A megújuló energiaforrások legfőbb jelentősége, hogy használatuk összhangban van a fenntartható fejlődés alapelveivel. A fenntartható fejlődés jelentése alatt az olyan, hosszabb időre vonatkoztatott fejlődési folyamatot értjük (termőföldé, településeké, országoké, társadalmaké, de akár üzleti tevékenységeké, vagy életmódoké, stb.), ami a legoptimálisabb mértékben kielégíti a jelen kor, jelen elvárások szükségleteit, de teszi ezt anélkül, hogy csökkentené a jövendő generációk képességét, lehetőségét arra, hogy kielégítsék a saját életükben felmerülő elvárásaik által támasztott szükségleteiket. Összességében tehát a megújuló energiaforrásokra a legfőbb jellemző, hogy alkalmazásuk nem rombolja a környezetet, ugyanakkor nem is fogják vissza az emberiség jelenkori, és egyben a későbbi generációinak fejlődési lehetőségeit. Mindezek mellett természetesen a megújuló energiaforrások szemben a nem megújuló energiaforrások (pl. a fosszilis tüzelőanyagok, a kőszén, a kőolaj, vagy a földgáz stb.) használatával, nem okoznak olyan halmozódó káros hatásokat, mint az üvegházhatás, a levegőszennyezés, vagy a vízszennyezés, amelyek a jövő generációi elől vágják el a fejlődés, vagy akár az egyszerű élettér lehetőségeit.
A fentiek alapján a legfontosabb megújuló energiaforrások tehát:
- a napenergia
- a vízenergia
- a szélenergia
- az ár-apály energia
- a hullám energia
- a geotermikus energia
- a biogáz
- a biomassza.
A megújuló energiák közvetlenül vagy közvetett módon a Napból, annak aktivitásából, energiájából származtathatóak. Közvetett módon tehát a Nap energiájából, a napenergiából származik éppúgy a szélenergia, a vízenergia, mint a biomassza, és a tengeri hullámok, vagy az ár-apály energiája. A megújuló energiaforrásokat a Nap működéséből, illetve annak a közvetlen hatásából adódóan tehát alapvetően két nagy csoportba sorolhatjuk, mégpedig aszerint, hogy azok az energiaforrások az időjárástól függőek, vagy az időjárástól függetlenek. Azon megújuló energiaforrásokat, amelyek közvetlen összefüggésbe hozhatóak az időjárás változásával, azok az időjárástól függő megújuló energiaforrások, mint főként:
- a napenergia,
- a vízenergia
- a szélenergia.
Azon megújuló energiaforrásokat, amelyek közvetlen összefüggésbe nem hozhatóak az időjárás változásával, azok az időjárástól független megújuló energiaforrások, mint főként:
- a biogáz
- a biomassza
- a geotermikus energia. |
A megújuló energiaforrások csoportosítása: |
|
A napenergiát közvetlen módon két fő területen, illetve kétféle módon hasznosíthatjuk: aktív módon az energia átalakítására alkalmas eszközökkel a fűtési meleg víz és a használati meleg víz készítése területén, illetve az elektromos áram előállításához, valamint az építészetben az úgynevezett passzív napenergia-hasznosítással. A szélenergia és napenergia mára kiforrott technológiáinak alkalmazása ad elsősorban lehetőséget arra is, hogy az ember saját maga, akár háztartási szinten állítsa elő az otthonában használt villamos energiájának, hő energiájának, vagy akár üzemanyagának egy csekély, vagy akár nagymértékű részét, illetve akár az egész igényét, netán többlet villamosenergia-termelés esetében például többletet tudjon termelni. |
Az európai unió és a megújuló energiák alkalmazásának kapcsolata |
