A napelemes rendszerekről II.
2002/11. lapszám | Szálkai Antal | 6659 |
Figylem! Ez a cikk 23 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Egy napelemes rendszer a következő elemekből épül fel: különféle teljesítményű amorf, polikristály vagy monokristály cellák, szabályzó egység, ami az akkumulátorhoz való töltésszabályzót, továbbá 230 voltnál egy invertert ölel fel, tároló egység, ami adott esetben a töltés-kisütés változását jól viselő ún. solar akkukat, esetleg autóakkumulátort jelent.
I. Napelemek
Ezek a fény hatására elektromos energiát termelő, általában keretezett és felfogó furatokkal ellátott táblák. A különféle kategóriák szerint tulajdonságaik a következőképpen összegezhetők. Az amorf napelem amorf (rendezetlen) szilíciumkristályokból áll, könnyen gyártható, olcsó. Külsőleg egy fekete sávokat tartalmazó, keretezett üveglap. Élettartama 5-10 év, hatásfoka alacsony, 5-7% körül mozog, ellenben kedvező árfekvésű. Kimenő feszültsége nem minden esetben igazodik az akkumulátorok 12-24 voltjához, ehelyett 40-50 volton működik. A polikristály napelem rendezett szilícium polikristály cellákból áll, melyek sorba-párhuzamosan vannak kapcsolva. Külsőleg kékeslila színezetűek. Hatásfokuk 12-14% körül alakul. Keretezettek, élettartamuk 10-20 év, kiválóan illeszkednek a 12 voltos rendszerekhez. A monokristály napelem monokristály cellákból áll, soros-párhuzamos kapcsolással összekötve. Cellái fekete színűek, külsőleg jól elkülöníthetőek. Hatásfokuk 13-16%-os. Keretezettek, élettartamuk 15-30 év. Ezek a legdrágább, ám minőségileg kiváló napelemek, néhány változatuk (saturn technológia) kissé felhős időben is jól működik. A napelemeket pontosan azon szabályok szerint kell sorba-párhuzamosan kötni, mint az akkumulátorokat vagy a karácsonyfaégőket. Az eltérő karakterisztikák miatt azonban egy rendszerben azonos gyártó azonos típusú napelemeit használjuk.
II. Szabályozó vagy töltésszabályzó egység
A ma kapható közepes minőségű készülékek is már mikroprocesszoros vezérléssel készülnek, és a következőket „tudják”:
- optimális töltőáram biztosítása,
- algoritmustanulás: töltés és automatikus akkuregenerálás a felhasználáshoz igazítva,
- túlfeszültség és túláramvédelem a bemenő ágon,
- túláramvédelem a fogyasztói ágon,
- rövidzár- és túltöltésvédelem,
- mélykisülés elleni védelem az akkuk esetében,
- akkuhőmérséklet és -gázosodás figyelése,
- akku- és töltésállapot kijelzése LED-del.
Az eddig felsorolt tulajdonságok mindegyike szükséges ahhoz, hogy egy közepes méretű napelemes rendszer felügyelet nélkül működhessen, ne okozzon pl. tüzet, akkufolyást, ne várja lemerült és feléleszthetetlen akku az esetlegesen hétvégén érkező tulajdonost. Néhány drágább szabályzó rendelkezik LCD kijelzővel, amelyről folyamatosan leolvashatjuk a rendszer paramétereit, valamint már megtalálható egyes kivitelekben a bekapcsolható automatikus éjszakai üzem is. Fontos tudnivaló, hogy ha az akkumulátorok teljesen feltöltődtek, a legtöbb töltésszabályzó nem lekapcsolja a napelemeket, hanem rövidre zárja! Ez normális üzemmódnak számít.
