Egy napelemes rendszer üzemeltetési tapasztalatai

2014/6. lapszám | Török Imre |  7198 |

Figylem! Ez a cikk 11 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Napjainkban egyre nagyobb szerepet kap az energiahatékonyság és a megtérülési idő. A primerenergia-árak kiszámíthatatlansága miatt egyre több üzemeltető keresi a lehetőséget az energiafüggetlenség irányába. Ma már nem csak az új épületek esetében, de a felújításnál is nélkülözhetetlen, hogy minél több megújuló energiát hasznosító rendszert építsünk be a létesítményeinkbe.

Az egyik ilyen a napelemekből és inverterből álló villamosenergia-termelő rendszer. Jelen cikkben egy három éve üzemelő napelemes rendszerrel kapcsolatos tapasztalatokat szeretném megosztani az olvasókkal.

 

 

A rendszer bemutatása

Bármilyen beruházásról is legyen szó, mindig felmerül a kérdés, hogy melyik gyártó termékét és milyen típusú modult célszerű választani. A debreceni Megújuló Energia Alkalmazási Központ napelemes rendszere kialakításának két fő célja volt, az egyik, hogy a központ villamos energiafogyasztásának lehető legnagyobb részét a napelemek termeljék meg, a másik, hogy a különböző típusú napelemeket össze lehessen hasonlítani, és a hasznosított energiamenynyiségek folyamatos regisztrálásra kerüljenek.

Ennek köszönhetően ma már 11 különböző típusú napelemes mező naplózott energia- hasznosítását van lehetőségünk elemezni. Ez a rendszer közvetlen az elektromos hálózatra táplál (on-grid), így nem volt szükségünk akkumulátorok telepítésére. A szolgáltató egy digitális fogyasztásmérőt szerelt fel, melynek segítségével a fogyasztásunkat és a napelemek által visszatáplált energia mennyiségét is mérni tudjuk. A telepített fotovillamos elemek egy része monokristályos, másik része polikristályos, és a gyártójuk is különbözik. A 11-ből 10 mező a Sunny Boy 3800-as típusú inverterek segítségével táplál a hálózatra, míg egy mező a háromfázisú Sunny Tripower 10000TL-en keresztül.

A napelemmodulok déli tájolásúak, és 45°-os dőlésszöggel lettek telepítve a raktárcsarnok tetőszerkezetére. A vizsgált rendszer technikai részleteit az 1. táblázat tartalmazza. Az EU jelűek az európai márkákat jelölik, míg a CH jelűek a kínai mezőket. A napelemes modulok, valamint a napelemes rendszerek nagyságát jellemző teljesítményt Wp mértékegységgel adják meg. A „p” betű a „peak” angol szóból a csúcsteljesítményre utal.

Az adott elem teljesítmény meghatározása egységesített feltételek mellett zajlik. Ezeket a feltételeket az STC rövidítéssel (Standard Test Conditions) jelölik, amikor is az irradiáció 1000 W/m2 nagyságú, a modul 25 °C hőmérsékletű, és a fény spektruma AM 1,5 szabványos. Ezek a „laboratóriumi” feltételek nem életszerűek, így egyre több gyártó adja meg a termékeire vonatkozó paramétereket a NOCT (Nominal Operating Cell Temperature) szerint. Ez esetben a cella vagy modul átlag 45 °C hőmérsékletű, az irradiáció 800 W/m2, a környezeti hőmérséklet 20 °C, a fényspektrum AM 1,5, a szélsebesség 1 m/s, és a modul déli irányban 45° dőlésszöggel van tájolva. Ezzel az értékkel a gyakorlatban sokkal reálisabb értéket kaphatunk.

Egy-egy új beruházás előtt érdemes mérlegelni, hogy milyen méretű is legyen a tervezett rendszer. A családi háztartások esetében a tervezett fotovillamos rendszerek döntő része az úgynevezett háztartási méretű kiserőmű kategóriájába (HMKE) esik, melyek 50 kVA teljesítmény alatti rendszerek. Az ilyen rendszereknek sok előnye van:

• nincs csatlakoztatási költség,
• elszámolási időszakon belül szaldóelszámolást kell alkalmaznia az energiakereskedőnek,
• elszámolási időszakon belül termelési többlet esetén az energiakereskedő a többletet köteles átvenni,
• menetrendadási kötelezettség nincs,
• átvételre időkorlát nincs.

Ezeknek a rendszereknek a hálózatra csatlakozás folyamata is egyszerű:

• A felhasználó vagy megbízottja benyújtja a rendszerhasználói igénybejelentést és a háztartási méretű kiserőmű-betétlapot.
• Az elosztóhálózati engedélyes nyilatkozik arról, hogy a csatlakozási ponton a termelt teljesítményt egy- vagy többfázisú csatlakozással fogadni tudja-e, illetve bekéri a csatlakozási dokumentációt.
• Csatlakozási dokumentáció benyújtása.
• A csatlakozási dokumentum elfogadása után indulhat a termelőegység kivitelezése.
• Készre jelentés után lecserélésre kerül a mérőberendezés, megtörténik az üzembe helyezés.