Az európai energiapolitikában kiemelt a klímaváltozás elleni harc, az importált szénhidrogének külső függősége, annak csökkentése, a gazdasági növekedés és a munkahely teremtés növelése. Ezek az alapelvek az ellátás megfelelő szintjét és a fogyasztást biztosítják. Az Európai Unió több intézkedést, illetve intézkedéscsomagot is hozott a fenti célok végrehajtása, elérése érdekében, amely intézkedések egyike a 2007. elején az Európai Bizottság által elfogadott energiapolitikai és éghajlat-változási javaslatcsomag. Ebben a dokumentumban az Európai Bizottság felkérte a Tanácsot és az Európai Parlamentet az alábbiak jóváhagyására: az Európai Unió vállaljon egyoldalú kötelezettséget az üvegházhatást okozó gázok kibocsátásának 2020-ig történő, legalább 20 %-kal meghatározott csökkentésére (mindehhez az 1990-es szintet viszonyítási alapnak biztosítva, továbbá az Európai Unió vállaljon kötelezettséget a 2020-ig megvalósuló 30 %-os csökkentésre, amennyiben sikerül átfogó nemzetközi éghajlat-változási egyezményt megkötni, a megújuló energiaforrások 20 %-os arányának kötelező előírása az Európai Unió számára, illetve a bio üzemanyagok arányára vonatkozó 10 %-os célkitűzést. A fent leírt stratégiát az Európai Parlament és az Európai Unió vezetői is elfogadták, majd az Európai Tanács felkérte a Bizottságot, hogy ennek tudatában dolgozzon ki konkrét javaslatokat - többek között - arról, hogy hogyan lehet a szükséges erőfeszítéseket megosztani a célok elérése érdekében az egyes tagállamok, tagországok között. Ennek fényében született a megújuló erőforrások előmozdításáról szóló irányelv, amely minden, az előzőekben tárgyalt cél elérését segíteni fogja. Az Európai Bizottság energiahatékonyság-növelésre és a megújuló energiák hasznosítására vonatkozó céljai összefoglalóan végül a következőek:
- az Európai Unióra vonatkozóan az energiahatékonyság 20 %-os növelése 2020-ra,
- az Európai Unióra vonatkozóan az üvegházhatású gázok kibocsátásának 20 %-os csökkentése 2020-ra 1990. évi bázisévvel,
- az Európai Unióra vonatkozóan a megújuló energiaforrások az Európai Unió teljes energiafogyasztására vetített arányának 20 %-ra történő emelése 2020-ra,
- az Európai Unióra vonatkozóan a üzemanyagok területén a bio üzemanyagok részarányának 10 %- ra emelése 2020-ra.
A megújuló energiaforrások tervezett aránya a primerenergia-felhasználáson belül az Európai Unió egyes tagországaiban 2020-ban. Forrás: Európai Unió Mint ahogyan az előzőekben is tárgyaltuk, a megújuló energiák közül elsősorban a szélenergia és napenergia az a megújuló energiaforrás, amelyek mára kiforrott technológiáinak alkalmazása ad elsősorban lehetőséget arra, hogy azt akár háztartási szinten hasznosítsuk a szükséges villamos energia, hő energia, vagy akár üzemanyag részbeni, vagy akár teljes mértékű megtermelésére, vagy akár többlet villamosenergia-termelésre. |
A szélenergia, mint megújuló energia |
A szélenergia eredendő forrása a Nap. A Nap által a Földre kibocsájtott napsugárzás a Föld felszínének különböző adottságú, vagy halmazállapotú területeit eltérő mértékben melegíti fel. A Föld felszínének egyenlőtlen felmelegedése légmozgásokhoz vezet, a meleg levegő kitágul és felszáll, a hűvös levegő nehezebb és így lesüllyed, a szél így az eltérő légnyomású helyek között alakul ki. A különböző felszíni jellemzők által kialakult hőmérséklet-különbség tehát légköri nyomáskülönbséghez vezet, amit így a levegő annak áramlásával igyekszik kiegyenlíteni, továbbá a Föld forgása miatti ún. Coriolis erő is szerepet játszik a légmozgás, azaz a szél keletkezésében. Szélenergiát tehát az előzőek alapján kialakuló levegőáramlással, azaz a levegő mozgási energiájából nyerhetünk. Tovább elemezve a