Napenergia az agrárgazdaságban

Kategória: Agrárenergetika | Szerző: Dr. Tóth László - Szent István Egyetem, Gödöllő, 2016/04/27

Nap sugárzó teljesítményének a Földet elérő része több ezerszeresen meghaladja az emberiség energiaigényét.* A napsugárzás egy része direkt módon jut el a Föld felszínére, míg másik része a légkör miatt részben visszaverődik. A ténylegesen hasznosítható napsugárzást befolyásolja a földrajzi hely, valamint az évszakok és a napszakok is, amelyek oka a napsugár vízszintessel bezárt szöge.

A napenergia-hasznosítás aktív módja, ha erre a célra készített kollektor, illetve napelem segítségével alakítjuk át a napsugárzási energiát hővé vagy villamos energiává. Az aktív hasznosítás fototermikus (egyszerűen termikus napkollektor) vagy fotovillamos (napelem, gyakran alkalmazott jelölése PV) módon lehetséges. Passzív hasznosítás az épületek kialakításával és tájolásával valósítható meg.

Növényházak fűtése

Az üveg- vagy fóliaborítású növényházak a napenergiát hőcsapdaként hasznosítják. Ez azt jelenti, hogy a növényházi lefedés a beeső rövidhullámú sugárzást átengedi, de a növényzetről, illetve a talajról visszaverődő, kisebb energiájú, nagyobb hullámhosszú sugárzást nem engedi át a borításon. A napenergiának a növényház (főleg) éjszakai fűtésre való alkalmazásakor két fontos feladatot kell megoldani: a sugárzási energia hővé alakítását, illetve ennek az energiának a tárolását. Erre a célra alapvetően három különböző technikai megoldás lehetséges (1–2. ábrák), amelyeket a következőkben tárgyalunk.

Hasznosítás külső napkollektorokkal
A növényház szerkezetébe integrált napkollektorok
A növényház, mint napkollektor

A külső napkollektorokkal által termelt energiát hőtárolókban tárolják, majd azt éjszakai fűtésre, vagy szükség esetén akár fagymentesítésre használják fel. 

A növényház szerkezetébe integrált napkollektorokat a növényház belsejében helyezik el úgy, hogy azok éjszaka egyben fűtőfelületként is szolgáljanak (pl. levegős kollektor–hőágyas hőtároló, vagy vizes kollektor–vizes hőtároló).

A növényház, mint napkollektor a legkézenfekvőbb megoldás, tekintettel arra, hogy a növényházban az elnyelt napsugárzás hatására hőtermelés történik. Napközben a szellőztetés révén elvezetett felesleges energiát tárolni lehet, s az az éjszakai fűtésre felhasználható.

A hő tárolása

Fontos kérdés annak eldöntése, hogy milyen típusú tárolóanyagot használjunk, például kő, víz, talaj, fázisváltós anyagok. Míg a növényházi levegő munkaközeg miatt a kőágyas tárolásnál nem kell külön hőcserélőről gondoskodnunk, addig például a vizes rendszereknél arra is szükség van.

A tárolásnál figyelembe veendő szempontok:

• a tároló anyaga;
• a tárolóanyag hőtárolási kapacitása [kWh/m3 vagy kWh/kg];
• a töltési és ürítési teljesítmény [kW];
• a tároló hatásfoka, ami a tárolóból kinyerhető, valamint az oda bevitt energia aránya (beleértve a szükséges kiegészítő energiát is);
• a tároló elhelyezése, struktúrája;

A tervezéséhez a következőket kell megválaszolni:

• az alap fűtési rendszer típusa;
• a területre jellemző napsugárzás;
• a fűtési energia mekkora hányada lesz a napenergia.

A feltételek régiónként változnak, főként a növényházi termesztési időszakok miatt.

A külső napkollektorokkal hasznosítható napenergia főbb változatai:

• fémalapú abszorberes vizes kollektor;
• fólia abszorberes vizes kollektor;
• gumi abszorberes kollektor;
• szilárd kőzetű hőtárolós kollektor;
• naptó rendszerű kollektor;
• a növényház szerkezetébe integrált napkollektor.

A növényház, mint napkollektor

A növényház szerkezeti megoldását úgy alakítják ki, hogy a növényház egyben „napkollektor” funkciót is ellát.
A 2. ábra hengeres alakú fóliás növényházak napkollektorként való üzemeltetésének lehetséges módozatait mutatja be.

A fő esetekben az egyes elemek értelmezése a következő:

• a1/ 1. fólialefedés,
• 2. PVC-cső,
• 3. PVC-fólia-lefedés, amely egy zárt teret hoz létre a növényház felső részén,
• 4. talajba telepített műanyag cső.
• a2/ Ugyanaz mint a1/ a (2) perforált PVC-cső nélkül.
• a3/ Ugyanaz mint a2/, de a (2) perforált PVC-cső helyett a (5) nyitott PVC-csatorna szerepel.
• b1/ Ugyanaz mint a1, de itt a (6) PVC-fólia lefedéséhez nem hozunk létre zárt teret.
• b2/ Ugyanaz mint b1/, de PVC-cső nélkül.
• b3/ Ugyanaz mint b2/, de kiegészítve az (5) nyitott PVC-csatornával.

