A napelemes rendszerekről I.
2002/10. lapszám | Szálkai Antal | 5137 |
Figylem! Ez a cikk 23 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A hagyományos technológiákat lassanként felváltják a megújuló energiaforrásokra épülő megoldások. Cikksorozatunkban rovatszerűen vissza-vissza fogunk térni ezek bemutatására, hiszen a megrendelők egyre szélesebb köre igényli már alkalmazásukat a villanyszerelő mesterektől.
Valószínűleg nagyon sokszor hangzanak el a következő szavak víkendház-, vagy tanyatulajdonosok szájából: „Mester, csináljon valahogy villanyt!” Megunván régi vagy újonnan vásárolt ingatlanuk korhoz nem illő komfortfokozatát, a petróleum és elemlámpát, a megbízók egyre többször gondolnak a megújuló energiaforrásokon alapuló technológiák alkalmazására. Ezek az emberek a környék ügyesebb villanyszerelőjét keresik meg problémájukkal. Korábban, ha semmi remény nem lehetett a hálózati áram odavezetésére, vagy a költségek irreálisan magasak voltak, a megoldás kétféle lehetett: aggregátor táplálta 230 voltos szabvány hálózat, illetve kisebb igénybevételre egyenáramú 12 vagy 24 voltos akkumulátoros rendszer.
Ma már létezik egy harmadik megoldás is, a napelemes áramtermelés. Ez a rendszer megoldja az előbb említett két eljárás legnagyobb hátrányait: nem csak addig van villany, ameddig az aggregátor pöfög, az akkumulátorokat pedig nem kell ide-oda cipelni, töltésre. Igaz, minden árcsökkentés ellenére még ma sem olcsók a napelemek, ám egyszeri beruházással 15-35 évre díjmentesen biztosított lehet az elektromos energia. Maga a rendszer ennyi év után sem megy tönkre, csak hatásfoka csökken felére, negyedére, a napelem minőségétől függően. A beruházás költsége pedig különféle pályázatok elnyerésével csökkenthető.
Persze nemcsak erre jó a napelem: vadkerítések, villanypásztorok, kis teljesítményű rádiós rendszerek, távjelzők (vízellátás), meteorológiai állomások, autópálya jelzőrendszerek működnek a napsugárból nyert energiával.
Ebben a cikkben azokat a tudnivalókat, problémákat szeretném összegyűjteni, amelyekkel egy átlagos rendszer felépítésénél találkozik a villanyszerelő. A kollégák elég sokszor félve vállalnak el ilyen megbízásokat, illetve a rendszer gyengeáramú mivoltára hivatkozva nem tekintik a saját munkájuknak. Pedig „ez is villany”, s a későbbiekben egyre több ilyen megoldás lesz, például bevezetésre kerülnek a hálózatra kapcsolt napelemes rendszerek.
Minden esetben először meg kell győződni arról, hol lehet a napelemeket elhelyezni úgy, hogy megfelelő irányban és szögben álljanak a nap járásához.
Ez pedig: déli irány ±15, max. 20 fok, a dőlésszög pedig vízszinteshez képest a következő:
- nyárra optimalizált rendszereknél 35-40 fok (pl. csak nyáron használt hétvégi házaknál, öntözés céljából),
- tavasztól őszig működő rendszereknél 45-47 fok (pl. tanyáknál, ahol télen nem laknak),
- télre optimalizált, azaz egész évben működő rendszereknél 60-65 fok (pl. átjátszónál, meteorológiai állomásnál).
A téli napállásra optimalizált rendszerek nyáron a lehetséges energiának kb. felét termelik csak, ez azonban általában bőven elég a berendezésekhez. A dőlésszög és az energiatermelés összefüggése nyilvánvaló, ha belegondolunk a nap téli és nyári járásába. Vannak olyan állványzatok is, melyek lehetővé teszik a dőlésszög optimalizált beállítását az adott évszakhoz.
A tető általában a legideálisabb felszerelési hely: nincs útban, lopásbiztos, dőlésszöge általában megfelel a kívánalmaknak.
Van azonban egy NAGYON FONTOS ellenőrizni valónk! A kiválasztott helyre a kívánt energiatermelés időpontjában, azaz ameddig a napelemek „látják” a napot, semminek nem szabad (még részlegesen sem!) árnyékot vetnie! A vonatkozó szakirodalom egy mondattal elintézi ezt a problémát. Nos, tudomásul kell venni, hogy egy napelemes rendszernél, különösen, ha az a legjobb hatásfokú un. monokristályos (lásd később) napelemeket használja, egy közepes méretű levél árnyéka képes az egész rendszert blokkolni! A napelemekben a cellák sorba vannak kapcsolva, ellenállásuk nagymértékben lecsökken, ha nem kapnak fényt. Így egyetlen cella letakarása is kikapcsolhatja a rendszert.
