Napelem akár 3 MFt vissza nem térítendő támogatással. Jelentkezzen!
Hosszú őszünk volt, és megérkezett a tél eleje. Még „uborkaszezon” van a médiában, de néha felröppen egy- egy „kacsa” hír. Legszívesebben a „fürdőkádban” töltenénk az egész napot a nagy hidegre való tekintettel, hogy felmelegedjünk és energiát gyűjtsünk .... Ismert fogalmak, melyeknek látszólag nincs közük a napenergia hasznosításhoz, vagy mégis? Megértésükre utólag is számítva, mostani számunkban mi is kissé lazábbra vesszük a tudományos diszciplínát. Lássuk mit is jelentenek a felsorolt fogalmak a napelem iparban…
A hokiütő
Kezdjük talán a „legjegesebb” fogalommal. (Tulajdonképpen ezek nem is fogalmak, hanem a fogalomra hasonlító görbék.) Úgy 1-2 ezer milliárd évvel ezelőtt…..
– Hűha, ha így kezdjük sosem érünk a végére.
– Nosza, akkor „ugorgyunk” egyet….
Úgy 5-6 milliárd évvel ezelőtt Galaxisunkban, a Tejútban elkezdett formálódni a NAP-rendszerünk. A földünket alkotó gázfelhő lehűlt, forrongó láva gömböccé formálódott, majd az is lehűlt. Folyamatosan fejlődéssel kialakult a FÖLD felszíne és a kéreg „földszerűvé” vált. Valahogy az élet is kialakult, és benépesedett a föld. Ahogy az emberiség kollektív tudata és tudománya fejlődött egyre nőtt a kíváncsiságunk és a kíváncsiság kielégítéséhez szükséges tudományunk és képességünk is jelentősen fejlődött. Nagy tudósaink már az ókorban elkezdték a megfigyeléseket, és azóta is feltesszük a fontosabbnál fontosabb kérdéseket, és várjuk keressük a válaszokat. Az egyik legérdekesebb és legfontosabb észrevétel a Föld melegedése. Az IPCC szervezet[1] megfigyelői évek óta kongatják a vészharangot, földünk veszélyben van.
A szárazföld melegszik, a tenger melegszik, a jégsapkák, gleccsereink olvadnak. Mi okozza mindezt? A Földet a NAP látja el energiával. A kapott (elektromágneses besugárzás) és visszaadott (albedó) sugárzás egyenlege eddig nulla körüli volt, mostanra kissé pozitívvá vált.
IPCC jelentés a légkörben lévő különféle anyagok koncentrációjának növekedéséről 1900-2000 között. Az utolsó évek hirtelen, drasztikus növekedést mutatnak. Ez a jéghoki ütő effektus.
A mérések bizonyos paraméterekre együtt-futásokat (korrelációt) mutatnak.
Az 1800-as évek megnövekedett ipari tevékenysége és fokozott fosszilis anyag és energia felhasználása (szén, gőzmozdony, vasipar, könnyű ipar stb.,) fokozott károsanyag kibocsátással jár.
Meghatározásra kerültek bizonyos anyagok melyek jelentősen befolyásolják a KLÍMÁT.
4. ábra - A Föld keringése és forgása a nap körül.
Egyes tudósok szerint viszont az ember csak elenyésző mértékben képes változtatni a hatalmas földi rendszer klímáján. A klimatikus hatásokat más, inkább galaktikus jellegű, csillagászati összefüggések okozzák (Milankovics ciklusok).
A keringés síkja (ekliptika síkja) egy ellipszis, emiatt hol közelebb (147 millió km), hol távolabb (152 millió km) kerülünk a NAP-hoz. Ugyanakkor a NAP is hatalmas elliptikus pályát ír le a Galaktika középpontja körül. A föld forgástengelye további periodikus mozgásokat, precessziót és nutációt mutat, és mindegyiknek saját frekvenciája van.
