Elindult az új Otthonfelújítási program! Minősítsen elő!
Jelen cikkünk a napelemipar sajátos elnevezéseinek (szakzsargon szavainak és kifejezéseinek) értelmezését kívánja elősegíteni. Ez a szakma ugyan alapvetően a villamosenergia-iparhoz tartozik, mégis jelen vannak benne olyan szakkifejezések, melyek nem tartoznak a mindennapi villanyszerelési szakszótárba. Ezek többsége a félvezető iparból, illetve a meteorológiából származnak, de vannak olyanok is melyeket „maga a napelem ipar” teremtett meg, fejlődése során. A megfelelő rendszerek felépítéséhez fontos, hogy a szakma szakkifejezéseit pontosan értsük, és munkánkban alkalmazzuk. A terjedelem korlátai miatt sajnos nem tudunk minden fogalmat részletesen kifejteni, ezért most csak a leggyakrabban előforduló szakszavakkal foglalkozunk. Szerző: Véghely Tamás napenergia szakértő, az EU-Solar Zrt. szakmai tanácsadója
A NAPELEMIPAR SAJÁTOS SZAKMAI JELÖLÉSEI ÉS EZEK ÉRTELMEZÉSE
Elsőként kezdjük is a wattpeak (Wp) értelmezésével, mert a legtöbb és leggyakoribb félreértés talán itt mutatkozik. A napelemek gyártásának befejeztével a névleges adatok (mechanikai és villamos) a napelem hátán lévő adattáblán, és az adatlapon (katalógus) kerülnek rögzítésre. Itt olvasható az „energetikai” tulajdonságként megjelölt teljesítmény (P, Watt) is. Az index jelölésben a „p” ugyan csúcsot (peak) jelent, de ez egyáltalán nem a napelem csúcsteljesítménye. Egészen pontosan ez a szabvány szerinti „csúcs” napsütési erősségben (azaz 1000 W/m2, esetén) mérhető névleges napelem teljesítmény. Ez megfelel az STC (szokványos szabványos) feltételekkel mérhető értéknek.
- ábra: A „wattpeak” helyes értelmezése
STC – PTC – Real A következőkben az STC – PTC – Real fogalmakkal foglalkozunk. A napelemipar fejlődéséhez elengedhetetlenül szükséges az egyértelműség, azaz azonos fogalmak egységes használata. Ezért született meg az STC (standard condition) fogalma, hogy bárhol is történjen a napelem gyártása, a teljesítmény (Wp) feszültségek (Vmp, Vmpp, Voc) és egyéb villamos paraméterek értelmezése ugyanaz legyen. A gyakorlati élet azonban egyéb meglepetéseket is tartogatott. Az STC szabványosított labor körülményeket jelent. A PTC értelmezéséhez, az időben egy kissé vissza kell lépnünk. Az 1990-es években Sacramento (CA, USA) volt az egyik legnagyobb napenergia alkalmazó. A SMUD (a legnagyobb kaliforniai áramszolgáltató) Davisben működtetett egy 1 MW-os kísérleti telepet (PVUSA), ahol a világ több, akkori gyártójától származó napelemeket vizsgálták természetes körülmények között. Tapasztalataik szerint, a növekvő modul hőmérséklet:
- Csökkenő teljesítményt jelent,
- A PVUSA telepen mért adatokat összehasonlították az STC feltételekkel várható adatokkal (PTC),
- A PTC adatok alacsonyabbak az STC adatoknál mintegy 87-92%-kal,
- Egy kristályos napelem esetén ez mintegy 12% veszteség,
- Ezért egy 100 Wp (STC) napelem valójában csak 88 W-os-ként kezelhető a gyakorlatban.
- ábra: A PVUSA telepén rögzített mérési adatok 1998-ban
HOGYAN SZÁMOLJUK ÁT AZ NOCT ADATOKAT A PTC ÉRTELMEZÉSRE A CEC SZERINT?
