Ugrás a tartalomhoz

Megújuló energia

Dr. Horváth József (2011)

5. fejezet - Napenergia

5. fejezet - Napenergia

Az energiaáramlás elektromágneses hullámok – például látható fény vagy infravörös sugárzás – formájában is történhet. Ez a konvekció és a vezetés mellett a harmadik fő hőközlésii mód két objektum között, ami nem igényel közvetítő közeget. A Nap ilyen módon látja el energiával a Földet, hő és fény formájában, a Föld ilyen módon veszít hőt – kisugárzással az űrbe (5.1. ábra). A sugárzási konstans értéke az az energiamennyiség, ami a földi légkör felszínének egy a napsugárzás irányára merőlegesen felvett négyzetméterére esik a napsugárzásból kifolyólag (a Földnek a Naptól számított távolságának középértékén). Az általánosan elfogadott értéke 1368 W/m2 ami egy műhold által regisztrált értékek éves átlaga [5.1]. Ez azt jelenti, hogy egy zavartalanul napsütött négyzetméterről ennyi energiát tudnánk begyűjteni a 100 %-os hatásfokú eszközökkel.

A napsugárzás folytonos spektrumú, azaz különböző hullámhosszakon, különböző intenzitással történik. Fénynek nevezzük az elektromágneses sugárzásnak egy bizonyos tartományát, amelyből a 400–800 nm hullámhosszúságú az ember számára látható a következő színekben:

• 400–420 nm – ibolya
• 420–490 nm – kék,
• 490–540 nm – zöld,
• 540–640 nm – sárga,
• 640–800 nm – vörös
• Felette az un. „hősugárzás” (infravörös)

5.1. ábra - A Napsugárzás energiamérlege [5.1]

5.1. ábra. A Napsugárzás energiamérlege [5.1]


A napsugárzással naponta több kWh energia érkezik egy négyzetméterre, még akkor is, ha kissé felhős az ég. A napsugárzást hasznosító berendezések, mint a nap(hő)kollektor és a napelem ezért szórt fényben (sugárzásban) is működnek (5.2. ábra).

5.2. ábra - A naponta érkező energiamennyiség [5.1]

5.2. ábra. A naponta érkező energiamennyiség [5.1]


5.1. A napenergia hazai adottságai

Magyarország a szoláris éghajlati felosztás szerint a mérsékelt övben helyezkedik el a 45o45’ és a 48o35’ északi szélességek között, amely nagyjából az Egyenlítő és az Északi-sark közötti középhelyzetnek felel meg. Ez a csekély 3o-ot sem elérő szélességkülönbség nem okoz markáns éghajlati eltéréseket. Ehhez hozzáadódik, hogy az ország felszínének több mint fele 200 méternél alacsonyabb tengerszint feletti magasságú és a 400 méternél magasabb területek nagysága nem éri el a 2 %-ot. Így az ország éghajlata meglehetősen egysíkú, azonban a kis kelet-nyugati szélesség és az orografikus tényezők nem teljesen hatástalanok.

Éghajlata a hűvös éghajlatok tartományban a hosszabb meleg évszakú kontinentális éghajlati altípusba tartozik. Az évi hőmérsékletingás jelentős, a négy évszak élesen elkülönül. Emellett jellemző a hőmérséklet szeszélyes időbeli alakulása, az egyes évszakok, hónapok időjárásának nagy változékonysága. Csapadékellátottságára is a változékonyság jellemző, mely csapadék nagyobbik része a nyári félévben hullik. A szárazsági index, jellemző választó vonala, a humid és arid területeket egymástól elhatároló 1-es érték ezen az éghajlati területen halad át, így a zóna a nedves és száraz éghajlatú területek közötti átmenetet reprezentálja.

A Napból Magyarország felszínére jutó globális sugárzás évi összege az ország területének túlnyomó részén 4200-4600 MJ/m2 értékű. A legtöbb besugárzás a Duna-Tisza közének középső területén, valamint az Alföld középső és keleti részein tapasztalható. A legkevesebb besugárzásban az Alpokalja és az Északi-középhegység részesül, ahol a besugárzás évi összege alig éri el a 4100 MJ/m2-t (5.3. ábra). Ennek oka, a földrajzi szélesség változása, amely a mérsékelt öv középső területein befolyásolja legérzékenyebben a besugárzás évi mennyiségét. Az ország területének 3o-os észak-déli kiterjedése 200-250 MJ/m2 sugárzáskülönbséget jelent (5.1. táblázat).

