A szakember válaszol III. – Sziget üzemű napelemes rendszerek
Piri Dánielt, okleveles villamosmérnököt kérdeztük a sziget üzemű napelemes rendszerekről:
Platánplán: Szia Dani! Ebben a részben a napelemekről fogunk beszélgetni veled. Már ismerjük a napelemes rendszereket, de mit jelent, hogy szigetüzem?
Piri Dániel: Sziasztok! A szigetüzem, ahogy a neve is utal rá, a közüzemi villamos hálózattól függetlenül működik. Hazánkban többnyire tanyák, nyaralók villamosenergia-ellátását szolgálja, sok helyen idényjelleggel.
Egy ilyen rendszer fő egységei:
- napelemek
- akkumulátor
- inverter + töltésvezérlő
A napelemek által megtermelt energiát azonnal el is fogyaszthatjuk, és célszerű is úgy időzíteni a villamos fogyasztókat – már amivel ezt meg lehet tenni –, hogy az akkor kapcsoljon be, amikor süt a nap. Napelemekből többnyire a 60 vagy esetenként a kisebb 12V-os rendszerekhez a 72 cellás polikristályos, néha monokristályos, illetve most már a felezett cellaelrendezésű paneleket használják. Igazából azt, amit minden más hálózatra termelő napelemes rendszerhez is.
A fel nem használt energia az akkumulátorokba tárolódik, ezek feltöltődéséig. Sajnos a hagyományos ólom-savas akkumulátorok nagyok, nehezek és rövid élettartamúak (kb. 2000 ciklus, ha 50% alá nem merítjük), viszont egy ismert, bizonyított technológia, még ha régi is. Az újrahasznosításuk zárt körforgásban közel 100%-ban megoldott. Nagyobb rendszereknél cellánként állítják össze az akkupakkot, savutántöltővel, savkeringetéssel, stb.
A modern akkumulátortechnológiák, a Li-ion továbbfejlesztései, LiFePO4 és LNMO (Lithium magnézium-oxid) egyre kisebb méretben egyre több energiát tudnak tárolni, legalább 4-szeres élettartam mellett az „ólomakksikhoz” képest. Nagyobb áramot lehet kivenni belőlük, nem kell a savat mérni, töltögetni, stb. Viszont nagy a nyersanyagigényük az egyelőre nehezen újrahasznosítható Lithium fémből, és ennek megfelelően viszonylag drágák, globális harc folyik a föld nyersanyagkészleteiért az akkumulátor és a mágnesgyártás (villanymotorok) miatt.
A harmadik fő egysége egy ilyen szigetüzemű rendszernek a szigetüzemre képes inverter.
A 24 vagy 48V-os akkumulátorpakkhoz kapcsolódik, amiből általában 1 fázisú 230V effektív értékű váltakozó feszültséget („váltóáramot”) állít elő. Ilyen invertert nagyon sokan gyártanak, pár kritikus paraméter, ami alapján el lehet dönteni, melyik mennyit ér:
- „continuous power”, vagyis az a teljesítmény, amit huzamos ideig le tud adni. Figyelni kell a látszólagos és a hatásos teljesítmény értéket (előbbi VoltAmper, utóbbi Watt egységben, a kettő nem ugyanaz!)
- „inrush current” vagyis az a teljesítmény, amit főleg motorok induláskor felvesznek, amíg fel nem pörögnek, és amit tudnia kell az inverternek. Jó minőségű inverterek akár 5-10 mp-ig is tudják legalább a névleges teljesítmény 2-3-szorosát!
- beépített töltő: olcsóbbak a PWM üzeműek (általában jelölés nélkül), a trend viszont az MPPT technológia (Maximum Power Point Tracking), vagyis egy olyan algoritmus, ami megkeresi a napelem sztring maximumát minden napszakban
- alacsony üresjárati áramfeltével (10-40 W), eco mód (olcsóbbakban csak időzítés)
- generátor / hálózat csatlakozási lehetőség (utóbbinál csak töltés vagy hibrid üzem)
Platánplán: Akkor nem is olyan egyszerű eldönteni, hogy jó-e ez nekünk vagy sem. Kinek ajánlod, mik a szigetüzem előnyei és hátrányai a hálózatra kapcsolt rendszerrel szemben?
Piri Dániel: Előnye kétségtelenül, hogy oda telepítem, ahová akarom, ahol süt a nap, esetleg fúj a szél is. Nincs hálózat, nem kell engedélyeztetni a napelemeket. Autarkia, vagyis önellátás.