Az így kialakított rendszereknél nincs szükség külön akkumulátoros rendszer kiépítésére, így azok karbantartására sem. Amennyiben sikerült eldönteni a tervezett rendszer fajtáját, úgy a napelemek telepítése során az MSZ HD 60 364-7-712-es szabvány ad pontos leírást arról, hogy hogyan kell a rendszereinket kiépíteni. Ezek közül kiemelt fontosságúak az alábbi szempontok:

1. 1. A napelemes rendszerek DC-oldalát akkor is feszültség alatt állónak kell tekinteni, ha a rendszer az AC hálózatról le van választva. Az AC (váltakozó áramú) hálózatoknál alkalmazott érintésvédelmi megoldások, mint pl. a TT vagy TN rendszerek állandóan feszültség alatt álló DC (egyenáramú) rendszereknél nem alkalmazhatók. Ezért a DC-oldalon alkalmazott berendezés, készülék, vezeték és szerkezeti elem meg kell, hogy feleljen a kettős szigetelés követelményeinek.
2. 2. A napelemes rendszerek DC-oldalán, villamos kötések létesítésénél, a csatlakozódobozok kialakítása során be kell tartani az MSZ EN 60 439-1 szabvány előírásait, mely szerint csak tipizált vagy részlegesen tipizált napelem-csatlakozódobozok alkalmazhatók, egyedi kialakításúak nem!
3. 3. Az egyenáramú oldalon lévő villamos szerkezetek feleljenek meg az egyenfeszültségnek és az egyenáramnak.
4. 4. A napelem-csatlakozódobozokat el kell látni egy figyelmeztető felirattal, ami jelzi, hogy a dobozban lévő aktív vezetőket állandóan feszültség alatt állónak kell tekinteni.
5. 5. A vonatkozó előírások szinte valamennyi napelemes rendszer esetében túlfeszültség-védelem kialakítását írják elő. Ez több, öszszehangoltan kiválasztott túlfeszültség-védő készülék alkalmazásával biztosítható. Ez azt jelenti, hogy egy 1-es típusú készüléket a hálózati betáplálási pontnál, egy 2-es típusú készüléket az inverter AC-oldalán, valamint az MSZ EN 62 305 villámvédelmi szabvány szerinti biztonsági távolság betarthatóságától függően egy 1-es vagy 2-es típusú készüléket a DC hálózaton, az inverter DC-oldalán telepíteni kell.
6. 6. A napelemes rendszerek AC-oldalán a DC/AC átalakítást végző inverterek által szolgáltatott villamos energiát egy úgynevezett inverter-csatlakozódobozban egyesíteni kell.
7. 7. A fotovillamos rendszer vezetékeit és kábeleit a zárlati és túláramokkal szemben védeni szükséges. Erre a célra leggyakrabban speciálisan napelemes rendszerekhez tervezett kismegszakítókat alkalmazunk.
8. 8. Hálózathoz történő szakszerű csatlakoztatásnál is tartsuk be a vonatkozó előírásokat, valamint megbízható és biztonságos alkotóelemekből valósítsuk meg csatlakozási pontot.

 

A fent leírt módszerek alkalmazásával kiépített rendszert a Debreceni Megújuló Energia Alkalmazási központban lehetőségünk van üzem közben is vizsgálni (1. kép). Ezek a mérések és megfigyelések hasznosak lehetnek a jövőben épülő rendszerekhez.

 

 

Mérési eredmények és tapasztalatok

A tárgyalt fotovillamos rendszer első üteme 2010-ben készült el, ám jelen cikk elkészítéséhez csak a 2012-es és 2013-as évi üzem került megvizsgálásra. Az eltelt évek alatt lehetőség volt mind a nyári, mind a téli üzemletetésről információkat gyűjteni. Emellett a telepített rendszer közelében a napsugárzási adatok begyűjtése és elemzése is elvégzésre került (1. ábra). A vizsgált időszakban a közelben lévő mérőállomás sajnos csak a vízszintes (és nem a déli tájolású, 45°-os dőlésszögű) felületre érkező globális napsugárzást tudja mérni, az összehasonlítás szempontjából viszont hasznos információ ez is.

A 2012-es időszakban az 1 m2-re eső éves sugárzásintenzitás ~1330 kWh/m2 értékű volt, míg 2013-ban ~1290 kWh/m2. A gyakorlatban ebből az energiamennyiségből egy átlagos 4 kW-os rendszer a legrosszabb téli időszakban 120 kWh, míg a nyári időszakban akár 540 kWh villamos energiát képes hasznosítani egy hónapban. A havi eloszlásról és annak mértékéről a 2. ábra adatai adnak tájékoztatást. A hasznosított mennyiséget az inver-tereken is leolvashatjuk, egy átlagos 4 kW-os rendszer a 2013-as évben a vizsgált rendszerben mintegy 3800 kWh villamos energiahasznosításra alkalmas, ami ~160 000 Ft megtakarítást jelent a rezsiköltségben évente.

