Tudástár

Napelemes rendszerek tudástára

A napelemes rendszer legnagyobb előnye, hogy az „üzemanyaga” a Nap, ami mindig süt és mindig sütni fog. Éppen ezért a solar technológia által megtermelt elektromos áram egyszeri beruházási költség mellett folyamatosan biztosítja az épület / létesítmény elektromos ellátását vagy az elektromos rendszerre való rásegítést úgy és oly módon, hogy nem vagyunk kiszolgáltatva az energia árak folyamatos növekedésének, a folyamatosan változó gazdasági helyzet indukálta negatív hatásoknak.

Villamosenergiára mindig szükség lesz és egyre többet kell fizetnünk érte. A napelemes rendszerrel termelt villamosenergia költsége azonban nem növekszik. A napelemes rendszereket hosszútávra, 25-30 évre tervezzük,ezért a létbiztonságot is növeli a számlák csökkentése révén. Karbantartási költsége minimális, ugyanis nincsenek mozgó alkatrészek. 30 év alatt bármely energiát használó- vagy termelő rendszer karbantartásának költsége nagyságrendekkel nagyobb. Megtérülése garantált, ezért a napelemes rendszer kiváló közép- és hosszú távú befektetés.

1. Hogyan épül fel egy napelemes rendszer?

A napelemes rendszereknek két általánosan elterjedt változata van. A sziget üzemű, valamint a hálózatra tápláló rendszer. Utóbbi előnye, hogy nem szükségesek drága, karbantartást igénylő akkumulátorok, ezért jóval kedvezőbb a megtérülése.

1.1 A sziget üzemű rendszer:

Sziget üzemű rendszert akkor érdemes építeni, ha nincs lehetőség közcélú elektromos elosztóhálózathoz csatlakozni. A sziget üzemű napelemes rendszer kiválóan alkalmas elszigetelt nyaralók, tanyák, erdei házak energiaellátására.

A sziget üzemű rendszer esetében a napelemek által termelt villamosenergia egy töltő egységen keresztül biztosítja az akkumulátor(ok) folyamatos töltését. Az akkumulátorhoz csatlakozik egy inverter (áram átalakító), mely előállítja a hálózattal egyenértékű 230V hálózati feszültséget.

A rendszer nyáron többet, télen kevesebbet termel, azonban télen is működik és biztosít némi (a nyári termeléshez viszonyítva ötöde) energiát.

1.2 Hálózatra tápláló rendszer:

A hálózatra tápláló rendszer napelemeivel megtermelt energia a DC szekrényen, az inverteren, majd az AC szekrényen keresztül az épület elektromos rendszerébe (mérő utáni főelosztóba) jut. A közcélú villamos elosztóhálózattal együttműködő rendszer legnagyobb előnye, hogy nem szükséges hagyományos akkumulátor, mivel ezt a funkciót a villamos energiaszolgáltató biztosítja. Ha mi nem használjuk el a megtermelt energiát (például nappal), az ad-vesz mérőórán át kijut a villamos elosztóhálózatra, így valaki biztosan elhasználja. Ha kevesebbet termelünk, mint fogyasztunk (például éjszaka), a szolgáltató elektromos hálózata éppúgy biztosítja elektromos energia igényünket, mint a rendszer telepítése előtt.

Lehetőségünk van szaldó elszámolásra. Ekkor nincs jelentősége a betáplált és az elfogyasztott energia mennyiségének, csak a különbözet számít. Ha a különbözet pozitív, mi fizetünk, ha a különbözet negatív, a szolgáltató fizet nekünk! Jelenleg a szolgáltató a 23 Ft / kWh-át fizet. (Így sajnos nem érdemes fogyasztásunknál nagyobb termelést biztosító rendszert építeni. Éves elszámolást választva akár télen, éjszaka is elhasználhatjuk a nyáron, nappal megtermelt energiát.

2. Hogyan működnek a napelemek és mi a különbség közöttük?

A napelemek a fény energiáját közvetlenül egyenárammá alakítják át és bár sokféle napelem konstrukció létezik, a működési elvük minden esetben megegyezik.

