Az ábrával behatárolhatja, hogy a környezetben keletkező zajok mekkora dB (decibel) értéket jelentenek. Illetve a szakirodalomban, vagy készülék adatlapján jelzett dB érték mekkora zajt is jelent valójában

COP szám
A gyártók a készülék hatásfokát az u.n. COP számmal (egy egyszerű hányadossal) adják meg: egy egységnyi villamos energiával mennyi hűtési/fűtési energiát kapunk. Egy átlagos készülék COP száma 2-3 körül van. Az inverter technológiával elérhető akár az 5-ös COP szám is, vagyis 1 kW árammal 5 kW hűtési/fűtési energiát kapunk. "Magyarul": minnél magasabb a COP száma egy készüléknek, annál kevesebb energiába kerül lehűteni vagy felfűteni a légteret.

Több gyártó és forgalmazó ettől eltérő adatokat adhat meg. A kettő leggyakoribb:

EER (Energy Eficiency Ratio)

EER = egy adott munkapontban a folyadékhűtő leadott teljesítménye és a felvett elektromos energia hányadosa. Megmutatja a berendezés hatékonyságát agy adott terhelésen, jellemzően a maximális teljesítményen. (Gyakorlatilag a COP számmal eggyező, azzal az eltéréssel, hogy ezt leginkább a folyadékhűtőknél alkalmazzák.)

Értékei általában
2,8-3,3 köztiek forgódugattyús kompresszor esetében (splitek)
2,6- 3,5 köztiek scroll kompresszor esetében (folyadékhűtő)
3- 5 köztiek csavarkompresszor esetében (nagy folyadékhűtők)
5 fölötti Turbocor kompresszor esetében

ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio)

Ez a mutató a készülék különböző terhelésein mért EER értékekből származik. Előnye, hogy sokkal valósabb képet ad, mert figyelembe veszi a rész terheléseket is, nem csak a maximumot. Ebből következik, hogy fix sebességes gépeknél ezzel a mutatóval nem találkozhatunk. Az így kapott érték korrktségét az is bizonyítja, hogy az Eurovent is elfogadta, és mérését felvette a programjába.

Az ESEER érték a következő képlettel számolható:

ESEER = 0,03*EER(100%)+0,33*EER(75%) + 0,41*EER(50%)+0,23*EER(25%)

Napelem, napelem-modul:
A napelemek olyan eszközök, amelyek a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává képesek alakítani.
Az elektronikai alkatrészeket már ismerő szakemberek számára tény a foto-tranzisztor és annak működése. Röviden összefoglalva: ha a tranzisztor bázis – emitter diódáját fény éri, azaz fotonok csapódnak a dióda PN átmenetébe, azok szabad elektronokat indítanak meg. Ugyanez, a jelenség fény nélkül csak külső energia közlésével érhető el. Tehát a tranzisztor bázis – emitter diódájában, ami egy PN átmenet, a becsapódó fotonok hatására töltések mozdulnak el, ami azt jelenti, hogy a dióda anódján és katódján potenciálkülönbség, (feszültség) keletkezik.
Röviden: az úgynevezett fotoeffektus kihasználásával a napelemben a nap sugárzási energiája közvetlenül elektromos energiává alakul át.
A napelem is, hasonlóan egy félvezető PN átmenetből áll. Ez a napelem cella a fényerősségtől függően 0,5 – 1 Volt közötti feszültséget produkál, amely a cella méretétől függően maximálisan pár Amper-nyi árammal terhelhető. Ezt a cellát tulajdonképpen egy galvánelemhez lehet hasonlítani: üresjárati feszültségről, rövidzárási áramról beszélhetünk. Elektromos helyettesítő kapcsolása az 1. ábrán látható. A napelem cellák az áramgenerátoros üzemmódot szeretik, tehát nyugodtan rövidre lehet zárni őket.
Az Rs soros ellenállás fizikailag a félvezető tartományok ohmos ellenállása, amelyeken az áram átfolyva csökkenti a levehető feszültséget. Ez veszteséget okoz a teljesítményben, és melegíti a szerkezetet. A párhuzamos Rp átvezetési  ellenállás modellezi azt, hogy a becsapódó fotonok hatására generált elektron-lyuk párok egy része már a napelemben rekombinálódhat. Ezen az ellenálláson fellépő teljesítmény szintén hővé alakul.
A kicsi üresjárati feszültség miatt a cellákat modulokban kapcsolják össze, akként hogy névleges 12 vagy 24 Voltos napelem-modulok jöjjenek létre. Egy 12 V névleges feszültségű 50 Watt teljesítmény leadására képes modul felülete: 1/2 m2. A jelenlegi technológiákkal / vastagrétegű és vékonyrétegű / gyártott cellákból épülő modulok hatásfoka 15-22%.
A napelem-modulok működéséhez fényre van szükség. Ezért  borús, ködös időben is termel energiát, csak jóval kevesebbet a teljes megvilágításhoz képest.

