Vékonyrétegű napelemek: valóban többet termelnek?

A másik gyakori, itthon is készpénznek vett állítás, hogy szórt fényben, felhős időben jobban teljesítenek az amorf szilícium napelemek, mint a kristályosak. Ezeket az állításokat a gyártók általában szép, színes és jól érhető grafikonokkal illusztrálják - jellemzően forrás, vizsgáló intézet megnevezése és részadatok nélkül.

Általában bizalmatlan vagyok a gyártók vagy forgalmazók által megadott összehasonlító eredményekkel, mert ritkán lehet tudni, hogy pontosan mivel és milyen körülmények között hasonlították össze a napelemek hozamait.

Nézzük meg inkább független intézetek méréseit.

A közelmúltban publikálta a TÜV Rheinland egy, ebben a témában készült vizsgálatát (PV Magazine, 2011/07, 154-157. oldal), aminek nem minden vékonyréteg gyártó örült.

10 vékonyrétegű (1 CIS, 2 CIGS, 1 CdTe és 6 aSi és uSi modult - technológiákról ld korábbi írásunk itt) és 2 kristályos (1 poly és egy monó) napelemet vizsgált hosszabb időn át, illetve külön nézték a felhős, szórt fényben nyújtott teljesítményeket dél-német időjárási körülmények között.

Először a szórt fényről: a felhős időben mérték a besugárzás a reggeli óráktól. Napközben folyamatosan tisztult az idő, így nőtt a besugárzás erőssége (vízszintes tengely, W/m2). Az eredmény az alábbi volt:

Ahogy az ábrán is látszik, a tesztben valóban az egyik vékonyrétegű modul teljesített egy paraszthajszálnyival a legjobban, a gyenge besugárzásnál, szórt fényben (sárga vonal), de utána rögtön a két kristályos modul következett (fekete és zöld vonal), majd a többi vékonyrétegű. A legrosszabb teljesítményt is szórt fényben egy vékonyrétegű napelem adta. A legjobb és legrosszabb teljesítmény között 13% volt az eltérés.

A fenti számok alapján nem tűnik igaznak, hogy a vékonyrétegűek jobban teljesítenek felhős, párás időben vagy szórt fényben. A kristályos modulok legalább annyit tudnak, sőt, sok vékonyrétegű típushoz képest még többet is.

De mi a helyzet a hosszú távú teljesítményekkel, hozamokkal, ami szintén a másik rendszeres állítása a vékonyrétegű gyártóknak?

Ezt is vizsgálta a TÜV, 8 hónapos időszakot vettek alapul (májustól decemberig), és az alábbi eredmény kapták:

Ahogy az ábrán is látszik, egy vékonyrétegű modul kiemelkedően jól teljesített, majd 7-8 típus (köztük igen jó hozammal a két kristályos is) nagyon hasonló eredményt hozott. És a leggyengébb kWh hozamot is vékonyrétegű napelemek termelték meg.

De nézzünk meg egy másik hosszú távú tesztet is: a Photon magazin, a vezető napelemes szaklap is évek óta tesztel napelemeket. Ők csak a megtermelt kWh-kat nézik - azaz hogy mennyi áramot termel ténylegesen a napelem Közép-Európa éghajlatában. Az éghajlatra még visszatérünk, de számunkra azért különösen hasznos a fenti TÜV és az alábbi Photon mérés, mert Magyarországon hasonló téli-nyári hőmérséklet eltérés és a felhős-napos időszak aránya.

A Photon régebben tesztelt moduljai között csak 1 vékonyrétegű van, a piacvezető, CdTe technológiájú First Solar. A napelem jól teljesít, de nem a legjobb:

Még érdekes megnézni a 2011-es teszteket is, mert itt már 3 vékonyrétegű napelem is szerepel: a Nexpower (3.), Shell (26.) és a First Solar (29.). Ha a vékonyrétegű napelemek többet termelnének, az első három helyen kellene, hogy álljanak.

