Napelem működése röviden és érthetően

Ahhoz, hogy megértsük, hogyan lesz napfény segítségével megtermelt áram az elektromos hálózatban, meg kell ismernünk a napelem rendszer felépítését, részeit is. A napelemes rendszer két fő része a napelem panel, amit a háztetőkön is láthatunk, valamint a napelem inverter. Ezek mellett persze további tartozékok, kábelek, csatlakozók, védelmi elosztók és maga a tartószerkezet is megtalálható a rendszerelemek között.

Az energiatermelés folyamata a napelem panelekben kezdődik. Ezek azok ugyanis, amik begyűjtik a napfény sugarait és abból egyenáramot állítanak elő. A háztartásban azonban ezt az áramot még nem tudnánk felhasználni, ugyanis a konnektorokban váltóáram fut, így értelemszerűen az elektromos készülékeink használatához is váltóáramra van szükség. Itt jön képbe az inverter. A napelem panel a begyűjtött kis feszültségű egyenáramot továbbítja az inverternek, ami a háztartásokban használt megfelelő feszültségű váltóárammá alakítja át azt.

Ez volt a folyamat egyszerű és rövid leírása. Azok kedvéért, akik ennél részletesebben is kíváncsiak arra, hogy működik a napelem technológia, nézzük meg alaposabban is!

A napelem panelek szilíciumot tartalmaznak. Ez egy félvezető anyag, amit pozitív (p-típusú) és negatív (n-típusú) "szennyezéssel" kezelnek, a pozitív félvezető réteget bórral, a negatívat pedig foszforral. A napfényben fotonok találhatók, amik elnyelődve a félvezető szilícium rétegben szabad elektronokat generálnak. Az elektronok a szilícium rétegben és az alatta található közvetítő rétegben az elektronkilépés miatt elektromos teret hoznak létre ami az elektronokat mozgásra kényszeríti a pólusok között és tulajdonképpen ezáltal jön létre az elektromosság.

A szilícium kristályos napelemek hatásfoka 11-18% között van attól függően, hogy mennyire sikerült jól a telepítés és mennyire vannak zavaró tényezők. A korszerűbb monokristály napelemek legalább 18%-os hatásfokkal hasznosítják a napból érkező energiát.

Mint azt már említettük, ekkor közbelép az inverter, ami nélkül az elektromos áramot nem is tudnánk hasznosítani. Az inverter feladata, hogy szenzorai segítségével folyamatosan figyelje a közüzemi hálózatban lévő elektromos feszültséget és ahhoz "igazítsa" a beérkező egyenáramot, mely így lesz átalakítva váltóárammá, hogy létrejöhessen az általunk hasznosítható 230V-os, 50Hz frekvenciájú hálózati feszültség.

Mi történik a többlettermeléssel?

Sokan napközben nem tartózkodnak otthon, így nem tudják felhasználni a nap folyamán termelt villamos energiát. Mi történik ilyenkor ezzel az energia többlettel? Jelen helyzetben ezt a kérdést több oldalról is meg kell vizsgálnunk, ugyanis 2022. októberében a kormány bejelentette, hogy az új napelem rendszert igénylők nem táplálhatják vissza a megtermelt áramot a szolgáltató hálózatára.

De kezdjük az elején, amikor még ez a szabály nem volt érvényben. A napelem rendszert ebben az esetben az energiaszolgáltató hálózatára kötik. A többletenergia így nem vész el, hanem a szolgáltató hálózatára kerül, ahonnan pedig felhasználhatjuk, amikor szükségünk van rá. Amennyiben a többletet nem használjuk fel, azt a szolgáltató kifizeti részünkre. Ennek minimális hátránya, hogy a szolgáltató sokkal olcsóbban veszi tőlünk a többlettermelést, mint amennyiért mi visszavehetjük azt a szolgáltatótól. Ez nem vonatkozik azokra, akikre érvényes a szaldós elszámolás. Ők ugyanis ingyenesen "tárolhatják" a napelem rendszerük által termelt többletenergiát, és szabadon használhatják azt fel igény esetén.