Napelemes egyetemi jegyzet itt található

„Magyarország geotermikus adottságai kiválóak, ezt ki kell használni.” Lépten-nyomon ezt hallani, amikor a geotermika szóba kerül valahol. Mire alapozódik ez a megállapítás?
A földkéreg Magyarország alatt a világátlaghoz képest jelentősen vékonyabb. Ráadásul az évmilliók során létrejött földmozgásoknak köszönhetően jelentősen töredezett. Ennek hatására a föld szilárd kéreg alatti magmás rétegének (asztenoszféra) magas (1.200 – 1.500 oC-os) hőmérséklete jobban érezteti hatását. Elmondhatjuk tehát, hogy Magyarországon a jó geotermikus adottságok a Föld közepéből kiinduló konduktív hőáramlásnak köszönhetőek (a vékony földkéreg miatt egész egyszerűen lényegesen magasabb a talaj hőmérséklete). Más országokban (pl. Izland, USA Yellowstone park, Olaszország Lardarello) gőz tör a felszínre, ami más jellegű geotermikus energia felhasználását teszi lehetővé.
A földön átlagosan a geotermikus hőfoklépcső (ennyi méter mélység után emelkedik a föld hőfoka 1 oC-t), 30 - 50 m / oC. Ez Magyarországon (elhelyezkedéstől erősen függ) átlagosan 20-30 m / oC.
Szokták még a geotermikus gradiens elnevezést is alkalmazni, ami az 1.000 méterre jutó hőfok emelkedést jelenti (Magyarországon 42 – 66 oC / 1.000 m, 1. ábra). Tehát ahhoz, hogy energetikailag jelentős hőfokú vizet kapjunk (használati melegvíz előállításra, fűtésre) legalább 1000 m mélyre le kell fúrnunk. Ekkor jön a másik probléma, hogy az ezekben a mélységekben található vizeinknek igen magas az ásványi anyag tartalma, ami a felszínre juttatáshoz használt csövekben, berendezésekben vízkövesedést okoz. Könnyen belátható tehát, hogy ezen geotermikus energia elsősorban ipari méretekben és igen komoly felszereltséggel, szigorú környezetvédelmi előírások betartásával hasznosítható, lakossági felhasználása nem gazdaságos.

Erőművi felhasználás
Villamosenergiát hő segítségével a legtöbb esetben úgy állítunk elő, hogy folyadékot (általában vizet) gőz halmazállapotra hozzuk és túlhevítjük. A túlhevített nagynyomású és magas hőmérsékletű gőzt azután egy turbinára vezetjük, amelynek a tengelyére egy generátort helyezve villamosenergiát állítunk elő. A föld azon pontjain, ahol gőz tör a felszínre, ez viszonylag egyszerűen megvalósítható. Magyarországon nincs olyan magas hőmérsékletű hőforrás, amely a felszínen gőz formájában jelenik meg, ezért ahhoz, hogy melegvízhez jussunk, mélyfúrásokat kell eszközölni. A mélyfúrásokból a területtől függően változó hőmérsékletű vizet tudunk a felszínre hozni. Alacsony hőfokú a víz, ha hőmérséklete 100 oC alatti, közepes hőfokú 100 – 200 oC között és magas 200 oC felett. A föld mélyében kb. 1.500 m mélységig találunk vizet (a nagy nyomás miatt a kőzetekből kiszorul a víz), ezért a magyarországi mélyfúrások vizének hőmérséklete az alacsony hőfokú kategóriába esik, ami közvetlen erőművi felhasználást nem tesz lehetővé. Elsősorban balneológiai (fürdési célokra) és közvetlen fűtési célokra (pl. üvegházak, lakótelepek fűtése) használható. Az energetikai hasznosítás megtérülési idejét növeli az a felszín alatti vizek védelméről rendelkező környezetvédelmi előírás, ami szerint az energetikai célú felhasználás esetén a kitermelt vizet egy másik rétegbe vissza kell sajtolni (ez többnyire jelentős villamosenergia felhasználással jár, hiszen a talajban lévő nagy nyomás ellenében kell a visszasajtolást megoldani). A 30 oC-nál magasabb hőmérsékletű vizek esetén pedig bányajáradék fizetésre kötelezett a kitermelő.
Folynak kísérletek villamosenergia előállító rendszerek létrehozására is. Erre többféle módszert is kidolgoztak már.
Ilyen pl. az u.n. HDR (Hot Dry Rock) rendszer (2. ábra). Ez 4-5 ezer m mély fúrások alján lévő forró kőzetekre juttat vizet, ami a magas hőmérséklet hatására gőzzé alakul. Ezt a gőzt egy másik furaton át hozzák a felszínre, ahol turbinát hajtanak meg vele. Az eljárás hátránya, hogy erős szejzmikus aktivitással jár (földrengések tapasztalhatók a környezetben).

