Most már értem a napenergiát III. - Az időjárás szerepe és hatása a napelemes rendszerek működésére

A napelemes rendszereinket a kedvező időjárás működteti - a kedvezőtlen időjárás működésüket gátolja.

Ha 1000-el süt a nap

Úgy gondoljuk az a legkedvezőbb a napelemes rendszereink számára, ha szép meleg, napos idő van. Ez a feltevés helyes, de csak részben igaz, a napelemek jellemzőinek hőmérséklet függése miatt. 

Az energiahozamunk nemcsak attól függ, hogy „1000-el” süt-e a nap, hanem attól is, hogy mennyi energiát vagyunk képesek kinyerni az adott helyzetben az adott eszközökből.

Az elektromos eszközök esetében szinte minden esetben ( az alap-, és működési jellemzőkre nézve) hőmérsékletfüggést[1] tapasztalhatunk, (ellenállás-változás, feszültség, áramváltozások, stb.,). Ezt a tényezőt az angol elnevezése alapján termo-elektromos koefficiensnek Tc (magyarul Tk) nevezzük. A napelemek esetében a feszültség (Voc, Vmp), az áram (Isc, Imp,) és a teljesítmény P (Pnom. PSTC P(Wp) Pmpp) hőmérséklettől függően változik. Ha növekszik a hőmérséklet, a feszültségértékek csökkennek, az áramértékek kismértékben növekednek, a teljesítményérték (mivel ez az előző kettő szorzata) is csökken. [2]

Az első táblázatban megadjuk a főbb napelem-típusok tényezőinek jellemző, tipikus Tk értékeit. Amint látható, a vékonyréteg-típusok Tk értékei (abszolút érték) kisebbek, ez röviden azt is jelenti, hogy melegebb időben ezeken kevesebb veszteség képződik, ezért több energiát adnak le.  
 

Felhőtlen idő, „1000”-el süt a nap

A napelemek szempontjából igen kedvező időjárás, főleg ha kis szellő is kíséri. A ilyen nap energiahozama („energiatermelés”) ideális lehet.

Egy ilyen nap energiahozam-lefutását mutatja a következő ábra (Budapest).  
(Az energiahozam-ábrák a Dunasolar 392 napos mérései feldolgozásából származnak, a szerző adatbázisából)

Ha süt a nap, de kissé felhős idő van

Ha süt a nap, de felhős idő van, a napelemek energiahozamának időbeli lefutása megváltozik, a felhősödés mértékétől függően egyenetlen lesz, és az átlagos napi teljesítménye csökkenhet.

Felhős esős idő

Az erősebben felhős, esős idő nem kedvez a napelem hasznosításnak. Azonban a kifejezetten felhős időben is mindig van némi fény, és bizonyos napelemek képesek is ezt hasznosítani, de ez nem jellemző általánosan. A besugárzás ilyen esetekben dominánsan: szórt fényt jelent. 

Ha besugárzás értéke 200 W/m2 alá csökken, ne várjunk túl sokat a rendszerünktől.

Esős idő, homokos eső

A legrosszabb eset az, ha homokos eső esik.

Az ilyen idő nem tisztít, hanem az eső után szemle és feltehetően egy alapos tisztítás is kell.

Amikor az eső után kisüt a nap és vízcseppek maradnak a felületeken, az sem túl kedvező. A vízcseppek mint mikro lencsék koncentrátorként működnek, elősegítve a „HOT spot” kialakulását.

Szélvihar

Ha süt a nap és szeles idő van, az kifejezetten hasznos lehet, feltéve, hogy nem hord a szél szemetet a napelem felületére. Hűti a napelemet és ezzel javulnak a paraméterek. Az erősebb szélvihar jelentős károsodást okoz. A tervezés során gondosan oda kell figyelni a szélterhelések hatásaira és megfelelő szerkezeti védelmet kell alkalmazni.

Magyarország legrégebben működő erőműve a gödöllői egyetemen telepített 10 kWp-os rendszer. Amint látható, a 10 éves kumulált adatok jelentős energiahozamot mutatnak az éves ingadozások ellenére. (A rendszert a szerző tervezte és telepítette, Gaiasolar kft. 2005)

Hóvihar

Kicsi a hó vagy nagy a hó, az egyáltalán nem mindegy. A napelemes rendszerek kisebb hóesésben szinte zavartalanul működnek (ha fény van). Ha a felületen csak néhány mm hó van, ez a fény szempontjából kissé áttetszőnek tekinthető, ezért csökkent üzemben ugyan, de működnek. A telepítéssel sok mindent el lehet rontani, ha nem vesszük kellően figyelembe a magyar hóviszonyokat.