Egy – a számunkra fontos időszakban – árnyékot vető kémény, tetőtéri ablak blokkolhatja az energiatermelést. Az amorf modulok nem annyira érzékenyek erre a jelenségre, itt csak a letakart felület arányában csökken az energiatermelés. Megoldást jelent a mono- és polikristályos modulok diódás áthidalása, a bypass-dióda. A „kikapcsolt” modul bypass diódáján keresztül tud a többi modul még áramot átadni. A napelemek érdemben csakis a sugárzó napfényből termelnek áramot, és „nagyon tudják a fizikát.” Magyarán itt nincs olyan, hogy csak „kicsit árnyékolja”, meg „azért a jó irányba áll”. Kicsit felhős időben, amolyan fátyolos ég mellet is csak töredékére számíthatunk a specifikált teljesítménynek. A napelemek téli hidegben kb. 15%-al jobb hatásfokkal dolgoznak, mint a 35 fokos nyári melegben.
Szerencsére az esetek 95%-ában problémamentesen lehet megfelelő helyet találni. Itt bátorítanám a felhasználókat: különösen 1-2 napelemes kisteljesítményű, időszakosan használt rendszereket, vagy öntözésre használt napelemeket egyáltalán nem szükséges a tetőre telepíteni. Jó irányban álló erkély, a puszta földön álló állványzat is kiválóan megfelel.
Ha a napelemek helyét a megbízónkkal együtt kiválasztottuk, lényegében eljutottunk a szokványos villanyszerelési feladatokhoz. Ám még mindig papírral, ceruzával kell dolgoznunk: meg kell tudnunk, mit óhajt működtetni megbízónk, milyen időszakban, milyen időtartamon keresztül. Kis rendszerekkel nem megoldható a mosógép, a hűtő, a porszívó, a házi vízellátó berendezés működtetése. A cég, amelytől a napelemet vásároljuk, általában ingyen elvégzi a méretezést, azaz hány napelemtáblával, milyen akkumulátorkapacitással lehet az adott berendezéseket működtetni. Azt is megmondják, hogy melyek a rendszer korlátai.
Az 1. táblázat adataiból látható, hogy a napi fogyasztás ⅔-ad részét a házi vízellátó berendezés működtetése teszi ki. A motorral működő berendezés induláskor 2-2.5 kilowattnyi teljesítményt igényel néhány pillanatig. Ez jelentősen megdrágítja a rendszert, nagyobb teljesítményű (1000 wattos) inverter (lásd később) szükséges.
Az összeírásból kiviláglik, mit nem érdemes napelemes áramforással működtetni: automata mosógép (2500 watt), porszívó (1000 watt), főzőlap (1000 watt), bojler (2000 watt), azaz minden nagyfogyasztó és hőtermelő készülék. Hűtőszekrényt sem lehet érdemben üzemeltetni: még a jobb típusok is naponta nyáron 1 Kwattóra energiát elfogyasztanak: ezzel jelen esetben egy hétig lehetne világítani. (A megoldás: kombinált autós hűtőtáska PB gázra és villanyra, a sört pedig bele a kútba, ha van...) Persze plusz napelemtáblákkal természetesen a hűtőszekrény üzemeltetése is megoldható, ez csupán pénz kérdése. A tervezett rendszer még jól elműködteti a konyhai robotgépet arra a 10-15 percre, ameddig kávét darál, vagy mixel, de jól használható a barkács fúrógép is (350-400 watt).
Mekkora teljesítményű akkumulátor és napelemtábla szükséges, hogy ez a teljesítmény 4 felhős nap mellet is rendelkezésre álljon? Az akkumulátornak elméletileg 4×500 wattóra=2000 wattórányi energiát kell tárolni, 12 voltos akkuban. 2000/12=167, azaz a 12 voltos akkunak 167 Aó kapacitásúnak kell lennie. A biztonság kedvéért legalább másfélszeres szorzóval kell itt számolnunk: használjuk tehát a legközelebbi szabványos 240 Aó akkut, vagy 2 db 120 Aó akkut, párhuzamosan kötve.
A napelemek közelítő számításánál induljunk ki abból, hogy négy „napos” nap alatt, szokásos használat mellett fel kell tudnunk tölteni akkumulátorunkat még a négy „nem napos” napra is. Felhasználásra: 500 wattó, tárolásra: 500 wattó, összesen: 1000 wattó-ra van szükségünk. Ha a napelemek 5 óra hosszan „látják” a napot és 70%-os hatásfokkal dolgoznak, akkor a szükséges névleges teljesítmény: 1000/5=200 (watt óránként). Ez elméletileg 4 db 50 wattos napelemmel, ideális körülmények között biztosítható lenne. A 70%-os hatásfok miatt azonban a gyakorlatban 50/0,7=71, azaz 70, illetve 75 wattos napelemeket kell használnunk, méghozzá 4 darabot.
Az Interneten ingyenesen letölthető szimulációs programok találhatók, melyek időjárási adatok alapján lehetővé teszik az ennél pontosabb tervezést. Az előbbi eljárás a gyakorlatban azonban eddig bevált, inkább kicsit felültervezi a rendszert. A fentiek kisebb és nagyobb teljesítmények esetén is alkalmazhatók, nyilván érvényesek 12 voltos fogyasztókat üzemeltető rendszerekre. Az itt dióhéjban leírt méretezések azok a plusz ismeretek, amit annakidején nem tanítottak meg a villanyszerelőknek, és ezeket a gyakorlati munka során sem szerezhették meg.
(Folytatása következik)
Megújuló energetikaNapelemNapelemes pályázat
