Napelem

A napelem olyan szilárdtest eszköz, amely az elektromágneses sugárzást (fotonbefogást) közvetlenül villamos energiává alakítja. Az energiaátalakítás alapja, hogy a sugárzás elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít, vagyis elektromos áram jön létre. Ez a jelenség ívkisüléses lámpák esetén is lezajlik, nem szükséges kizárólagosan napfény. A napelemekre általában 20-25 év a garancia, jellemzően 20-40 év az élettartamuk. A napenergia hasznosításában hosszabb távon számottevő növekedés várható. Azt az energiát, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolajkészletekben rejlik a Nap 1,5 nap alatt sugározza a Földre.[1] Az emberiség jelenlegi, évi energiafogyasztását a Nap egy órányi energiakibocsátása teljes egészében fedezné. Ugyanakkor a napelemek elterjedését nagymértékben hátráltató tényező az áruk, aminek két fő oka az előállításuk energia- és csúcstechnológia-igényessége, a kis széria, továbbá, hogy csak napsütésben képesek hatékonyan működni. Az utóbbi években azonban (főként a kínai napelemgyártás felfutása, és a tömegtermelés megjelenése miatt) folyamatosan csökken a napelemek ára, és szakmai előrejelzések szerint 2010 után várható, hogy a napelemmel termelt áram ára megegyezzen a fosszilis energiatermelés költségével.Másrészt a Föld jelenlegi legnagyobb naperőműve 40 MW-os, ami kevesebb mint tizede a Paksi atomerőmű egyetlen reaktorblokkja teljesítményének, és ezt a teljesítményt is csak ideális időben produkálja

Inverter

Invertereink szinuszos kimeneti jelalakjuknak és nagy indítóáram leadási képességüknek köszönhetően igen széleskörűen alkalmazhatóak a legkülönfélébb felhasználásokhoz. Kitűnő paramétereik (magas hatásfok, alacsony üresjárati áramfelvétel, sokrétű védelmi funkciók, alacsony tömeg, stb.) miatt az alább felsorolt területeken méltán népszerűek és közkedveltek. Farmokon, tanyákon, hétvégi házakban gyakran nem megoldott a hálózati 230V-os betáplálás, illetve a bevezetése a helyi áramszolgáltató által túl költséges lenne. Ilyenkor több megoldás is lehetséges. A legismertebb talán a benzin- vagy dízelüzemű aggregátor alkalmazása, amelynek, amellett hogy nagy zajkibocsátással rendelkezik, túl költséges az üzemeltetése. Előnye a nagy teljesítmény-leadási képesség (több kW is lehet). A másik kevesek által ismert környezetbarát alternatíva a 230V - 50Hz-es feszültség előállítása akkumulátorból egy inverter segítségével. Az akkumulátorok feltöltése történhet közvetlenül hálózatról egy hagyományos akkutöltő segítségével (pl. hétvégi házak, horgásztanyák esetében, természetesen más helyszínen), illetve az alternatív energiák (szélenergia, napenergia, stb.) folyamatos és ingyenes felhasználásával. A kiválasztásnál gondoljunk arra, ha bővíteni szeretnénk a napelem rendszerünket, akkor ajánlott nagyobb teljesítményű invertert választani.

Villamos energia termelés hálózatra kapcsolt napelem rendszerrel

A hálózatra kapcsolt rendszer az előállított áramot vagy helyben felhasználja, vagy betáplálja a hálózatba, amelyért a szolgáltató átvételi díjat fizet. Amennyiben adott pillanatban a rendszerünk nem termel elegendő áramot, a hálózatból veszi fel a hiányzó mennyiséget. Az energia tárolására nincs szükség.
A napelem egyenáramot állít elő, amit a hálózatba való betápláláshoz váltóárammá kell alakítani. Az egyenáram váltóárammá alakítását a váltóirányító, vagy más néven inverter végzi. Az invertert ma már sokszor egybe építik a szolár modulokkal, az így létrejött berendezést váltóáram – szolár moduloknak nevezik. A fel nem használt áram betáplálása a hálózatba kedvezőbb megoldás, mintha a felesleges áramot akkumulátorba vezetnék, ugyanis akkor kb. 30 %-os teljesítménycsökkenéssel kellene számolni. A visszatáplált energia mennyiségét mérik és időszakonként elszámolnak vele. Napközben, amikor jellemzően nem vagyunk otthon, a napelem rendszer betáplál a hálózatba, este pedig mikor otthon vagyunk és a legtöbb energiát használjuk, de már nem süt a nap, egyszerűen elfogyasztjuk a napközben napelem rendszerünk által megtermelt áramot, amit addig úgymond a közüzemi hálózatban tároltunk. Elszámoláskor mi a különbözetet fizetjük, amennyivel többet fogyasztottunk az általunk termelt energiamennyiségnél. A rendszerünk lehet egy- ill. három fázisú, a telepítési helynek és igényeknek megfelelően.

