e-villamos online szaklap

Napelemes rendszerek

| | |  0 | |

A napelem-technológia összefoglalása, múltja, jelene és lehetséges jövője. Mire kell odafigyelni vásárláskor, tervezéskor, telepítéskor és használat közben.

Történet:
- Bell Laboratories, 1954: kifejlesztették az elsõ napcellát félvezetõ eszközök selejtjeibõl
- Beindult a napelem-célú gyártás
 -A 80-as években megindult a napelemek lakossági felhasználása
- A tömeggyártás miatt a gyártási költségek csökkennek, így az ár is csökken
- A 90-es években robbanásszerû fejlõdés a hálózati visszatáplálás eredményeként

Napelemek mûködése
A napelemek mûködésének alapja, hogy a fénysugárzás fotonjai kimozdítják a félvezetõ elektronjait a kötéseikbõl, így elektron-lyuk párok keletkeznek, ezt az elektrontöbbletet pedig elektromos vezetõkkel lehet a napelem felületérõl elvezetni a fogyasztókhoz vagy az akkumulátorokhoz.
Az elektron-lyuk párok szétválasztása három alapvetõ módon történik:
- Azonos félvezetõanyag eltérõ szennyezésével kialakított rétegekkel
- Eltérõ anyagú félvezetõ rétegekkel
- Fém és félvezetõ rétegeivel


Egy cella körülbelül 0,5 V-ot tud elõállítani,
- sorbakötés: magasabb feszültség
- párhuzamos: összeadódnak az áramok

Napelemtípusok:

kristályos, vékonyréteg

monokristály


polykristály


cella


A-Si, Cd-Te, CIGS stb.

Vékonyréteg-technológia
A vékonyréteg napelemek kb. két évtizedes múltra tekinthetnek vissza. Ezek a napelemek úgy készülnek, hogy egy hordozóra (ami lehet üveglap, fém- vagy mûanyagfólia), visznek fel úgy félvezetõ rétegeket, hogy azokból kialakuljanak a szükséges p-n átmenetek, és azok úgy kapcsolódjanak egymáshoz, hogy kiadják a megfelelõ feszültséget és áramerõsséget. Vannak egy-, ill. többátmenetes modulok, ilyenkor a p-n átmenetek számáról beszélünk.


Elõnyei:
- Olcsóbb a kristályos technológiáknál
- Kevesebb anyag szükséges hozzá
- Szélesebb fényspektrumot hasznosít
- Szórt fényben is produkál energiát
- Könnyen készíthetõk hajlékony napelemek
- Homogén felületû
- Könnyen készíthetõk különbözõ mértékben átlátszó panelek
- Kevésbé érzékeny a hõmérsékletre

Hátrányai:
- Gyorsabb degradáció (teljesítménycsökkenés)
- Kisebb hatásfok, nagyobb felületigény
- Kiviteltõl függõen telepítéskor sérülékenyebb lehet

Jellemzõ típusai:
- Amorf szilícium (a-Si) – talán ez a legelterjedtebb
- Kadmium-tellurid (Cd-Te) – a kadmium mérgezõ! Veszélyes hulladék
- CIS, CIGS – kísérleti fázis, ígéretes, mert ötvözné a két technológia elõnyeit

Kristályos technológia
- Kiforrott, régi technológia
- Kipróbált, garantáltan hosszú élettartam
- Magas hatásfok
Monokristály
Polykristály
- Legmagasabb hatásfok
- Legkisebb felületigény
- Legmagasabb ár
- Magas hatásfok
- Közepes felületigény
- Legjobb ár/teljesítmény arány

Fejlesztések
- mûanyagalapú napelemek

- organikus napelemek (algák stb.)

- koncentrátorok

Napelemek fontos adatai
- Névleges teljesítmény: wattban, 25 °C, 1000 W/m2 napsütésnél
- Üresjárási feszültség: voltban, 25 °C, 1000 W/m2 napsütésnél
- Rövidzárási áram: amperben, 25 °C, 1000 W/m2 napsütésnél
- Hatásfok: %-ban
- Degradáció: az évek során mennyivel csökken a termelt energia

Napelemes rendszerek típusai:
- hálózatra kapcsolt
- egyszerû visszatáplálós
- UPS rendszerrel kiegészített
- szigetüzemû
- egyéb speciális rendszerek (pl. szivattyú, korrózióvédelem stb.)

