Napelemes villamosenergia termelő rendszerek tervezése és kivitelezése


Fogalomtár

Abszorpció (fényelnyelés)
A napelem a fény elnyelése által termel villamos energiát, azaz fény-elektromos energia-átalakítóként viselkedik. Minél jobb a fényelnyelési tulajdonság, annál nagyobb a hatásfok, így kisebb felület elegendő azonos teljesítmény eléréséhez.

AC
A váltakozó áram rövidítése. A napelemek közvetlenül egyenáramot (DC) szolgáltatnak; ahhoz, hogy háztartási gépeinket használni tudjuk róluk, egy invertert kell alkalmazni, ami szinuszos váltakozó áramot állít elő.

Ad-Vesz (szaldós) mérő
Kétirányú mérésre alkalmas fogyasztásmérő. Hálózatra tápláló rendszer esetén a fölösleges (háztartási fogyasztáson felül) termelt villamos energiát a hálózatba tápláljuk vissza. A fogyasztó által megtermelt villamos energiát az áramszolgáltató átveszi - a mérés elvéből eredően - a szolgáltatott egységáron. A naperőmű által termelt villamos energia és a közcélú hálózatból vételezett villamos energia különbözetét fizetjük, többlet termelés esetén pedig visszakapjuk a szolgáltatótól.

Akkumulátor
Energiatároló eszköz; mely speciális, ciklusálló változat. Képes hosszú időn keresztül jó hatásfokkal feltöltődni, majd kisülni akár tároló képessége 20%-áig is. Ezek az akkumulátortípusok a ciklusállóságot jóval nagyobb tömegű ólommal tudják biztosítani, így sokkal nehezebbek az azonos tároló képességű gépjárműindító savas ólomakkumulátoroknál és költségesebbek is. Az autóakkumulátorok 1-1,5 év alatt tönkremennek a szél- és napenergiát hasznosító rendszerekben. Ez idő alatt is nagyon rossz hatásfokkal és nagy energiaveszteséggel (önkisülés) üzemelnek. Ezzel ellentétben a korszerű szolár savas ólomakkumulátorok 6…10 évet bírnak ki.
Szolár célra (szigetüzemű rendszerekhez) zselés akkumulátorokat is alkalmazunk, ez gondozásmentes, de ára duplája a savasnak.

Amorf szilícium
A közvetlen napsugárzást megakadályozzák a napelemeket árnyékoló tárgyak, például kémények, fák és antennák. Az ebből eredő veszteség akár egész panelek teljesítményét is képes lerontani, így erre különösen kell figyelni a tervezés során.

Backup (tartalék) rendszer
Olyan hálózatra kapcsolt rendszereknél, ahol a tápellátás alternatív energiaforrásból (napelemekkel töltött akkumulátor, aggregátor, stb.) is megoldható, áramszünet esetén egy automatizmus néhány milliszekundum alatt átkapcsol a másodlagos forrásra az energiaellátás folytonosságának biztosítása érdekében.

Betáplálási mérő
Nem ad-vesz mérős elszámolás esetén (50 kVA felett) a termelt energia mérése egy önálló mérővel történik, ez a betáplálási mérő.

Betáplálási tarifa
Az adott ország törvényi szabályozásának megfelelő ár, amin az áramszolgáltató átveszi a megtermelt energiát - nem ad-vesz mérős elszámolás esetén.

Bypass (áteresztő) dióda
Egy cellasorral párhuzamosan kötött dióda - a panelen belül - a szakasz árnyékolása esetén átvezeti az áramot, így a jellemzően több panelből álló soros kör teljesítményének csak egy töredéke esik ki.

DC
Egyenáram rövidítése. A napelemek közvetlenül egyenáramot állítanak elő, akkumulátorban is ilyen energia tárolható, azonban fogyasztóink jellemzően váltakozóáramot igényelnek.

Degradáció
Amorf szilícium napelemek gyártás utáni öregedéssel járó teljesítmény csökkenése. Kb. 1000 napos óra után a panelek teljesítménye stabilizálódik és beáll a gyártó által jelzett értékre.

