Elindult az új Otthonfelújítási program! Minősítsen elő!
A telepítés körülményeinek elemzése
A napelemek telepítését a helyi körülmények elemzésével kell kezdeni. Szerencsés esetben a tervek ezt már figyelembe veszik (vagy talán a tervező is ott járt a helyszínen!). A telepítést végző személynek – szerintünk – kötelessége a helyszín előzetes megismerése[1]. Ne feledjük! A fixen telepített rendszerek lényegesen különböznek a „tracking” (napkövetős) rendszerektől.
Helykiválasztás
A telepítés (mintegy végleges döntés) sok mindent eldönt, és ezért nagy felelősséggel jár. Napelemes rendszereket ritkán szoktak áttelepíteni (hacsak nagyon nem indokolt). A helykiválasztásnak az előzetes munkák során kell megtörténnie – még a tervezés előtt. Nyomatékosan javasolt, hogy a tervek a kiválasztott helyre készüljenek.
Helyzet, pozíció, azimut
A hely kiválasztása (és véglegesítése) után meg kell határozni az adott helyen:
- A helyzetet (irányítottság, pozíció)
- Az azimut szöget
- Az emelési szöget
A napelemmel történő energiahasznosítás (és ide tartozik az összes besugárzáson alapuló energiagyűjtés) egyik fontos alaplépése az energia begyűjtése. Az azimut és az emelési szög (tilt angle) az eszközünk (rendszerünk) benapozottságát határozza meg.
Az azimut szög értelmezésében gyakoriak az félreértések a szakirodalomban. Vannak, akik az azimut nulla szöget az É (észak, N, north) iránytól számolják. Ebben az esetben a Dél azimut 180 fokot jelent. Más értelmezések esetében a D (dél, S, south) jelenti az „azimut nulla” helyzetet.
A begyűjtés ez esetben azt jelenti, hogy egy sugárforrásból (Nap) érkező energiát bizonyos eszközökkel (napelem, kollektor, parabolatányér,…stb.,) összegyűjtünk, felfogunk. Bizonyos esetekben a begyűjtés után nem végzünk átalakításokat (így működnek a kollektorok és termikus hasznosító eszközök), más esetekben – mint például a napelem – a begyűjtő eszköz egyben átalakítást is végez. Az ilyen típusú energiahasznosítás esetében a legjobb, ha a begyűjtő felület merőleges a direkt besugárzás irányára (1. Ábra, DBI, direct beam irradiation).
A Föld a Nap körül kering (ez az ekliptika síkja), és egyben a tengelye körül forog (1 körülfordulás, körülbelül 1 nap). A föld forgási tengelye nem merőleges az ekliptika síkjára, azzal kb. 23 fokos szöget zár be.
A föld alakja közel gömb-szerű, ezért ebben a keringési rendszerben a föld felszínét a napsugárzás különféle szögekben éri (beesési szög). Ezért a beérkező energia nagymértékben függ attól a helytől, ahol befogjuk azt (földrajzi helyzet, szélességi és hosszúsági koordináták).
További megfontolásokat igényelnek a következő tények:
- keringés pályája elliptikus, hol közelebb, hol távolabb vagyunk a Naptól,
- a föld tengelye hol a Nap felé mutat, hol attól elfele, ez jelentős változást okoz a beesési szögben (évszakok, napmagasság)
- a Föld tengelyforgása miatt az égbolton egy látszólagos „napmozgás” nappálya alakul ki.
- A nap során a Nap egyszer delel a fejünk felett, a besugárzása ekkor a legerősebb.
A következő ábra a különféle állásszögekben beérkező relatív kinyerhető sugárteljesítményeket mutatja, az egyes szélességi körök mentén a teljes évre (Jan –Dec.).
A relatív energiamennyiséget a görbék alatti terület jelenti. Jól láthatóak az alábbi összefüggések:
- Egy teljes évben vizsgáljuk a begyűjtéseket, akkor az energia mennyisége jellegzetes – őszi, téli, tavaszi, nyári - hullámzást mutat.
- A hozamok egy, vagy több maximummal rendelkeznek.
A nap járása, a nappálya
A nappályák, sík ábrázolásban ívelt patkószerű görbék, a Napnak az égbolton történő látszólagos napi vonulását írják le, melyből kiszámíthatók, meghatározhatók a napi hozamok, maximumok. A nappályák alakja a földrajzi helyzettől függ.
Hazánk az északi szélesség 46 - 48,5 foka között fekszik (N47) ezért a 4. ábra jó közelítéssel leírja a hazánk területén érvényes napmozgásokat[2].
