Napenergia, egy korlátlanul rendelkezésre álló megújuló energiaforrás. Mindannyian hallottunk róla, és annyit bizonyosan tudunk, hogy elektromos áramot tudunk előállítani a segítségével. Azt is tudjuk, hogy egy környezetkímélő technológiáról van szó, amely a jövőre nézve az egyik legnagyobb potenciált rejti magában.
Idézzük Jéki Lászlót, a fizikai tudományok kandidátusát, a KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézetének egykori tudományos igazgatóhelyettesét. Jéki szerint azt az energiamennyiséget, ami a Földön fellelhető összes kőolajkészletben található, a Nap 1,5 nap alatt sugározza a Földre. A napelemgyártás fokozatosan csökkenő költségei és a napelemek növekvő hatékonysága lehetővé teszi, hogy ennek az energiamennyiségnek egyre nagyobb részét hasznosítsuk.
Éppen ezért itt az ideje, hogy egy kicsit jobban átfogóbban is megismerjük a témát! A bejegyzés célja, hogy Ön megismerje
- a napelemek működését, a napelemes rendszer előnyeit
- a napelem fajtáit
- a napelem telepítés befolyásoló tényezőit
- A napelem rendszer részeit és fajtáit
Mi is az a napelem?
A napelemet, más néven fotovoltaikus (PV, photovoltaic) elemnek is nevezzük, amely a Napból eredő elektromágneses sugárzást, vagyis a napenergiát villamos energiává alakítja át. Mindezt külső áramforrás nélkül. Ezeket az elemek, vagy másnéven napelem cellák elektromos vezetőkkel összeköthetőek, amelyek együtt már napelem paneleket alkotnak.
A napelem működése – egy kis fizika
A napelem cellák két különböző, egymással összekapcsolt vékony rétegű félvezető anyagból állnak, amely anyag stabilitásának köszönhetően jellemzően a szilícium.
A szilíciumkristály rétegeket alulról egy fémrétegre viszik fel, felülről pedig egy tükröződés gátló bevonat kerül rájuk, amely csükkenti a fényvisszaverődés okozta veszteséget. Erre vezetőket helyeznek, amely majd felszabadult elektronokat, azaz elektromos áramot gyűjt össze. A vezető két végét egy fogyasztóval zárt áramkörré alakítják.
Az “n” típusú vékony félvezető szilíciumkristály réteget kis mennyiségben foszforral szennyezik, emiatt a rácskötésekben elektronok szabadulnak fel, ez a réteg lesz tehát a negatív félvezető. A “p” típusú azaz pozitív félvezető réteg pedig bórral van szennyezve, emiatt ebben az esetben elektronhiányos “lyukak” jönnek létre. A két anyag összeillesztésekor az elektronok és az elektronhiányból adódó lyukak semlegesítődnek, és így feszültség generálódik.
Napsugárzás hatására elektronok szabadulnak fel, ezzel együtt pedig elektronhiányos lyukak alakulnak ki. Viszont nem tudnak újra egyesülni, hiszen a semlegesített zónában kialakult elektromos tér ezt meggátolja. Így az elektronok a a napelem felső felülete felé, a negatív oldal irányába, míg a lyukak az alsó felület felé, a pozitív irányba vándorolnak.
Itt jön a képbe a külső áramkör. A napelemhez csatlakoztatott külső csatlakozókon keresztül a cella alján levő lyukak fel tudnak töltődni a cella teteje felé vándorló elektronokkal, és elektromos áram termelődik. A folyamatban csak energiaátadás történik, de az anyag maga nem használódik el, emiatt a napelem cellák akár évtizedekig is működőképesek lehetnek.
A napelem inverter szerepe
A fenti folyamat során egyenáram keletkezik. A napelemes rendszerek egyik legfontosabb eleme az inverter, ugyanis ez a szerkezet képes átalakítani a napelemek által előállított egyenáramot a közüzemi hálózatnak megfelelő váltakozó árammá.
A napelem telepítése: hova tegyük a paneleket és az invertert?
A napelem panelek elhelyezése
A napból beérkező elektromágneses sugárzás különböző sávszélességekben érkezik a Földre. Viszont a napelemnek egy bizonyos sávszélességre van csak szüksége ahhoz, hogy az elektron-lyuk párok kialakulhassanak. A többi sávszélességű energia gyakorlatilag elvész. A szilícium kristályból készült napelemek esetében körülbelül 1,1 eV (elektronvolt) energiájú fotonok hasznosíthatóak.