Diffúz (szórt) sugárzás
Akkor történik, amikor a közvetlen napsugárzás szóródik a felhőkön és a légköri részecskéken. A diffúz sugárzás is energia, csak kisebb teljesítményű, mint a közvetlen napfényt.

Direkt (közvetlen) sugárzás
Napsugárzás, amely közvetlen útvonalon éri el a föld felszínét (és a napelemeket). Ennek az ellenkezője a diffúz sugárzás.

Dőlésszög
A vízszintes és a napelem síkja által bezárt szög. A telepítési hely határozza meg, mi az optimális beállítás, hazánkban a 30-35 fok közötti.

EPH (Egyen Potenciálú Hálózat)
A létesítményen belüli minden fémhálózatot, nagy kiterjedésű fém felület galvanikusan össze kell kötni egymással, majd csatlakoztatni kell az épület érintésvédelmi hálózatába, így minden fém szerkezet és a talaj is azonos potenciálon van.

Fényelnyelő bevonat
Egy rendkívül vékony réteg a napelemet borító üvegen, ami megakadályozza, hogy a fény reflektálódjon a felületről. Az a fény, ami visszaverődik, nem termel villamos energiát, így ennek elkerülésére törekednek a panelgyártók.

Grid parity
A hálózati ár-egyenlőség időpontja; az a pont, ahol a megújuló forrásból nyert villamos energia ára megegyezik a hagyományosan termelt energia árával.

Hálózatra tápláló rendszer (On-Grid)
Alapvetően kétféle működési módú rendszert különböztetünk meg:

Szigetüzemű, melynek jellemzői:
• Elemei: napelem(ek), töltésszabályozó, akkumulátor(ok), helyi fogyasztók és a vezetékrendszer.
• A villamos energia a napelem modulokban generálódik és a szolár akkumulátorokban tárolódik. A fogyasztók ellátása töltésszabályzón keresztül 12 vagy 24V egyenfeszültséggel történik, ill. amennyiben szükséges a töltésszabályzót inverter helyettesíti, ez esetben 230V váltakozóáramú fogyasztók is elláthatók.
• Előnye, hogy villamos hálózattal nem rendelkező területeken (tanya, nyaraló, erdészház, stb.) is biztosítja az energiát.

Hálózatra visszatápláló (más néven: szinkron üzemű), melynek jellemzői:
• Elemei: napelem(ek), inverter, helyi fogyasztók, szaldós mérőóra és a vezetékrendszer.
• A napelemek által szolgáltatott energiát 230V váltakozófeszültséggé alakítjuk, így látva el a házon belüli fogyasztók energiaigényét. Amikor nincs fogyasztás a napelemek közvetlenül a hálózatra táplálnak vissza, ekkor „fordítva” forog a villanyóra. Ha viszont a napelemek nem termelnek áramot, a szükséges energia a megszokott módon a villamos hálózatból kapjuk (pl. este, borús időben).
• Előnye, hogy nem függünk a villamos-energia árától, sőt, abból hasznunk is származik.

Hatásfok
A szolár technológiában a cellára, panelre értelmezett fogalom, mely megmutatja, hogy a beeső fény-teljesítmény hány százaléka alakul át elektromos energiává.
A hatásfokot a környezeti és a konstrukcióval összefüggő tényezők egyaránt befolyásolják. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet a legfontosabb, de ide lehet sorolni a cella felületének tisztaságát és a megvilágítás erősségét is.

HIT cella
Olyan napelem, amelyben egy vékony kristályos szilícium réteget egy újabb ultra vékony amorf szilikonréteg borít. A HIT napelemek sokkal jobb hőmérsékleti tulajdonságokkal bírnak és nagyobb hatásfokúak, mint a hagyományos kristályos szilícium napelemek.

Hot spot
Sorosan kötött napelemeknél, ha egy cellatartományt árnyékhatás ér, az nem vesz részt a termelésben, hanem áramkörileg ellenállásként viselkedik. Az így létrejött ellenálláson az átfolyó áram hőt generál, ami a cellák sérüléséhez vezethet, ezért bypass diódákkal kell az áram útját alternatív úton (párhuzamosan) biztosítani.