Tcell_PTC = 20 + 1,389 * (NOCT – 20) * (0,9 – η) η = PSTC/(1’000 W/m2) / area. PPTC = PSTC * [1 + CT * (Tcell, PTC − 25°C)] T – hőmérséklet (°C) η – hatásfok (STC) PPTC – a PTC szerint értelmezett teljesítmény Példaként bemutatunk egy átszámolt értéket: Hanwha Q CELLS QPRO-G3-BF-265 Solar Module, Polycrystalline, 265W, 60 Cells, Black Frame Cut Sheet. A katalógus szerinti névleges teljesítmény 265 Wp. Az átlagos értéke: 267,5 W - STC szerint 197,1 W - NOCT szerint Ez mintegy 23%-os eltérést jelent (Az STC és PTC szerinti értékek gyártótól, típustól függően eltérést mutatnak). A Tk (hőmérsékleti együttható) nagymértékben befolyásolja az energiahozamokat. A veszteségeket a következő képlettel számolhatjuk: Teljesítmény veszteség_NOCT (%)= T COEFFICIENT X (NOCT – 25 ºC) Az értékek átszámítása Hogyan tudjuk átszámolni az NOCT-hez tartozó maximális teljesítményt (P_max_NOCT) az STC, NOCT és Tk_Pmax adatok felhasználásával? Első lépés: Tekintsünk egy 260 W-os napelemet. (Tk_pmax = - 0,42%/°C), (G0 = 1000W/m2). Első lépésben a Pmax-ot változatlan besugárzással számoljuk. Pmax STC * (NOCT-25°) * Temperature coefficient of Pmax = 260 W*[100%+(46°C-25°C)* (-0,42%/°C)] P_max_NOCT_G0 = 237,068W Második lépés: Átszámoljuk a sugárzás értéket 800 W/m2 értékre. 237,068 W*(800/100) = 189,6544 ≈ 189,7 W Tehát egy STC szerinti 260 Wp-os napelem NOCT adatokkal 189,7 W-os nak tekinthető. A californiai Energia Bizottság (CEC), honlapján (eligible list) komoly segítséget nyújt a kivitelezőknek és beruházóknak. (A GoSolarCalifornia táblázatban, közel 16000 napelem PTC tesztjének adatait találhatjuk.) NOCT - STC táblázat Néhány napelem adatait a következő táblázatban találhatjuk. Taipo 260 W solar module Power Output under STC and NOCT
- ábra: Taipo napelemek átszámított értékei
Canadian Solar CS6K-260|265|270|275W Modules All panels in the CS6K series deliver NOCT Max Powers over 70% of their STC Max Powers.
- ábra: Canadian Solar napelemek átszámított értékei
Az STC és NOCT közötti jelentős eltérések lehetnek az okai a rendszerek oly gyakori, helytelen méretezésének. Egy 5 kWp (DC, STC) napelem rendszerhez nem javasolt 5 kW-os invertert alkalmazni, mert jelentősebb veszteségek léphetnek fel. Amennyiben kissé túlterheljük az invertert (a megengedhetőség határain belül) javulhat az energia hozamunk.
A HATÁSFOKRÓL ÁLTALÁBAN, EU HATÁSFOK, CEC HATÁSFOK, INVERTER
A hatásfok értelmezése is több problémát vet fel. Fizikai (energetikai) értelemben a hatásfok egy egyszerű hányados, egy kimenő és bejövő paraméter (energia, teljesítmény) hányadosa, értéke rendszerint kisebb, mint egy. A napelemes rendszerek inverterei esetében azonban nem számolhatunk ilyen egyértelműen, mert az inverter hatásfoka a karakterisztikájától függően a mindenkori leterheltség szerint alakul. Ez széles tartományban is mozoghat (20-130%) amiatt, hogy a napelemek reggel és este lényegesen kevesebb energiát adnak. A hatásfokot napszakonként változó súlyozással több tényezőből érdemes összeraknunk. Az EU hatásfok a következő képlettel számol.