5.3. ábra - A globális sugárzás átlagos évi összege Magyarországon [5.2]

5.3. ábra. A globális sugárzás átlagos évi összege Magyarországon [5.2]


5.1. táblázat - A globális sugárzás átlagos havi és évi összegei (MJ/m2)[5.2]

ÁllomásJan.Febr.Márc.Ápr.Máj.Jún.Júl.Aug.Szept.Okt.Nov.Dec.Év
Sopron121180290444564587608523382255126964176
Keszthely118181350498633684696593410282123854653
Pécs133190348495624677683598432289125914685
Budapest109165316450593638646569413278116814374
Kecskemét131190361504641696723615425300139984823
Szeged114177325456594635655567410273122834411
Békéscsaba130177330454607638658558404274122874439
Debrecen109167333474616655697590427283118774546

A másik tényező, amely szintén befolyásolja a besugárzás területi eloszlását, a felhőzet mennyisége. Szoros az összefüggés a besugárzás mennyisége és a borultság mértéke között. Magyarországon a felhőzet nagysága a besugárzásnak még a földrajzi szélességnél is döntőbb tényezője.

A legtöbb besugárzás júliusban jut a felszínre annak ellenére, hogy a nappalok ebben a hónapban már valamivel rövidebbek. A Nap delelési magassága kisebb, viszont a felhőzet mennyisége csekélyebb, mint júniusban. A legkisebb besugárzás decemberben mérhető a nagy borultság és a rövid nappalok miatt. A napsütése órák számát az 5.4. ábra mutatja.

5.4. ábra - Napsütéses órák száma Magyarországon [5.2]

5.4. ábra. Napsütéses órák száma Magyarországon [5.2]


Magyarországra napenergia vonatkozásában a következő számok jellemzőek:

•Évi átlagos besugárzás 1250 kWh/m2 év
•Az ország területére ez 116375 TWh ill. 419 EJ/ év
•Ez több mint 2900- szerese az éves villamosenergia felhasználásnak ill. kb. 350-szerese az ország primer energia felhasználásának

A besugárzás Európa területén a földrajzi szélességhez igazodik, értéke alapvetően északról dél felé növekszik. A sarkvidékeken a kis beesési szögnek köszönhetően 2500 MJ / m2-t ér csak el. Skócián a Skandináv hegység gerincén át az Északi Ural felé tartó vonal mentén 3000 MJ / m2-t ér el. Közép-Európában 4000 MJ / m2, míg Dél-Európán az 5000 MJ / m2-es vonal húzódik keresztül és a kontinens legdélebbi területein a sugárzás eléri a 6000 MJ / m2-t. Kelet felé szintén kismértékű növekedés mutatkozik, mivel az óceántól távolodva csökken a felhőzöttség és a köd időtartama.

A napsütés időtartama két komponens mentén változik, egyrészt északról dél felé, valamint nyugatról kelet felé is növekszik. A napfénytartam ennek megfelelően Nyugat-Skóciában a legkevesebb, ahol évente alig 900 órát süt a nap, de a Brit szigetek sem kap több napsütést évi 1000-1400 óránál. Kelet felé Berlin-Prága vonalánál éri el az 1600 órát évente.

Skandináviában 1600 óráról dél felé 2000-re nő. Skandinávia központi kontinentális részén annyi a napfénytartam, mint a magyar alföldön. Kelet-Európában 2400 órára, Európa déli szegélyén 2800 órára növekszik a napsütéses órák száma. A legmagasabb évi napfénytartam az Ibériai-félsziget déli partjain tapasztalható, ahol eléri a 3400 órát (5.5. ábra).

5.5. ábra - A napfénytartam évi átlagos összegének (óra) eloszlása Európában [5.2]

5.5. ábra. A napfénytartam évi átlagos összegének (óra) eloszlása Európában [5.2]


A globális sugárzás évi átlaga a Sarkkör vidékén 2900 MJ / m2. A Hága, Stockholm, Szentpétervár vonalon 3300, míg Portó, Marseille, Róma, Bukarest, Krím-félsziget vonalán 5000 MJ / m2 évente az átlagos globális sugárzás (5.6. ábra). Európa déli szegélye (a Földközi-tenger partvidékei) viszont már 6280 MJ meleget kap évente m2-enként.

5.6. ábra - A globális sugárzás évi átlagos eloszlása (MJ m2) Európában [5.2]

5.6. ábra. A globális sugárzás évi átlagos eloszlása (MJ m2) Európában [5.2]