• [Un]Subscribe to Posts
  • Napelem PV inverter kristályos vékonyréteg hálózati szigetüzem megtérül

    Napelem

    Napelem

    A napelemes technológia energiaforrása ingyenes és számunkra beláthatatlan időn belül kifogyhatatlan. Ez a Nap sugárzása. A napenergia fedezi most is az egész emberiség teljes energiaigényét. De arra kell törekednünk hogy ne a régmúltban felhalmozott fosszilis anyagok elégetéséből nyerjük a szükséges energia legnagyobb részét, hanem fenntarthatóan, a ma érkező napenergia legyen ennek forrása.
    A napenergia potenciál meghaladja minden más ismert energiaforrásunkat.

     

    Melyek a napelemek legfontosabb előnyei?

    1. Pozitív életciklus energiamérleg: a napelemes rendszer gyártásához használt energiát egy átlagos napelem 3-6 éven belül visszatermeli. Ezzel szemben a napelemes rendszerek átlagos tervezett életkora 25-30 év, ami lehetővé teszi, hogy jellemzően ötször több energiát termel meg összesen, mint ami az előállításhoz szükséges.
    2. Segíti a villamos hálózatok működését: a napelemes rendszerek mint elosztott, vagy decentralizált „erőművek” javítják a szállítási távolságokra vonatkozó nagy hálózati vesztességi mutatókat (jellemzően Magyarországon 15% vesztesség), lévén hogy az általuk megtermelt villamos energiát a „szomszéd” felhasználja, így minimális a hálózati vesztesség. Egy elosztott rendszer ugyanakkor olcsóbb is, mint kevés súlyponti erőműből betáplált hagyományos rendszer, így elhalaszthatók hálózati beruházások és a hálózat stabilitása is javul.
    3. Önálló üzemre is alkalmas. Ott ahol nincs villamos hálózat, vagy nagyon drága lenne a kiépítése, mint például tanyavilág, hegyvidék, ott a napelemes sziget üzemű akkumulátoros rendszer a műszaki-gazdaságilag indokolt jó megoldás. De lakókocsik, vitorlás-hajók, kirándulók villamos berendezéseinek energiaellátására is kiforrott technológiájú megoldások vannak.
    4. Minimális karbantartás: Fajlagosan legnagyobb elterjedésüket a megújulók közül nemcsak az ebben a körben mérhető legalacsonyabb áruk, de a fenntartás során legalacsonyabb karbantartási igényük is okozza. Nincs mozgó alkatrészük, így igazi karbantartási igényük sincs, mindössze ellenőrzési feladatok vannak. Ezeket meg lehet valósítani fizikai mérésekkel illetve az energiaszámlák összehasonlításával is.
    5. Felhasználásuk hosszútávon fenntartható: az alapanyagok bőségesen rendelkezésre állnak, bejáratott technológiák, az ipari termelésük évente óriási mértékben növekszik. Azokban az országokban, ahol támogatják, több tízezer munkahely jött létre ebben az iparágban.

     

    Hogyan működik a napelem?

    A napelem olyan cellákból épül fel, melyek a napfényt elektromágneses sugárzását DC elektromos árammá alakítja át. Ez félvezető rétegekben valósul meg..
    A cellákra eső fény elektromos mezőt hoz létre a rétegek között, vagyis potenciálkülönbség (elektromos feszültség) jön létre. Ezt elvezetve és terhelésre kötve elektromos áramot tud létrehozni a cella, amely arányos a besugárzási fény erősségével.

    A napelemes rendszer nem csak erős napsütésben működik, esős és borús napokon is termel áramot a szórt, illetve átszűrődő napfény hatására.

    A napelemes rendszereket nemzetközi szóhasználatban “fotovoltaikus” „PV” rendszereknek nevezzük.

     

    A napelemes rendszer típusai

    Alapvetően két napelemes rendszer típust különböztetünk meg a villamos hálózathoz való kapcsolódás szerint:

     

    Hálózatra kapcsolt

    • korszerű, elterjedt megoldás
    • akár egész évi áramfogyasztást fedezheti
    • karbantartást nem igényel
    • az időjárás függő áramtermelést a villamos hálózatot „pufferként” használva kiegyensúlyozza a ház igénye szerint
    • oda-vissza mérő órát az áramszolgáltató biztosítja
    • éves elszámolást kérve az áramszolgáltatótól, a nyári többlet termelést télen fogyasztjuk el a hálózatból
    • napelemek által termelt egyenáram átalakítását 230/400V/50Hz-re és a hálózati visszatáplálást a hálózati inverter szabályozza

