Elindult az új Otthonfelújítási program! Minősítsen elő!
A villamos szerelés
Kivonat (bevezetés)
A napelemes rendszerek telepítésének több alapvető fontosságú fázisa van. A tervezésen és mechanikai rögzítésen túl ide tartozik a villamos szerelés is. Mint korábban láttuk a teljes rendszernek – a napelemen kívül – további sok fontos alkatrésze és berendezése van, melyet egységesen rendszerelemeknek (angolul rövidítve BOS, balance of system[1]) nevezünk. A villamos szerelés „műveletei” és fogásai a villamos szakma általános szakmai megítélése szerint „egyszerű műveletnek” minősülnek. Ám sokan elfelejtik (vagy nem veszik figyelembe), hogy a napelemes rendszerek olyan különleges többletismereteket igényelnek, melyek alapvetően meghatározzák a kivitelezés és a napelemes projekt sikerességét.
Kulcsszavak:
napelemes rendszer, villamos szerelés, BOS, balance of system, szakértelem, veszélyek, napelem, földelés, villámvédelem, hálózatra kapcsolás.
Sokféle napelem létezik
Sokféle napelem[2] létezik, ezért alapvető követelmény, hogy elsősorban a napelem tulajdonságait kell figyelembe venni a telepítéskor. Ehhez a napelemek felépítésének és működésének olyan mélyreható ismerete szükséges, melynek megszerzése - a jelenlegi alap oktatási rendszerben - egy általános villanyszerelői alapképesítéssel többnyire nem lehetséges.
Rendszertechnikai értelemben a legbonyolultabbak a sziget üzemű (vagy hálózati interaktív napelemes rendszerek), melyek akkumulátoros tárolást is tartalmaznak. (Ilyen napelemes rendszerekkel korábbi cikkeinkben (VI. rész) már foglalkoztunk.)
Milyen villamos részegységekből épül fel a rendszer?
A villamos elemek féleségét és darabszámát illetően – a rendszertípustól függően - nagy különbségek vannak.
A napelemes rendszer az alábbi főbb villamos egységekből épül fel:
Napelemek, csatlakozók, kábelek, elosztó/közösítő dobozok, vezérlő egység(ek) (inverter(ek), transzformátor, töltésvezérlők), védelmi eszközök (AC/DC oldali, GFCD, GFPD, AFCI, villámvédelem, stb.)
A kivitelezés az egyik fő probléma
A napelemes rendszerek esetében sok vizsgálat történt az elmúlt években; a tanulmányok rendre azt mutatták, hogy a kivitelezések (mechanikai és villamos szerelés) színvonala jelentősen hanyatlott. A TÜV vizsgálatai rámutattak arra is, hogy mintegy 100 rendszer vizsgálata (100 kWp – 30 MWp-os napelemes rendszerek) alapján a hibák többsége a kivitelezésből (képzetlen HR állomány, „jóvanazúgyis”, „hályogkovács” magatartás) ered.
A földelések helytelen kialakítása vagy az automatikus „földeléshiba védelem” (AFCI) hiánya is okozhat komoly problémákat, esetleg katasztrofális tüzeket is eredményezhet. (Ilyen eseteket jegyzett fel a történelem a Bakersfield (2009) és a Mount Holly (2011) napelemes tűzesetekben.)
A vezérlő egység (inverter, illetve hálózatra csatoló transzformátor) a rendszer által átalakított energia továbbítását, elosztását vagy hálózatba juttatását végzi.
Különösen ügyelnünk kell arra, hogy a napelemeken kívüli „járulékos elemek” – melyek feltétlenül szükségesek a rendszer helyes és folyamatos működéséhez – mind veszteséget „termelnek”, ezért a tervezés / kivitelezés során nem szabad elhanyagolni ezeket a hatásokat (a rendszerek 80%-a alultervezett).
Egy jól tervezett és helyesen kivitelezett rendszer akár 30-40%-kal több energiát szolgáltathat egy másik, kevéssé tudatosan kivitelezett napelem rendszerhez képest.
A napelemes rendszerben előforduló tüzek forrása
A napelemes rendszerekben előforduló hibák között ez egy igen széles terület, de a hibaforrások viszonylag egyszerűen kezelhetők.
Tűzesetek zömében az okok egy, vagy több alkatrész túlmelegedésére vezethetők vissza. A napelemek esetében ezt „hot spot”-nak, forró pontnak nevezik. Cella árnyékolódás, PID hiba esetén vagy gyártási forrasztási hiba esetében a napelem egy része túlmelegszik és tűz keletkezhet.
Az árnyék
Az árnyék egyértelműen a napelemes rendszerek ellensége, több esetben „halálos” ellensége.
A napelemes gyakorlatban többféle árnyék ismeretes. Ártatlannak tűnnek, de a cellákat csak „kicsit”, azaz részben lefedő árnyék (kémény sarka, egy belógó vezeték) is veszélyes, mert hot-spot kialakuláshoz (tűz) vezethet.
A teljes árnyék kevéssé veszélyes tűz szempontjából, mindössze kevesebb energiát kapunk.
Bizonyos esetekben a „szakértelem” egyértelműen kiküszöbölheti az árnyék kedvezőtlen hatásait. Azok a napelemek, melyek érzékenyebbek a szórt fényre, jobban viselik az árnyékot.