Ahhoz, hogy a megfelelő sávszélességet a lehető legjobban biztosítsuk, a következő feltételeknek kell teljesülnie:
- A napelem tájolása lehetőleg déli legyen
- A napelem dőlési szöge Magyarországon optimálisan 40-45 fok
- Lehetőleg ne legyen árnyékolás
A napelemes rendszert gyakran a tetőre helyezik, ezesetben érdemes a következőkre odafigyelni. Nem csak a tájolás, és dőlésszög, hanem a felület, és a héjazat is fontos, ezeket is meg kell vizsgálnunk. Rossz állapotú, felújításra szoruló tetőnél például felesleges lenne napelemes rendszert kiépíteni. Ugyanis jelentős többletköltséggel járhat, ha fel kell újítani a tetőt, és emiatt vissza kell bontani a napelemeket, majd újra felépíteni az egészet. Ha a tető nem megfelelő, telepíthetünk napelemeket a talajra is.
Hova tegyük a napelem invertert?
A napelemes rendszerek egyik legfontosabb eleme az inverter, amelyet a lehető legközelebb kell elhelyezni a panelekhez. Elhelyezésekor figyelembe kell venni az Országos Tűzvédelmi Szabályzat előírásait is, amely szerint tűzeseti leválasztó kapcsolót kell beépíteni, amennyiben több méterre van az inverter a napelemes rendszertől.
Az inverterek esetében fontos a jó szellőzés is, semmiképp se kerüljön a déli oldalra, ahol folyamatosan süt a nap, és padlásra se tegyük, amennyiben az nem hőszigetelt.
A napelemek fajtái
Vásárlás előtt mindenképp érdemes megismerni a napelemek különböző fajtáit. Ezután figyelembe kell venni, hogy mennyi az elvárt teljesítmény, milyen a napsugarak beesési szöge és a napelem tartószerkezete is. Ez alapján meg lehet tervezni a megfelelő ár-érték arányú napelem rendszert.
Amorf kristályos napelem
Vékony rétegű, a legolcsóbb, de egyben a legkisebb hatásfokkal (6-8%) rendelkező napelem. Felületét egyetlen, fekete árnyalatú amorf kristály alkotja. Acéllemezre vagy üvegre viszik fel és sokkal vékonyabb, mint a kristályos változat. Sok helyet, nagy felületet igényel, de nagy előnye, hogy kevésbé érzékeny a melegedésre. Jellemzően inkább Magyarországnál délebbi országokban elterjedt. Élettartama 15 évre tehető.
Monokristályos napelem
Több cellából épül fel, amelyek mindegyike kristályszerkezetet alkot. Jelenleg ez üzemel a legjobb hatásfokkal (16-18%), viszont ez a legérzékenyebb is a besugárzási szögre és a melegedésre. Élettartama legalább 30 év.
Polikristályos napelem
Szintén több cella, de több kristály is alkotja, ebből ered a neve is. Valamivel olcsóbb, mint a monokristályos napelem, de kisebb hatásfokkal (14-16%) is rendelkezik, viszont kevésbé érzékeny. Élettartama szintén 30 év körüli. Viszonylag feltűnő, kékeslila színéről ismerhető fel. Magyarországon ez a típus a legelterjedtebb, részben az ára miatt, részben pedig azért, mert az ország adottságainak köszönhetően a poli és monokristályos napelemek hatékonysága szinte megegyezik.
Poly PERC
A polikristályos napelemek abszolút csúcsa, ezek továbbfejlesztett változata. A cellákon hasznosítatlanul áthaladó fény egy részét ugyanis visszatükrözi, ezáltal visszavezeti az áramtermelési folyamatba. Nagyjából 6 százalékos többlettermelésre képes a normál poly napelemhez képest, így hatásfoka akár a 20%-ot is meghaladhatja. Az ilyen típusú napelemek reggel hamarabb kezdenek termelni és délután tovább tart a termelési folyamat.
Magyarország fekvése napenergia szempontból
Hazánk elhelyezkedése napsugárzás szempontjából igen kedvező, a legnaposabb részeken évente 2000 óra feletti a napsütéses órák száma. Mivel a földrajzi szélességben jelentéktelen a különbség, Magyarországon a domborzati viszonyok és a felhőzet a legjelentősebb befolyásoló tényezők. Bár a magasabban fekvő területek télen mintegy másfélszer annyi napsugárzást kapnak, nyáron a borúsabb időjárás miatt kevesebb a napsütés.
A legnaposabb területek egyébként a Tiszántúl déli területe, a Dunántúl és az Alföld déli részei, de az ország többi területe is teljesen alkalmas napelemes rendszerek magas szintű kihasználására.
Hálózati visszatápláló és szigetüzemű napelem rendszerek
A szigetüzemű napelem rendszer
A szigetüzemű napelem rendszer lényege, hogy nem vagyunk az áramszolgáltató hálózat része, és a napelemek által megtermelt energiát akkumlátorokban tároljuk. Az ilyen napelem rendszereket kisfeszültségre tervezik, amely 12V 24V vagy 48V lehet.
