Mi alapján méretezzük hálózatra csatlakoztatott napelemes rendszerünket? Az előző kérdésre általában kétféle válasz létezik:
- Gazdaságosság szempontjából a legjobb megtérüléssel rendelkező napelem-kapacitás kerül kiépítésre.
- Az éves szaldó alapján számított nettó nulla energiamérleghez tartozó kapacitás kerül kiválasztásra.
Felmerül a kérdés – vajon meddig lehet úgy a hálózatra csatlakoztatott rendszereket kiépíteni, hogy közben nem veszünk tudomást napelemes termelőink hálózati hatásairól [1, 2]? Cikkünkben bemutatjuk, hogy itt az ideje olyan mutatók és mérőszámok alkalmazásának, amelyek tekintettel vannak arra, hogy várhatóan a lakosság nagy része igyekszik majd napelemes rendszert telepíteni jogszabályi kritériumok, illetve anyagi megfontolások mentén, és arra, hogy mindennek hálózati oldalon is lesznek következményei.
Ennek megfelelően két új terhelésillesztési mutató, az „öntermelés” illetve a „hálózathasználati tényező” bevezetését ajánljuk, amelyek segítenek optimális napelem kapacitást kijelölni az említett szempontokat figyelembe véve. Az öntermelés mutató segít egy olyan napelemes rendszerméret kiválasztásában, amellyel maximalizálható a helyi felhasználásra megtermelt megújuló energia részaránya. A hálózathasználati tényező pedig egy olyan napelem kapacitást ajánl, amellyel a hálózat és a felhasználó közötti energiaforgalom a legnagyobb mértékben csökkenthető.
A mutatók segítségül szolgálhatnak olyan háztartási méretű kiserőmű (HMKE) méretezési elv és keretrendszer kialakításában, amellyel akár egy megmaradó szaldó elszámolás esetén is közelebb kerülünk fenntarthatósági céljainkhoz, anélkül, hogy a villamosenergia-rendszer számára kezelhetetlen mértékű feladatot adnánk.
A termelés és fogyasztás időbeli eltérésének problémaköre
A lakóépületek üzemeltetéséből származó szén-dioxid kibocsátás csökkentésének legjellemzőbb eszközei közé tartozik a napelemes rendszerek telepítése, illetve a hőszivattyús rendszerek alkalmazása. Ezek az eszközök azonban bonyolultabbá teszik háztartásaink energiaellátását, a villamosenergia, mint termék, sajátosságai miatt. A „szokásos” gázzal, vagy egyéb jól tárolható energiaforrásokkal szemben a villamosenergia esetében jóval nehezebb dolga van az ellátást végző entitásnak. Nevezetesen, hogy a villamosenergia-rendszert egyensúlyban kell tartania olyan módon, hogy mindig pontosan ugyanakkora legyen a termelés és a felhasználás mértéke (az esetleges tárolók hatásait is figyelembe véve). Ennek megfelelően ismerni (vagy pontosan becsülni) szükséges, hogy mikor mennyi villamosenergiát használunk fel, illetve termelők esetén, hogy mikor mennyi energiát táplálnak be a hálózatba.
Ez természetesen a lakossági fogyasztók, illetve háztartási méretű kiserőművek (HMKE) esetében is igaz, azonban mivel ez a felelősség nem őket terheli, általában a problémakör is ismeretlen számukra. HMKE-k esetén azonban komolyabb problémát az okoz, hogy a termelési csúcsok sokszor meghaladhatják a hálózat befogadóképességét. Ugyanakkor ez a problémakör is nagyban köszönhető annak, hogy a termelési csúcsok más időszakban jelennek meg, mint a fogyasztási csúcsok. Ezek egyidejűségét javítva ez a probléma is jelentősen enyhül, így célszerű olyan indikátorok alkalmazása, amelyek a fogyasztások és felhasználások összehangolását írják le, azok javítására törekszenek.
Az előzőek mentén érdemes áttekinteni, hogyan néz ki az egyidejűség problémája. Az 1. ábra egy napelemes rendszer lehetséges energiaáramait mutatja be egy hálózatra csatlakoztatott napelemes rendszer esetén. Alapesetben a felhasználó a hálózatból fedezi igényét. Ez történik például az éjszaka során – a felhasználás a hálózatból kerül kielégítésre (A). Napközben aztán megjelenhet a napelemes termelés, amely egyrészt fedezi a fogyasztó energiaigényét (C), másrészt, amennyiben nagyobb a háztartási méretű kiserőmű termelése, mint a fogyasztó felhasználása, a HMKE a hálózatra táplálja többletét (B).