Inverterek
A mai modern félvezetők és mikroprocesszorok lehetővé teszik, hogy a 12/24 voltos egyenáramot igen jó hatásfokkal alakítsuk szinuszos szabvány 230 volttá, megteremtve egy szokásos, ám lehetőleg energiatakarékos hálózati működés feltételeit. Sajnos, nem minden készülék teljesíti a kívánalmakat: főként a feszültség stabilizálásával és a szinusz jelalakkal támadnak problémák. A nálunk is hozzáférhető, jó minőségű gyártmányok a következő főbb paraméterekkel rendelkeznek. Stabilizált 230 volt váltófeszültség, mely terhelés hatására sem változik lényegesen, s feszültségméréssel ellenőrizhető. Szinuszos, vagy legalább közel szinuszos kimenőjel, 50 Hz stabilizált frekvencián. Ellenőrzése oszcilloszkóppal a legbiztosabb, de az igazán meggyőző vizsgálat a következő. Az inverternek el kell tudni indítani egy rövidrezárt forgórészű vagy örvényáramú motort, azaz létre kell hoznia egy forgó mágneses teret. Ha ezt nem teszi meg, baj van a szinusszal. (A másik egyszerű módszer: egy hordozható rádió URH sávon történő üzemeltetése esetén ha az erősebb állomás zavarmentesen fogható, szintén rendben van a hullámforma és a zavarnívó is.) Túlterhelhetőség: ezek az inverterek az induktív eszközök indításához szükséges áramigény miatt néhány pillanatig túlterhelhetők, ez általában a nominális teljesítmény háromszorosa. A tapasztalat azt mutatja, hogy terhelés nélkül a megadott maximális teljesítmény ⅔ részét igénylő motor indítható, terheléssel pedig az ⅓ részét igénylő. Így egy 1000 wattos inverter, amely adatlapja alapján 3000 wattot tud néhány pillanatig (20-30 millisec), képes elindítani egy 600 wattos vízszivattyút vagy egy 300 wattos hűtőmotort. Mindazonáltal érdemes az invertert az adott készülékkel előzetesen kipróbálni. Sok motor induláskor névleges teljesítményének akár a tízszeresét is felveheti. A beépített rövidzárvédelemet szintén érdemes kipróbálni az alkalmazott típusnál. A mélykisütésvédelemről megjegyezhető, hogy az invertek nagy többsége lekapcsol, amenynyiben az akkuban kb. 11,2 volt alá csökken a feszültség, elkerülve az akku tönkretételét. A stand-by üzemben az inverter érzékeli, ha nincs semmilyen fogyasztó a hálózaton, s ekkor saját működését is kikapcsolja ez időre. Az inverteket legtöbb esetben földeléssel kell ellátni, amelynek hasonlóan kell működnie, mint a normál hálózatnál. Minden, a hálózatra vonatkozó biztonsági előírást be kell tartani.
III. Akkumulátorok
A szolár rendszerekhez speciális, ún. ciklusálló akkumulátorok szükségesek. Ezek az akkuk képesek hosszú időn keArial, Helvetica, sans-serifresztül jó hatásfokkal feltöltődni, majd kisülni akár kapacitásuk 20%-ig is. A ciklusállóságot a hagyományos ólomakkuk esetében jóval nagyobb tömegű ólommal tudják biztosítani, így ezek nehezebbek a hasonló kapacitású autóakkunál és drágábbak is. Az autóakku nem alkalmas igazán szolár üzemre, még a drágább fajták sem. Ezt arra „hegyezték ki”, hogy rövid ideig, nagy áramot leadva elindítsa a motort, majd ez azonnal újra feltölti az akkumulátort. Az autóakkuk 1-1,5 év alatt tönkremennek a napelemes használatban. Ezt úgy tapasztaljuk meg, hogy képtelenek már jól raktározni az energiát, a mérésre tele akku is hamar lemerül. Ezzel ellentétben a savas szolárakkuk átlagosan 4-6 évet bírnak ki. Kisebb hétvégi házak világításához azonban jól beválik az olcsó autóakku is. Ökölszabály, hogy legfeljebb csak 30 százalékát használjuk fel a lehetséges tárolt energiának, az akku mindig legyen 70 %-os töltöttségen, azaz: az előzőekben vázolt akkuszámítás kétszeresét vegyük alapul. Például egy 40 wattos napelem 80 amperórás autóakkuval jól ellát egy hétvégére használt horgásztanyát, borospincét világítással, rádiózással.