Másik módszer pl. az ORC (Organic Rankine Cycle), 3. ábra. Egy dupla csövet juttatnak a mélybe ahol a külső csövön lefelé áramlik a víz, ami a mélyben felforrósodik és a másik csövön a 75 – 160 oC hőmérsékletű víz / gőz a felszín felé áramlik. A felszínen ezt a hőhordozót egy hőcserélőre vezetjük, ahol átadja energiáját a szekunder körnek. A hidraulikailag zárt szekunder körben áramló hőhordozó közeg végzi a turbina / generátor meghajtását. E munkaközegre jellemző, hogy a folyadék / gőz halmazállapot változása kis hőmérsékleten játszódik le, ezért a hőcserélő után nagynyomású gáz áramolhat a turbina/generátor gépegység hajtására. A gőz halmazállapotú munkaközeg a turbinák meghajtása után a kondenzátorba kerül, ahonnan, mint folyadék halmazállapotú közeg, a tápszivattyú segítségével ismét a primer körrel kapcsolódó hőcserélőbe jut, hogy újra energiát vegyen fel

Harmadik módszer a kigőzölögtetéses kondenzációs technológiájú geoerőmű FC jelű (flashing cycle: kigőzölögtető ciklusú). Elvi kapcsolása a 4. ábrán látható. A nagy entalpiájú geotermikus energiát termelő kutaknál ez esetben a kitermelt, nagynyomású vizet több lépcsőben elgőzölögtetik, ezzel több betáplálású – több helyen bevezethető rendszerű – turbinát tudnak működtetni. Optimális a háromfokozatú kigőzölögtetés. Ha a termálvíznek nagy a sótartalma és / vagy a gáztartalma is, akkor kétkörös – hőcserélős – megoldást alkalmaznak.
A rendszerhatásfok növelése érdekében a vázolt alaptechnológiák kombinációit is alkalmazzák, így pl. az ORC és FC kombinációt, amelynek segítségével 13–28%-kal több villamos energia termelhető, és a rendszer fajlagos beruházási és termelési költségei is csökkennek.

Hőszivattyúk
Ami miatt a lakosság és a vállalkozások energia szükségletének kielégítésére is kihasználhatóvá válik a geotermikus energia, az a hőszivattyúnak nevezett technikai berendezés talajszondás változata. Azért emelem ki a talajszondás változatot, mert ez az egyetlen hőkinyerési mód, amely a föld hőjét hasznosítja. A talajkollektoros és a nyílt kutas felhasználás esetén nem a geotermikus energiát hasznosítjuk, hanem a nap energiáját. Ez pedig azért van, mert a földkéreg legfelső 20 m-es rétegében a napsugárzás hatása érvényesül, 20 m-nél mélyebb rétegekben meghatározó a földhő (5. ábra). A 20 m-es mélységet nevezzük neutrális zónának, ahol azonos mértékű a földhő és a napenergia hatása.

A hőszivattyúk működési elve:
A hőszivattyú gyakorlatilag a hűtőgépek elvén működik (6. ábra). A sűrítő (kompresszor) összenyomja a rendszerben lévő gázt, ami a nyomás hatására felmelegszik (úgy mint a bicikli pumpa) és folyékony halmazállapotú lesz. Ezt a felmelegedett folyadékot átvezetjük egy hőcserélőn, ahol hőt vonunk el tőle. Ez az elvont hő fogja fűteni a házat, vagy készíteni a használati melegvizet. A hőcserélő után lévő nyomáscsökkentő szelep ezt a folyadékot egy alacsony nyomású térbe vezeti, ahol elpárolog (pontosan úgy, mint amikor a szódás szifonba beletekerjük a patront). A párolgás hőelvonással jár (a szódás szifon patronja is eljegesedik). A hőelvonást úgy teszik hatékonnyá, hogy az elpárologtatás egy megnövelt felületen, hőcserélőben történik. A hőcserélő másik oldala levegővel, vagy vízzel érintkezik, ami ennek következtében jelentősen lehűl. Mivel a folyadék elpárolgása akár – 40 oC is lehet, ezért a rendszer -10 oC -os hidegben is hőt von el a környezetéből. A ténylegesen fizetendő energia költség a kompresszor működtetéséhez szükséges elektromos energia ára lesz. Mivel a tényleges hasznos hőt a hűtőközeg "beszállítja", a kondenzátoron leadott hőmennyiség 3-5-ször több lehet, mint a kompresszor által felvett elektromos energia.
A leadott hőmennyiség és a fogyasztott villamosenergia hányadosát nevezzük a hőszivattyú hatékonysági mutatójának (Coeficient Of Performance, COP). A COP érték megmutatja, hogy 1 kWh villamos energia mennyi hőenergiát termel (1 kWh = 3,6 MJ, kb. 0,1 m3 földgáz fűtőértéke)

Láthattuk, hogy a hőszivattyú egy zárt rendszer, aminek van egy hőelvonó és egy hőleadó hőcserélője. Az alkalmazott fűtési rendszertől függően az alábbi tipusokat különböztetjük meg:
Meleg vizes fűtésnél:
- levegő / folyadék hőszivattyú
- folyadék / folyadék hőszivattyú
Meleg levegős fűtésnél:
- levegő / levegő hőszivattyú
- folyadék / levegő hőszivattyú
Annak függvényében, hogy milyen a kollektor oldal, beszélhetünk termálvizes, levegős, vagy geotermikus stb. hőszivattyúkról.
Felhasználói oldalról megkülönböztetünk komfort , hűtő és fűtő hőszivattyúkat, és csak fűtő hőszivattyúkat.