Egy hálózatra tápláló napelemes rendszer három fő részből áll:
• napelem
• inverter
• termelés-fogyasztás mérő
A napelem a napfényből egyenáramot termel, a napelem fajtájától és számától függő feszültséggel. Ez még nem alkalmas feltétlenüla háztartás villamos fogyasztói számára, sem a hálózatra való visszatáplálásra. Az inverter alakítja át az egyenáramot 230V-os, 50Hz-es váltakozó feszültséggé. A rendszer üzembe helyezésekor az áramszolgáltató új villanyórátszerel fel, amely képes mérni mind a bejövő, mind a kimenő energia mennyiségét, tehát a visszatermelt és a fogyasztott energiát.
Hogyan táplál vissza a napelem rendszer a közüzemi hálózatra?
Egy hálózatra betápláló napelem rendszer teljesen automatikusan működik. Érdemes tudni, hogy amennyiben a hálózaton nincs áram, a belső áramtermelés is leáll, aminek biztonsági okai vannak. Hiszen ha valaki az elektromos rendszeren akar valamit szerelni, akkor lekapcsolja az adott hálózatrészt. Amennyiben a napelemes rendszer továbbra is áramot táplálna a rendszerbe, fenn állna az áramütés veszélye.
Lehetőség van azonban arra, hogy egy kapcsoló- és a rendszert vezérlő berendezés beépítésével, áramkimaradáskor is tovább üzemelhessen a rendszerünk, így növelve az energiaellátásunk biztonságát. A vezérlő áram kimaradáskor az áramszolgáltatók és a szabványok szerint elfogadható módon és biztonsággal leválasztja a rendszerünket a közüzemi hálózatról. Így nem veszélyeztetjük az azon esetleg dolgozókat.
Kellenek akkumulátorok, amik áthidalják a sötét órákat, mikor nincs napsütés. Akkumulátorból jóval kevesebb kell egy ilyen megoldásnál, mint egy a hálózattal együttműködni nem képes szigetüzemű rendszernél. Az akkumulátorok élettartama is sokkal hosszabb lesz, mivel folyton feltöltött állapotban vannak, ami a legjobb nekik. Csak a áram kimaradások alkalmával veszünk ki belőlük energiát, míg egy szigetüzemű napelem rendszernél minden nap.
Elszámolás az áramszolgáltatóval
A jogszabály szerint elszámolási időszakonként a leolvasott termelt és fogyasztott energiamennyiségből egyszerű egyenleg számítással meghatározzák a fogyasztást, vagy a többlettermelést. Az egyenleg elszámolás alapján adódott fogyasztott energia mennyiséget kell csak kifizetni, illetve a többlettermelést 85%-os fogyasztói áron fizetik ki nekünk. A jogszabály havi, negyedéves, vagy éves elszámolási időszakot tesz lehetővé, melyek közül a fogyasztó választhat. Érdemes az egy éves időszakot választani.

A napelemes rendszerek veszélyforrásai és azok kiküszöbölése

1. Áramütés elleni védelem nem megfelelő biztosítása.

2. Alkalmazott csatlakozó- dobozok és védőberendezés- összeállítások rossz kialakítása.
A napelemes rendszerek DC-oldalán villamos kötéseket kell létesítsünk, és különböző védelmi készülékeket, pl. túlfeszültség-korlátozókat, biztosítókat, kapcsolókat kell elhelyezzünk. Ezeket DC napelem-csatlakozódoboz alkalmazásával tudjuk megoldani.

A létesítési szabvány 712.511.1 pontja szerint a csatlakozó- dobozok kialakítása során be kell tartani az MSZ EN 60 439-1 szabvány előírásait.

3. DC-oldali villamos szerkezetek nemmegfelelősége.

A létesítési szabvány 712.512.1.1 pontja kimondja: Az egyenáramú oldalon lévő villamos szerkezetek feleljenek meg az egyenfeszültségnek és az egyenáramnak. Ez magától értetődőnek látszik, mégis egy külön szabványpont írja elő. Miért? Azért, mert ennek az egyszerű szabálynak a be nem tartása miatt keletkezik a legtöbb tűzeset a napelemes rendszereknél.