- ábra: Az Euro hatásfok súlyozási együtthatói
Az η [eta] jel indexében szereplő számok az inverter maximális kiterheltségének függvényében, (5%, 10%, stb), az ehhez tartozó hatásfokot mutatják. Az együtthatók, a napszaki súlyozási tényezők. Az adatokból látszik, hogy az inverter „a munkaidejének” zömében 50%-os kiterheltséggel működik.
- ábra: Súlyozási együtthatók a CEC és az EU értelmezésében.
Adatlapok – a nyomtatás és a valóság Az adatlapokból eredő (esetleges) problémát egy valós példán keresztül kívánjuk bemutatni (India 10 MW projekt).
- ábra: Egy napelemes energia – veszteség rendszer adatai
Az ábra a rendszer feltételezett veszteségeit mutatja be, háromféle módon számolva. A baloldali rész a gyári adatokon alapul. A középső rész valós mérési adatokon alapul. A jobboldali ábra esetében a kirívóan eltérő „gyári adatokat” korrigálták kissé. Még így is nagyon pregnáns a különbség.
- ábra: Az előbb bemutatott napelemes rendszer korrigált adatai
Mindez felveti a gyártói adatok szavahihetőségének kérdését. RFID A napelem gyártása tovább automatizálódott. Bevezették a rádiófrekvenciás azonosító elhelyezését.
- ábra: RFID azonosító
GFDI A GFDI eszköz földelési hiba jelző és megszakító. Az eddigi legnagyobb napelemes rendszer tüzeket a földelési hiba jelzők nullponti hibája okozta (blind spot). BOL beginning of Life (a kezdet) A napelem paramétereit a kezdeti állapothoz érdemes hasonlítani. Ezért a telepítés befejeztével javasolt felvenni a kezdeti adatokat. EOL end of life (az élettartam vége) A napelemek elöregedése után (a pontos időtartam nem ismert) az erőművet lebontják, és a hulladékot újra hasznosítják. LILT low intensity low temp A LILT az STC hez hasonlóan egy feltételrendszert jelent. Alacsony megvilágítottság, alacsony hőmérséklet. Elsősorban az űrben működő eszközökre vonatkozik de sarkkörök környékén is érdemes figyelembe venni. LeTID (light and elevated temperature degradation, fény és magas hőmérséklet) A LeTID a LID (light induced degradation, fény hatására történő típusú) degradáció egyik különleges változata. Az SC II egy szabványvizsgálat (Safety Class II, Schutzclasse II), a kettős szigetelés meglétének vizsgálata. Ma már kötelező minden esetben. Hasonlóképpen az IEC 61646 és IEC 61215 standard vizsgálatokhoz. A PID a napelemek egyik halálos hiba jelensége, potenciál indukált degradáció. Minél magasabb a rendszer string feszültsége (Vsys megengedett) a hiba annál gyakoribban jelentkezik. Ammonia free A napelemes rendszerek gyakorta pajták, állattartó telepek istállóira vannak elhelyezve, mert ez kényelmes, van elég hely. Igen ám, de az állatistállók környékén az agresszív gázok koncentrációja sokkal magasabb. Elsősorban az ammónia (szalmiák, NH3) veszélyes, ami gyors korróziót okoz. Éppen ezért a napelemgyártók kifejlesztették az ellenálló típust, ami az ammonia free minősítést kapott.
HASZNOS TANÁCSOK
- Az izolált labor körülmények nem mindig tükrözik a valóságot!
- Az adatlapok sok esetben nem korrektek, félretájékoztató adatokat találhatunk.
- Meg kell tanulni az adatlapot „helyesen olvasni”.
- Bátran válogassunk a gyártók között, … hosszú távon megéri!
- Érdemes elmélyedni a napelem és a rendszer paramétereinek tanulmányozásában, ezzel akár 30-40% több hozamot érhetünk el.
- Nem mindegy, hogy STC, PTC, vagy NOCT feltételekkel számolunk.
- Minél kisebb az NOCT (vagy Tk_Pmax) annál kevesebb a veszteségünk.
- Gondosan ellenőrizzük a telepítési környezetet.