A hőszivattyú ugyanolyan hőtermelő berendezés mint bármely más kazán, azzal a különbséggel, hogy az általa előállított maximális hőmérséklet 50 oC. Ennek megfelelően az alkalmazott fűtési rendszert is erre a hőfokra kell méretezni (elsősorban alacsony hőfokú padló-, fal-, mennyezet-, fan coil fűtési módok jöhetnek szóba). Radiátorok alkalmazása esetén a felületet jelentősen meg kell növelni (akár a duplájára is) és nyári időszakban még így is nagyon rossz hatásfokú hűtést tudunk vele elérni.

A 7. ábrán látható diagram a különböző fűtési rendszerek előre menő hőmérsékleteit mutatja a külső hőmérséklet függvényében. Az „A” görbe a kis felületű radiátoros, a „B” görbe a szokványos felületnagysággal kiépített radiátoros, a „C” görbe a nagy felületű radiátorokkal vagy fan-coillal kiépített, a „D” görbe pedig a fal vagy padlófűtés rendszerre jellemző előre menő hőmérsékleteket mutatja. A „Tmax” konstans érték a hőszivattyúból kilépő maximális hőmérséklet. Így látható, hogy a hőszivattyút az „A” görbe esetén 0°C, a „B” görbe esetén -4° C körüli külső hőmérséklet alatt kiegészítő fűtéssel kell üzemeltetni. A legkedvezőbb fűtési rendszernek a padló- és falfűtés felel meg.
A belső hőleadók alacsony előremenő vízhőmérséklettel is kell tudjanak működni. Erre a célra tehát a legmegfelelőbbek a fan-coilok, melyek nyáron a hűtésre is alkalmasak. Hűtésre és fűtésre a fan-coil (ventilátoros radiátor, és a falfűtés, csak fűtésre a padlófűtés ajánlott. Téli üzemre a legcélszerűbb kombinált fan-coil és padlófűtést alkalmazni. A fan-coilok kivitelük szerint lehetnek álló burkolatosak, légcsatornázhatóak, kazettásak, vagy burkolat nélküliek, melyek egy egyedi takarás mögé rejthetőek.
A hőszivattyú méretezésekor, kiválasztásakor több szempontra érdemes figyelni. Figyelembe kell venni az épület fűtési és hűtési energiaigényét, a fűtési rendszer csőkeresztmetszetét, a rendelkezésre álló elektromos energiát és a geotermikus hőnyerési lehetőségeket.
A teljesítmény méretezése a magyarországi viszonyok között a fűtési teljesítmény méretezésre történik. Ezután a kiválasztott gép hűtési teljesítményét összevetjük az épület számított hűtési teljesítmény igényével. Speciális épületszerkezeteknél az épület számított hűtési teljesítmény igénye extrém hűtési energiát igényel, ilyenkor indokolt a hűtési teljesítmény alapján gépet választani.

Talaj hőcserélők
A földkéregből nyitott vagy zárt rendszerű hőnyerő hálózaton keresztül tudjuk szállítani a hőenergiát. A nyitott rendszereknél a primer víz kútból vagy nyílt vízből, szűrés után kerül a hőszivattyúba, majd vissza a talajba (8. ábra). Ezeknek a rendszereknek nagyon jó a hatásfoka, de a bizonytalan vegyi összetétel víz miatt gyakrabban kell a berendezést karbantartani és meghibásodáskor akaratlanul is jelentős környezeti károkat okozhatunk.

A zárt rendszerekben fagyálló folyadék, víz vagy hűtőfolyadék kering a csőhálózatban és a talajjal érintkező csövek továbbítják a hőt (9. ábra). Hatásfokuk némileg kisebb, mint a nyitott rendszereké, de lényegesen biztonságosabb az üzemeltetésük. Mivel a rendszer állandóan ugyanazzal a folyadékkal, zártan van feltöltve. Kevésbé korrodálódik és élettartama is hosszabb. Hátránya, hogy nagyobb a beruházási költsége, mint egy nyitott rendszernek.
Telepíthetők vízszintes árokba, függőlegesen fúrt lyukba , nyílt vizekbe, folyókba, vagy tavakba . A talajhőcserélő méretezése a jól működő rendszer legfontosabb feltétele. Az alul méretezett kollektor különböző működési zavarokat okozhat. Amennyiben nem tudja a megfelelő hőmennyiséget a talajból a kollektorban keringtetett víz felvenni, olyan helyzet állhat el, mintha alacsonyabb hőmérsékletű forrásból akarnánk hőt nyerni. A hűtőközeg ezért, alacsonyabb hőmérsékleten, nem megfelelően fog elpárologni a hőcserélőben, vagyis egy, a névlegesnél alacsonyabb nyomás fog a hűtőközeg oldalon kialakulni: Mivel a szívó oldali nyomás leesik, a kompresszornak nagyobb nyomásviszonyt kell leküzdenie, ezáltal nő a felvett elektromos energia mennyisége és drasztikusan leromolhat a hőszivattyú hatékonysága. Az alacsonyabb nyomás velejárója az alacsonyabb elpárolgási hőmérséklet, ami a kollektorban keringtetett víz elfagyását is okozhatja.
Az ilyen esetekben nagyon gazdaságtalanul fog működni a hőszivattyú, ha egyáltalán működik!
Levegő / folyadék hőszivattyúk esetében a hőforrás a kültéri levegő, a hasznos hőhordozó pedig a szekunder oldalon víz (10. ábra). A hőszivattyú működési elve megegyezik a víz / víz hőszivattyúkéval, csak a hőnyerő oldalon a környezeti levegőt használjuk, amelyet egy ventilátor keringtet át az elpárologtató hőcserélőn.
A hőszivattyú fűtőteljesítménye a környezeti hőmérséklet csökkenésével arányosan csökken, ezért ellenőrizni kell a hőszivattyú tényleges fűtőteljesítményét a méretezési hőmérsékleten.
Szintén befolyásolja az energetikai hatékonyságot az előremenő víz hőmérséklete. Minél magasabb, annál alacsonyabb a hőszivattyú hatékonysága, a COP száma.