Hálózatra kapcsolt rendszerek
Fõbb jellemzõk:
+ együttmûködnek a hálózattal
+ csökkentik a villanyszámlát
+ “korlátlan” energia, nincs teljesítménykorlát
+ karbantartásmentes
+ automatikus mûködés
- nem ad energiát, ha a hálózaton nincs energia
Hálózatra kapcsolt rendszer + UPS
+ hálózatra kapcsoltan az összes fenti elõny
+ hálózatkimaradás esetén is ad energiát
- költséges
- az akkumulátorok relatíve “rövid” élettartama
- UPS módban van teljesítménykorlát

Szigetüzemû rendszerek
+ hálózattól függetlenül, önállóan mûködnek
- költséges
- korlátozott teljesítmény áll rendelkezésre
- korlátozott energiamennyiség áll rendelkezésre
- az akkuk (és ha van generátor, az is) karbantartásra szorulnak

Egyéb jellemzõen elõforduló speciális rendszerek



Napelemes rendszer elemei
Napelem Inverter Töltésvezérlõ
Kábelek, csatlakozók
Tetõre szerelõ készletek
Akkumulátor

Napelemek
- Wattonkénti áruk általában a teljesítmény csökkenésével növekszik
- A hatásfokkal arányos a felület (a-Si: 5-6%, poly: 14%, mono: 16%)
- A keret nélkülieknél (vékonyréteg) nehezebb a felszerelés, több a járulékos költség
- A tetõn kezelhetõ méretû legyen

Amire figyelni kell
- ki a gyártó
- kivitel (keret, vezetékek, forrasztások, sérülések stb.)
- minõsítések (TÜV, CE stb.)
- villamos jellemzõket megmérni
- teljesítménygarancia

Inverterek
- Milyen rendszerhez kellenek?
- Hálózatra kapcsolt
- Szigetüzemû
- Magyarország: sokféle típus
- engedélyek
- Sinus jelalak!
- Mekkora a teljesítmény?
- Van-e benne akkumulátortöltõ?
- 1 vagy 3 fázis?
- Mekkora a teljesítménye?
- Illeszteni hozzá a napelemeket (stringek)
- 1 vagy 3 fázis?
- Szükség van-e backupra?

Napelemek illesztése
Nagy rendszernél osztjuk-e a teljesítményt?
Garancia, szervizháttér
Opcionális tartozékok:
- kommunikáció
- monitoring

Töltésvezérlõk
- Töltõáramok, napelem-oldalon, akku-oldalon
- Megfelelõ mennyiségû napelemhez méretezni
- Söntös vagy MPPT-s?
- Állítható paraméterek
- “Extrák”

Akkumulátorok
- Az autóakkumulátor nem alkalmas!!!
- Solar, Deep Cycle, Cycle stb. elnevezések
- Töltõfeszültségek, töltõáramok a gyári ajánlások szerint
- Élettartam (ciklusszám), karbantartási igény
- Ár/teljesítmény arány szerint választani

Típusok:
- Savas, lúgos
- Zárt
- Zselés
- NiMh, lítiumos stb.

Kábelek, csatlakozók
- Idõjárásállóság: UV, víz
- Mechanikai szilárdság: kopás, szétcsúszás
- MC3, MC4
- Kábelek vastagsága => veszteségekre méretezni

Tetõszerelõ készletek
- Korrózióállóság
- Kontaktkorrózió
- Szerelhetõség
- Ár
- Tetõszigetelés épségének megõrzése

Rendszertelepítés szempontjai
- Déli irányba nézzenek a napelemek
- Ideális dõlésszög 30-45 fok
- Árnyékmentes helyen
- DC kábelek rövidek, megfelelõen vastagok
- Inverter elhelyezés
- Lapos tetõn fûrészfogas elhelyezésnél ne árnyékolják egymást a napelemek (a legalacsonyabb téli nap 19°-ban esik be)



Hálózatra kapcsolt rendszer méretezése

1. mennyi az éves energiafogyasztás (kWh-ban)? A villanyszámlákról megtudható az egész évre kiadódó fogyasztás.

2. ennek mekkora részét szeretnénk megtermelni?