A Milankovics ciklusok három fő ciklusból állnak. Ezeknek eltérő periódus idői vannak:
- A keringés excentricitása (közelebb, v. távolabb vagyunk a NAP-tól)
- A forgástengely dőlésszögének változása (a két félteke besugárzása ellentétes, az évszakok változásának oka)
- A forgástengely precessziójának változása (az Észak-Dél helyzetének változása)
A törpesapka
A napból érkező sugárzás a földfelszínen az időben nem egyenletesen oszlik el. A nap, égbolton történő látszólagos mozgása miatt (nappálya) jellegzetes alakja van – harang alak vagy törpesapka. A legerősebb érték „délben” van, 1000-el süt a nap (STC feltételek). Ha grafikonon ábrázoljuk - a NAPI besugárzást - akkor ez, egy jellegzetes harang szerű görbe, melyet akár a mesebeli törpesapkának is nevezhetünk.
A fürdőkád
Fürdőkáddal nap-mint-nap találkozhatunk, de hogy mi köze van a fürdőkádunknak a napelemes rendszerekhez azt kissé bővebben meg kell magyaráznunk. Tulajdonképpen nem is fürdőkádról van szó, hanem fürdőkád alakú görbékről.
Ha a napelemek és/vagy napelemes rendszerek élettartamát, meghibásodási arányait vizsgáljuk akkor a következő megállapításokat tehetjük. A napelemek élettartama, működőképessége tárgyában még MA (2024 !) is sok a térhódító téveszme.
A napelemek pontos élettartama nem ismert. Kutatások során előkerülnek „matuzsálemi korú” 35-40 éves napelemek, és még mindig működnek, 40-60%-os kapacitással. A pontos adat meghatározása a gyártók számára is gondot okoz, ezért a garanciát furcsa módon határozták meg. Mivel ismert, hogy a napelemek 0,8 – 1,1%-ot öregednek évente, bizonyos év elmúltával (20-25-30 év) a napelemeknek 80-85-90%-os teljesítmény kell produkálni. A konkrét adat gyártóként változik.
A napelemek „öregedése” többszörösen is összetett folyamat. Jelentéktelennek látszó hibák jelennek meg melyek azután komolyabb hibákat (sokszor katasztrofális súlyú) okozhatnak.
A telepítést követő 1-5 év igen kritikus. Ekkor jelennek meg a „korai csecsemőkori” meghibásodások. Az angol szakirodalom „infant failure” fogalommal jelöli ezt. Ezt követően egy viszonylag csendesebb időszak következik, majd megint emelkedik a hiba gyakoriság görbe. Ha a folyamatot grafikonon ábrázoljuk egy jellegzetes görbe rajzolódik ki: a fürdőkád görbe.
A korai meghibásodást előidéző tényezők között vannak:
- A PID hiba,
- A nem szakszerű kezelés (szállítás, rakodás, tetőre felvitel)
- Mikrorepedések (ezek gyártási hibák is lehetnek, de a vizsgálatok szerint gyakrabban keletkeznek szállításkor, vagy szerelés közben (rálépnek a napelemre, csavar túlhúzása, stb.,)
- Egyéb szerelési, vagy alkatrész hibák
A kacsa
A „kacsa alakú” görbe, kétségtelenül a legérdekesebb görbe, mely a villamosenergia iparban létezik. Tulajdonképpen a villamosenergia előállítás és elosztás mumusa.
A napelemes rendszerek alkalmazásának egyik célja az energia spórolás. Az energiát korábban a hálózatból kaptuk, jó lenne ezt a helyzetet megtartani és a hálózatból kapni az energiát, mert ez biztonságos. Készítsünk napelemes rendszereket és kössük össze őket a meglévő hálózattal. Amire a házunkban szükség van azt akkor és ott elfogyasztjuk a többit visszatápláljuk a hálózatba. Biztosan lesz valaki, akinek akkor van szüksége rá, amikor nekünk nincs. Ez a gondolat annyira praktikus, hogy hamar világméretű gyakorlattá vált. Nálunk HMKE néven ismert, háztartási méretű kiserőmű (max 50 kWp teljesítménnyel). Az alábbi ábra egy tipikus hálózatra kötött háztartási rendszer „energiatermelési” sémáját mutatja.