szél energiáját, léteznek állandó jellegű, uralkodó szelek, illetve vannak úgynevezett helyi szelek, mint például a parti szél, amely nappal a tenger, vagy nagyobb vízfelület -, mint például hazánkban a Balaton - felől, éjszaka pedig a szárazföldről fúj annak okán, hogy a két, különböző halmazállapotú felszín melegedése, és hőmérsékletének csökkenése különböző gyorsasággal történik. A szélben elhelyezett szélerőmű számára a szél a mozgási energiáját a szélerőmű lapátjainak adja át, mellyel így mozgásra készteti a berendezést. A szél sebessége a magassággal nő, melyet a domborzati viszonyok jelentősen befolyásolnak, tehát ugyanazon ponton más szélerősség mérhető a felszínhez közeli, és egy távolabbi magasságában. A háztartási méretekben alkalmazható, különböző gyártmányú, vagy éppen típusú, kisteljesítményű szélgenerátorok általában áttétel nélküli berendezések, ami azt jelenti, hogy a forgó egység, más néven rotor közvetlen összeköttetésben áll a lapátokkal, továbbá a generátoros egységgel. A villamos energia termelésére általában állandó mágneses forgórészű, sokpólusú generátort alkalmaznak a gyártók. A rotoron elhelyezett lapátok a legnagyobb számban vizsgált gyártmánynál üvegszál erősítésű műgyanta lapátok, vagy szénszál erősítésű műgyanta lapátok a súly csökkentése érdekében, de előfordulnak kisebb teljesítményű egységeknél fröccsöntött lapátok is. A lapátok száma általában három, de elenyésző esetben kettő is lehet. A legtöbb szélerőmű rendelkezik valamilyen védelemmel a túl nagy, akár viharos szél ellen. Általában a kisebb méretű gépeknél ez egyszerű mechanikai védelmet jelent, például a lapátok lapáttengely körüli elfordulása, vagy a szélgenerátor fölfelé történő, a szél síkjába kibillenése, vagy egyszerű mechanikai fék, stb., ellenben a nagyobb teljesítményű erőművekkel, amelyekben összetett irányítástechnikai rendszer üzemelteti a káros erejű szél elleni védekezést. A háztartási berendezéseknél generátor pólusainak rövidre zárásával elektronikusan is befékezhető a forgó rész, amely védelmet nyújt a nagy szélerővel szemben. Ezt általában egy nyomógombbal, vagy kapcsolóval aktiválhatjuk, de előfordulnak automatikus üzemű egységek is, ahol mindez önműködően lezajlik. A kis egységteljesítményű szélgenerátorok alacsony, 2-3 m/s sebességű szélsebességnél kezdenek el működni, azonban itt még nem minden esetben termelnek villamos energiát. Névleges teljesítményüket azonban csak 10-14 m/s nagyságú szélsebességnél érik el, ami azt jelenti, hogy optimális esetben folyamatosan a névleges értékhez tartozó szélsebesség lenne szükséges a telepítés pontján.
A szélenergia erejének és állandóságának, azaz a felhasználható, kiaknázható szélenergiának a térbeli és időbeli eloszlását igen nehéz meghatározni. Tájékoztató adatul szolgáló értékekhez mérésre van szükség minél többszámú helyen és többszámú magasságban, azaz összességében mérési ponton. Ezeket a méréseket nem elegendő kis számossággal elvégezni, hosszú idejű mérésekre van szükség, állandó mintavételezési időintervallumokkal. A mérési pontokon így a későbbiekben kihasználható szélenergia mennyiségét és nagyságát a méréseken alapuló számításokkal, illetve közelítő becsléssel lehet megállapítani. Természetesen a szélerősségen, azaz a szélsebességen és a szélteljesítményen kívül számos tényező még befolyásolhatja a szélerőmű létesítését. Ezek lehetnek a jogi, biztonsági, környezetvédelmi, természetvédelmi, vagy éppen helyi önkormányzati előírások, okok, tényezők.
