hirdetés
hirdetés

Alternatív energia

Hogyan került a háztartásokba a napenergia?

Elsőre talán modern kori feltalálók, tudósok jutnak eszünkbe, ha a címben felvetett kérdésre keressük a választ, ám a napenergia tudatos felhasználása már 2500 éve elkezdődött.

hirdetés

Az emberiség története során számos energiaválsággal kényszerült szembenézni, ilyenkor többnyire a napenergiában rejlő lehetőségeket kutatták, de a történelem sodra általában hozott egy új, olcsó (javarészt fosszilis) energiaforrást, és a napenergia nyomban gazdaságtalanná vált. Több ezer éves történet előzi meg azt, hogy ma már sok helyen általános a napenergia hasznosítása. Ebben a történetben felbukkan a „magyar géniusz” is, egy tudós-feltaláló hölgy személyében…

Ókor – hétköznapi szoláris építészet

Mivel a görögök rengeteg fát használtak az ókorban – tüzelésre, hajóépítésre, fémolvasztásra –, ezért a Kr.e. V. századra gyakorlatilag kiirtották erdőiket, így energiaválságba kerültek, ami arra késztette őket, hogy napenergia-hasznosításon alapuljanak épített házaik. Ezek rendszerint déli tájolásúak voltak, északi oldalukon vastag, nyílászárók nélküli fallal. A ház déli oldala oszlopos, előre ugró tetőszerkezetben végződött, amely elzárta a nyári napsugaraktól a belső helyiségeket, de a téli – alacsony szögben érkező – napsugarakat beengedte az oszlopcsarnok mögötti részbe.

Ókori görög lakóház déli tájolással
Ókori görög lakóház déli tájolással

A világ első lakótelepei is a szoláris építkezés alapelvén épültek a görög városállamokban. A mai Görögország északi részén feküdt Olynthosz, ahol közel kétezer-ötszázan éltek az ókorban. Városuk egy fennsíkra épült, ahol a téli hónapokban sokszor fagypont alá csökkent a hőmérséklet, ezért olyan lakótelepet építettek, amelynek utcái észak-déli és kelet-nyugati fekvésűek, a szorosan egymás mellé, sorházszerűen épült házak déli tájolásúak voltak, így egyenlő részben jutottak napfényhez. Több ókori várost is feltártak a régészek, ahol hasonló energiatudatos építkezés folyt.

Rómában az I. századtól kezdve lendült fel a napenergia hasznosítása, mivel itt is energiaválságba kerültek, hiszen rengeteg fát használtak fűtésre – a korabeli római polgári házakban nem ritka a központi vagy padlófűtés –, épület- és hajóépítésre. A rómaiak továbbfejlesztették a görögök által megalkotott szoláris építészetet, már ismerték az üveget, amelynek segítségével jóval több lehetőség kínálkozott számukra a fény hasznosítására. A római fürdőkben elterjedt volt a nagy üvegfelületek alkalmazása, így az üvegházhatást is hasznosítani tudták az épületek hőtárolására.

Vitruvius foglalta össze könyvében, hogy a Római Birodalom mely területén hogyan célszerű építkezni: Észak-Afrikában a házakat északi tájolásúra tervezték, a hűvösebb klímájú észak-itáliai területeken pedig a görögöktől eltanult déli fekvésű házak építését szorgalmazták. Justitianus törvénykönyve rögzítette a napenergiához való jogot, ebben szabályozták, hogy a házak milyen távolságra épülhetnek egymástól, és maximum milyen magasságban.

Sötét középkor – Arkhimédésztől Baconig

Az ókorból átemelhető szoláris építészet a középkorban szinte teljesen elveszett, egészen a reneszánszig nem jelent meg a napenergia háztartásban történő felhasználásának kérdése. Szinte csak hadmérnökök álmodoztak arról, hogy olyan tükörszerkezeteket építsenek, amelyek segítségével az ellenség hajói felgyújthatók, mert ismerték azt a legendát, miszerint Kr.e. 212-ben Arkhimédész fókuszálótükrökkel gyújtotta fel a Siracusa ellen megindult római hadihajókat.

Tűzgyújtásra már az ókorban is használták a tükröket, például áldozati oltárok távoli felgyújtására, de abszurd elképzelésnek számított a hadiiparban történő alkalmazása. Ennek ellenére a kor tudósai foglalkoztak vele, Leonardo da Vincitől kezdve Roger Baconig sokan. Utóbbi azt javasolta, hogy a keresztes hadak fókuszálótükörrel gyújtsák fel a Szentföldön ellenük induló arab sereget, emiatt eretnekség vádjával börtönbe zárták. Tilos volt ugyanis beleavatkozni a természet rendjébe, isteni áldásnak tekintették a napsugarakat, azt nem volt szabad eltéríteni, befolyásolni.