    Szigetüzemű rendszer

    • teljesen független és önálló áramellátó rendszer
    • akkor ajánlott, ha nincs villamos hálózat, vagy annak kiépítése a fogyasztási pontig nagyon költséges
    • a villamos áram tárolása akkumulátorokba történik
    • ezek karbantartást igényelnek
    • akkumulátorok élettartama korlátozott, így 3-6 évente cserével kell számolni
    • hálózatra kapcsolt rendszer árának akár kétszeresébe kerülhet
    • télen és nagyon kedvezőtlen esetekben egy másik tartalék áramforrás is szükségessé válhat
    • a tárolt DC áramot sziget üzemű inverter 230V/50Hz-re alakítja, amit a hagyományos elektromos berendezések használnak

    Ha van villamos hálózat, korszerűbb és gazdaságosabb megoldás a hálózatra kapcsolt rendszer. A napelemes rendszerek alig 1/20-a működik ma sziget üzemmódban.

     

    Napelemes rendszer felépítése

    A hálózatra kapcsolt napelemes rendszer felépítése:
    1. a napelemek törpe és kisfeszültségű egyenáramot DC termelnek
    2. Az inverter az egyenáramot 230V-os váltakozó árammá AC alakítja
    3. a házi főelosztó szekrényben csatlakozik a ház villamos rendszere és az inverter kimenete
    4. a napelem által megtermelt energiát a ház részben elfogyasztja
    5. az oda-vissza mérő óra rögzíti az el nem fogyasztott, hálózatba visszatáplált áram és az áramszolgáltatótól vett áram mennyiségét

     

    Napelem típusok

    Napelemeket technológiájuk alapján két fő csoportba lehet sorolni: kristályos és vékony-rétegű napelemek.

    1. Kristályos napelemek

    Három alcsoportot tartalmaz:

    • mono-kristályos
    • poli-kristályos
    • amorf

    Ezek közül a mono-kristályos a legjobb hatásfokú, de a legigényesebb technológia és ezért a legdrágább is. Ott ajánlott, ahol nem áll rendelkezésre elégséges tetőfelület.
    Ár/érték arányban a legjobb és ezért a legelterjedtebb a poli-kristályos a telepítések közül.

    Az amorf ezek közül a legolcsóbb, de nagy tetőfelületet igényel, ezért nem túl népszerű.

     

    2. Vékony-rétegű technológiák

    A vékony-rétegű (vagy vékony-filmes) technológiánál nem kristályos szilícium tömbökből vágnak cellákat, hanem a félvezető réteget kémiai vagy fizikai lecsapatással közvetlenül az üvegre, vagy más hordozó felületre felviszik.

    A fenti képeken is látható, hogy egységesen bevont felületről beszélünk, ahogy néhány mikron vastagságban, szinte filmrétegként viszik fel a félvezető réteget. A halvány csíkok utólagos, lézerrel történt bevágások a filmrétegen, ami a kedvezőbb Volt-Amper arányok beállítása miatt szükséges.

    A félvezető filmréteget és az alapanyagot a gyártási technológia határozza meg. Az elterjedt és már tömeggyártásban lévő vékony-rétegű technológiák a következők.

    Amorf szilícium
    aSi-µSi, azaz amorf szilícium (aSi) és mikromorf (µSi) szilícium: ez a ma használt technológiák közül az egyik nagyon elterjedt, jelentős számú cég vágott bele az utóbbi években ilyen technológiájú gyártásba. A félvezető réteg itt is szilícium, mint a kristályos napelemek esetén, azonban nem kristályos tömbökből, hanem szilán gázból (SiH4) állítják elő: kémiai reakció során a hidrogént leválasztják a szilíciumról, ami így lerakódik az üvegre – vagy más felületre, pl. műanyagra, fémre is akár. Viszonylag kis hatásfokú technológia, aSi 5-6%-os, µSi (ami az aSi továbbfejlesztett változata) 7-9%-os.

    Kadmium-tellurid
    CdTe, azaz kadmium-tellurid technológia: a másik fő vékony-rétegű technológia, de itt egy gyártó kezében (First Solar) koncentrálódik a termelés döntő része – olyannyira, hogy ma már ez a cég a világ egyik legnagyobb gyártója. A First Solar speciális, VTD gyártási technológiát (nagy hőfokú porlasztást) használ a gyártásban. Óriási sorozatokban tudják előállítani 7-10% hatásfokú napelemeiket.

    Réz-indium-gallium-diszelenid

    CIGS, CIS, azaz réz-indium-gallium-diszelenid és réz-indium-diszelenid: a vékony-rétegű technológiák újabb változata. Tömeggyártása csak 2010 – ben indult be, addig csak pilot-sorokon folyt a gyártás és fejlesztés, általában 5-20 MW éves kapacitással. Nagyon sok cég fejleszt ilyen gyártási módokat, mivel 9-12%-os hatásfokot is el lehet érni az ilyen napelemekkel. Azonban egyelőre nem sikerült igazán olcsó gyártási módot találni, és az alapanyagok közül némelyik szűkösen hozzáférhető és drága, de a nagyszámú fejlesztések miatt ígéretes és lassan elérhető technológiának számít.