Egy adott helyen tervezett szélerőmű hatékonyságát erőteljesen befolyásolják a helyi adottságok és a közvetlen környezet. A telepítésnél mindenképpen figyelembe kell venni, hogy a környező fák, bokrok, épületek, építmények, illetve önmagában a domborzat által keltett turbulenciák és ezek együttes hatása alkalmassá teszik-e az ott fellépő légáramlást, légmozgást a szélerőmű elvárt mértékű működésére, azaz abból megfelelő nagyságú energia nyerhető-e ki. |
A napenergia, mint megújuló energia |
Nap az energiáját a magfúzióból nyeri, gyakorlatilag úgy működik, mint egy hatalmas fúziós reaktor, ami hidrogént alakít át héliummá. Ebből a hatalmas mennyiségű, a Napban keletkező energiából a Földre minden másodpercben nagyságrendileg 50 milliárd kWh energia érkezik. Ha emellett a nagyságrend mellett figyelembe vesszük a Nap hatalmas tömegét, és hogy az évmilliárdok óta történő működése ellenére annak még mindig 72%-a hidrogén, és a maradék túlnyomóan hélium, akkor azt nagy bizonyossággal állíthatjuk, hogy gyakorlatilag kimeríthetetlen ez az egyetlen, hatalmas energiaforrásunk. A nap sugárzása közvetlen, azaz direkt és közvetett, azaz diffúz módon jut el a Föld felszínére, amely során a Napból egy év alatt a Földre érkező energiamennyiség több mint tízezerszer nagyobb, mint az éves energia felhasználása az emberiségnek. Szűkebb életterünket nézve, Magyarország adottságai lényegesen kedvezőbbek a napenergia-hasznosítás szempontjából, mint sok európai országé. Hazánk területén az éves napsütéses órák száma 1900-2200 óra között mozog, illetve az utóbbi években már meg is haladta ezt az értéket. A hazánk területén beeső napsugárzás éves összege átlagosan 1300 kWh/m2.
Átlagos besugárzás (kWh/m2, nap)
A napenergia hasznosítása alapvetően két módon történhet:
- Az egyik esetben a napenergia felfogására nem használunk külön berendezést, ekkor passzív napenergia hasznosításról beszélünk,
- a másik esetben a napenergia befogására és elvezetésére gépészeti berendezéseket használunk, ebben az esetben a napenergia hasznosítása aktív.
A passzív napenergia-hasznosítás
A passzív napenergia-hasznosítás elsődleges feladata épülettemperálási célú napenergia hasznosítása az energiahiányos időszakokban. Hátránya, hogy éppen ebben az időszakban a sugárzás intenzitása igen csekély, ezért a passzív napenergia-hasznosítás főként az átmeneti időszakokban működik, amikor a külső hőmérséklet miatt az épületen évszaktól függően hő veszteség keletkezik, de a napsugárzás évszaktól függően jelentős, így a passzív napenergia-hasznosítás eredményesen kiegészítheti az épület teljes értékű fűtőberendezését.
Annak ellenére, hogy a nap energiáját az emberiség évezredek óta ismeri és használja, a napenergia hasznosításával működő, hő hasznosító és villamos energiát előállító rendszerek új technológiának tekinthetőek. A hő hasznosító berendezések alkalmazásnál a napenergiát melegítésre hasznosítjuk, amelyet általában vízben, mint tároló közegben raktározunk. A villamos energiát hasznosító berendezések a napenergiát elektromos energiára alakítjuk, majd azt mechanikai munkavégzésre vagy egyéb felhasználásra használjuk. Az elnyelt sugárzási energia így elektromos vagy hőenergia formájában hasznosítható. Közvetett felhasználásról akkor beszélünk, ha a nyert energiát tároljuk és bizonyos idő elteltével kívánjuk felhasználni.
Az aktív napenergia-hasznosítás
A napenergia adta lehetőségek hatékonyabb kihasználása érdekében aktív napenergia hasznosítókat célszerű alkalmazni, amelyek a napenergia befogására, tárolására és hasznosítására készülnek.
|
A napelemek, vagy latin eredetű néven fotovoltaikus elemek a fotovillamos jelenséget hasznosítják. Ez alatt a Nap sugárzási energiájának közvetlenül villamos energiává történő átalakítását értjük. A napelem fény hatására működik, így közvetlen vagy közvetett napsugárzás, illetve egyéb fényforrás hatására is (természetesen eltérő hatásfokkal). A fény, mint elektromágneses sugárzás a napelem alapanyagát képező félvezetőben szabad töltéshordozókat hoz létre, amelyek hatására a napelem fémelektródáin feszültségkülönbség keletkezik. Ha a fémelektródákat külső áramkörön keresztül összekapcsoljuk, akkor abban egyenáram folyik. Az áram nagyságát a keletkezett szabad töltéshordozók száma határozza meg, a feszültség pedig az alapanyag jellegétől függ.