(mindkét táblázat forrása: Photon International, 2011/08, 208 és 210. oldal)

Ahogy ezekből és a TÜV tesztből látszik, a kristályos és vékonyrétegű modulok között nincs lényegi különbség hozamokat tekintve. Néhány modul jobban teljesít, néhány kevésbé, de ökölszabályként azt kijelenteni, hogy mindig mindenkor jobban teljesít a vékonyréteg, az nem tűnik valós állításnak.

Akkor a nagy gyártók ezek szerint hazudnak? És semmilyen teljesítménybeli előnye sincs a vékonyrétegű napelemeknek?

Nem teljesen. Egyrészt nem minden gyártó állítja ezt, üdítő kivétel a fenti példákkal szemben a japán Kaneka oldala, aki csak azt állítja, hogy mikromorf moduljai jobban teljesítenek mint az aSi napelemek.

Másrészt bizonyos körülmények között valóban jobb a vékonyrétegű napelem. Például kevésbé érzékenyek (pl. nem DK-DNy közötti tájolású tetőn) a nem ideális beesési szögre - és emiatt például pontosan kelet-nyugati irányú tetőn jobb lehet. Kevésbé érzékenyek az árnyékolásra is. De ami talán legfontosabb (és ezzel kicsit védhető a gyártók állítása), sokkal jobb a hőmérsékleti együtthatójuk.

A hőmérsékleti együttható azt mutatja meg (ez minden napelem adatlapon rajta van), hogy 1 C fok emelkedésével mennyivel csökken a napelem legadott teljesítménye a nominális, 25 C fokos teljesítményéhez képest. Azaz ahogy nő a modul hőmérséklete, úgy csökken a napelem által leadott teljesímény is. A vékonyréteg hőmérsékleti együtthatója kisebb, azaz hőmérséklet emelkedésére kevésbé érzékeny, a kristályos jobban.

Ez Közép-Európában nem hoz lényegi változást, mert a hőmérsékleti együttható másik irányba is igaz: azaz hőmérséklet csökkenésével kristályos moduloknál javul a leadott teljesítmény. A fenti két teszt is közép-európai klímában folyt és folyik, és itt kiegyenlíti egymást a nyári-téli időszak hőingadozásával a teljesítmény.

Nagyon más eredményt kapunk azonban ha nagyon meleg (és nappal sosem hideg), sivatagi környezetben vizsgáljuk a modulokat a fentiek miatt. Egyik érdekes teszt erről az ausztrál kormány által finanszírozott mérés, a Desert Knowledge Center, ami Közép-Ausztráliában vizsgál tucatnyi különböző típusú napelemet.

A fenti összegző ábrán a kék a vékonyrétegű napelemek telesítménye, a zöld a polikristályos, piros a monokristályos napelemek által megtermelt kWh-kat összegzi havi bontásban.

Itt már világosan látszik, hogy a sivatagban a vékonyrétegű napelemek jobban teljesítenek, mégha nem is óriási az eltérés, de előnyük egyértelműen kimutatható. Meleg éghajlaton, pl. Észak-Afrikában, Arizonában, a Közel-Keleten, de már valószínűleg Dél-Görögországban is érdemes lehet inkább vékonyréteget telepíteni, mint kristályost, ha elegendő felülettel rendelkezünk. Közép-Európában azonban semmilyen előnyük nincs a fenti mérések alapján.

Érdemes még egy gondolatra visszatérni a fenti két, TÜV és Photon teszthez is: az is látszik a számokból, hogy alig-alig van különbség a poly és a monokristályos napelemek között. Ami nem is csoda, hiszen alapvetően ugyanaz az az elemi szilícium van mindkét modulban, csak másként állítják elő, más a gyártási eljárás. Mégis itthon sokszor megkérdezik, hogy a mono vagy a poly jobb-e. Ugyanolyan jók a hazai éghajlati viszonyok mellett, ha a várható hozamokat, megtermelt áramot nézzük.

Összegezve tehát a vékonyrétegű moduloknak van előnye és nagyobb felületi igénye miatt van hátránya is. De azt állítani, hogy vékonyrégű napelem többet termelne, ez egyáltalán nem tűnik igaznak. Kb. ugyanannyit termel hazai körülmények között, és van helyzet, amikor jó megoldás. De közép-európai éghajlaton, független mérések alapján nem védhető az az állítás, hogy többet termelne.