Felhasznált irodalom:
Energiaközpont Kht. Csináljuk jól kiadvány, Dr. Unk Jánosné: A geotermikus energia hasznosítása Magyarországon
Oktoklíma Kft.: Hőszivattyús rendszerek

Laczó Pál
villamos üzemmérnök, megújuló energetikai szakértő

 Ide klikkelve a görög ABC betűit ismerheti meg

 Erre a szövegre klikkelve igenn egxszerűen és széleskörűen használható mértékegxség átváltót talál.

Általában a szélről (röviden)
A szél a levegőt alkotó részecskék vízszintes irányú elmozdulása. Különböző légnyomású területek közötti nyomáskiegyenlítődésének hatására alakul ki. A különböző légnyomású területek pedig a föld egyenlőtlen felmelegedésével alakulnak ki. Mérésére többféle mértékegységet használunk (m/s, km/h, szellő-szél-vihar, beaufort skála stb.). A szél irányát azzal az égtájjal jelöljük, amelyik irányból fúj.

A földre érkező napsugárzás egyenlőtlen eloszlása miatt jelentős nyomás különbség alakul ki az egyenlítő és a pólusok között. Ha a föld nem forogna, akkor egyetlen nagy légkörzési cella (Hadley cella) jönne létre (1.ábra). A levegő részecskékre hat a föld forgásából eredő Coriolis erő és a súrlódási erő, ezáltal 3 cellás modell alakul ki (2. ábra), ez a nagy földi légkörzés.

Mennyi energia nyerhető ki a szélből?
A levegő kinetikus energiája: Ekin = 1 / 2 × m × v2, ahol m: a levegő tömege, v: a levegő sebessége. A levegő tömege az adott felületen átáramló levegő mennyiségének és a fajsúlyának szorzata m = r × V ahol r: a levegő fajsúlya, V: a levegő térfogata. Az átáramló lebegő térfogata pedig a v sebességű szél t idő alatt megtett útjának és az érintett felületnek (A) a szorzata V = A× v × t. Ezek után a szél munkavégző képessége (Pszél): Ekin / t = Pszél = 1 / 2 × r × A × v3.

A szélből kinyerhető energia tehát a szél sebességének harmadik hatványával, a felülettel pedig egyenes arányban nő (kör keresztmetszet esetén a felület az átmérő négyzetével arányos : A = d2 × p / 4).

Példaként Magyarország 100 m talajfelszín feletti magasságig számított szélpotenciálja:

Magyarország területe: 93.000 km2, (93 ×109 m2) a levegő falsúlya: 1,23 kg / m3, átlagos szélsebesség: 3,5 m / s. Eszél = 1 / 2 × r × V × v2 = 1 / 2 × 1,23 × 93 × 109 × 100 × 3,52 = 70,06 × 1012 J = 70,06 PJ = 19,46 GWh. Ez a levegő tömeg kb. 5 naponta cserélődik ki az ország felett. Ha ezt az energiát lakossági villamosenergia áron számoljuk (43 Ft / kWh), akkor Magyarországon a szélben lévő elméleti energia értéke 5 naponta 836, azaz naponta 167 millió Ft.

Ez nem túl nagy érték, főleg ha figyelembe vesszük, hogy az elméleti szélpotenciál a teljes légtömeg összes energiájának hasznosítását jelenti.

Magyarország a Kárpát medencében fekszik, minden irányból magas hegyek veszik körül. Ez a földrajzi elhelyezkedés erős szélvédettséget jelent.

A mérsékelt övezeten át zajló meridionális hőcsere következménye, hogy az övezet szélirányai nem olyan stabilak, mint a trópusokon, vagy a sarkvidéki területeken.

Míg a passzát övezetben az esetek 70-80%-ában az uralkodó (leggyakoribb) szélirányból fúj a szél, addig a Kárpát-medencében ez az arány 15-35% max. Sokan úgy tudják, hogy Magyarországon a nyugati szél az uralkodó szélirány. Ehhez képest a valóság (3. ábra): Kisalföld: É-Ny-i, Alpokalja-Zala: É-i, Északi középhegység: a D-i kivételével minden irány jellemző, Tiszán túl: É-K-i.

