Ugrás a tartalomhoz

Megújuló energia

Dr. Horváth József (2011)

5.4. Villamos-energia termelés napenergiából

5.4. Villamos-energia termelés napenergiából

A napenergiát a napelemek közvetlenül alakítják át (egyenáramú) villamos energiává. A napenergiának villamos energiává történő átalakítására más lehetőségek is rendelkezésre állnak:

  • egyik lehetőség a hagyományos hőerőművek termodinamikai körfolyamatok szerint történő hőenergia-mechanikai energia-villamos energia átalakítás útját követi, ezek az ún. naphőerőművek,

  • másik lehetőség a napkémény, amely a szélerőmű és a naperőmű egyfajta ötvözete.

Naphőerőművek: 

A naphőerőművekben elérhető hőmérsékletekkel gőzturbinával , vagy Stirling motorral meghajtott elektromos energia termelési rendszereket építettek.

Kis villamos teljesítmény esetén parabola tányér alakú naptükröt terveztek, amelynek felülete nagyobb 100 m2-nél (5.24. ábra). A napsugár irányába automatikusan beálló paraboloid tükör fókuszpontjába elhelyezkedő hőcserélővel működtetett Stirling-motor meghajtásával néhányszáz kW elektromos teljesítmény érhető el, a rendszer hatásfoka eléri a 30 %-ot. A hőközlés hőmérséklete 700-1000 oC.

5.24. ábra - Naphőerőmű naptükörrel [5.6]

5.24. ábra. Naphőerőmű naptükörrel [5.6]


Gőzkörfolyamat nagyobb teljesítményű naphőerőmű esetén alkalmazható, amelyhez nagyszámú naptükör szükséges. Az így kialakítható naphőerőmű elvi sémája az 5.25. ábrán látható.

5.25. ábra - A naphőerőmű elvi sémája. [5.6]

5.25. ábra. A naphőerőmű elvi sémája. [5.6]


A napenergia vagy a gázkazán által megtermelt hő hőcserélőkön keresztül szárazgőzt termel, ami a turbinát meghajtja. A turbina megforgatja a hálózatra szinkronizált generátort, ami az áramot termeli. A turbináról a kondenzátorba kerül a gőz, ahol egy hőcserélőn keresztül áramló hűtővíz lehűti. A hűtővíz által felvett hő a hűtőtoronyban kerül leadásra, a kondenzvíz pedig ismét a hőcserélőhöz kerül, ahol vagy a napenergia vagy az elégetett gáz hőjét veszi fel. A napkollektorok teknő alakú tükrei mindig a Nap irányába fordulnak, így ha süt a Nap, az erőmű is működik. A tükrök fókuszpontjában található cső a visszavert sugarakat elnyeli, és a keletkezett hőt a benne áramló hőátadó folyadéknak közvetíti. A hőátadás két lépcsőben történik. Először a kondenzvizet elgőzölögteti a gőzgenerátorban a már részben lehűlt hőátadó folyadék, majd az így keletkezett gőz hőmérsékletét növeli tovább a hőcserélőben levő magas hőfokú folyadék, ezáltal szárazgőzt állítva elő. A legtöbb naperőmű hasonló elven működik, azaz egy hőátadó folyadékkal a hőt egy klasszikus erőműben alakítják át villamos energiává.

A naptükrök kialakítására és elrendezésére két megoldást fejlesztettek ki.

  • Az ún. torony típusú naphőerőművek esetén az 5.26. ábrán látható naptorony létrehozásánál napkövető, és nagyfelületű síklap tükröket (heliosztát) koncentrikus körökbe telepítenek. Ezek a tükrök a középpontban álló torony tetejére irányítják a visszavert fényt. A toronyban elhelyezett parabolatükörre irányított napsugárzás hevíti a fókuszba elhelyezett hőcserélőt, ill. a hőcserélőben áramló hőhordozó közeget. A hőhordozó közeg hőmérséklete elérheti az 1000 oC-ot is, a naphőerőmű hatásfoka meghaladja a 20 %-ot, területigény nagy 30-90 m2/kW.

    5.26. ábra - Torony típusú naphőerőmű [5.8]

    5.26. ábra. Torony típusú naphőerőmű [5.8]


  • Az ún. parabola-teknős naphőerőművek esetén a talajszinten elhelyezett parabola keresztmetszetű tükörteknők (5.27. ábra) a fókuszvonalban elhelyezett kollektoroknak adják át a napsugárzás energiáját. A kollektorok összefüggő csővezeték-rendszert alkotnak, és a nagy területről összegyűjtött napenergiát hasznosítják gőztermelésre. A napenergia kiegészítésére hagyományos gőzfejlesztést használnak (lásd az 5.25. ábrát). Hatásfoka kisebb, mint a toronytípusú naphőerőműé, gyakorlatilag 20 % alatt marad, területigénye 18 m2/kW.

    5.27. ábra - Parabolateknős hőerőmű tükörrendszere [5.6]

    5.27. ábra. Parabolateknős hőerőmű tükörrendszere [5.6]


A naphőerőművek mérsékelt 20 % környéki hatásfoka, és a napenergia hasznosítás napszak függése indokolja azt, hogy a napenergiát nem önálló naphőerőműben hasznosítsuk, hanem egy korszerű hőerőműben hasznosítsuk az energiát valamilyen formába, pl. tápvíz előmelegítésre. Ezáltal egyrészt a napenergia felhasználásának hatásfoka nagyobb lesz, másrészt a hőerőmű villamos teljesítménye kevésbé lesz érzékeny a napenergia időszakos változására.

Napkémények: 

A napkémény működése jól követhető az 5.28. ábrán. Amint az jól látható, nagy földterületet borítanak kör alakú üveg vagy műanyagszerkezettel, ami a kör közepe irányába magasodik. Középen szélturbinát rejtő magas torony található. A lefedett térben a napsugárzás következtében 15-30 oC hőmérsékletkülönbség alakul ki, a kéményhatás következtében a felmelegedett levegő 12-15 m/s sebességgel áramlik fel a nagy magasságú kéményben. A kéményben elhelyezett szélturbinák termelik az elektromos áramot. A napkémény villamos teljesítménye követi a napsugárzás napszak változását, így alacsony hatásfok, és nagy fajlagos területigény jellemzi.

5.28. ábra - Napkémény felépítése [5.6]

5.28. ábra. Napkémény felépítése [5.6]