Nap - energia - építészet

A napenergia hasznosításáról...  

Mostanában sok szó esik a környezetszennyezésről, a természeti erőforrások pazarlásáról, egy globális katasztrófa lehetőségéről. Az elmúlt hónapok háborús eseményei még hangsúlyosabbá teszik azokat az erőfeszítéseket, melyek energiafogyasztásunk átgondolását, az energiatermelés új alapokra való helyezését célozzák. Szemléletváltásra van szükség, állítják sokan. Fő cél a fosszilis energiahordozók használatának csökkentése, a megújuló energiaforrások népszerűsítése. Az olajtartalékok csökkenése, az oxigént termelő erdők fogyása mind-mind jó ok az ´újfajta´ energiatermelő módszerek használatára. Remélhetőleg hamarosan a ma még alternatívnak számító technológiák hétköznapivá válnak, és az ökoépítészet kifejezés sem lesz olyan furcsán hangzó szó, mint napjainkban.

A fosszilis energiahordozók használatának csökkentésére már nagyon sok működő technológia létezik. Megújuló energiaként kihasználható a szél és a víz ereje, az ár-apály illetve a mindig korlátlan mennyiségben jelenlévő napsugárzás. Ez utóbbi a legjobban kiaknázható energiaforrásunk, hasznosítása többféleképen lehetséges. Termikus hasznosítására jó példa a napkohó, a napkollektor vagy az üvegházhatást hasznosító építészeti megoldások. Elektromos energiát pedig az ún. fotovoltaikus hatás kihasználásával nyerhetünk belőle. A napenergia-hasznosítások közül ez utóbbi technológia fejlesztése a legintenzívebb. A fejlesztési irányokat a hatásfoknövelés és az ár csökkentésére irányuló erőfeszítések jelölik ki. Az együttes hatásukként fellépő hosszú megtérülési idő egyelőre egyik fő gátja a napelemek általános elterjedésének.

A Napból érkező energia hasznosításának két alapvető módja létezik: a passzív és az aktív energiatermelés.

A passzív hasznosításkor az épület tájolása és a felhasznált építőanyagok a meghatározóak. Ilyenkor a természetben káros hatásként fellépő üvegházhatást használjuk fel hőtermelésre. Alapjában véve passzív napenergia-hasznosító minden olyan épület, amely környezeti adottságai, építészeti kialakítása következtében képes használni a Nap sugárzását mint energiaforrást. A passzív napenergia-hasznosítás főként az átmeneti időszakokban működik, vagyis akkor, mikor a külső hőmérséklet miatt az épületen már/még hőveszteség keletkezik, de a napsugárzás még/már jelentős.

Az aktív energiatermelésnek két módja van.
Első módszer, hogy a napenergiát hőenergiává alakítjuk. A jellegzetes napenergia hasznosító épületeken nagy üvegfelületek néznek déli irányba, melyeket estére hőszigetelő táblákkal fednek. Az üvegezésen keresztül a fény vastag, nagy hőtároló képességű padlóra és falakra esik, melyek külső felületei szintén hőszigeteltek, így hosszú időn át képesek tárolni az elnyelt hőt. A hőenergia �gyűjtése� és tárolása főképp napkollektorokkal történik. Ez az a berendezés, ami elnyeli a napsugárzás energiáját, átalakítja hőenergiává, majd ezt átadja valamilyen hőhordozó közegnek.

A másik módszerrel - az ún. fotovoltaikus eszköz (PV), vagyis napelem segítségével - a napsugárzás energiáját elektromos energiává alakítjuk.

Alapanyag szerint többféle napelemet különböztetünk meg:

• Egykristályos napelemek
• Polikristályos napelemek
• Multikristályos napelemek
• Amorf szilícium napelemek
  • Fém - félvezető - fémszerkezetek
  • Adalékolt amorf félvezető napelemek

A napelemekből kicsatolható teljesítmény függ a fény beesési szögétől, a megvilágítás intenzitásától, és a napelemre csatolt terheléstől. A fény intenzitását kevéssé tudjuk befolyásolni (nem takarjuk el a napelemet szándékosan), míg a másik két paraméter elméletileg kézben tartható. A napelem beépítése szerint lehet fix vagy napkövető jellegű.

A fixen beépített napelem maximum 6 órán keresztül képes napfényt elnyelni, így a fix beépítésű napelem pazarlásnak tűnhet. Azonban ahhoz, hogy egész nap az időjárás által megengedett maximális teljesítménnyel tudjuk gyűjteni a napenergiát, a nappal folyamán vízszintesen forgatnunk, függőlegesen bólintanunk kell a napelemet, úgy, hogy a napsugár beesési szöge a lehető legkisebb mértékben térjen el a merőlegestől. (Természetesen ezek a követelmények a napkollektorokra is igazak.) Ehhez plusz elektronikát és mechanikus elemeket kellene felhasználnunk, és a telepítési hely megválasztására is nagyobb gondot kell fordítani. Ellenben a fix beépítésnél elegendő a (tervezéskor már jól betájolt) ház tetőszerkezetét felhasználnunk a napelemek tartójának.

Természetesen az optimális besugárzásra beforgatott napelem-modul sem fog mindig teljesítményt szolgáltatni, mivel a besugárzás mértéke több okból is változhat, lecsökkenhet (pl. lemegy a Nap vagy eltakarják a felhők; szomszéd építkezés toronydaruja árnyékot vet a panelra stb.). Mivel a fogyasztóinkat folyamatosan szeretnénk üzemeltetni, viszont a napelem nem tud folyamatosan energiát biztosítani, valamilyen energiatároló puffert kell alkalmaznunk a rendszerben, amivel áthidalhatjuk az alacsonyabb napfény-intenzitású időszakokat. (puffer=átmeneti energiatároló) Ez a puffer többféle is lehet (pl. lendkerék, magasabb helyen levő víztartály, akkumulátor, vízbontással nyert hidrogén stb.), így különböző módon valósíthatjuk meg az energia fölhalmozást, majd a villamos energia visszanyerését (kinetikus energia, lendkerékkel hajtott generátor; helyzeti energia, lefelé folyó víz által hajtott lapátkerekes generátor, üzemanyagcella stb.).

A napelemek alapanyaguktól és technológiájuktól függően különböző hatásfokkal képesek villamos energiát termelni, természetesen a hatásfokkal egyenesen nő az áruk is. Az értékesítők 15-20 éves megtérüléssel kecsegtetnek, ami egy újonnan épült ház (tervezett) élettartamához képest nem is vészes.

Az érdeklődők a témához kapcsolódó tematikus linkgyűjteményt találhatnak a http://napenergia.lap.hu címen.