Hőmérsékleti együttható
A legtöbb napelem teljesítményére negatívan hat a környezeti hőmérséklet növekedése. A panelek jellemzésére az áram-, feszültség- és teljesítmény-hőfoktényezőt is megadják a gyártók %/°C értékben.
A fentiek miatt normális jelenség, hogy télen -ha hideg van, de erősen süt a nap- többet termelnek, mint augusztusban azonos idő alatt.
A hőfokfüggést a cellák felületére felvitt fényelnyelő anyaggal megfordítja -azaz pozitív lesz- néhány gyártó.

Inverter
A napelemek és a hálózat közötti kapcsolatot biztosító eszköz; elsődleges feladata a panelek szolgáltatta egyenáram átalakítása szinuszos váltakozó árammá. Hálózatra kapcsolt esetben az inverter további szinkronizációs és védelmi feladatokat is ellát, ami biztosítja az erőmű illeszkedését a követelményekhez.

Irányszög
Megmutatja, hogy hány fokban tér el a panelek tájolása a déli iránytól.

Kristályos napelem
Alapanyaga a tiszta kristályos szilícium. Struktúrájától függően különbséget teszünk monokristályos és polikristályos napelemek között. Általánosságban elmondható, a kristályos napelem modulok nagyobb hatékonyságúak, mint a vékony filmes napelemek, ezért szükséges kisebb felület azonos teljesítmény eléréséhez.

kWh (kW/óra)
A kilowattóra rövidítése. Az egy órán át 1000W - termelt vagy fogyasztott - energiának felel meg; egyenlő 3,6 millió Joule energiával.

kWp (Wp)
Standard mérési körülmények között (1000W/m2 besugárzott energia és 25C° panelhőmérséklet) a maximális leadott teljesítménye egy szolár panelnek vagy erőműnek. Ezredrésze a Wp; panelek jellemzésére ez a mértékegység a használatosabb.

Megtérülési idő
Az az időtartam, amikorra a befektetésünk összegét megtermeli a naperőmű. Kiszámításánál figyelembe kell venni a hozamon felül az eszközök öregedését, a villamos energia árának növekedését és még számos további tényezőt.

Modul hűtés, szellőztetés
A napelemek hatásfokára negatív befolyással van a hő. Ezért a paneleket úgy kell elhelyezni, hogy mögöttük legyen hely a légáramlatnak (kémény hatás), így hűtve az eszközt.

Monokristályos napelem
Előnyei: legjobb hatásfok: 15-18%; 20-25 év teljesítmény garancia
Hátrányai: árnyékra érzékeny; hőre érzékeny

MPP (Maximum Power Point)
Az a pont a napelem I-U (áram-feszültség) karakterisztikájának görbéjén, ahol az eszköz a legnagyobb teljesítmény leadására képes. Ez a pont az üzemi körülmények változásával folyton változik, így kell egy további áramkör, ami megkeresi a maximumot. Jellemzően az inverter vagy a töltésvezérlő rendelkezik erre szolgáló algoritmussal (ez a folyamat az MPP követés).

Napelem
A napelem egy olyan villamos eszköz, amely a nap sugárzását elektromos energiává alakítja át a fényelektromos jelenség alkalmazásával. A napelem teljesítménye függ annak típusától, méretétől, a sugárzás intenzitásától és a sugárzott fény hullámhosszától, valamint annak beesési szögétől.

NOCT (Normal Operating Cell Temperature)
A standardtól (25°C) eltérő, üzemi cellahőmérséklet, ami 800W/m2 besugárzott fény, 1m/s szélsebesség és 20°C környezeti hőmérséklet esetén értendő. A gyártók sokszor ezen körülményekre is megadják a villamos paramétereket a termék adatlapján.

Polikristályos napelem
Előnyei: olcsóbb, mint a monokristályos; 13-16% hatásfok; 20-25 év teljesítmény garancia
Hátrányai: árnyékra érzékeny; hőre érzékeny

PV (Photo Voltaik)
A fényelektromos jelenségen alapuló villamos energiatermelés rövidítése.