Mindez nem vonatkozik azokra, akik a tavaly októberi bejelentés előtt nem indították el a napelem telepítési folyamatot, hanem csak azt követően tervezték a beruházást. Nekik ugyanis olyan napelem rendszerre kell beruházniuk, amely úgy is hatékonyan működik, hogy nem táplálhat vissza a szolgáltató hálózatára. A szakma természetesen folyamatosan fejlődik, így erre az esetre is elérhetők alternatív megoldások. Nézzük ezeket külön-külön!

Visszwatt védelemmel ellátott napelem működése

A visszwatt védelemmel ellátott rendszereket napelemes kiserőműként is szokás említeni. Működésének lényege, hogy a megtermelt energia nem lehet több, mint amennyit éppen felhasználunk. Magyarul csak annyit elektromos áramot termel, amennyit adott pillanatban el is tudunk használni. Ezt az inverter szabályozásával lehetséges megoldani.

Ha már napelem működése a téma, menjünk bele kicsit az inverter szabályozásába is. Többféle szabályozás lehetséges, a két leggyakrabban használtat említenénk meg.

Az egyik az úgynevezett mágneskapcsolós megoldás. Ez a kapcsoló az AC oldalon helyezkedik el, az inverter "szabályzása" így távolról történik. A mágneskapcsolóval távolról ki- és beszakaszoljuk az invertert. Ez nem is annyira szabályzás, sokkal inkább vezérlés. Előnye, hogy egyszerűen és gyorsan kikapcsolható az inverter a hálózatból, hátránya viszont, hogy nincs lehetőség valós szabályozásra. Mágneskapcsolós rendszer esetén ha az inverter kikapcsolt állapotban van, a visszakapcsolás perceket vehet igénybe.

A másik az úgynevezett buszhálózaton, vagy Ethernet hálózaton keresztüli folyamatos kommunikáció az inverterrel. Ez a korszerű és valós idejű szabályzás sokkal pontosabb mint a mágneskapcsolós megoldás. +/- 1%-on belüli szabályozást tesz lehetővé. Buszrendszer használatával az inverter nem kerül lekapcsolásra az AC oldalon, csupán visszaszabályozzák a készüléket. Profi szakértő segítségére lesz szükségünk, de a kiépítése nem nehezebb. Sőt, jóval kevesebb vezetékezéssel jár. Számtalan előnye van a buszhálózatnak, nem csak szabályozni tudunk vele, de az inverter(ek) monitorozható is valós időben, és telefonos, e-mail kommunikációt is lehetővé tesz.

Hibrid üzemű napelem működése

A hibrid napelemes rendszer alkalmas arra is, hogy a szolgáltató hálózatára rákössünk, de saját tároló akkumulátorral is rendelkezzen. Így a hálózattól függetlenül is működik. Ennél a rendszernél is az inverternek van kulcsfontosságú szerepe. Ezek a napelemes rendszerek speciális, direkt erre tervezett inverterrel üzemeltethetőek. A hibrid napelem rendszer leginkább a lakossági felhasználók számára lehet megfelelő.

Sziget üzemű napelemes rendszerek működése

Hasonlóan a hibrid rendszerhez, a szigetüzemű napelem rendszer is saját akkumulátorán tárolja a többletenergiát. Ez azonban csakis hálózattól független rendszerként üzemelhet, nem kötik rá a lakossági közüzemi hálózatra. Azzal számolni kell, hogy az akkumulátor limitált "mennyiségben" és ideig képes a villamos energiává alakított napenergiát tárolni. Ez a típusú napelem rendszer is előnyösebb és hatékonyabb azok számára, akik nagyrészt otthon tartózkodnak napközben.

Sziget üzemű rendszereknél különösen fontos a zárt hálózatra kapcsolt fogyasztók teljesítményének pontos meghatározása, valamint a jó minőségű és megfelelő inverter kiválasztása. Nem ajánlott olcsó, ismeretlen inverterekkel próbálkozni, mert az akár kárt is tehet az elektromos gépeinkben. Az olcsóbb technológiai megoldású módosított színusz jellel működő inverterek tönkre teszik berendezéseinket.

Napelemek hatékonyságát befolyásoló tényezők

Azt a laikusok is tudják, hogy a napelemek akkor tudnak kellő mennyiségű, vagy akár több áramot is termelni, ha a lehető leghosszabb ideig éri őket direktben a napfény. Emellett azonban más tényezők is jelentősen befolyásolják a rendszer teljesítményét.