Fontos hangsúlyozni!
A telepítés mindig egyedi – még akkor is, ha tipizált egységtervek alapján történt a rendszer kialakítása!
A telepítés során meg kell választani azokat a szögeket melyek meghatározzák a napelem elhelyezkedését a napsugarakhoz képest. Ez egyértelműen és alapvetően fontos a megfelelő hozamok biztosítása érdekében. Ez pontosan kettő szöget jelent:
Az emelési szöget és a tájolási (azimut) szöget. Az emelési szöget a földrajzi szélesség szerint kell megválasztani. A tájolási szög legjobb értéke a déli irány (D), a szakirodalom nagy részében ez felel meg az Azimuth=0 értéknek.
Csillagászati okok miatt az emelési magasságot a mindenkori földrajzi szélesség szerint javasolt megválasztani az alábbiak szerint:
- Egész éves optimum hozam elvárása esetén – a földrajzi szélességnek megfelelő érték
- Téli időszakra hozam optimum elvárása – földrajzi szélesség + 15 fok
- Nyári időszakra hozam optimum elvárása - földrajzi szélesség -15 fok
Magyarországon (N47) ezért a következő emelések javasoltak:
Éves optimum: 47 fok (40)
Téli optimum: 62 fok (65)
Nyári optimum: 32 fok (25…30)
Hacsak nincs különösebb kívánalom (speciális optimalizálások), akkor az éves max. hozamot biztosító beállítások a javasoltak.
Előző cikkünkben már részletesen foglalkoztunk a napkövető rendszerekkel (tracking), most csak említést teszünk. Ezek ugyan nagyobb hozamot ígérnek, ámde a rendszer technikai kiépítése lényegesen bonyolultabb, drágább, és a meghibásodás aránya is nagyobb.
Mostanában nagyon divatos magatartás az, ha a vevőnek „a legújabb konstrukciót”, „top-edge „ típust ajánljuk. Ennek több veszélye is van, melyet csak a szakismerettel rendelkező kivitelezők tudhatnak.
A fejlesztésekből idő előtt kikerült technológiák nem minden esetben kiforrottak gyártmány szinten (fullerén, grafén, Perovskite, Dye). Ilyenek például a PERC napelemek bizonyos típusai vagy a kétoldalas napelemek[3].
Egy új napelem (és bármi a világon) akkor válik gyártmánnyá, ha:
- Megtörténik a teljes bevizsgálás (mechanikai, villamos és egyéb tesztek, gyakran több évig tart!)
- Megkapja a nemzetközi vizsgálati dokumentumokat (IEC, TÜV, UL., stb., certificate)
- Minden fontos paramétere ismert és szerepel az adatlapon.
- Az adatlapok[4] pontosan (valósághűen!) tartalmazzák az eszköz adatait (ezek fontosak a tervezésben)
- A gyártás reprodukálhatóan és visszakereshetően folyik.
A 7. Ábra a földön kialakuló besugárzási intenzitásokat mutatja, az idő és földrajzi szélesség függvényében.
És végezetül tekintsük meg azt a különleges fényképfelvétel sorozatot, mely jól ábrázolja a nappályák valódi alakjait. Az ábrán jól követhető az árnyékképződések lehetősége.
Gyakorlati tanácsok:
- Fontos megjegyeznünk! A telepítés mindig egyedi.
- A besugárzás és a benapozottság nem azonos fogalmak!
- Tervezés nélkül ne kezdjünk a telepítésbe!
- Tervek hiányában magunk készítsünk telepítési vázlatokat!
- Vegyük figyelembe a regionális klímazónát!
- Elemezzük a helyi klimatikus viszonyokat!
- Végezzünk teljes körű árnyék elemzéseket (közeli, távoli árnyékok)!
- Nyomatékosan javasolt, hogy a tervek a kiválasztott helyre készüljenek.
- Alkalmazzunk kiforrott technológiákat, ezzel sok meglepetést elkerülhetünk!
[1] A kétoldalas napelemek adatlapja nem tartalmazza megfelelően a napelem teljesítményét, ezért rendszer-tervezhetősége kétséges.
[2] Sajnos az utóbbi 10 esztendőben jogosan felmerült az adatlapok (gyártók!) szavahihetősége. Ezzel a fontos dologgal egy későbbi cikkünkben foglalkozunk.
[3] Nagyobb (100 kWp, 500 kWp, 1-10 MWp) esetben engedélyes építészeti tervek szükségesek
[4] ISES a Nemzetközi Napenergia társaság, (melynek a szerző 1997-óta tagja)