A legelterjedtebbek közé tartozik a Mono-crystalline, a Poly-crystalline, a Thin film-Amorf Cadmium Telluride és a Thin film-Amorf szilícium. Alapvetően két technológiát különböztetünk meg:

2.1 A cellás felépítésű modulok:

A fenti napelemek közül a mono cella hatásfoka a legjobb, ezt követi a poly cella, nem jelentős lemaradással. A képen is jól megfigyelhető, hogy a mono cellák sarkai mindig hiányoznak (hengerből gyártják), ezáltal a kész modul aktív és passzív területeinek aránya rosszabb, mint a poly cellából készült modulnál. Ez a két hatás ellentétes, eredményképp az azonos kategóriájú, cellás felépítésű modulok hatásfoka és hozama között legtöbbször nincs különbség. Egy komoly különbség azonban van a mono és a poly cellákból felépülő modulok között.

A mono moduloknál szinte nincs jelentősége a gyártónak, egyetlen technológia van az egész világon. Különbözhet hatásfokra, áram-feszültség arányra, azaz nagy cellák: nagyobb áram, kisebb feszültség; kis cellák: kisebb áram, nagyobb feszültség. (Az utóbbi előnyösebb háztartási méretekben) További különbség lehet még néhány apróságban (üvegfajta, alukeret, csatlakozó), de a hozamra és az élettartamra jelentős hatással nincsenek ezek a különbségek.

A poly moduloknál ezzel ellentétben nagy jelentősége van a gyártónak, mert a nem megfelelő gyártó moduljaiban a kristályrács határokon elrepedhet a cella. Egy rossz példa a cellán belüli egykristály területek (foltok) különböző aktivitásáról, mely a modul garantált tönkremeneteléhez vezetett-vezet:

A hosszú távon megbízhatóan működő rendszerekhez ezért mono modulokat javaslunk.

2.2 A vékonyréteg modulok:

A vékonyréteg moduloknál az aktív anyagot (napelemet) gőzöléssel viszik fel közvetlenül a hordozó felületre. A „fekete” és a „vörösesbarna” modulok hatásfoka egyaránt 7 - 9 % körüli. Kis hatásfoka miatt nagy a helyigénye, ezért jóval több rögzítő rendszer és telepítési munka szükséges, valamint élettartama messze elmarad a kristályos modulokétól. Egyetlen előnye, hogy szórt fényben, illetve nem ideális tájolás esetén 2-3%-kal, azaz kis mértékben jobban teljesít. Az egyetlen kedvező és több kedvezőtlen tulajdonságát mérlegelve nem ajánljuk.

3. Mit jelent a modulnál a kWp?

Célja a különböző gyártók különböző moduljainak összehasonlíthatósága. Valójában azonos körülmények melletti teljesítménymérés eredménye. A kWp (kilowatt peak) jelentősége az éves energiatermelés meghatározásában van, nem a rendszer legnagyobb teljesítményét jelöli. A rendszer ennél többet is tudhat. Magyarországon általában a hozamcsúcs a telepített kWp 85%-át éri el. Érdekesség, hogy a rendszer csúcsteljesítményét télen éri el. Ennek oka, hogy a moduloknak igen jelentős a hőmérséklet együtthatója.

A szabványos, mérési paraméterek:

• A napelem hőmérséklete: 25°C
• A fény intenzitása: 1000W/m2
• A fény spektruma : 1,5 AM-el egyenértékű

A fény intenzitása (ereje) Magyarországon általában 850 W/m2. Az AM azt takarja, hogy a napfény a függőlegeshez képest mekkora légkörön hatol át. 1,5AM-nél a napfény nem felülről, hanem lentebbi pályáról érkezik, és „1,5 légkörön hatol át”.

4.1 Hatásfok:

A hatásfok az előbbiekben ismertetett 1000W / m2 beérkező teljesítmény és az 1 m2-en leadott villamos teljesítmény hányadosa. Amennyiben egy modul 14,7% hatásfokú, négyzetméterenként 147Wp (watt peak) villamos energiát szolgáltat. Sok gyártó sajnos nem a valós adatokat adja meg. A legelterjedtebb módszerük, hogy az alumínium keret nélküli területtel számolnak. Találkoztunk már olyan gyártóval is, aki az aktív felülettel számolt. (azaz a cellák hatásfokát adták meg) Ne hagyjuk magunkat megtéveszteni, ragadjunk számológépet és számítsuk ki magunk a hatásfokot.

