Napelemről műszaki szemmel

Napelem műszaki szemmel

A Napelemek működésének sajátosságai

Napelem panelMegjegyzés: Mivel Magyarországon elsősorban Si-kristályos napelemek terjedtek el, amelyek jellemzően un. hálózatba visszatápláló rendszerként működnek, ezért elsősorban erre vonatkozóak a leírtak.

A laikus felhasználó gyakran összekeveri a napelemes rendszer működésével, teljesítményével, termelésével kapcsolatos fogalmakat, amelyeket szeretnék az alábbiakban érthetőbbé tenni.

A napelem, vagy más néven fotovoltatikus elem, mint ahogyan a nevében is benne van, fény hatására termel villamos energiát. Minél nagyobb ennek a fénynek a mennyisége, a napelem annál több energiát képes termelni.

A napelem panelnek egyik jellemző adata a névleges teljesítménye. Ezt a teljesítményt laboratóriumi körülmények között, adott hőmérsékleten, megadott egységű fénymennyiségnél adja meg a gyártó. Egy napelemes rendszer teljesítményének megadásánál az elhelyezésre kerülő napelemek névleges összteljesítményét adják meg. (Például egy panel névleges teljesítménye 245Wp, akkor egy 20 db napelemből álló egységet 4,9kWp-os rendszerként szoktak említeni.) Egy napelem a névleges teljesítményét azonban csak a legritkább esetben képes leadni, azt is csak rövid ideig, mivel a valós teljesítményét több tényező is befolyásolja.

Ezek közé tartoznak a felhasználó által jól, kevésbé, vagy egyáltalán nem érzékelhető hatások, melyek többek között a következők lehetnek:

  • Jól észrevehető hatás az árnyékoltság. Ezt előidézheti maga az időjárás (pld. felhőzet, hó), de létrejöhet tárgyak által (fa, egyéb növényzet, szomszéd épület, villámhárító stb.), ami okozhat részleges, illetve teljes árnyékoltságot is. Az időjárás által befolyásolt fénymennyiség csökkenésének függvényében csökken a pillanatnyi leadott teljesítmény. A tárgyak által történő árnyékoltságnál látványosabbá válhat a teljesítményesés. Ebben az esetben ugyanis elegendő, hogy akár csak egy tábla kerül részlegesen árnyékba (akár egy antenna, vagy egy kémény által) és ugyan a többi napelemet süti a nap, a leadott teljesítmény mégis jelentősen lecsökken. Ez egy fizikai törvénynek köszönhető: Egy napelem tábla több napelem cellából épül fel. A napelem táblán belül a napelem cellák és maguk a napelem táblák is sorba, un. stringbe vannak kötve. A rendszeren átfolyó áram erőssége – ezáltal leadott teljesítménye – mindig a leggyengébben termelő (beárnyékolt) cellához fog igazodik, így itt is érvényesül, hogy “a rendszer működését a leggyengébb láncszem határozza meg”! A tárgyak okozta árnyékoltság csökkenthető, illetve elkerülhető a gondos tervezéssel, valamint az árnyékot okozó tényező megszűntetésével (pld. használaton kívüli kémény elbontásával, antenna áthelyezésével, növényzet megritkításával, visszavágásával stb.).
  • Légköri szennyeződés és pára. A fentiekhez hasonlóan árnyékoló hatása van a következőknek, de ezek kevésbé érzékelhetőek: a légkörben lévő lebegő anyagok, mint a köd, pára, por, vagy akár a szmog. Ezek hatása általában csekély, de előfordulhat, hogy felhőtlen, de magas páratartalmú időben a teljesítmény alacsonyabb lesz a vártnál.
  • Nem látható, de jelentős teljesítménycsökkentő hatása van a napelem táblák felmelegedésének. Napsugárzás hatására a napelemek a környezeti hőmérséklettől jelentősebb mértékben képesek felmelegedni, amelynek értéke nyári melegben eléri, sőt meg is haladhatja a 60-80°C-t! Minden napelem adatlapján szerepel az úgynevezett hőmérsékleti együttható, amely azt mutatja meg, hogy 1°C emelkedésével a nominális, 25 C fokos teljesítményéhez képest mennyivel csökken a napelem leadott teljesítménye. Általában ez az érték típustól függően 0,35-0,55%/°C között lehet. Ez egy 0,5%/°C hő tényezőjű, 80°C cellahőmérsékletű rendszernél 55*0,5=27,5%-os teljesítménycsökkenéshez vezethet. Tehát egy 5 kWp névleges teljesítményű rendszernél ebben az esetben a leadott teljesítmény maximum 3,6 kW. Itt azért felhívnám mindenki figyelmét, hogy TILOS a táblákat mesterségesen (pld. locsolással) hűteni, mivel a hirtelen hőingadozás miatt a napelem megsérülhet, vagy akár tönkre is mehet!

