Elindult az új Vidéki Otthonfelújítási program! Jelentkezzen!
Tisztelt Olvasóink!
Cikkünk a napelem ipar sajátos elnevezéseinek (szakzsargon szavainak és kifejezéseinek) értelmezését kívánja elősegíteni. Ez a szakma ugyan alapvetően a villamos energia iparhoz tartozik, mégis jelen vannak olyan szakkifejezések, melyek nem tartoznak a mindennapi villanyszerelési szakszótárba. Ezek többsége a félvezető iparból, illetve a meteorológiából származik, de vannak olyanok is melyeket „maga a napelem ipar” termelt ki 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 a fontosabbakat kiemeltük.
A napelem ipar sajátos szakmai jelölései és ezek értelmezése.
A wattpeak, Wp értelmezése
Miért nem jelent a wattpeak csúcsteljesítményt?
Elsőként a Wp (wattpeak) elnevezéssel foglalkozunk, 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. Az „energetikai” tulajdonságokat illetően ez alapvetően teljesítmény adatot (P, Watt) jelent, mert az az igazi energiahozam, több más tényezőtől is függ. 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 feltételek) feltételekkel mérhető értéknek.
STC – PTC – Real
A következőkben az STC – PTC – Real fogalmakkal foglalkozunk. A napelem ipar 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 STV szabványosított labor körülményeket jelent). A PTC értelmezéséhez, az időben egy kissé vissza kell lépnünk. Az 1990–as 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 napelemeit vizsgálták természetes körülmények között.
Tapasztalataik szerint, a növekvő modul hőmérséklet:
- csökkenő teljesítményt jelent,
- A PVUSA telepen (Davis, California) mért adatokat összehasonlították az STC feltételekkel várható adatokkal (PTC),
- A PTC adatok alacsonyabbak az STC adatoknál mintegy mindössze 87-92%.
- Egy kristályos napelem esetén ez mintegy 12% veszteség,
- Ezért egy 100 Wp (STC) napelem valójában csak 88 W-os-ként kezelhető a gyakorlatban.
Hogyan számoljuk át az NOCT adatokat a PTC értelmezésre a CEC szerint?
T_cell_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[1].
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[2] (CEC), honlapján (eligible list) komoly segítséget nyújt a kivitelezőknek és beruházóknak. (a GoSolarCalifornia táblázatban[3], 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
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. Ha kissé túlterheljük az inverter (a megengedhetőség határain belül) javulhat az energia hozamunk.
A hatásfok 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 [4], 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.
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.
Adatlapok – a nyomtatás és a valóság
Az adatlapokból eredő (esetleges) problémát egy valós példán keresztül kívánjuk bemutatni. (India 10 MW projekt.)
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.
Mindez felveti a gyártói adatok szavahihetőségének kérdését.
RFID
A napelem gyártása tovább automatizálódott. Bevezették a rádiófrekvenciás azonosító elhelyezését.
GDFI
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.
SC II
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.
PID
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[5] (szalmiák, NH3) veszélyes, gyorsan korróziót okoz. A napelem gyártók kifejlesztették az ellenálló típust: 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.
- Csak minősített napelemet vásároljuk (minimum elvárások IEC 61646, IEC 61215 CS II minősítések megléte)
[1] Az STC és PTC szerinti értékek gyártótól, típustól függően eltérést mutatnak.
[2] CEC - https://www.energy.ca.gov/
[3] https://www.energy.ca.gov/programs-and-topics/programs/new-solar-homes-partnership-program-nshp
[4] η [eta] - https://hu.wikipedia.org/wiki/Hat%C3%A1sfok
[5] Registry of Toxic Effects of Chemical Substances (RTECS), https://hu.wikipedia.org/wiki/RTECS, BO0875000