Amikor az áramra szükség van, akkor azt az akkumlátorból az inverter segítségével tudjuk felhasználni. Ilyen rendszert olyan helyen találunk, ahol nem elérhető a közcélú elektromos hálózat, például tanyákon. A kiépítés viszont elég nagy költségekkel jár. Ráadásul az akkumlátorokat viszonylag gyakran, 2-3 évente cserélni kell.
A szigetüzemű napelem rendszer részei:
- Napelem panelek
- Napelemes töltő
- Napelem inverter
- Akkumlátor
- DC leválasztó (leválasztja a napelemet az akkuról)
A hálózatra visszatápláló napelem rendszer
Ha a környéken van kiépített elektromos hálózat, akkor érdemes ezt a megodást választani. A rendszer lényege, hogy az általunk termelt többlet áramot a közüzemi hálózatba tápláljuk vissza. Ehhez egy speciális oda-vissza mérő mérőóra szükséges, amelyet a napelem telepítése után tudunk az áramszolgáltatónál megigényeli.
Hogyan történik az elszámolás a visszatápláló napelem rendszernél?
Az elszámolás egyszerű szaldó számítással, évente egyszer történik. Tehát eszerint ha a megtermelt energiamennyiség megegyezik a felhasznált energiamennyiséggel, akkor az éves ramszámlánk 0 Ft lesz.
Amennyiben több energiát használtunk fel, mint amennyit termeltünk, akkor a fennmaradó részt kell az áramszogáltató által meghatározott áron kifizetni, ellenkező esetben pedig az áramszolgáltató téríti meg a többletáram díját. Érdemes azonban azzal tisztában lenni, hogy a hálózatra termelt energia után is szükséges rendszerhasználati díjat fizetni.
A fentiekből következik, hogy nagyon fontos a szakember által történő helyszíni felmérés, amely során nemcsak a ház vagy egyéb létesítmény energiaszükségletét, de az esetleges egyéb befolyásoló tényezőket is értékelik. Tanácsos még az áramszolgáltatóval is pontosan, minden részletre és költségre (például mérőóra csere stb) kiterjedően is egyeztetni.
A hálózati visszatáplálós napelem rendszer részei
- Napelem panelek
- Napelem inverter
- DC leválasztó (leválasztja a napelemet a nyitott hálózatról)
Kinek éri meg a napelemes rendszer?
Napelemes rendszert gyakorlatilag minden háztartásnak, cégnek és közintézménynek megéri telepíteni. Utóbbiaknál az önkormányzatok, kormányablakok, kórházak, iskolák vagy óvodák rezsiköltségei is jelentősen csökkenthetőek a napelemek segítségével.
Különösen megéri a napelemes rendszer telepítése azoknak a cégeknek, amelyeknél az éves energiafelhasználás több mint 50 ezer kilowattóra. Egy jól megválasztott napelemes rendszerrel akár a cég teljes energiaszükséglete fedezhető. Megfelelő pályázattal megtámogatva a megtérülési idő is jelentősen csökkenhet, akár 5-6 évre.
A napelemrendszer megtérülése – egyéb felmerülő költségek
A rendszer megtérülése függ a napelemet tartó tető tájolásától, dőlésszögétől, az inverterek teljesítményétől és számától, valamint, hogy szükség van-e tűzeseti leválasztó kapcsoló telepítésére .
A napelemes rendszerek telepítésekor felmerülhetnek járulékos költségek, amiket mindig az aktuális helyszín alapján kell megvizsgálni. Ezért is fontos, hogy minden napelemes rendszer árajánlatát az adott helyszínre adjuk meg, nem pedig távolról, látatlanban. Az alábbi listában olyan elemeket sorolunk fel, amelyek előzetes ismertetésétől a kivitelezők egy része hajlamos eltekinteni, így a megbízót kellemetlen meglepetés éri.
Ilyen költség lehet például:
- Mérőhelyfelújítás vagy szabványosítás (Például: mérőóra lakótérben, faszekrényben, légvezeték esetén annak keresztmetszete és a tetőtartó állapota, teljesítménybővítés a mérőhelyen, földelt rendszer megléte, mérőből elosztó felé irányuló vezeték megfelelősége.)
- Rendszerhasználati díjat kell fizetni a hálózatra termelt energia után is, (nem csak a vételezettre).
- Mérőóracsere költsége – Bizonyos fogyasztás felett fizetni kell, áramszolgáltatótól függően
- Tűzeseti leválasztó kapcsoló szükségessége adott helyszíntől függően – a részletek itt olvashatóak.
Reméljük, tetszett az írásunk és megtudta, amit szeretett volna! Ha a Napelem téma bőveben érdekli, kattintson ide! Számos további információt megtalál!