Példánkban vegyünk egy 190Wp-s modul, mely külső mérete alumíniumkerettel 1.580m * 0.808m.

Hatásfok ekkor: 190 [Wp] / ( 1000 [W/ m2] * 1,580 [m] * 0.808 [m]) = 0,1488 -> 14,88%

4.2 A hatásfok jelentősége:

A hatásfok megmutatja az adott modul technológiai fejlettségét, valamint meghatározza az egységnyi területen termelhető villamos energiát. Általában egy épület tetejének (napelemes rendszer telepítésére alkalmas) felülete nagyobb fogyasztás kiváltása csak magas hatásfokú napelem használatával biztosítható. Nagy fogyasztást eredményezhetnek luxusberendezések (szauna, medence, etc.) vagy hőszivattyúval fűtött épület. Ma már lehetséges nyáron megtermelt villamosenergiával télen fűteni.

5. Mi az inverter és mi a feladata?

A napelemek egyenfeszültséget és egyenáramot állítanak elő, mely jellemzői nagymértékben függenek a modulok típusától és kötésétől, valamint a környezeti viszonyoktól. A közcélú elosztóhálózat 230V váltakozó feszültség. A kettő közötti átalakítást végzi a hálózatra tápláló inverter.

Az invertereket két nagy csoportra oszthatjuk. Első csoport a leválasztott, melyben a leválasztást transzformátor végzi. A másik csoport nem tartalmaz leválasztást, azaz transzformátor nélküli (általában az inverter típusában ezt a TL jelöli). Mindkét konstrukciónak megvannak az előnyei, és a hátrányai. A transzformátornak vannak veszteségei, ezért a TL inverterek hatásfoka 1-2%-al jobb. Hátránya, hogy a teljes napelem mezőn „kint van” a hálózati feszültség, ráadásul nagyfrekvenciával lebeg az egész mező. Sokak szerint az ilyen mező környezete káros az emberre, azonban erre nincs bizonyíték. A leválasztott inverterek esetén a DC oldal (azaz a napelem mező) galvanikusan nem kapcsolódik a hálózathoz, „nincs kint” a mezőn a hálózat, nem lebeg nagyfrekvenciásan. Biztonsági szempontból ezért a leválasztott inverterek valamivel jobbak.

Közcélú hálózatra csak magyarországi rendszerengedéllyel rendelkező inverter csatlakoztatható.

6. Hogyan érdemes tájolni?

Éves átlagban Magyarországon a déli tájolású, 35° lejtéssel szerelt modulok termelik a legtöbb energiát. Az optimálistól való kismértékű eltérés hozamvesztesége nem jelentős. A DNY és DK tájolás között, 10° és 45° közötti hajlásszög esetén a hozam az optimálishoz képest 95% felett marad.

Készítettünk egy modellt, mely Dunaújváros (az ország közepe) területén megmutatja 1kWp rendszer éves energiahozamát kWh-ban, a tájolás és lejtés függvényében. Az ábrán az áttekinthetőség végett polárkoordináta-rendszert alkalmaztunk. Az ábra közepén a vízszintes lejtésű elhelyezés hozama látható. Ahogy haladunk a szélek felé, úgy nő a modulok lejtése. Az ábra peremén a függőlegesen elhelyezett modulok hozama olvasható le.

Az országon belül a fenti ábrához képest, a hozamban 5-7%-os eltérés lehetséges. Az alábbi ábra az optimálisan elhelyezett modulok hozamát mutatja.



Sziget üzemű rendszereknél a téli hónapok a kritikusabbak, ugyanis ekkor a nyárhoz képest ötöde- hatoda az átlagos termelés. A téli alacsonyabb napjárás miatt ezért sziget üzemű rendszereknél a déli tájolás és 60°-os lejtés javasolt.