-
- Helyszín, hely, pozíciók megválasztása
- Terület, terepi viszonyok
- Klíma besorolás (Geiger-Köppen) és helyi klíma
- Besugárzási viszonyok az adott területen (valós adatok!)
- Jogszabályi környezet, KÁT, visszavételi tarifák,
- Hálózatra csatolási szerződés (!)
- A jogszabályok időbeni stabilitása
- Hozam monitorozás
- KarbantartásokCsak minősített napelemet vásároljuk (minimum elvárások IEC 61646, IEC 61215 CS II minősítések megléte)
A NAPELEMES RENDSZER FŐBB RÉSZEI ÉS ALAPVETŐ ÖSSZEFÜGGÉSEK
Egy összegző, rendszerező áttekintéssel folytatjuk sorozatunkat. A napelemes energiaátalakítási folyamat különféle egységeit, és eszközeit illetően, többféle vélemény ismert, hogy melyek a legfontosabb vagy legkritikusabb elemek. Mivel a teljes átalakítási folyamat egyetlen rendszer, valójában egyetlen soros lánc, ezért energetikai szempontból, bármely elem meghibásodása meghiúsíthatja az átalakítási folyamatot. Ezért mindig célszerű a teljes átalakítási láncot áttekinteni. A napelemes rendszereket sokféleképpen lehet vizsgálni, áttekinteni, vagy elemezni. Pénzügyi, környezetvédelmi, energetikai, vagy társadalmi szempontok szerint tekintve, más-más képet kapunk, az áttekintés súlypontja tükrében. Ezek a tükörképek lényegesen eltérhetnek egymástól, olyannyira, hogy némely esetben egymásnak ellentmondó következtetések és felszínre kerülhetnek. Mint oly sok esetben, most is javasolt, a legkomplexebb távlati cél szem előtt tartásával, egy kompromisszumos megoldást keresni. Mint említettük elsősorban műszaki jellegű, rendszertechnikai áttekintést teszünk, kiemelve néhány főbb elemet, de tulajdonképpen a lánc minden elemét – ha csak vázlatosan is – de érinteni fogjuk. Első rátekintésre az alábbi főbb elemeket választhatjuk ki:- Napelem
- Inverter
- Kábel
- Csatlakozók
- Energia forrás(ok) napelem (genset, szélgenerátor, vízzel működő generátorok, stb.,)
- Inverter (ek) transzformátor
- Töltésszabályozó
- Akkumulátorok
- Fogyasztók
- Állvány és rögzítő elemek
- Kábel
- Csatlakozók
- Távadat feldolgozás (többféle)
- Kiegészítők
- Védelmi rendszerek
- Érintésvédelem
- Földelés
- Villám és túlfeszültség védelem
- vagyonvédelem
- Elhelyezés, pozíció
- Éghajlati körülmények (napsütés, napfénytartam, intenzitás)
- Időjárás
- Klímaövezet, helyi klíma
- Jogszabályi környezet
- Karbantartás
- Hálózattal való kapcsolat
- Helyi villamos energia befogadó rendszerek
- A napelemes rendszer minden építő eleme a villamos ipari szakma kategóriájába esik.
- Ilyen rendszerek építéséhez villamos szakismeret (vizsga) szükséges.
- A teljes átalakítási folyamat egyetlen rendszer, valójában egy soros lánc
- Felülvizsgálatok esetében haladjunk végig a teljes láncon!
- A napelemes rendszer elemei újrahasznosíthatók!
- „Gondozásmentes” műszaki rendszerek nem léteznek! (ez hamis illúzió)
- Egy adott napelemes rendszer egységei – például bővítés esetében - általában nem cserélhetők tetszés szerint.
- A „gondozásmentes” akkumulátor is „meghálálja” a gondozást, vagy hosszabb élettartamot mutat, vagy működése biztonságosabb.
- Soha ne spóroljunk a csatlakozókon és kábelen, ez a hiba hamar megbosszulja magát!
- Ne használjunk ”kompatibilis” megoldásokat – használjunk mindig eredeti anyagokat! – Megtérül!