A földfelszín közelében igen erősen érvényesül a súrlódási erő, ami a légtömegek sebességét csökkenti. Ebből következően minél magasabban mérünk, annál nagyobb szélsebességeket regisztrálunk. A szélsebesség és a magasság függését a Hellmann egyenlet írja le: v2 = v1 × (h2 / h1)a ahol v2 = 2-es magasságban mért szélsebesség, v1 = 1-es magasabban mért szélsebesség, h2 = 2-es magasság, h1 = 1-es magasság, a = felületi érdességtől függő kitevő.

Hogyan nyerhetünk ki energiát a szélből?

Közvetlenül kihasználva a szél tolóerejét, illetve a szél által előidézett aerodinamikai hatásokat. A vitorlás hajók, a szélmalmok, a repülőgépek, a vízhúzó szélgépek és a villamosenergia termelésére használt szélerőművek mind a szélenergiát hasznosítják. Ebben a cikkben elsősorban a villamosenergia termelésre használt szélgenerátorokat, azok működését és használhatóságukat kísérlem meg bemutatni.

A szélerőművek a szél vízszintes irányú mozgási energiáját alakítják át forgó mozgássá. A forgó mozgással pedig generátor segítségével villamosenergiát állítunk elő. A szélgenerátorok teljesítménye tehát a cikk elején ismertetett elméleti szélteljesítménynél (Pszél = 1 / 2 × r × A × v3) is kisebb. Albert Betz (német fizikus) 1919-ben bebizonyította, hogy a szélgenerátor teljesítmény maximumát akkor tudjuk elérni, ha a szélgenerátor előtti szélsebességnek 2/3-a a lapátokon áthaladó szélsebesség és a lapátok után mérhető szélsebesség pedig 1/3-a lapátok előtti szélsebességnek. Így a szélgenerátor elméleti maximális teljesítménye (a levezetéstől most eltekintenék): Pmax =16 / 27 × 1 / 2 × r × A2 × v13 (4. ábra). A 16 / 27 arány a szélgenerátor elméleti legnagyobb teljesítménye az szélből kinyerhető maximumhoz képet (ez kb. 59 %).

Ebben a megállapításban számos közelítés szerepel, pl. állandó levegő sűrűséggel számol, nem számol a levegő részecskék perdületével, a súrlódással. A valóságban jó esetben szélgenerátorokkal az elméleti szélteljesítmény 30%-a nyerhető ki.

Szélerőművek

A magyarországi szabályozás alapján 50 kVA teljesítmény határ a „bűvös szám”. A 2007. évi LXXXVI törvényt (VET) idézve:

7. § (1) Saját üzleti kockázatára – a (2) bekezdésben foglalt eltéréssel – bárki létesíthet új termelő kapacitást a jelen törvényben és a külön jogszabályokban meghatározottak szerint.
   (2) A villamosenergia-rendszer szabályozhatósága és biztonságos működése érdekében, valamint a műszakilag korlátozott lehetőségekre való tekintettel – a háztartási méretű kiserőművek és a villamosműhöz nem csatlakozó kiserőművek kivételével – szélerőművek, illetve szélerőmű parkok engedélyezése a Hivatal által – az átviteli rendszerirányító közreműködésével – külön jogszabályban meghatározott feltételek szerint meghirdetett pályázat alapján lehetséges.

3. § (24) Háztartási méretű kiserőmű: olyan, a kisfeszültségű hálózatra csatlakozó kiserőmű, melynek csatlakozási teljesítménye nem haladja meg az 50 kVA-t.

Az első szélerőművek telepítésekor a MAVIR meghatározta, hogy a magyar villamos energia rendszer 330 MW teljesítményű szélerőmű parkot nagy biztonsággal be tud fogadni a rendszer zavartatása nélkül. A 330 MW teljesítményre az engedélyek megszülettek, várhatóan 2009-re a teljes kapacitás megépül (további több mint 1000 MW teljesítményre van engedély kérelem benyújtva a Magyar Energia Hivatalhoz). 2008. július 13-ig működő szélerőműpark teljesítménye : 112,075 MW (forrás: Magyar Szélenergia Társaság www.mszet.hu).

További (50 kVA-nél nagyobb teljesítményű) szélerőművek hálózatra csatlakoztatása a 330 MW-al működő villamos energia rendszer vizsgálata után, a szükséges szabályozó erőművek (pl. szivattyús tározós) megépülése után várható.

Miért nem szereti a MAVIR a szélerőműveket?

Ez természetesen így nem igaz, a MAVIR is szereti a szélerőműveket, hiszen ők is tudják, hogy ez egy környezetbarát energia. Viszont vannak a működtetés során felmerülő olyan műszaki problémák, amelyek a villamos energia rendszer irányításában zavarokat okozhatnak.