4. Az üzemeltetők, ellenőrzést, javítást végző személyek tájékoztatásának hiánya.

Az idézett szabvány 712.536.2.2.5.1 pontja előírja, hogy a napelem-csatlakozódobozokat el kell látni egy figyelmeztető felirattal, ami jelzi, hogy a dobozban lévő aktív vezetőket állandóan feszültség alatt állóknak kell tekinteni. Mi jelenthet megoldást a 2-4. pontban leírt veszélyforrások kiküszöbölésére?

Az MSZ HD 60 439-7-712 és az MSZ IEC 60 439-1 szabvány vonatkozó előírásainak betartásával előállított, kettős szigetelésű, DC 1000 V-ra bizonylatoltan bevizsgált elemek és szerkezetek alkalmazásával kialakított, megfelelő figyelmeztető feliratokkal ellátott, CE megfelelőségi bizonylattal rendelkező előszerelt napelem-csatlakozó- dobozok alkalmazása.

5. Túlfeszültség-védelem nem megfelelő biztosítása.

A vonatkozó előírások szinte valamennyi napelemes rendszer esetében túlfeszültség-védelem kialakítását írják elő. Ez több, összehangoltan kiválasztott túlfeszültség-védő készülék alkalmazásával biztosítható.

Ez azt jelenti, hogy egy 1-es típusú (korábban B fokozat) készüléket a hálózati betáplálási pontnál, egy 2-es típusú (korábban C fokozat) 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. Különös figyelemmell kell eljárni a DC-oldali készülékek kiválasztásánál.

Itt csak kizárólag napelemes rendszerek védelmére kialakított készülékek alkalmazhatók! Különösen igaz ez a leggyakrabban alkalmazott 2-es típusú készülékekre, mert ezeknél csak az ún. Y-kapcsolásúak alkalmazhatók megfelelő biztonsággal. Ezek a DC-oldali készülékek jellemzően a napelem-csatlakozó- dobozokban kerülnek elhelyezésre. A megoldás tehát: megfelelő készülékek kiválasztása és alkalmazása.

6. Hibás méretezésből adódó veszély.

A napelemes rendszerek AC-oldalán a DC/AC átalakítást végző inverterek által szolgáltatott villamos energiát egy ún. inverter-csatlakozódobozban egyesíteni kell. A létesítési szabvány 712.434.1 pontja szerint a napelemes rendszer vezetékeit és kábeleit a zárlati, és túláramokkal szemben védeni szükséges. Erre a célra leggyakrabban kismegszakítókat alkalmazunk, amelyeket az inverter-csatlakozódobozban helyezünk el. Ezeknek a készülékeknek a kiválasztása során egy szempontot fokozottan tartsunk szem előtt: itt nem energia-elosztás, hanem energiagyűjtés történik.

Míg egy energia-elosztóban az egyidejűségi tényező értéke 0,3-0,6 addig ebben az esetben ezt az értéket 1-re kell tervezzük. Ha nem vesszük figyelembe ezt a méretezési alapelvet, akkor a termikus viszonyok miatt a hibásan kiválasztott készülékek nem megfelelően fognak működni, téves lekapcsolásokat fognak végezni. Ezt kiküszöbölhetjük speciálisan napelemes rendszerekben való alkalmazásra tervezett inverter-csatlakozódobozok és ezekre hangolt készülék kiválasztási táblázatok alkalmazásával.

7. Hálózathoz történő szakszerűtlen csatlakoztatás.

A létesítési szabvány 712.536.2.2.1, 712. 434.1 és 712.413.1.1.1.1 pontjai pontos meghatározásokat tartalmaznak a napelemes rendszereknek a fogyasztói elosztóhálózathoz való csatalakoztatásával kapcsolatban. Megadják a csatlakoztatási pont helyét, annak módját, és előírásokat tartalmaznak a szükséges védelmi készülékekre vonatkozóan. A napelemes rendszerek hálózathoz történő csatlakozatása ezen utasítások figyelembe vételével végezhető el.

A napelemes rendszerek létesítése során két alapvető kritériumot kell teljesítenünk. Az egyik a megbízhatóság kritériuma. A napelemes rendszereket több évtizedes üzemre alakítjuk ki, hiszen a célunk az, hogy hosszú időn keresztül állítsanak elő a nap energiájából villamos energiát a részünkre. A másik, fontosabb kritérium a biztonság. Mint látjuk, a napelemes rendszerek sok potenciális veszélyforrást hordoznak magukban, amelyek könnyen okozhatnak akár katasztrófát is.

Ám kellő odafigyeléssel könnyen megelőzhetjük ezeket a baleseteket. Tartsuk be a vonatkozó előírásainkat, valamint megbízható és biztonságos alkotóelemekből valósítsuk meg napelemes rendszerünket.