A fent leírt működési elv érvényes mind az egyszerűbb olcsó-, mint a prémium kategóriás drágább napelemekre is, amelyek adott körülmények között hasonlóan viselkednek. Amiben viszont lényegesen eltérnek egymástól, az a hozam és az üzembiztonság, de erről majd később.

Az inverter

InverterA napelem rendszer másik fontos eleme az inverter. Ez a berendezés alakítja át a napelemektől érkező villamos energiát oly módon, hogy azt a hálózatba vissza lehessen táplálni. Mivel ennek az eszköznek fontos specifikációknak kell megfelelnie, ezért ezt csak a területi elektromos szolgáltató által bemért és elfogadott berendezések listájából szabad kiválasztani. Az inverter jellemző tulajdonsága a kimenő teljesítmény, amelyet a készülék képes tartósan biztosítani.

A mai modern inverterek általában 90-97%-os hatásfokkal tudnak működni, és ha figyelembe vesszük a kábelveszteségeket is, a veszteség akkor sem több mint 10-15%.

A fentiekben leírt veszteségek, valamint beruházási költséghatékonyság végett elegendő az invertert a napelemek névleges teljesítményének 85-90%-ra méretezni. Amennyiben ebben a méretben nem szerezhető be inverter, akkor mindig a hozzá legközelebb álló – méretezési specifikációnak megfelelő – nagyobb méretű invertert kell alkalmazni. (pld. egy 4,2-4,6kWp rendszerhez elegendő egy 4kW-os inverter).

Mivel a napelem pillanatnyi teljesítményére sok környezeti tényező hatással van, ami a felhasználónak komoly fejtörést okozhat egy megfelelő rendszer kiválasztásánál, ezért a fent leírtak kizárólag a méretezéshez adnak támpontot, ez pedig amúgy is a tervező feladata.

A felhasználónak a megfelelő működésen és megbízhatóságon felül a megtérülés szempontjából fontos információ a hozam, azaz villamos energiatermelés, amiből egyszerűen kiszámolható, hogy adott évben a napelemes rendszer a villanyszámlából mekkora összeget spórolt meg.

A termelési adat az átlagos magyarországi napos órák számából (2000-2200h/év) a tájolásból, napelem típusból jó közelítéssel kalkulálható. A hozam mértéke napelem típustól függően változik, a jobb minőségű és a gyengébb minőségű panelek közötti eltérés elérheti a 15-25%-t is. Általában elmondható, hogy a hazánkban forgalomba kerülő napelemek közül jellemzően az olcsó (kínai) napelemek többsége gyengébben teljesít, mint a márkásabb (német, japán stb.) társai.

Természetesen léteznek jó, megbízható minőségű kínai napelemek is, de a hazánkat elárasztó kínai termékeken egy laikus nem képes eligazodni. A napelemes rendszereknél is elmondható, hogy az alacsonyabb árú napelemek általában alacsonyabb értéket is képviselnek, melyek hosszútávon jóval kevésbé kifizetődőbbek, mint a magasabb árat képviselő minőségi táblák.

A legolcsóbb rendszereket érdemes fenntartással kezelni, mert a kedvező árú kínai panelek többsége nemcsak elektromos jellemzőitől, hanem mechanikai tulajdonságaitól, összeszerelési minőségüktől és élettartamuktól is elmaradnak a nívósabb napelemektől. Így ezeknél a rendszereknél jóval gyakrabban tapasztalható gyártási hiba, valamint alakul ki idővel egyéb probléma (cellarepedés, Hot Spot, táblavetemedés stb.), ami a jelentős termeléseséstől a teljes rendszer tönkremeneteléhez is vezethet, de szélsőséges esetben akár tüzet is okozhat. Emiatt gyakran előfordul, hogy a kedvező kezdeti árat néhány év után gyakran felváltja a bosszúság és az esetlegesen – gyenge minőségű rendszereket kínáló, ezáltal megsokasodott reklamációk miatt – eltűnő vállalkozó előkerítése.

Az olcsóbb napelem panelek másik problémája a nagyobb gyártási szórás. Ha a különböző, elméletileg azonos panelek egymástól való eltérése nagyobb, akkor itt is érvényesül a leggyengébb láncszem elve. Az egész napelem rendszer teljesítményét a leggyengébb panel teljesítménye fogja vissza. (Ha egy napelem panel gyártója pl. ±3% tűréssel dolgozik, akkor egy elméletileg 250W-os panel lehet 242,5W és 257,5W teljesítményű is.)

Összegezve: érdemes egy kellően megtervezett, megfelelően méretezett és telepített, jó minőségű napelemes rendszerben gondolkodni, amely hosszú távon sem fog meglepetést okozni.

Mivel egy nagy értékű beruházásról van szó, minden esetben célszerű referenciá(ka)t kérni, ezáltal magáról a működő rendszerről, valamint a telepítést végzőről is megfelelő információk tudhatók meg.