3. ehhez mekkora teljesítményû rendszer kell optimális esetben?
Ökölszabály: 1 kW névleges teljesítmény termel kb. 1000 kWh energiát egy év alatt. Pl: az éves fogyasztás 3600 kWh => 3,6 kW-os rendszerre van szükségünk. Ennek 85%-át szeretnénk megtermelni: 3,6 kW x 0,85 = 3,06 kW, tehét egy 3 kW-os rendszer lenne jó optimális esetben.

4. milyen szorzókkal kell ezt megnövelni (nem pontosan déli tájolás, nem optimális dõlésszög)?
Az optimális dõlésszög 35° körüli. Ettõl eltérve a teljesítménycsökkenés: ±10° => 1-2%, ±20° => 3-4%, ±30° => 9-10% veszteség.
Déli tájolástól való eltérés eredménye: DK, DNY => 10% veszteség
K, NY => 30-35% veszteség
Pl. a tetõnk 45° dõlésû és DK-i irányba néz: 3,06 kW x 1,01 x 1,1 = 3,4 kW-ra van szükségünk.

5. hogyan illeszthetõ ez a rendszer a közüzemi hálózathoz?
- Egy, illetve 3 fázisra szeretnénk táplálni?
- Mi a rendelkezésre állási teljesítmény?
- Melyik áramszolgáltató az illetékes?

6. Adott teljesítményû rendszerhez a megfelelõ napelemek kiválasztása
Elhelyezhetõség a tetõn, ár, egyéb szempontok.

7. A stringek megtervezése, inverterhez való illesztése, csoportosításuk, összekötésük a tetõn
Egyforma stringek kellenek. Illeszkedjenek az inverter napelem-oldali teljesítmény-, feszültség- és áramadataihoz!

Szigetüzemû rendszer méretezése

1. Milyen fogyasztókat szeretnénk energiával ellátni?
- Fogyasztók jellege: Lámpák? Motorok? Kapcsolóüzemû tápegységek? stb.
- Mekkora teljesítményûek ezek a fogyasztók (egyenként minden)?

2. Milyenek a használati szokások (üzemidõk, üres idõk, készülékekre lebontva).
- mekkora az a teljesítmény, mikor az elõforduló legtöbb dolog mûködik egyszerre?
- naponta hasonló a fogyasztás? Akkor mennyi energia (teljesítmény x üzemidõ) fogy egy nap?
- vannak szünnapok a fogyasztásban? Pl. egy hétvégi háznál hétfõtõl-péntekig?

3. Inverter teljesítményének meghatározása
- bírnia kell a legnagyobb teljesítményigény kielégítését folyamatosan
- bírnia kell az egyes fogyasztók indulási “lökéseit” (motorok, egyes tápegységek) => túlméretezés

4. Akkumulátortelep típusának, kapacitásának meghatározása
- a kivenni szándékozott energiamennyiség ismeretében
- hány %-ban szeretnénk lemeríteni az akkumulátorokat?
- hány nap tartalékot szeretnénk képezni?
Pl. 1 nap 1 kWh energiát veszünk ki, 50%-ig szeretnénk csak lemeríteni az akkukat, és 3 nap tartalékot szeretnénk képezni. 1 kWh x 3/0,5 = 6 kWh 6000 Wh/12 V = 500 Ah, ha 12 V-os a rendszerünk, akkor pl. 5 db 100 Ah-s akku jó lehet ide. Ha 24 V-os, akkor a 12 V-os akkukat kettesével sorba kell kötni, 6 db 85 Ah-s jó lehet ide.

5. A szükséges napelemek teljesítményének kalkulálása
- ide is érvényes az 1 kW napelem 1000 kWh éves termelés + a korrekciók, de mi van a szezonális használattal?
Adott helyre, adott idõszakra vonatkoztatott napsütéses órák száma lehet a kiinduló adat.
Pl. adott helyen számolhatunk 5 teljes napsütéses órával és 1 kWh energiát szeretnénk termelni. Aznap: 1000/5 = 200 W, akkor azt egy 200 W-os, megfelelõen elhelyezett napelemmel tehetjük meg.

A REHAU szakmai napján elhangzott elõadás alapján.

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.

Facebook-hozzászólásmodul