1. ábra. Egy hálózatra csatlakoztatott napelemes rendszerrel rendelkező épület lehetséges villamosenergia-áramlásai
Érzékelhető, hogy a problémakör esetén felmerül egyrészt egy napi ingadozás a nappalok és éjszakák tekintetében, másrészt egy éves ingadozás a nyári és téli periódus tekintetében. Ezt jól jellemzi a 2. ábra, amelyen egy napelem panel termelése látható az év napjai és a napok időszakai függvényében. Az ábrát tekintve szépen kirajzolódik, hogy míg télen rövid napszakok és viszonylag kis termelések találhatók, addig a nyári periódusra a termelési időszakok elnyúlnak, a teljesítménycsúcsok is nagyobbak (intenzívebb sárga szín).
2. ábra. Egy déli tájolású, 35°-os dőlésszögű napelem panel (365 Wp) termelési profilja budapesti referenciaév során
A 2. ábrán azonban emellett az is jól tetten érhető, hogy számos olyan időszak is előfordul, amikor a termelés jelentősen kisebb a szomszédos időszakokhoz képest. Ez jól tükrözi a napelemes termelők előrejelezhetőségének problémakörét.
Ahogyan említettük, a termelést és a felhasználást mindenkor pontosan egyensúlyban kell tartani. Ehhez a HMKE-k termelői profiljának becslése mellett szükség van fogyasztói jelleggörbékre is, amelyet jelen példában három részből képezünk. Egyrészt veszünk egy fogyasztási profilt és egy mértékadó éves fogyasztást (MÉF), amelyből a háztartás épületgépészeti rendszerén kívüli energiafelhasználást jellemezzük. Esetünkben ehhez egy 2500 kWh/év felhasználású, vidéki fogyasztót feltételeztünk [3]. Ezen a felhasználáson felül jelenik meg számításunkban az épületgépészeti rendszer, amely esetünkben egy levegő-levegő hőszivattyús rendszerből (amely a fűtésért és hűtésért felel), illetve egy villanybojlerből (ami a használati melegvizet biztosítja) áll.
A 3. ábra e fogyasztók teljesítményigényét mutatja adott év során. A háztartási berendezések profilja jól tükrözi a felhasználás esti, illetve hétvégi csúcsidőszakait. Azt is láthatjuk azonban, hogy ezek a csúcsok lényegesen kisebbek (néhányszáz watt), mint az épületgépészeti berendezések csúcsigényei (kb. 2000 W a hőszivattyú, illetve 1800 W a villanybojler esetében). A felhasználás közül a villanybojleres felhasználás a bevitt adatoknak megfelelően mutat egy napi rutint [4, 5]. A hőszivattyú üzeme szintén logikusan alakul – a téli időszakokban és kifejezetten a napsütésmentes esetekben nagy teljesítményigény jellemzi; átmeneti időszakban nem üzemel; nyáron a napsütéses időszakokban pedig megjelenik a hűtési igény [6].
3. ábra. A háztartási berendezések, a hőszivattyú és a villanybojler teljesítményigényeinek alakulása az év során
A 2. és a 3. ábra összevetésével az is jól látható, tulajdonképpen a hőszivattyú hűtésre történő alkalmazása az, amelyik minden egyéb okos vezérlés vagy beavatkozás nélkül jól illeszkedik a termelés időszakához. Az energiaigény nagy része azonban nem olyan időszakra esik, amikor napelemes termelés is fennáll [7]. Igaz ez akár a háztartás villamos profiljára, akár hőszivatytyú fűtési üzemére vagy a használati melegvíz készítés nagy részére. Mivel azonban ezekben az időszakokban is fedezni kell az igényeket, a fogyasztó nagy arányban támaszkodik a hálózatra. Ez azonban a termelés időszakára is igaz, hiszen ez egyúttal azt is jelenti, hogy a termelési időszakok nagy részében nincs ezt kiegyenlítő felhasználás közvetlenül az az adott háztartásban, így a HMKE a termelt többletet a hálózatba táplálja.
...
A cikk a Magyar Épületgépészet 2022/11-12. számában jelent meg. Az anyag teljes terjedemlében a szaklap november-decemberi számában, vagy az MMK Épületgépészeti Tagozatának honlapján, az e-gépészen olvasható ide kattintva.