Borzasztó nagy hátránya, hogy csak annyi áramom van napnyugta után, amennyit eltárolt az akkumulátor, illetve borús időben, amit előző napról még fel nem használtam. Ezért is fontos egy szigetüzemű rendszernél mosást, főzést, amit lehet, napközbenre időzíteni, amikor süt a nap.
Ismeretes, hogy a napelemek által megtermelt áramot nem lehet átvinni a nyárból a télbe, amikor is leginkább szüksége lenne rá egy átlagos háztartásnak. Illetve nálunk még nem. Ausztráliában elsőként üzembe állítottak háztartási méretű hidrogén-akkumulátorokat, kifejezetten energiatárolásra.
Nálunk, ha nem süt a nap, fújhat a szél, szélgenerátorok telepítése torony miatt engedélyköteles, általában zsákutca is, szóval marad az aggregátor mint egyetlen lehetséges műszaki megoldás a piacon elérhető eszközök közül.
A helyzet a napelemek „kihasználtsága” terén az, hogy egy hagyományos hálózatra termelő (ún. betápláló) napelemes rendszernél a napelem által megtermelt energia 100%-ban hasznosul (vagy elhasználja a háztartás vagy jóváírja az áramszolgáltató), addig egy szigetüzemű rendszernél a gyakorlati tapasztalat azt mutatja, hogy ha derült az idő, hamar tele is az akksi, onnantól csak „áll” a napelem, ha meg borús, nincs elég energia, szóval inkább olyan 10-20%-ban vannak csak kihasználva a napelemek. Nyilván méretezés és fogyasztási szokások kérdése. De ha annyi napelemet teszek fel, hogy borús időben is tudjak mosni, főzni, azaz napi 2-4 kWh, akkor viszont ha süt a nap egy júliusi napon, akkor nem győzöm elhasználni, amit termelni tudna… Itt jönnek képbe az „okos fogyasztók”, intelligens vezérlések. (*az intelligens otthonokról és vezérlésről bővebben majd Fuisz Márióval beszélgetünk egy következő blogunkban – a szerk.)
Az elektromos autók akkumulátoraival összekapcsolva is látok lehetőségeket a szigetüzem „hatékonyságának” javítására.
Összegezve: a szigetüzemnek a jelenlegi akkumulátortechnológiák és árak mellett ott van létjogosultsága, ahol vagy irreálisan drága a hálózat kiépítése vagy idényjellegű a felhasználás. Nagy szerephez jut egy szigetüzemű rendszernél a felhasználó, azok szokásai, az „időzítések”.
Platánplán: Van lehetőség ötvözni a szigetüzem előnyeit a hálózatra kapcsolt rendszerrel?
Piri Dániel: Igen. Ezek a hibrid üzemű napelemes rendszerek, amik még nemigen terjedtek el Magyarországon, részben a hálózatra kapcsolt eszközök engedélyezésének költségessége miatt.
Működését tekintve ezek szigetüzemre is képes hálózati inverterek, amik beállítástól függően képesek a többlet energiát visszatáplálni a hálózatba. A nagy előnyük a normál betáplálós rendszerekhez képest, hogy ha a szolgáltató lekapcsolja az áramot vagy viharkár, akármi miatt áramszünet van, házon belül egy szigetüzemű rendszerben képes ellátni a világítást, hűtőt, azokat a fogyasztókat, amiket bekötöttem, akár az egész házat is. Ahol van hálózat és fontos az ellátásbiztonság, illetve a megújuló energia használata, ott egyértelműen ez a megoldás.
Platánplán: Hány kilowattos rendszer kell egy egyszintes 100 m2-es családi házhoz, hogy teljesítse a 25% megújuló energiatermelésre vonatkozó követelményt?
Piri Dániel: Tegyük fel, hogy egy átlagos ház energiaigénye 150kWh/m^2 évente, a napelemek éves termelése déli 40 fokos tájolásnál 1200kWh/kWp, akkor könnyen kiszámolható, hogy ha a teljes fűtési energiaigény 25%-át napelemekkel szeretnénk fedezni, akkor 10db 315W-os panel kell.
Viszont ha egy passzívházról van szó, melynek energiaigénye 15kWh/m^2 évente, akkor 1db 315W-os panel is elegendő.
Platánplán: Milyen támogatás érhető el ezekre?
Piri Dániel: Tudtommal a sziget üzeműhöz csak a „tanyafejlesztés energetikai célú GINOP”, ami GYőr-Moson-Sopron megyében 0Ft, a CSOK-ot nem, csak betáplálós rendszerekre.
Jó kérdés mit lehet lehívni a hibrid rendszerekre. Nem tudom.
Én innen tájékozódom: a Magyar Napelem Napkollektor Szövetség oldalán.
Platánplán: Köszönjük Dani a kimerítő válaszokat!