7. Mekkora rendszer szükséges?

A rendszer méretét két paraméter korlátozza. Az egyik a pénztárcánk, a másik az éves fogyasztásunk. Az alacsony átvételi ár miatt nem érdemes többet termelnünk, mint a fogyasztásunk. A rendszer pontos méretét csak a helyi adottságok pontos ismeretében számolhatjuk ki, a számítás bonyolult. A fogyasztásunk kiváltásához szükséges rendszer meghatározására van egy egyszerű ökölszabály is, mely jó közelítést adhat. Megnézzük az utolsó villanyszámlán, hogy hány kWh-t fizetünk havonta. Ezt a számot megszorozzuk 12-vel, (azaz az éves fogyasztásunkat számoljuk ki), és már meg is kaptuk a rendszer méretét. Nézzünk egy példát:

A havi számlán A1 díjszabásban 275kWh szerepel. Ekkor az éves fogyasztásunk 275x12, azaz 3300kWh. A szükséges rendszer ebből adódóan kb. 3300Wp.

8. Beruházási költség:

Általánosságban nehéz meghatározni a beruházási költségeket. Pontos kalkulációt csak az igények és a helyszín pontos ismerete alapján lehet készíteni. Több tényező is van, melyek jelentősen befolyásolják az árakat. Ilyen például az inverter és a modulok fajtája és típusa, illetve a telepítés helyszíne és módja, valamint a távolságok. Egy átlagos családi ház esetén 1,5 – 5 kWp nagyságrendben az alábbiak alapján alakulnak a nettó költségek.

• A fix költségek kb. 200 ezer Ft
• Az arányos költségek 400-500 ezer Ft / kWp

A fix költségek tartalmazzák a kötelező DC és AC kapcsolószekrényeket és azok elemeit, valamint az engedélyeztetési eljárást. Ezen költségekben 1-5 kWp nagyságrendben szinte nincs különbség.

Az arányos költségek tartalmazzák a legnagyobb költséget jelentő napelemeket, invertert, modulrögzítő-rendszert, valamint a munkadíjat.

Minél nagyobb egy rendszer, annál kisebb a fix költségek aránya, ezáltal a rendszer 1 kWp-re vonatkoztatott ára. (a teljesítmény növekedésével az arányos költségek is valamelyest csökkennek, például egy kétszer akkora inverter csak másfélszer annyiba kerül)

9. Mennyi idő alatt térül meg a beruházás?

A megtérülés függ a várható hozamtól, valamint a beruházási költségtől. Megtérülési határnál a két oldal egyenlő. A hozamot csökkenti a helytelen telepítés, árnyékolás, nem megfelelő tájolás; éppen ezért kiemelt fontosságú a szakszerű tervezés és rendszertelepítés. A beruházási költség legfőképp a termékek minőségétől, a rendszer méretétől, valamint az elhelyezés helyszínétől (ferde tető, lapos tető, házfal, szabadon álló, forgatóra szerelve, stb.) függ. Ma egy átlagos családi méretű napelemes rendszer megtérülésii ideje 10 év környékére tehető.

10. Mekkora a rendszer helyigénye?

A rendszer felületének kiszámításhoz ideális tájolású tető esetén csak a napelemek m2-kénti teljesítménye szükséges. Általában 140-150Wp közötti, ezért a példánkban vegyük 145Wp-nek. 3,2kWp telepítéséhez ekkor:



A szükséges felületet kis mértékben növeli a rögzítés is, mivel a modulok között 2cm hézag elengedhetetlen. Általában a modulokat tetősíkban helyezzük el. A tartószerkezetnek 160km/órás szélnek is ellen kell állnia, ezért a tetősíktól eltérő rögzítés nehézkes, drága. Az ideálistól jelentősen eltérő tetőszegmensen is olcsóbb, szebb, és jobb megoldás egy-két plusz modult felszerelni. Kivétel a földre telepített és a lapos tetőn elhelyezett modulok, ahol elengedhetetlen a síktól való eltérés. A fentebbi képletből adódó szükséges felület vízszintes terület esetén nagyságrendre kétszeres.

Co2 kibocsájtás:

1kWh elektromos áram előállítása közben átlagosan 365g Co2 keletkezik. Ha figyelembe vesszük a napelemes rendszer elemei gyártásához felhasznált energiát, egy napelemes rendszer 1kWh elektromos áram előállításának mellékterméke 29g Co2. Ez bár nem nulla, jóval kevesebb…