1. Először is fontos, hogy a megfelelő dőlésszögben kerüljenek fel a napelemek a tetőre. Lakossági felhasználók esetén általában ezzel nincs gond, ugyanis a háztetők az ideális 35-40°-os dőlésszöggel rendelkeznek. A nagyobb, céges épületek sokszor lapostetővel rendelkeznek, de ezeken is könnyedén megvalósítható a napelemek telepítése. Csupán egy speciális tartószerkezetre van szükség ehhez.
2. A megfelelő tájolás is nagyon fontos. Leghosszabb ideig a tetők déli oldalát süti a nap, így a déli tájolású tetőkre érdemes a napelemeket telepíteni, hogy kihasználjuk a napsütéses órákat, amennyire csak lehet.
3. Figyelembe kell venni az árnyékoló tényezőket is - magas fát, vagy magasabb szomszédos épületet. Értelem szerűen romlik a napelemek hatásfoka tartós árnyékolás esetén.
4. Végül pedig a napelemek száma is meghatározó. A szükséges mennyiséget persze tervezéskor a kivitelező cég meghatározza annak függvényében, hogy az adott háztartás mennyi villamosenergiát használ fel évente. Ennél a szempontnál fontos megjegyezni, hogy a szükséges napelemek telepítéséhez hely is szükséges. Ha egy háztetőn nem fér el mind, akkor egy melléképületen, pl. a garázs tetején is elhelyezhetők.

Az időjárási viszonyok csökkentik a megtermelt energiát?

Jogosan merülhet fel a kérdés, hogy ha a napelemek működése és a napelemek hatásfoka, a rendszer hatékonysága a napsütéses órák számától függ, akkor mi a helyzet a téli időszakkal? Egyáltalán akadályozza-e a napelem kivitelezők munkáját a fagy, vagy egyéb időjárási viszonyok?

Vizsgájuk meg először az első kérdést, vagyis, hogy hogyan teljesítenek a napelemek télen, amikor a napsütéses órák száma jelentősen kevesebb. Az tény, hogy mivel ilyenkor nem éri annyi napsütés a paneleket, a rendszer nem tud annyit termelni, mint nyáron. Ez viszont még nem jelenti azt, hogy ne érné meg beruházni egy napelem rendszerre. A napelemek ugyanis csupán az éves termelés 10%-át termelik télen, ráadásul a nyáron termelt többlet villamosenergia télen felhasználható (amennyiben a szolgáltató hálózatára kötött szaldós rendszerünk van). No, de mi a helyzet a hóval és a faggyal, vagy a köddel és a felhőkkel?

A hó nem jelent akadályt, hiszen a napelemek vékony fedőrétege és dőlésszöge miatt lecsúszik róla. Ami a ködöt és a felhőket illeti, tény, hogy bizonyos mértékben csökken a napelem termelése a közvetlen napsütés hiányában. A jó minőségű monokristályos napelemek azonban ma már a szűrt fényt is a lehető leghatékonyabban képesek hasznosítani.

Sok múlik a tervezésen, a kivitelezésen és a rendszer minőségén is. A Kazán WebShopban kizárólag jó minőségű alapanyagokból készült napelem rendszereket forgalmazunk.

Telepíthető télen napelem?

A napelem működése ugyan igényli a napsütést, a rendszer kivitelezése azonban nem. A napelem kivitelezők természetesen télen ugyanúgy megvalósítják a telepítést. Vannak persze olyan szélsőséges időjárási körülmények, amik akadályozhatják a munkát. Erős havazás, esőzés vagy szeles idő esetén nem vállalják a napelem rendszer telepítését biztonsági okokból. Amennyiben azonban csendes az időjárás, úgy érdemes már télen kivitelezni a napelemes rendszer telepítését, így lehetőségünk lesz felhasználni akár már a tavasz első napsugarait is.

Tipp: Érdemes résen lenni és folyamatosan figyelni a kiírt pályázatokat, ugyanis rendszeresen jelennek meg olyan állami támogatások, amelyek anyagi téren nagyban megkönnyítik a beruházást.