Még mielőtt rátérnék a problémák felsorakoztatására, mindenki képzelje el úgy a villamos energia rendszert, mint egy vízzel teli hordót, amelybe olyan intenzitással kell tölteni a vizet, mint amilyen a vízelvét (magyarul a tartály vízszintje nem változhat). A töltő berendezések az erőművek, a vízelvételt produkálók pedig a fogyasztók. Könnyen belátható, hogy a sok betápláló és fogyasztó közötti összhangot egyetlen központi irányító központ képes hatékonyan kezelni. Ellenkező esetben a rendszer egyensúlya felborulna, ami áramszüneteket, vagy indokolatlan feszültség emelkedéseket okozna. Ezt az irányító szerepet látja el a MAVIR (Magyar Villamosenergia-ipari Rendszerirányító).

Most térhetünk rá a problémákra.

1. probléma: nem fúj a szél

Ez nem is olyan nagy probléma, hiszen ilyenkor a rendszerirányító más kapacitások bevonásával biztosítja a folyamatos villamos energia ellátást. A legnagyobb probléma, hogy a szél energiája helyett fosszilis tüzelőanyagokkal állítjuk elő a villamosenergiát.

2. probléma: fúj a szél

Ez már több problémát is tud jelenteni. A szél sebessége ugyanis nem egyenletes, melynek hatására a szélerőmű sem egyenletesen termeli az energiát. Ez a teljesítmény ingadozás instabil hálózati viszonyokat eredményezhet.

A szélgenerátor üzemzavarai is akkor jelentkeznek, amikor fúj a szél. Ilyenek pl.: változó szélirány esetén, a torony többször 360o-ot fordul körbe, a kábelek feltekerednek. Ilyenkor vészleállás következik be, ami hirtelen teljesítmény kiesést okoz a termelői oldalon. Hiba lehet pl. a torony túlzott kilengése, ami szintén vészleállást okoz. Zivataros időben sűrűn előfordulnak a hálózaton pillanatnyi áramszünetek (pl. villámcsapás hatására) ilyenkor a szélgenerátor úgy érzékeli, hogy a befogadó hálózat feszültsége nem stabil, ezért vészleállás következik be.

Szóval a MAVIR az induláskor, leálláskor és hirtelen szélsebesség változáskor jelentkező hálózati zavaroktól akarja megóvni a magyar villamosenergia rendszert, a fogyasztók biztonságos energia ellátása érdekében.

Háztartási méretű kiserőművek

Mint azt az előzőekben már leírtam, ezek korlátozás nélkül telepíthetők a hálózatra. Olyannyira, hogy megszületett a VET módosítása is annak érdekében, hogy ezek a kiserőművek egyre inkább elterjedjenek:

2008. évi XL törvény (GET) 152.§

(12) A VET 116. §-ának (3) bekezdése helyébe a következő rendelkezés lép:
„(3) Nem kell a Hatóság 115. §-ban meghatározott engedélyét kérni
       a) az 50 kVA-nál nem nagyobb névleges teljesítőképességű kiserőmű építéséhez,
     b) A 0,5 MW-nál nem nagyobb névleges teljesítőképességű kiserőmű építéséhez, ha az nem csatlakozik villamosműhöz,

Fenti törvény módosítástól függetlenül figyelembe kell venni az 1997 évi LXXVIII törvény (építési törvény) és a hozzá tartozó 37/2007 (XII.23.) ÖTM rendelet előírásait, ami meghatározza az építési engedélyhez kötött, bejelentési kötelezettség alá eső és nem építési engedély és nem bejelentés köteles építési tevékenységeket (az oszlop állítása építési engedély köteles tevékenység). Ezzel egyet lehet érteni, hiszen egy több tíz, akár több száz kiló tömegű testet 10-30 m magasságban elhelyezni nem kis felelősséggel jár.

Hol és hogyan érdemes háztartási méretű szélerőművet telepíteni?

Hajlamosak vagyunk nagyon sokszor azt mondani, hogy nálunk mindig fúj a szél. Ami persze biztosan igaz is, csak nem mindegy, hogy mekkora szél. Az 5. ábrán az Országos Meteorológiai Szolgálat Budapest, pestlőrinci meteorológiai állomásán 10 m magasságban regisztrált adatok a szélsebességek gyakoriságát mutatja (nem túl biztató, bár a 10m magasság és a városi terepviszonyok erősen befolyásolják a mérést).

A telepítéskor az első és legfontosabb szempont, hogy a telepítés helyén ne legyenek olyan terepviszonyok, amik akadályozzák a szél útját (pl. hegyekkel körbevett völgy). Vannak olyan terepviszonyok, amelyek viszont a szél sebességét (ezzel együtt az energia kihozatalt) növelik (6. ábra).

A szélerőművünket lehetőleg homogén szélnek tegyük ki. Ez annyit jelent, hogy a szél akadálytalanul tudjon áthaladni a lapátok közt, ne érje semmiféle turbulencia (7. ábra). Emlékezzünk: a szélsebesség 3. hatványával növekszik a kivehető energia és a homogén szél biztosítja a legnagyobb sebességet! Az energia nyereség mellett fontos szempont, hogy a turbulencia rázkódást okoz a lapátokon, ami a csapágyazás tönkremenetelét okozhatja.