Rögzítő rendszerek
A panelek elhelyezhetők sík felületre (talaj, síktető) vagy ferde alapra (jellemzően tető). A beépítést erre a célra kifejlesztett, moduláris megoldások segítik. Lényeges tulajdonság a korrózió- és időállóság, valamint az elmozdulás-mentes rögzítés és az ergonómikus megjelenés.

STC (Standard Test Conditions)
Azon mérési körülmények együttese, amelyek biztosítása mellett megállapítják a napelem modulok által produkált villamos paramétereket, úgy mint feszültség, áram és ezekből számítva a teljesítmény, hatásfok. (AM = 1.5 légszennyezettség, 1000W/m2 besugárzott energia, és 25°C panelhőmérséklet)

String
Több napelem panel összekapcsolásából álló villamos hálózat. Egy-egy több kW-os inverter több stringet tud fogadni bemenetein, míg a kisebb teljesítményűek egyet.

Szigetüzemű rendszer (Off-Grid)

Alapvetően kétféle működési módú rendszert különböztetünk meg:

Szigetüzemű, melynek jellemzői:
• Elemei: napelem(ek), töltésszabályozó, akkumulátor(ok), helyi fogyasztók és a vezetékrendszer.
• A villamos energia a napelem modulokban generálódik és a szolár akkumulátorokban tárolódik. A fogyasztók ellátása töltésszabályzón keresztül 12 vagy 24V egyenfeszültséggel történik, ill. amennyiben szükséges a töltésszabályzót inverter helyettesíti, ez esetben 230V váltakozóáramú fogyasztók is elláthatók.
• Előnye, hogy villamos hálózattal nem rendelkező területeken (tanya, nyaraló, erdészház, stb.) is biztosítja az energiát.

Hálózatra visszatápláló (más néven: szinkron üzemű), melynek jellemzői:
• Elemei: napelem(ek), inverter, helyi fogyasztók, szaldós mérőóra és a vezetékrendszer.
• A napelemek által szolgáltatott energiát 230V váltakozófeszültséggé alakítjuk, így látva el a házon belüli fogyasztók energiaigényét. Amikor nincs fogyasztás a napelemek közvetlenül a hálózatra táplálnak vissza, ekkor „fordítva” forog a villanyóra. Ha viszont a napelemek nem termelnek áramot, a szükséges energia a megszokott módon a villamos hálózatból kapjuk (pl. este, borús időben).
• Előnye, hogy nem függünk a villamos-energia árától, sőt, abból hasznunk is származik.

Szilícium, cella
Kémiai elem, mely félvezető. Vegytiszta állapotban a napelem alapanyaga; a belőle vágott szelet a cella. A cella két felülete között fény hatására töltés-szétválasztás történik, potenciálkülönbség alakul ki.
Jellemzően több cella egy keretben és villamosan összekapcsolva alkot egy napelemet.

Töltésvezérlő
Szigetüzemű rendszereknél alkalmazott eszköz, mely az akkumulátor(ok) töltését és kisütését szabályozza. Optimális töltőáramot és feszültséget állít be, megakadályozza a mélykisülést és a túltöltést egyaránt.

Tracker (forgató)
Egy- vagy két tengely mentén forgatható, a nap aktuális állását követő, automatikus üzemű eszközök a napelemek hozamának növelésére.

Túlfeszültség
Az az eset, amikor a villamos berendezés kapcsain nagyobb feszültség jelenik meg mint az üzemi (hálózati) feszültség. Ez keletkezhet villámlás, elektromágneses csatolás, indukció és statikus hatások következtében. Ezen hatások károsak a villamos berendezések számára, így védekezni szükséges ellene.

Túlfeszültség védelem
Naperőmű esetén elsősorban a villámlás okozta túlfeszültség esetével kell foglalkoznunk. A rendszer és az ingatlan védelme szempontjából hatékony megoldás az inverterek előtt, a DC vezetékeket egyenként ellátni túlfeszültség-levezető berendezéssel, pl. DS 60 PV-vel.