     

    Előnyök, hátrányok, alkalmazás

    Vékony-rétegű napelemek a világ napelemes piacának 20%-át jelentik, és viszonylag új technológiának számítanak, de bejáratott és elfogadott megoldásnak tekinthető.

    Mivel kisebb a hatásfokuk, családi ház tetőjére ritkábban kerülnek, mert nagyobb a terület igényük a kristályos napelemekhez képest. Mi is telepítünk Würth gyártmányú vékony-réteg napelemeket is. Erőműi (földre telepített) alkalmazásuk gyakoribb.

    A vékony-rétegű napelemeknek jobb a hőmérsékleti együtthatója, így főként nyári melegben, egyenlítőhöz közelebbi, nagyon meleg környezetben előnyeik így jelentkeznek.

     

    Napelem minőség, tesztek

    Ma már több napelem teszt is elérhető, amik összehasonlítják villamossági, mechanikai és kivitelezési szempontból a napelemeket.

    Egy brit fogyasztóvédelmi magazin, a Which 2015-ben jelentetett meg elemzést napelemekről, ahol – az általunk is forgalmazott Sharp és Canadian Solar is a maximális 5 csillagot kapták

    A világrekordok között a Sharp és a Trina Solar kiemelten jó eredményeket mutatnak évek óta.

    A Trina Solar 2014-ben 4 világrekordot is felállított, a legnagyobb hatásfokú polikristályos napelemmel (TÜV Rheinland által igazolva):
    http://ir.trinasolar.com/phoenix.zhtml?c=206405&p=irol-newsArticle&ID=1916608
    http://ir.trinasolar.com/phoenix.zhtml?c=206405&p=irol-newsArticle&ID=1977326
    http://ir.trinasolar.com/phoenix.zhtml?c=206405&p=irol-newsArticle&ID=1990091
    http://ir.trinasolar.com/phoenix.zhtml?c=206405&p=irol-newsArticle&ID=2002414

    és 2015-ben egy újabbat:
    http://www.pv-tech.org/news/trina-solar-sets-new-21.25-multicrystalline-cell-efficiency-record

    A Sharp pedig a napelem cellákban tart két világcsúcsot is:
    – a nem koncentrált, 3 rétegű cellák között 37,9% hatásfokkal
    – a teljes cellára jutó hatásfokban pedig 44,4%-ot tudtak felmutatni.
    Forrás, eredeti cikk: http://cleantechnica.com/2013/06/23/solar-cell-efficiency-world-record-set-by-sharp-44-4/

     

    Inverter

    Az inverter a hálózatra kapcsolt napelemes rendszer irányító egysége, “szíve”: velük lehet a napelemek által termelt egyenáramot (DC) átalakítani a gépeink és a villamos hálózatokon használt váltóárammá (AC).

    A fenti képeken a világ vezető inverter gyártóinak néhány típusa látható. Az invertereket általában a garázsban, kazánházban, pincében, jól szellőző padláson szereljük fel, de kültéren is elhelyezhető.

    A hálózati inverterek fő funkciói:
    • a napelemek által termelt egyenáramot váltóárammá alakítja,
    • a váltóáramot a villamos hálózat értékeihez szinkronizálja, védelmi funkciókat lát el,
    • megjeleníti a termelt áram mennyiségét, monitoring rendszerrel kiegészítve számítógépen is követhető részletes információkat ad az áramtermelésről.

    Az inverterek méretezése

    Kisebb rendszereket egyfázisú inverterekkel szokás szerelni (családi házaknál ez a jellemző), nagyobb rendszereket háromfázisú inverterekkel. Erőművi, több száz kilowattos rendszerek pedig akár konténernyi, középfeszültségre is kapcsolható inverterekkel és trafóval működnek.

    Az inverterek méretezésénél a beépíteni kívánt napelemek összteljesítménye határozza meg. Javasolt a kiépített rendszerhez méretezett invertert használni, mert bár az inverterek széles tartományban tudnak dolgozni, jó hatásfokkal (ld. később) megfelelő méretezés mellett tudnak dolgozni.

    Jó minőségű hálózati inverterek általában 2 kW-nál indulnak. Ennél kisebb inverterek is léteznek, de általános szabályként elmondható, hogy minél kisebb az inverter, annál drágább az 1 Wattra jutó költsége.

    Inverterek hatásfoka
    Minden inverter adatlapján szerepel egy százalékban megadott hatásfok érték, általában a következő formában.