Erőteljesebb havazás estében a napelemek fedett (árnyékos) állapotba kerülnek, azt mondhatjuk, hogy 10 cm fedettség állapotban leáll a működés. Ha erőteljesen fúj a szél, akkor előfordulhatnak igen rossz esetek is. Nevezetesen, hogy a napelem (vagy string) egy része hóval fedett, míg más részek nem. A PID hiba képződés ez esetben erőteljesebb lehet. 

A tartós havazás során a növekvő hó súlyát figyelembe kell venni, főleg akkor, ha nem fixen alátámasztott a rendszerünk, (tető, vagy lapostető) hanem lengő rendszerű (földi állványok, oszlop telepítés, oldal nélküli autó-beálló fészer, stb.,).

Jégverés

Ez esetben is figyelnünk kell a helyzetet, és nagyon nem mindegy, hogy kis jég vagy nagy jég. 

Az IEC alapszabványai (IEC 61646 és 61215) szerinti gyártmány-megfelelőség azt jelenti, hogy a napelemek ki kell bírják a 25 mm-es, és 23 m/sec (kb. 85 km/óra) sebességű jéggolyókkal való ütközést. Ez mintegy 2 J kinetikus ütközési energiának felel meg.

Sajnos a természet nem mindig „szabványos” és gyakran okoz gondot nekünk.

Helyszín és klíma

A napelemes rendszer telepítési helyének kijelölése egyben a globális klimatikus körülményeket is meghatározza.

A Földünkön sokféle klíma megtalálható, melyet hétköznapi szóhasználat is megkülönböztet, trópusi, tengeri, szárazföldi, magashegységi, stb. Légköri jelenségekkel részletesebben a meteorológia tudománya foglalkozik. Ide tartozik a közvetlen földfelszín ---- sztratoszféra (500 km magasságig)

A meteorológia ezen tudományágazata nagyon pontosan, tudományos igénnyel rögzítette az előforduló klímarendszereket, ezek elnevezéseit, és főbb tulajdonságait.

A Köppen-Geiger féle osztályozást tekintjük az alapnak.

A felhők szerepe

A felhők gyakran előforduló jelenségek, melyek erőteljesen befolyásolják a napelemes rendszerek működését. Viselkedésük és a napelemes rendszerekre gyakorolt hatásuk megértése egy hosszabb cikket érdemel, mellyel egy későbbi részben foglalkozunk.

Szokásos jó tanácsaink:

1. Tervezzünk a Köppen-Geiger klímarendszer szerint, és mindig vegyük figyelembe a helyi időjárási viszonyokat.
2. Kis szél hasznos, a nagy szél károkat okozhat. Helyes méretezéssel a károk megelőzhetők, a kár nagysága csökkenthető.
3. Az alkalmazott fém anyagok szakítószilárdsága kritikus paraméter. 
4. Ne hagyjuk a napelemeket „magukra”! A gondozást, odafigyelést, tisztítást többlethozammal viszonozzák. (megtérülési idő)
5. A téli hideg nem mindig káros a napelemek szempontjából. Sőt!
6. A jégverést és viharokat a napelemek egy határig elviselik.
7. Átgondolt és szakértelemmel végzett telepítés a szokásosnál keményebb viharokat is kiáll.
8. Ha a telepítő képzetlen, nincs telepítési gyakorlata vagy hanyagul végzi a munkáját, akkor kisebb viharok is komoly kárt tesznek.
9. Mindig követeljük meg a szakszerű munkát (még magunktól is)!
10. Az eső nem mindig káros. Értsük meg: ha esik az eső az nem mindig holt idő az energiatermelés szempontjából. (pláne nem káros, jó esetben a rendszer megtisztul)

[1] http://www.mikeelektronika.hu/DOK/ell_hofok.pdf, -   http://acta.bibl.u-szeged.hu/54893/1/jelenkori_012_004_195-206.pdf