A szélerőművek indítási szélsebessége 2,5 – 3 m/s (nézzük meg ismét az 5. ábrát!). Sajnos a magyarországi szélviszonyok olyanok, hogy a leggyakoribb szélsebességek ezen indítási sebesség alá esnek (magasabban nagyobb szélsebességek érhetők el). Ezért fontos tudni, hogy a „nálunk mindig fúj a szél” mekkora szélsebességgel társul.

A szélerőműveknek van hangkibocsátása. Minden gyártónak rendelkeznie kell egy zajkibocsátási mérési jegyzőkönyvvel, amiből a távolság függvényében meghatározható a berendezés zajszintje. A zaj miatt érdemes nem a ház falához, vagy gerendázatához rögzíteni (a rezgés átterjed a falakra és a tető szerkezetre, ami felerősítheti azt és kellemetlen érzést okozhat a házban lakóknak).

Idővel a bogarak maradványait célszerű eltávolítani a lapátokról, mert azok is rezonanciát (csapágy romlást) és megnövekedett hanghatást okoznak.

Célszerű legalább 2 évente karbantartást végezni a berendezésen, ezzel jelentősen megnövelhetjük a szélgenerátorunk élettartamát.

Milyen szélerőművet érdemes telepíteni?

A generátor tengely helyzete alapján megkülönböztetünk vízszintes és függőleges tengelyű szélerőműveket. A kettő közül mindegy, hogy melyiket választjuk, az a lényeg, hogy a fennt részletezett terepviszonyokat vegyük figyelembe, mert ellenkező esetben sok bosszúságban lesz részünk. Sokan azt gondolják, hogy a függőleges tengelyű szélerőműveket nem kell magasra telepíteni. Nyílt terepen valóban nem, egyébként a fizika törvényei ugyanúgy hatnak a függőleges tengelyű szélerőműre is mint a vízszintes tengelyűre. A függőleges tengelyű szélgenerátorok függetlenek a széliránytól, míg a vízszintes tengelyűek szélirányfüggőek. Ez a hátrány viszont az önbeállás miatt gyakorlatilag nem létezik.

Mielőtt megvásároljuk a szélerőművünket, feltétlenül járjunk utána a helyi építési hatóságnál az oszlop állítás követelményeinek!

Ellenőrizzük le az indítási szélsebességet (sajnos ezt csak a gyári adatok alapján tehetjük). Nagyon sok olyan szélgenerátort vásárolnak, amelynek magas az indítási szélsebessége. Ez pedig viszonylag alacsonyra telepítve nagyon kevés energiát fog termelni.

Ha van a közelben villamos hálózat, akkor feltétlenül a hálózatra tápláló rendszer javasolt. Ugyanis az áramszolgáltatók kötelesek átvenni a háztartási méretű kiserőműben megtermelt áramot és szaldó elszámolást alkalmazni (273/2007 (X.19.) Korm. rendelet 4.§, 5.§). Ez röviden annyit jelent, hogy ha a szélgenerátorom több energiát termel, mint a házam fogyasztása, akkor a felesleg a hálózatba táplálódik, amit az áramszolgáltató ugyanazon az áron vásárol meg, mint amennyiért a fogyasztó vásárolja a villamosenergiát. Amikor pedig nem fúj a szél, akkor a betáplált energiát elhasználhatom (ezzel gyakorlatilag a hálózatot használtam akkumulátorként). Ezzel a módszerrel minden egyes megtermelt kWh hasznosítható, míg akkumulátoros üzemről ez nem mondható el.

A hálózatos üzem további előnye, hogy bármekkora teljesítményű berendezést üzemeltethetek, sem az erőművemben, sem a hálózatban kárt nem tudok okozni és a berendezésem is biztosan működni fog (kivéve, ha a kismegszakítóim sem bírják már a túlterhelést).

Jó tudni: ha nincs a szélerőműnek CE, vagy KERMI minősítése, nem kapcsolható a villamos hálózatra!


Ha nincs a közelben villamos hálózat, akkor kizárólag akkumulátoros üzem a járható. Ilyenkor pontosan fel kell mérni az energia igényt. Ez abból áll, hogy meg kell határozni, hogy mekkora teljesítményű fogyasztók mennyi ideig fognak működni.

Ha ez az adat ismert, akkor meghatározható az inverter (olyan átalakító, amely az akkumulátorok egyenáramából 230 V-os 50 Hz-es váltakozó áramot „készít”) teljesítménye és a szükséges akkumulátorok kapacitása. Az akkumulátorok kapacitásának meghatározásánál figyelembe kell venni a téli kisebb tároló kapacitást, valamint azt, hogy legalább 20% töltöttségi szintet tartani kell, mert ellenkező esetben az akkumulátorok idő előtt tönkre mennek.

A szükséges akkumulátor kapacitás ismeretében határozhatjuk meg azt a töltő teljesítményt, amivel az akkumulátorokat fel tudjuk tölteni. Ebben az esetben a legfontosabb a helyi szélviszonyok ismerte, mert az indítási szélsebesség közelében a nagy teljesítményű szélgenerátorok leadott teljesítménye is igen alacsony.

Laczó Pál
2008. július 12.