    A hatásfok százalékban azt fejezi ki, hogy mekkora veszteséggel dolgozik az inverter, azaz a bejövő egyenáramból az átalakítás során mennyi vész el.

    A fenti példában a maximális hatásfok az ideális körülmények (tökéletes besugárzás és hőmérséklet) esetén fennálló veszteségre utalnak (3% a példában). A második adat az Euro-hatásfok, ami pedig az Európában szokásos átlagos üzemelés és időjárás esetén meglévő veszteséget jelenti (3,7% ebben a példában).

    A modern inverterek 95% feletti hatásfokkal dolgoznak, a legjobb inverterek 98%-osak ma a piacon.
    Inverter technológiák
    Két fő technológiával épülnek a ma kapható hálózati inverterek: transzformátorral és transzformátor nélkül. A két technológia alap topológiája itt látható (forrás és rajzok: SMA)

    A transzformátor nélküli inverterek általában magasabb hatásfokúak, újabb technológiának számítanak. Vékony-rétegű napelemekhez azonban általában korlátozottan használhatók.
    Az inverterek élettartalma
    Invertereket jellemzően 5 év garanciával kínálják a gyártók, várható élettartamuk 10-15 év. Ez azt is jelenti, hogy egy napelemes rendszernél és annak jellemzően tervezett 25 éves élettartama alatt egyszer számolni kell az inverter cseréjével.

     

    Napelem rögzítése

    Napelemek telepítésénél nagyon fontos a rögzítés minősége, mivel 20-30 évre tartós, erős és az időjárásnak ellenálló rögzítéssel kell alkalmazni. Ezért csak hosszú távon rozsdamentes rögzítést, alumínium és rozsdamentes acél rögzítési elemeket szabad használni tetőn.

    Galvanizált vagy horganyzott vas kezelés és ellenőrzés nélkül 5-15 év után korrodálódik, így tetőre (ahol rendszeres ellenőrzésük nehezen biztosítható) az ilyen rögzítési megoldást nem javasoljuk.

    A napelemeket rögzíthetjük ferde tetőre, lapos tetőre vagy földre. A megfelelő (Magyarországon 20-40 fok közötti) dőlésszög kialakításához lapos tetőn vagy földön alépítmény szükséges, így ezek költségesebb rögzítések. Ha van jó, dél-kelet és dél-nyugat közötti tájolású ferde tető, arra való rögzítés a gazdaságosabb megoldás.

    Napelem rögzítése cserepes tetőre
    Napelem rögzítése lapos tetőre
    Napelem rögzítése talajra

     

    Napelem megtérülés és hozamok

    Hogy megtérülést számíthassunk, először is tudni kell, hogy mennyi megtermelt áramra számíthatunk napelemes rendszerünkből.

    Leegyszerűsítve úgy számolhatunk, hogy déli irányba tájolt, 20-40 fok dőlésszögű 1 kW-os (1000 Watt összteljesítményű) napelemes rendszer átlagosan évente 1100 kWh áramra számíthatunk.

    Azaz egy átlagos családi házra szerelt 3 kW-os rendszer 3300 kWh-t tud megtermelni évente.

    A fenti szám országos átlagnak mondható, természetesen van kisebb eltérés országos szinten is:
    – Nyugat- vagy Észak-Magyarországon inkább 1050 kWh várható,
    – Dél-Alföldön pedig 1150 kWh várható 1kW-os rendszertől.

    Külső, független forrásként, illetve nem déli, vagy nem 20-40 fokos tető esetén történő számításhoz az Európai Unió egy kalkulátorát javasoljuk, ahol a helyszínnel és még számos paraméterrel kiszámíthatjuk a várható éves kWh áramtermelést: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php

     

    Napelem megtérülése

    A napelem megtérülés számításhoz a beruházás költségére is szükségünk lesz- előzetes árajánlatot cégünktől itt kérhet: info@adaptiv.eu.

    Majd ezt vethetjük össze a megtermelt villamos energia mennyiségével, várható kWh-kal (ld fentebb).

    A villanyszámlán lévő díjaknál mindegyik díjat figyelembe kell venni, mert a rendszer használati és egyéb kiegészítő díjakat is kWh alapon számlázza az áramszolgáltató.

    A pontos számításhoz lehet egyszerű modellt alkalmazni, vagy egész komplex üzleti terv szerinti megközelítéssel és számos további változóval is lehet kalkulálni (pl. infláció vagy meg nem keresett kamat, villamos energia áremelkedése, finanszírozási költség, napelem elévülés, biztosítási, karbantartási díj, stb).

    Egy egyszerűbb számításhoz egy külső kalkulátor a MANAP Iparági Egyesület honlapján érhető el: http://www.manap.hu/napelem-megterules-szamitas.html

    Kérje napelemes video tanumányunkat itt!