során érdemes átgondolnunk:

• Tisztában kell lennünk vele, mire és hogyan használjuk a melegvizet. Energiát takaríthatunk meg és hatékonyságot növelhetünk, ha némiképp szokásainkat is a melegvíz keletkezéséhez tudjuk igazítani.
• Érdemes átgondolni, hogy milyen melegvizet használó eszközeink vannak (mosógép, mosogatógép), és ezek üzemeltetésére esetleg felhasználható e a napkollektor által felfűtött víz.
• Fontos a méretezés során eldönteni mennyi melegvízre van szükségünk. Egy felnőtt napi melegvíz fogyasztása 60-70liter körül mozoghat. Amennyiben a tárolásra szolgáló tartály a család egy napi ellátására elegendő kapacitással rendelkezik, borúsabb napok esetén biztosan csak elektromos energia segítségével leszünk képesek előállítani s szükséges melegvizet. A nagyobb tartály, vagy nagyobb kollektor kapacitás viszont plusz költséget jelenthet a telepítés során.
• Fontos a rendszert működtető elektronika beállítása. Hagyjuk dolgozni a kollektorokat napközben - amikor nincs vagy csak kevesebb melegvízre van szükségünk - és lehetőleg ne fűtsük a tartályt más eszközökkel.

Napkollektor típusok

Különböző napkollektor típusok léteznek, melyek min árukban mind működésükben, szerkezeti kialakításukban igen különbözőek lehetnek. A felhasználás helyétől és körülményeitől függően más és más kollektor típus lehet megfelelő számunkra.
A legfontosabb szempont, ami szerint a napkollektorokat csoportosíthatjuk, az összegyűjtött hőt továbbító közeg fajtája. E szerint léteznek:

• Folyadékos napkollektorok
  
  

  Vákuumcsöves (felül) és síkkollektor egymás mellett
  Ezek a legismertebb típusai a napkollektoroknak. Ezekben a a kollektorban keletkező hőt folyadék továbbítja az épület belsejébe. A folyadékos rendszerű napkollektorok között érdemes még különbséget tenni a napkollektor típusa szerint is. E szerint megkülönböztethetünk
  • vákuumcsöves napkollektort
    Jelenleg a vákuumcsöves napkollektorok jelentik a napkollektor technológia csúcsát. Ezek képesek a legnagyobb hatékonysággal működni, akár a legnagyobb téli hideg idején is.
  • síkkollektort.
    A síkkollektorok kevésbé hatékony szerkezetek, de olcsóbbak és kiválóan alkalmasak olyan esetekben, amikor a kollektornak nem kell nagy hidegben is folyamatosan helytállnia, pl. mediterrán övezetekben, medencefűtés esetén, vagy akkor ha a téli kisebb hatásfokot a nyári teljesítmény ellensúlyozni tudja.
  

  Passzív napkollektor - működéséhez nincs szükség szivattyúra és elektromos áramra
  A folyadékos napkollektorok esetében érdemes még említést tenni a passzív rendszerű napkollektorokról. Ezek egy tartállyal egybe épített kollektor rendszerből állnak. Előnyük az egyszerűségükben és olcsóságukban rejlik. A kollektorban felmelegedő folyadék a hőmérsékletkülönbség hatására magától, szivattyú segítsége nélkül áramlásba jön, ezt nevezik termoszifon hatásnak. Ennek köszönhetően a passzív rendszerek működtetéséhez nincs szükség elektromos áramra, ami az olcsósága mellett további rendkívül előnyös tulajdonsága az ilyen rendszereknek.
• Levegős napkollektorok
  
  

  Légkollektor - olcsó, egyszerű szerkezet és működés | fotó:grammer-solar.com
  Levegős napkollektornak, avagy légkollektornak azokat a típusokat nevezzük, melyekben az összegyűjtött hőt nem víz, hanem levegő közvetíti az energiafelhasználás helyszínére. Ezek a típusok jellemzően légfűtésre használatosak, de egy levegő-víz hőcserélő beépítésével akár nyáron is használhatók vízmelegítésre, bár ennek hatásfoka kisebb, mint a folyadékos rendszerű napkollektoroké.
  Ezzel együtt a levegős napkollektorok rendkívül egyszerű szerkezetüknek köszönhetően nagyon kiváló alternatívát jelenthetnek a folyadékos rendszerek mellett, főleg ha egyébként is fejlett hővisszanyerős levegőkezelés működik egy épületben (pl. passzív házak).