A kialakításnak köszönhetően lehetőségünk van üzem közben a poli- és monokristályos napelemeket is vizsgálni, ezeket a mérési adatsorokat láthatjuk a 3. ábrán. Ezek alapján megállapíthatjuk, hogy a polikristályos napelem hatásfoka elmarad a monokristályos napelemekétől. Minimális többlethasznosítás a téli időszakban van, ám ha az éves mennyiséget vizsgáljuk, akkor megállapítható, hogy az itt telepített napelemek közül a monokristályos napelemek jobban teljesítenek. A diagram adataiból az is kiderül, hogy a monokristályos napelem 170 kWh-val több energitát hasznosított, ami ~7000 Ft-os különbséget jelent évente. Az energiahasznosítás mellett meg kell említeni, hogy a polikristályos rendszer ~100 000 forinttal olcsóbb, mint a monokristályos.

Egy másik rendszeresen felmerülő kérdés, hogy keleti vagy európai gyártó termékét válasszuk. A debreceni telephelyen lehetőség nyílt ilyen jellegű összevetések elkészítésére is, a mérések 2013-as adatsorát a 4. ábra ábrázolja. A napelemekre jellemezően teljesítménygaranciát vállalnak, amit két lépcsőre bontanak, pl. 12 évre szóló minimum 90%-os és 25 éves minimum 80%-os teljesítménygarancia. A vizsgált napelemes rendszer mindegyikére vállalta a gyártó az előbbi feltételekkel a garanciát. Fontos, hogy csak olyan rendszert válasszon a megrendelő, melynek forrása ellenőrizhető, megfelelő dokumentumokkal és garanciapapírokkal rendelkezik.

A keleti kontra európai kérdés vizsgálatakor érdekes eredményeket tapasztaltunk. Mindkét európai terméknek méltó ellenfele a keletről származó, jó minőségű napelem. Fontos azonban megemlíteni, hogy a beüzemeléstől még csak alig három év telt el, így feltétlenül érdemes ennél hosszabb üzemidő függvényében is megvizsgálni a teljesítményüket. A rendszer működését a jövőben is dokumentáljuk, az eredményeket pedig publikáljuk. Addig is a mért adatok alapján az a megállapítás tehető, hogy a jó minőségű gyártmányok között releváns különbségek nem tapasztalhatók.

 

 

Összefoglalás

A megtérülési idők elemzésénél nem csak az anyagi megtérüléseket célszerű vizsgálni, hanem a napelemek energiaegyenlegét is, amire ma még ritkábban térünk ki. Azt hogy hány év alatt termeli meg a napelemes rendszer azt az energiát, ami az előállításukhoz szükséges, nagymértékben befolyásolja a földrajzi hely, a napos idő aránya és természetesen az üzemeltetési szokások is. A megújuló energiát hasznosító rendszerek sarkalatos kérdése a gazdaságosság. A bekerülési költségek igen magasak, talán indokolatlanul is, és a nyugat-európai országokhoz képest a támogatási rendszer is kezdetleges, és több hiányossága is van hazánkban. Fontos szempont, hogy a tervezők felhívják a megrendelő figyelmét arra, hogy üzemeltetni is kell az épületet, és csak a környezeti energiát hasznosító rendszerekkel van arra lehetőség, hogy minimalizálni tudjuk a rezsiköltségeinket. Figyelembe kell vennünk azt is, hogy a primerenergia-árak a szomszédos országokhoz képest még mindig kedvezőbbek hazánkban. Ma már az eredeti árak töredékéért építhetünk napelemes rendszert, ami azt jelenti, hogy egy 4 kW-os rendszer bekerülési költsége kb. kétmillió forintra tehető. Ez a költség tovább csökkenthető különböző pályázati forrásokkal, ahol jellemzően 40-85%-os támogatás igényelhető, így ma már 6 évnél is kevesebb lehet ezeknek a rendszereknek a megtérülési ideje.

Fontos továbbá megemlítenem, hogy a mai épületeink növekvő villamosenergia-felhasználásához remek kiegészítő rendszer lehet a napelem. Hiszen például egy hőszivattyúval az épület fűtését is megoldhatjuk, a napelemes rendszerünk pedig képes megtermelni azt a villamos energiát, amivel a hőszivattyú működik. További előnye a napelemes rendszereknek, hogy nem tartalmaznak forgó, mozgó, kopó alkatrészeket, így különösebb karbantartást nem igényelnek.

A piackutatások szerint ezen a részen tapasztalhatók a legnagyobb árzuhanások és legjelentősebb technikai újítások. Várhatóan a jövőben egyre több épület villamosenergia-igényét lehet majd részben vagy egészben napelemekkel megoldani, ezzel az erőművekben elégetett gázmennyiséget nagymértékben tudják csökkenteni.

---