Kötő doboz (junction box)
A túlmelegedés a rossz minőségű kötő dobozban is kialakulhat (ez egyben a napelem kábel kivezetés helye). Egy szokásos (250-280 Wp-os) napelem (60 vagy 72 db napelem cella) többnyire 3 belső soros füzérrel (stringgel) rendelkezik. Mindegyik belső napelem string védve van egy úgynevezett elkerülő (by-pass) diódával[3]. Ennek szerepe, hogy árnyék, vagy egyéb blokkolás esetén a többlet áramot elvezesse, a túlmelegedést megakadályozza, a veszteséget csökkentse.
Védelmi eszközök
Ellenőrizzük, hogy a DC és az AC oldalon is megvannak a védelmi (túlfeszültség, túláram) eszközök. Egy megfelelő minőségű inverter általában már tartalmazza megfelelő védelmet. Ha az inverter „olcsóbb” („gazdaságos?”) kivitelű, mindenképpen fordítsunk figyelmet a védelmekre.
Az egyik legfontosabb védelmi eszköz a villámvédelem. A villámvédelmi rendszerek kiépítésekor kerüljük a nagyfelületű hurkokat.
Földelések
A tapasztalat szerint a megfelelő földelésekre a kivitelezők kevés gondot fordítanak. A szakszerű földelésnek többletköltségei vannak (és az „eredmény alig látszik”).
Anyagminőség
A korrózió látványos – de mi a helyzet a kábelekkel, csatlakozókkal?
Egy napelemes rendszer esetében rendkívül bosszantó, ha néhány héten belül korrózió jelentkezik a rögzítő elemeken. Ez azonban látványos elváltozás, amelyet könnyű azonosítani. Ezzel szemben a helytelen kábelezés – például alacsony minőségű, olcsó, úgynevezett TVKK vagy távol-keleti „kompatibilis” csatlakozók használata – rejtett problémákat okoz, melyek észrevétlenül, lassan jelentkeznek. Az ilyen hibák felderítése nehéz feladat, és csak a szerelő ismeri a részleteket, például azt, hogy milyen kábelt épített be.
Ahhoz, hogy a rendszer hosszú távon is megbízható legyen, nemcsak megfelelő minőségű anyagokra, hanem magas szintű kivitelezésre is szükség van.
A „lengőkábelek” rövid időn belül meghibásodnak, ezért kifejezetten fontos lenne, hogy a napelemiparban ne használjunk ilyen típusú kábeleket.
Az inverter szerepe
Ismert tény, hogy az inverter szerepe kulcsfontosságú a rendszerben. Kapacitását rendszerint túlméretezik, mondván, ha jön az energia (többletsugárzás) akkor mindent vigyen át, „biztos ami biztos”. Az energia átviteli karakterisztika miatt azonban a legtöbb esetben ezáltal messze kerülnek az optimális kiterheltségtől és valójában csökken az energia. A másik eset is előfordul: az alulméretezés. Ha a szokottnál kissé erősebben süt a nap (a tervező nem mérte fel kellően a hely besugárzását, és a választott pozíció benapozottságát) többletenergiát kapunk. Ez túlterheli az invertert, mely levágja a csúcsokat, és energiát vesztünk.
Sajnos egyelőre Magyarországon nincs szabályozva az, hogy ki, és milyen képesítéssel szerelhet napelemeket, illetve napelemes rendszert. Ezért a kivitelezések többsége - lényegesen nagyobb előfordulási arányszámban, mint a környező országokban – hibát, hiányosságot, súlyos hibát mutat. A pályázatokat elnyerő nagyobb cégek esetében is fellelhetők ilyen típusú hiányosságok.
Összefoglalás
A napelemes rendszerek esetében a villamos szerelés, az alap szakmához képest többlettudást és gyakorlatot igényel. A kivitelezők és generálvállalkozók többsége alig fordít figyelmet erre. Hozzájárul ehhez, hogy a hazai szakoktatás szegényes, és színvonala nem igazodik a nemzetközi szinthez. A nemzetközi akkreditált vizsgálatok súlyos problémákat tártak fel ezen a területen. Hazánk napenergia potenciálja hatalmas, ennek a területnek már régen teljes értékű szakmai elismerést kellett volna kapnia.
A hazai gyakorlatban nincs kellően differenciáltan szabályozva az, hogy ki építhet napelemes rendszert. Ez a hiányosság gyakorlati szempontból távol helyezi hazánkat a nemzetközi élvonaltól.
Néhány hasznos tanács
- A megfelelő földeléssel kivitelezett rendszerek (ill. AFCI-vel ellátott inverterek) esetén a napelemes rendszerek teljesen biztonságosak!
- A villanyszerelői alapismereteket ajánlott kibővíteni a napelem iparra vonatkozó ismeretekkel.
- Csak olyan képzéseket érdemes választani, ahol a tudás szétosztása hosszúidejű gyakorlati háttéren alapul.
- Az olcsóbb rendszerek esetében szinte mindegyik tartalmaz jelentősebb rejtett hibát.
- Érdemes jó minőségű anyagokkal felépített, megbízható konstrukcióval rendelkező napelemet (és egyéb anyagokat) vásárolni, mert így sok rejtett hibát (sőt katasztrófát) előzhetünk meg (kissé drágább – de megéri).
- A napelemes rendszer megvalósítása hosszú távú – szinte egy életre szóló – döntés, járjunk el körültekintően!
- Ha minőségi anyagokat és szakipari kivitelezést választunk, akkor rendszerünk akár 30-40%-kal több energiát is szolgáltathat!
[1] BOS jelentése - https://en.wikipedia.org/wiki/Balance_of_system
[2] 3 főtípusban és ezen belül mintegy 15 féle változatban találunk napelemet a kereskedelemben.
[3] Itt többnyire Schottkey diódát alkalmaznak. Ez gyorsabb.