Az én otthonomban is használható? - tájolás, telepítés

Napkollektor felszerelésével nem csak új ház építése esetén lehet számolni. Szerencsés esetben meglévő vízmelegítő rendszerre is felszerelhető. Ehhez az alábbi kérdéseket kell egyedileg megvizsgálni:

• Van-e direkt napsütés a tervezett szerelési helyen?
  Ez a legfontosabb tényező, hiszen hiába süt a nap ha a kollektort valami beárnyékolja és nem éri a napfény. Szerencsés esetben a tető déli oldalán a megfelelő szögben elhelyezhetők a panelek, de lapos tető esetén is használható tartókeret, ami a megfelelő szögben tartja a szerkezetet. Ugyanilyen tartókerettel akár a földön is elhelyezhető a kollektor, de ebben az esetben kiemelten figyelni kell az árnyékolás elkerülésére.
• A jelenleg használt melegvíz tároló tartály átalakítható? Esetleg van e elegendő hely az új eszközök kiépítésére?
  A napkollektoros rendszer lényegi eleme a tartály amiben a melegvizet fogjuk tárolni. Ennek kialakítása, technológiája, kapacitása jelentősen befolyásolhatja a várható megtakarítást és energiahatékonyságot.

Napkollektor térkép

Céunk a napkollektor térkép segítségével megmutatni, hogy a napkollektor nem kizárólag a jővő háztartásainak energiaforrása, hanem napjaink hatékony eszköze az alternatív energiaforrások kiaknázásában. Mi sem bionyítja ezt jobban, mint a már megvalósúlt beruházások folyamatosan növekvő száma. Ezeket a Magyarországon telepített napkollektoros rendszereket, és az általuk megtakarított, földgázhoz viszonyított CO₂ kibocsájtás mennyiségét mutatja be az alábbi térkép, a teljesség igénye nélkül.

Napkollektor árak és megtérülés

Egy komplett rendszer telepítésének költsége számos tényezőtől függ. Egy felnőtt napi melegvíz igénye 60-70liter körül mozog. Ennek a stabil fedezéséhez személyenként 2,5-3m² napkollektor felületre van szükség, továbbá személyenként 80-100 literes tartálykapacitásra.

Jelenleg egy korszerű gáztüzelésű kazán mellett a napkollektoros rendszer megtérülési ideje igen hosszú, 20 év körül mozog. A fosszilis energiahordozók jövőbeni várható drágulása viszont folyamatosan csökkenti ezt az időtartamot.

Sörkollektor - legolcsóbb házilag is elkészíthető napkollektor

Más a helyzet viszont ha olyan épületben kivánjuk kialakítani a rendszert, ahol nincs bevezetve a gáz, és a melegvíz ellátást hagyományosan elektromos árammal oldanánk meg. Ebben az esetben jóval rövidebb megtérülési idővel, 5-6 éves periódussal számolhatunk.

Ha nem szeretnénk mélyen a zsebünkbe nyúlni, akkor is létezik alternatíva a viszonylag drága gyári rendszerek. Némi műszaki vénával megáldva, a megfelelő szerszámok bitokában akár mi magunk is készíthetünk folyadékos napkollektort házilag, vagy fűtésre alkalmas levegős sörösdoboz napkollektort (sörkollektor).

Előnyök és hátrányok

A napkollektor használata mellett szóló érvek a következők:

• A nakollektorok alkalmazásával jelentős megtakarítást érhetünk el, mert éves szinten a melegvíz előállításra forddított energia 60-70%-át is megtakaríthatjuk
• Alacsony fenntarási költség

A napkollektor hátrányait pedig az alábbiakban foglalhatjuk össze:

• Fontos a kollektorok megfelelő tájolása. Amennyiben ez nem megoldható, a hatékonyság jelentősen csökken
• Működéséhez villamos áramra van szükség
• Az energiaforrás időjárásfüggő, így a ha nem süt a nap kénytelenek vagyunk vagy hagyományosan gázzal vagy árammal fűteni a szükséges melegvizet.