Reneszánsz újjászületés a napenergia-hasznosításban

A reneszánsz megújulás pozitívan hatott a szolárépítkezés újjászületésére is. Az egyház korábban elítélte az üvegházak alkalmazását, mert a természet isteni rendjébe való beavatkozásnak titulálta, ha évszaktól független termesztést folytatott valaki. A nagy földrajzi felfedezések új terményeket hoztak, így Angliában, Franciaországban és Hollandiában is egyre terjedt az üvegházakban történő termelés. A XVIII. században már igyekeztek eltárolni a nappal összegyűjtött hőenergiát, ezért azokat téglafalakban tárolták, amelyek éjszaka a levegő lehűlésekor sugározták a hőt.

A XIX. századra újra felmerült az igény, hogy lakóházak építésekor szempont legyen a napenergia hasznosítása, ezért jellemzően déli tájolású üvegházakat csatoltak a lakóépületekhez, amelyek a napsütéses őszi-téli napokon hozzájárultak a házak fűtéséhez, és klímájukat az is jelentősen javította, hogy dísznövényeket tartottak bennük. A városok fejlődésével, egyre sűrűbb beépítésével nem mindig lehetett megoldani a déli tájolást, ezért az üvegházak egy része már nem funkcionált megfelelően, az I. világháborút követőn meg is szűnt az ezeket az építményeket körülvevő kultusz.

Újkori tudomány az ipar inspirációjára

A XVIII. század második felében egy francia természetbúvár, Horace de Saussure kísérleteket végzett az üvegborítások hőfejlesztő hatásának, majd tárolásának vizsgálatára. Az eszköz, amelyet elkészített, „forró doboz” néven került be a tudománytörténelembe. Kísérletéhez épített egy nagy fadobozt, alaposan szigetelte, majd erre több réteg üvegfedést készített. A napra kihelyezve akár 109 °C-os hőmérsékletet is lehetett mérni a fadoboz belsejében. Az ipari forradalom beindította a világ elméinek kísérletező, kutató kedvét, a napenergia-hasznosítás iránti igény egyre erősödött.

Augustin Mouchot napgépe
Augustin Mouchot napgépe

A modern szoláris technika alapjait a francia matematikus, Augustin Mouchot teremtette meg. Kísérleteket végzett a napfényes Algériában, ahol megépített egy óriási, óránként kettőezer liter víz szivattyúzására képes, napkazán által üzemeltetett gőzgépet, amely az 1878-as párizsi világkiállításon szenzációs sikert aratott. Mindeközben Amerikában, a svéd származású John Ericcson – Mouchot berendezését tökéletesítve – építette meg saját, napenergiával működő gőzgépét.

Rajtuk kívül is számos tudós kísérletezett a századfordulón, volt, aki hatalmas szolármezőket vizionált, és Frank Shuman a forró dobozokhoz hasonlatos szerkezettel bebizonyította, hogy a napenergiát akár ipari léptékű energiaellátásra is lehet fordítani. Az I. világháború azonban fordulatot hozott az energiaforrások tekintetében, az olajipar rendkívül gyorsan fejlődött, lecsökkentek a fosszilisüzemanyag-árak, így a napenergia háztartásokban és ipari célra való felhasználása tovább váratott magára.

Fenntartható fejlődés az atomkorban

Az Egyesült Államokban a XX. század második harmadától kezdve egyre több magánbefektetést injektáltak a szoláris technika mint alternatív energiaforrás fejlesztésébe, elterjesztésébe. Fontossá vált a berendezések hatékonyságának növelése és felhasználhatósági körének szélesítése. Egy 1938–1988 között futó program során – Solar Energy Research Project –, amelyet az amerikai iparmágnás, Godfrey Lowell Cabot finanszírozott, hat kísérleti napház épült Amerikában.

Az ezzel foglalkozó kutatócsoportnak lett tagja, majd később, 1940-től vezetője a magyar származású Telkes Mária, aki elsőszámú feladatként kapta a napenergia-átalakítás lehetőségeinek kutatását. Telkes 1925-ben – huszonöt évesen – költözött Clevelandbe, az ottani biofizikai kutatólaborban kezdte meg munkásságát, ekkoriban főként az agysejtek sugárzását tanulmányozta. A harmincas években Telkes Máriát úgy kezelték, mint egy korabeli celebet, a New York Times egy 1934-es összeállításába beválogatta az akkori tíz legsikeresebb amerikai nő közé.