Csakhogy adódott egy kis gond, nem is egy, hanem mindjárt kettő.
A villamos elosztó hálózatokat nem erre készítették, anno, amikor kezdett kialakulni a tömeges elektromos ellátás. A sok kis HMKE felborítja a hálózat működését mert „meddő energia” is keletkezik, ami kompenzálni kell. A hálózat egysúlyát a frekvenciaszabályozáson (+/- 1 Hz) keresztül biztosítja az energia ellátó. Ha sok-sok kis HMKE visszatápláló van akkor az egyéb „termelőket”, ezek a hagyományos erőművek, vissza kell szabályozni. Ez eléggé nagy problémát okoz mert, évekre előre megkötött jogi szerződésekkel történik az energiaellátás. (A Nappal ellenben nincs szerződésünk, viszont ingyen energiát szolgáltat)
A pillanatnyi energiaigény (kék) erős hullámzást mutat. A napenergia is csak bizonyos időszakokban jelenik meg (zöld görbe). A B1…. B4 időszakokban napenergiából fedezhetjük a teljes igényünket, sőt még bőven marad is (A1…..A4). ennek egy része vagy talán az egész is azonban (gyakorlatilag) elvész. Korábbi (kezdeti) időszakokban még visszavásárolta a szolgáltató, de egyre kevesebb áron…. és mára …..
Ha a HMKE rendszerekben akkumulátoros tárolást építenénk ki, akkor ez az energia is elérhetővé válna. Az ötletet továbbfejlesztve a kereskedelmi nagyságrendű telepítések számára is javasolt (0,1 – 1-50 MW) lenne az akkumulátoros tárolás mert akkor jobban kezelhető a másik probléma is.
A másik gond éppen a fogyasztási szokásainkból adódik. Ez a probléma, - szinte minden elosztó rendszernek - régóta nagy problémája, mondhatni mumusa.
Reggel 5-9 óra között jelentősen megnő a fogyasztás. Ekkor kelünk fel, villanyt gyújtunk, mikrózunk, fürdünk, megy a tűzhely, a hajszárító stb., ez a reggeli csúcs. Délután megismétlődik (16-22 óra között), ugyanolyan vagy nagyobb mértékben. Ez a délutáni csúcs.
Az egyenlőtlen fogyasztási szokások az áramfogyasztásban problémát okoznak. Az eredmény: a kacsa görbe megjelenése.
A „csúcsok” (és völgyek) kezelése is probléma, mert nem ismert a csúcsok időbeli megjelenése (csak valószínűsíthető), sem intenzitása (az igények nagysága). Fokozza a problémát egyéb események megjelenése: focimeccs, olimpia, fesztiválok, jelentősebb tömegeket érintő társadalmi esemény, egy jó TV műsor, extra meleghullám (bekapcsolnak a klímák). A völgyidőszakban túltermelés léphet fel, mely ugyancsak hálózat egyensúlyi problémákat okoz.
Az áramszolgáltatás bizonyos egységei az alaperőművek (base-load type) nem tudnak ilyen gyorsan reagálni ezekre az igényekre.
Tekintettel arra, hogy a NAP-al nem tudunk szerződést kötni, ugyanakkor a legkedvezőbb ár/érték arányon kínálja szolgáltatását, nem tehetünk mást, mint kitalálunk valamit, ami még nincs. Építsünk napenergia (megújuló energia) tároló rendszereket, töltsük fel ezeket amennyire és amikor lehet, és vezessük a hálózatban – amikor nekünk kell.
(Széchenyi egyszer azt mondta: „… az elém gördülő akadály kövekből, lépcsőt építettem” !)
Jótanácsok:
Vegyük le a törpesipkát, és menjünk vissza a fürdőkádba!
[1] IPCC - https://www.ipcc.ch/report/ar6/syr/
