Hogyan ismerjük fel a jó minőségű napelemes modult?
2013/5. lapszám | Martin Št’astný | 4258 |
Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Bár a napelemmodulok teljesen egyformának tűnhetnek, de ez valójában nincs így. A rendszer egyes komponensei a legkülönbözőbb külső behatásoknak vannak kitéve, amelyek ráadásul égövünkön az év során folyamatosan változnak. A környezet természetesen befolyásolja mind az erőmű teljesítményét, mind annak élettartamát és megbízhatóságát, ami a hozamokban, de a karbantartási és szervizköltségben is megmutatkozik. Nézzük meg a legfontosabb paramétereket és jellemzőket, melyeket a beruházó és az erőmű felhasználója mindenképpen elvár a modul – a napelemes-erőmű egyik alapvető alkotórészének – kiválasztásánál.
A modulok névleges teljesítménye
Nemzetközi szabványfeltételek, az ún. STC paraméterek (Standard Test Conditions. Fényerő: 1000 W/m², a fény spektruma: AM 1,5 a modul hőmérséklete 25 °C-on) szerint mért modulteljesítmény. Ezt az értéket a fénysugárzás által keletkezett energia villamos energiává történő átalakulásának hatásfoka adja – a fotovoltaikus jelenség felhasználásával. A legelterjedtebb – a mono- és polykristályos modulokra alapuló – technológia esetén ezen érték ma átlagosan 14-16% között mozog. Egy 60 egységből álló szokványos nagyságú modul (kb. 1×1,65 m) névleges teljesítménye tehát kb. 235-260 Wp. A technológia ennél is nagyobb teljesítményei rendszerint a nagyobb méretekből adódnak (pl. 72 db napelemes cella). A névleges teljesítmény értéke persze igen keveset árul el arról, hogy az adott modul az adott feltételek között mennyi villamos energiát termel egész év folyamán. Ezt ugyanis – a modul műszaki megoldásán kívül – további fontos paraméterek is befolyásolják, mint pl. a hőmérsékleti együttható és az alacsonyabb fényerő melletti hatásfok.
A modul teljesítménye nem laboratóriumi feltételek között
A modul az élettartamának legnagyobb hányadában a névleges teljesítmény mérésének körülményeitől eltérő feltételek között működik. A modul mindenkori teljesítményére a fény intenzitása és a hőmérséklet gyakorol legnagyobb hatást. A gyártók igyekeznek a napelemes cellák paramétereit – elsősorban azok hatásfokát – folyamatosan javítani. Ezért, a további néhány százalék-tizedes hatásfoknövelés érdekében kezd változás beállni az egyes modulegységek gyűjtősíneinek számában, illetve az SE (Selective Emitter) technológia alkalmazásában. Az „ideális feltételek” (STC) melletti paramétereken kívül – a mi időjárásunkra jellemző – alacsonyabb fényerő melletti paraméterek megfigyelése, ill. beállítása is folyik. E téren, az ún. „Low Light Performance” esetén, a csúcsminőségű modulok akár 0,75%-kal magasabb hatásfokot is elérnek, mint „szabványos” fényerő mellett (nem keverendő össze a teljesítménnyel).
Azt, hogy hogyan viselkedik a modulegység a hőmérsékletváltozás esetében, a hőmérsékleti együttható adja meg: egy Celsius fokra számított teljesítményváltozás százalékban kifejezve. A leginkább használatos – tehát a polykristályos – napelemes cellák esetében ez az érték – minőségüktől függően – általában 0,42 és 0,47%/°C között mozog. Ez a gyakorlatban annyit jelent, hogy a 245 Wp névleges teljesítményű polykristályos modul 1000 W/m² fényerőnél és 50 °C hőmérsékleten (ami az STC-hez képest 25 °C-kal magasabb) csupán 200 W teljesítménnyel fog rendelkezni. Ellenben –10 °C hőmérsékletnél ugyanolyan fényerő-intenzitás mellett a teljesítmény 260 W-ra emelkedik.
A fenti viselkedést – a fényerő intenzitásának és a hőmérséklet változása esetén – figyelembe vevő jelentős paraméter az ún. NOCT (Nominal Operating Cell Temperature), tehát a modul napelemes celláinak hőmérséklete 800 W/m² fényerőnél, 20 °C-os léghőmérsékleten, 1 m/s szélsebességnél és nyitott hátulsó részű modul szerelése esetén.
A napelemmodulok műszaki lapjain – az EN 50380 alapján – a névleges teljesítmény mellett a 800 W/m², NOCT és AM 1,5 paraméterek melletti teljesítmény is szerepel. Ezek olyan körülmények, amelyek között a modulok – az STC feltételekkel összevetve – jóval hoszabb ideig üzemelnek. Azonos névleges teljesítményosztályú, különböző modulok összehasonlításakor 5 W-on túli – tehát egy teljesítményosztályú – különbségeket lehet észlelni.