A kor és a szolártechnika legnagyobb kihívását a hőtárolás jelentette, erre talált megoldást Telkes Mária a kémiai hőtárolással: a napsugarak energiáját glaubersóban tárolta. A Doverben megépült első napház déli homlokzatát függőleges állású napkollektorokkal építette be, innen a meleg levegőt ventilátorok továbbították a mögöttük lévő sótároló kazettákra. A glaubersó az abszorbeált hőtől megolvadt, majd amikor este a ház lehűlt, megszilárdult, hője felszabadult, melegítve a ház belső helyiségeit. A doveri házba 1948 telén egy magyar család, Némethyék költöztek be.

Az első tél igen hideg volt, így kiegészítő fűtést is kellett használni, majd két télen keresztül viszonylag kellemes hőérzetet biztosított a rendszer, viszont sorozatos és egyre gyakoribb működési zavarok léptek fel: a glaubersó megolvadásakor különvált az olvadt só és a vizes fázis, visszafagyáskor ezek már nem keveredtek össze, így a látens hő felszabadulása nem volt egyöntetű.

Az olcsó és tiszta energia

Az első szilícium napelemes kísérletek során – 1954-ben a Bell-laboratóriumban – már 4, majd 15 százalékos hatásfokú napelemet is sikerült előállítani. Gordon Pearson, Darryl Chapin és Calvin Fuller ezen eredményeinek köszönhetően a napelemeket sokan „a jövő tiszta energiaforrásának” tekintették. A technika fejlődésével a napelemes kapacitás is növekszik, Amerikában 2008-ban még csak 1 gigawatt volt a napenergiát felhasználó kapacitás, tavaly ez már 11,8 GW-ra nőtt, és 2016-ra megközelítheti az 50 GW teljesítményt. Ma már közvetlenül áramot termelő napelempanelek mellett naperőművek is épülnek, a Mojave-sivatagban, Primm városa mellett 347 ezer, számítógép által vezérelt tükörrel hasznosítják a fényt, amellyel az Ivanpah erőművet üzemeltetik, ellátva ezzel 140 ezer háztartást elektromos árammal.

Korszerű napelemes rendszer Münchenben
Korszerű napelemes rendszer Münchenben

Mivel nem kell új energiaforrást felfedezni, hanem technikai fejlesztést kell véghezvinni, ezért ahogy várható volt, a napenergia ára egyre alacsonyabb. A napelemes rendszerek beszerzési költsége egy év alatt 15 százalékkal csökkent, és további 5-15 százalékos csökkenés várható helyszíntől és piaci helyzettől függően 2014 végére. A Bloomberg New Energy Finance beszámolójában arról ír, hogy 1977-ben wattonként még 76,67 dollárba került egy szilícium napelemcella, ami 1987-ben zuhant először 10 dollárra, majd 2000-ben 6-6,5 dollárra, hogy 2013-ban 0,74 dollárra csökkenjen.

Hazánkban a napsugárzás energiasűrűségének átlagértéke 1260 kWh/m2 évente, a napsütéses órák száma átlagosan 2150 óra/év; mindkettő magasabb, mint az európai közepes érték. Egy átlagos, Magyarországon telepített családi házas napelemes rendszer, az elmúlt 16 évben tapasztalt energiaár-emelkedés ütemét előre vetítve, nagyjából 6-8 év alatt behozza az árát, és a jelenleg tapasztalható általános villamosenergia-díjak stagnálása esetén is 8-10 éven belül eléri a megtakarítás a rendszer bekerülési költségét.

Napelemes tetőcserép – egy magyar találmány
Hétköznapi probléma ösztönzött egy magyar feltalálót a napelemes cserép kifejlesztésére: magas villanyszámlára panaszkodott a felesége, ezért az elektronikai szakember elkezdett dolgozni egy olyan terméken, amelynek felhasználási területe szélesebb, mint a hagyományos napelemes rendszereké. Tóth Miklós feltaláló szerint egy számítógép üzemeltetéséhez már négy darab cserép is elegendő, egy hűtő működtetéséhez nyolc cserép szükséges, 150-250 cseréppel egy családi ház teljes áramszükséglete fedezhető, 300-500 cseréppel pedig már a fűtés és hűtés is biztosítva van. Mivel a technológia magában hordozza a bővíthetőséget, akár néhány cseréppel is elkezdhető a rendszer kiépítése, később pedig további elemekkel bővíthető.
Trapp Henci
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
Cikk[161320] galéria
hirdetés
hirdetés
hirdetés

Kiadónk társoldalai

hirdetés