Szárítás napenergiával

A szoláris szárítás alkalmazásának elsődleges előfeltétele a gazdaságosság – azaz a szoláris szárítóberendezések elfogadhatóan rövid idő alatti megtérülése. A megtérülés kritériuma a megtakarítást állítja szembe a ráfordítással, azaz a beruházási és az üzemben tartási költségekkel, és akkor teljesíthető elfogadható értéken, ha a felhasználási cél összhangba hozható a napenergia alapvető sajátosságaival. A napsugárzás energiaáram-sűrűsége viszonylag kicsi, időben változó és időjárástól is függő érték. E sajátosságok mellett a szoláris szárítás elsősorban a kis hőmérsékletű, a kíméletes és lassú szárítást igénylő termények esetén eredményes. Az említett feltételeknek – mezőgazdaság területén – legjobban a fűfélék, a szálas takarmányok, a vetőmagvak, a gyógynövények, a zöldség- és gyümölcsfélék, az erdőgazdaság területén pedig a fa szárítása felel meg.

A napenergiával történő szárítás fő célja, hogy elvárt nedvességtartalmú végterméket állításunk elő azonnali felhasználásra, vagy további, hosszú távú biztonságos tárolásra. Ennek a feltételnek egy mérsékelt hőmérsékletszinten kell eleget tenni, mivel a szárítandó anyagok egy része magasabb hőmérsékletre érzékeny. Erre a feladatra a szoláris szárítási technika teljes egészében megfelel.

Szoláris gyümölcsszárító

A szárítandó terménytől függően a szárítószekrényben kétféle tálcarendszert lehet alkalmazni, amelyek a szárítószekrénybe cserélhető módon helyezhetők el. Azon termények szárításához, amelyek kis méretüknél fogva tömören helyezkednek el egy adott rétegben, és így a levegő átáramoltatása a terményrétegen nem valósítható meg, felületi szárítás alkalmazható. A tálcarendszer kialakítása ebben az esetben az áramló levegőt a tálcák felett tereli el, így a termény felszíne szárad nagyobb mértékben. Ezt szemlélteti a 3. ábra.

Ha a termény mérete nagyobb, illetve az nem alkot tömör réteget, akkor intenzívebb száradás érhető el, ha a szárítólevegőt átáramoltatjuk a terményrétegen.
A szárítás sebessége növelhető a szárítóközeg hőmérsékletének növelésével, mivel a párolgás magasabb hőmérsékleten intenzívebb. A szárítószekrénybe bejuttatott száraz levegőt emiatt célszerű előmelegíteni, ami egy levegős napkollektorral valósítható meg. A szárítás sebessége szempontjából a másik fő tényező a terméket körülvevő levegő relatív nedvességtartalma, ami a levegő hőmérsékletének növelése mellett azzal is csökkenthető, hogy a nedves levegő helyébe száraz levegőt juttatunk. Ez a természetes konvekció mellett segíthető ventillátorral kényszerített levegőáramlás létrehozásával. A szárító moduláris felépítése többféle fő működtetési megoldást tesz lehetővé.

Szoláris szénaszárító

A legnagyobb energiafogyasztók a mezőgazdasági üzemekben a terményszárítók, amelyek előmelegített levegőt igényelnek a szárítás folyama alatt. Ennek ellenére úgy tűnik, hogy a napenergia integrációjának érdekében ajánlatos folyadék munkaközegű napkollektorokat használni. Ez egyszerű csatlakoztatást tesz lehetővé a gazdaságban más esetleg meglévő melegvíz-tárolóhoz, amely egyidejűleg mint energiatároló is szolgál. Ily módon a szárító közvetve csatlakozhat a gazdaság energetikai rendszerén keresztül a levegő/víz hőcserélőhöz.

Az indirekt rendszerű szoláris szárítók igen nagy mennyiségek (több száz tonna) tartósító szárítására szolgálnak. Az indirekt rendszerben a napenergia begyűjtése folyadék munkaközegű kollektormezővel történik, a szárítólevegő felmelegítésére pedig folyadéklevegő hőcserélők szolgálnak. Az indirekt megoldást azért célszerű alkalmazni, hogy a szárító igen nagy teljesítményű napkollektor-mezejét állandóan ki lehessen használni.

Ugyanis a szárítás csökkenő energiaigényű szakaszában vagy a szárítás szünetszakaszaiban (pl. lucernaszárítás esetén a következő kaszálás időpontjáig) a napenergiával termelt – de a szárító üzemeltetéséhez nem igényelt – meleg víz technológiai célra felhasználható. A kollektormező megfelelő méretű víztároló tartályhoz csatlakoztatható, ahonnan a szárító és a telep (pl. tehenészet) melegvíz-ellátása megoldható. A rendszer felépítése a kollektorról való közvetlen melegvíz-ellátást is lehetővé teszi (4. ábra).

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaDr. Bai Attila (szerk.):
A biogázBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználása

Ez is érdekelhetiSzárnyra kelhet a hazai húsgalamb-tenyésztésDinamikusan bővül a piac, de ellenszélben az uniós baromfiágazatA paradicsom kórokozói - A paradicsomvész