Teljesítménytolerancia
Ez a modul további igen fontos paramétere, melyet a napelemes erőmű tulajdonosának figyelemmel kellene kísérnie. A gyártási folyamat végén sor kerül minden egyes modul tényleges teljesítményének szabvány szerinti próbafeltételek melletti mérésére, és ezen eredmények alapján sorolják be az adott teljesítményosztályba. A feltüntetett tűrési adat tehát azt mutatja, milyen az adott osztályba sorolt modul minimális (és maximális) megengedett teljesítménye. Némely esetekben ezen értéket máig is negatív és pozitív értékek formájában adják meg. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a 245 Wp teljesítmény-osztályba sorolt és ±3 % tűrésű modul névleges teljesítménye 237,86 és 252,35 Wp között mozog. A csúcstermékeknél pozitív toleranciával (pl. –0/+3,0 %) találkozunk. Ez esetben a 245 Wp teljesítmény-osztály 245–252,35 Wp terjedelmű reális teljesítményt jelent. A nagy tűrés-terjedelemnek azonban a telepítés szempontjából nincs szerepe. Az egyedi modul esetéhez hasonlóan, melynek teljesítményét a leggyengébb szilíciumcella határozza meg, a sorba kötött modulcsoportnál is érvényes, hogy teljesítményét a leggyengébb modul határozza meg. A napelemmodul teljesítménye vagy hozama persze nem csupán azon napelemes cellák fentebb említett paramétereitől függ, melyekből a modul összetevődik, hanem azt nagymértékben befolyásolja a modul kivitelezése.
A kialakítás minősége
Minőségen elsősorban a napelemes cellák illesztésének pontosságát értjük, azok egymáshoz rögzítését, valamint a laminálás milyenségét, ami az egyes modulrétegek hermetikus illeszkedését jelenti. Itt nemcsak maga a laminálási technológia, hanem a megfelelő anyagok megválasztása is fontos, melyek óriási minőségi különbségeket mutatnak. A gyenge minőség e téren különféle módokon mutatkozhat meg, pl. az egyes napelemes cellák nemkívánatos illeszkedésében. Gyakori probléma a modul laminált rétegeinek részleges leválása. Minden ilyen és hasonló hiba a teljesítmény csökkenéséhez, esetleg tűzveszélyhez vezethet.
Modulkeret
A keretet általában egy alumíniumprofil alkotja, melynek szerepe az üvegből, napelemes cellákból és a takarófóliából álló kompozit védelme és egyben tartása. Merevsége nemcsak a szállítás és telepítés közbeni védelem, hanem elsősorban a tetőre szerelés miatt fontos. A keretnek hő-, fagy-, hó-, jég- és szélállónak kell lennie, és egyéb véletlenszerű terhelést is ki kell bírnia. Ez mind fennáll természetesen legalább 20 éves élettartam mellett különböző kombinációkban és ciklusokban. Ezért érdemes kerülni a már első látásra gyenge konstrukciójú kereteket, melyeknek sarokcsatlakozásai műanyag elemekből állnak, vagy rejtélyes módon vannak egymáshoz préselve. Szintén kerülendők az üreges profilú, lefolyónyílás nélküli keretek, melyeket a beszivárgó és fagyos víz néhány év alatt tönkretehet.
Fedőüveg
A fedőüveg védi és összetartja a napelemes cellákat. A merev kerettel együtt biztosítja a további fontos paramétert, a modul teherbírását – egyrészt a nyomó-, másrészt a szívóhatás ellen. A némely olcsóbb modulra jellemző 2400 kPa-os érték nem minden esetben megfelelő. A tetőn való telepítés esetén ez annál inkább így van, mivel a norma szerinti terhelésen kívül a szerkezet ki van téve esetleges szélviharoknak, hófúvásnak, vagy a levegő turbulens áramlásának is, melynek következtében – főként a tető széleihez vagy sarkaihoz közel – szívóhatás léphet fel.
Csatlakozó doboz, junction box
A csatlakozó doboz az a hely, ahol csatlakoznak a napelemes cellák egyes áramkörei, és ahonnan ki vannak vezetve az ún. stringekbe (csoportokba) történő modulcsatlakozások pluszos és mínuszos kábelei. A doboz rendszerint ún. bypass diódákat tartalmaz, melyeknek szerepe a modul árnyékolt részének esetleges „leállítása” úgy, hogy legalább részben működhessen, és „ne kapcsolja le” az egész, sorozatba kötött modulcsoportot. Ezen diódák azonban meleget gerjesztenek, és akár 140 °C-ra is felhevíthetik a dobozt. A doboz rossz minőségű kivitele vagy anyagmegválasztása gyakran annak túlhevüléséhez és tűz keletkezéséhez vezet. Az ebből eredő kockázatok egyértelműek – a telepített rendszer károsodása, illetve tönkremenetele, ami a tetőnkre, illetve a házunkra nézve nagy kockázatot jelent.
A fenti tények a legjobb gyártó cégeket arra motiválják, hogy a telepített erőművek fentebb említett, rendszerint rejtett részegységeinek gyártására és fejlesztésére nagy figyelmet szenteljenek.
A napelemmodul teljesítménye
A napelemmodul teljesítménye vagy hozama persze nem csupán azon napelemes cellák említett paramétereitől függ, melyekből a modul összetevődik, hanem azt nagymértékben befolyásolja a modul kivitelezése, mégpedig:
- a kialakítás minősége
- modulkeret
- fedőüveg
- csatlakozó doboz