Magyarország adottságai rendkívül kedvezőek a napelemes rendszerrel történő villamosenergia-termelés szempontjából, csakúgy, mint általánosságban a napenergia hasznosítása szempontjából. Hazánk területére közel háromezerszer annyi napenergia érkezik, mint amennyi fedezni tudja az ország teljes villamosenergia- felhasználását. A korábban már tárgyalt éves napsütéses órák száma 30- 40 %-al több mint például Németországban, amely ország a világ egyik vezető napelemes felhasználója. A napelemes modulok és ebből adódóan egyben a napelemekből épített villamosenergia-termelő rendszerek nagyságát jellemző teljesítményt precízen a Wp, illetve a kWp mértékegységgel adják meg. A mértékegységben a „p” betű a „peak” angol szóból ered, amelynek jelentése „csúcs”, tehát ez a betű a napelem modul, vagy napelemes rendszer csúcsteljesítményre utal.
Az adott elem, illetve rendszer ezt a teljesítményt 1000 W/m2 nagyságú napsugárzás intenzitás és 25°C hőmérséklet esetén szolgáltatja. A gyakorlatban ugyanezt az értéket sokszor egyszerűsítve W, illetve kW mértékegységgel használjuk. A napelem modulok általánosságban elemi cellákból épülnek fel. A napelem modul hatásfoka mindenekelőtt az alkalmazott technológiától, de ezen belül a gyártótól is függ, cellából felépülő modulok esetében pedig alapvetően az egyedi cellák hatásfokától. A közcélú hálózattal párhuzamosan járó, azaz a hálózatra kapcsolt rendszerek általában nagyobb egységteljesítményű modulokból épülnek fel, ellenben a szigetüzemű rendszereknél, továbbá az egyedi berendezéseknél, mint például a közvilágítási eszközök, közlekedési jelzőberendezések, tájékoztató információs táblák önálló áramforrásaiként kisebb egységteljesítményű napelem modulok alkalmazhatóak. A napelemes rendszereknek, napelemes moduloknak egyik, verhetetlen előnye, hogy mozgó, kopó alkatrészt nem tartalmaznak, így karbantartást nem igényelnek. Az általában szögben elhelyezett napelemek felületét nagy részben nem kell tisztítani, továbbá a hó is könnyen lecsúszik róluk, amellyel tisztítja a felületet. A napelem modulok élettartama kivételesen hosszú, a rájuk vonatkozó élettartami teljesítmény garancia is ezt támasztja alá. A gyártók általában teljesítménygarancia keretében garantálják, hogy a napelemek általában tíz év elteltével a gyártáskori névleges teljesítményük legalább 90 %-át, húsz év elteltével pedig a gyártáskori névleges teljesítményük legalább 80 %-át teljesítik. Ahogyan feljebb említésre került, a napelem modulokat alapvetően meghatározzák a felhasznált cellák, így a cellák gyártási technológiája alapján megkülönböztetünk monokristályos és polikristályos cellákat.
A gyártási eljáráson és a kinézetbeli eltérésen kívül a mindennapi hasznosítási gyakorlatban csak nagyon kevés, illetve kismértékű különbség van a polikristályos és a monokristályos napelem modulok között. Minimális különbség a hatásfokban adódik, kismértékben nagyobb hatásfokkal bírnak a monokristályos cellák. Harmadik, fő napelem modulfajta a vékonyrétegű, vagy más néven vékonyfilm technológia. Ennél a modulfajtánál a félvezető réteget kémiai vagy fizikai lecsapatással közvetlenül a hordozó felületre, azaz az üvegre, vagy egyes esetekben más hordozó felületre viszik fel, ebből adódóan a napelem modul kinézete is merőben eltér a fent említett polikristályos és monokristályos napelem moduloktól.
A vékonyrétegű napelemek a világ napelemes piacának csupán kisebb, jelenleg hozzávetőlegesen 20 %-át jelentik, és viszonylag új technológiának is számítanak. Bekerülési költségük kedvezőbb, hatásfokuk azonban lényegesen kisebb a polikristályos, vagy a monokristályos napelem modulok hatásfokához képest. Kisebb hatásfokuk miatt a vékonyrétegű napelem modulok teljesítménye is kisebb, így ugyanakkora beépített teljesítmény installálásához lényegesen nagyobb felület szükséges. |
|