Az előbbiekben említett ólomakkumulátorok mellett kaphatók teljesen zárt, dry-fit, igen jó minőségű, kifejezetten szolár üzemre kifejlesztett akkuk, amelyeknek használati ideje elérheti a 7-8 évet. Magas áruk miatt azonban ezeket inkább ipari jellegű projektekhez használják. A tájolás és a részegységek bemutatása után térjünk rá az összeépítésre. Melyek azok a fontos egyedi kitételek, amelyekkel a hagyományos elektromos hálózat építésénél nem találkozik a szerelőmester? Egyik legfontosabb dolog a megfelelő huzalkeresztmetszet megválasztása, különösen a gyengeáramú résznél. A fellépő nagy áram miatt, illetve a veszteségek minimalizálására vastag keresztmetszetű vezetéket kell használnunk. Ennek a keresztmetszetnek 4-8 négyzetmilliméteresnek kell lennie, de egy hosszabb, 10 méteres levezetésnél legalább a 10 négyzetmillimétert el kell érnie. Ne spóroljunk ezen, 1 volt nagyon hamar leesik a vezeték ellenállása miatt, ami 12 volt esetében majdnem 10%!
Az akku és az inverter közé a fellépő nagy áramerősség miatt szükséges vastag vezetéket választani, és a biztosítékot 20-50-100 amperra telepíteni. A gyengeáramú résznél alkalmazzuk az autóiparban jól bevált érintkezőket, biztosítóbetéteket, párhuzamosan kapcsolva. Többek között azért is javaslom az inverteres rendszerek kiépítését, mert a 12/24 voltos rendszereket szakmailag korrekt módon nehéz és költséges biztonságos alkatrészekkel megépíteni, rengeteg veszteség lép így fel. Egy esetleges rövidzárlat – biztosíték hiányában – 100-200 Aó akkukapacitás mellett hamar tüzet okozhat. A vezeték-keresztmetszet betartása mellett fontos az egyes egységek helyének jó megválasztása. Hová érdemes tenni tehát az akkumulátort és a töltésszabályzót, az invertert? Törekedve a legrövidebb vezetékhosszra, az akkut lehetőleg egy nem lakótérként használt és kiegyenlített hőmérsékletű helyre tegyük. Bevált megoldásnak számít a pince, a kamra, a folyosó, de a gázkibocsátás miatt nem célszerű a lakószobát vagy a fürdőszobát választani. Fontos, hogy az inverter elég közel kerüljön az akkuhoz, mivel néhány gyártó – a mikroprocesszoros vezérlés miatt – csupán egészen rövid, 1,25 méteres vezetékhosszat engedélyez. Az inverter elhelyezését jól meg kell gondolni, mivel mindegyiken van valamilyen kapcsoló-, vagy szabályzó szerkezet, amit kezelni kell vagy érdemes figyelemmel kísérni, tehát az invertert abba a helyiségbe kell telepíteni, amelyben sokat tartózkodunk (pl. konyha, nappali jellegű helység). Az ilyen elrendezés némi falfúrás árán általában könnyen megvalósítható, és esztétikailag is vállalható eredményt ad. Az inverter utáni 230 voltos hálózat kiépítése teljesen szokványos lehet, a kicsit vastagabb huzalozás biztonságot jelent. Mindenképpen építsünk be egy főkapcsolót leválasztásként: a töltőrendszert nyugodtan magára hagyhatjuk, de egy véletlenül bekapcsolva maradt fogyasztó felesleges veszélyforrást és fogyasztást jelenthet. Ha riasztórendszert is akarunk üzemeltetni, erre a célra alakítsunk ki külön egy 12/24 voltos hálózatot.
Végezetül – ha ez nem lenne megrendelőnk számára világos – mondjuk el, hogy milyen időjárási korlátokkal kell számolnia. Ha a Meteorológiai Intézet hosszabb távra felhős időt jelez, bizony célszerű rövidebbre fogni a tévézést, és ne erre az időszakra tervezzük be a porszívózást. Ám hosszabb napos időszakban nyugodtan öntözhetünk is berendezésünkkel. Be kell vallani, hogy a napelemek távlati alkalmazásai nem az ilyen „villanypótló” megoldásokra mutatnak. Az EU országokban állami támogatással terjed az úgynevezett hálózatra termelő, hálózatra kapcsolt napelemes rendszer. Lényege, hogy a napelemek által megtermelt energia egy hálózatra kapcsoló inverteren keresztül bekerül az országos energiaellátásba. Ezért az energiáért külön tarifával fizetnek, illetve az összeget levonják a vállalkozó család villanyszámlájából.
