épületgépészszemmel

Napelemes rendszerek

Varga Pál

MAGYARÉPÜLETGÉPÉSZEK

SZÖVETSÉGE

Ahová jó tartozni!

A MÉGSZ és a MÉGNAP ajándék szakmai kiadványa tagjainak 2016. december

Napenergia EgyesületeMagyar Épületgépészek

Tartalom

1. Bevezetés .................................................................................................................................... 3.

2. Globális kitekintés ....................................................................................................................... 4.

3. Hazai helyzetkép ......................................................................................................................... 5.

4. A hálózatra kapcsolt napelemes rendszerek hazai jogi háttere .................................................. 5.

5. A hálózatra csatlakozó napelemes rendszerek általános kialakítása .......................................... 7.

6. A napelem ................................................................................................................................... 8.

6.1. A napelem cella és a napelem ....................................................................................... 8.

6.2. Névleges napelem jellemzők megadása ....................................................................... 9.

6.3. A napelemek jelleggörbéje ......................................................................................... 10.

7. A napelemekkel hasznosítható energia nagysága ................................................................... 11.

8. Az inverter ................................................................................................................................ 13.

8.1. Szerkezeti kialakítás és hatásfok ................................................................................. 13.

8.2. Csak minősített, jóváhagyott inverter alkalmazható .................................................. 14.

8.3. Hálózatra kapcsolt, vagy sziget üzem? ........................................................................ 14.

8.4. Egy fázis, vagy több? ................................................................................................... 14.

8.5. Munkapont követés, egy MPPT, vagy több?............................................................... 14.

8.6. Az inverter és a napelemek illesztése egymáshoz ...................................................... 15.

8.7. Hová telepítsük az invertert? ...................................................................................... 17.

9. Hálózatra kapcsolt napelemes rendszerek energiamérlege .................................................... 17.

9.1. Jellegzetes üzemállapotok .......................................................................................... 17.

9.2. Akkor most mennyi áramot fogyasztottam? .............................................................. 18.

9.3. Éves energiamérleg ..................................................................................................... 19.

9.4. Napenergia részarány a saját fogyasztáson belül ....................................................... 20.

10. Teljesítmény-optimalizálók napelemes rendszerekben .......................................................... 21.

10.1. A probléma: a leggyengébb napelem hatása a soros kapcsolásban ........................ 21.

10.2. A napelem szintű teljesítmény-optimalizáló alkalmazásának főbb előnyei ............. 22.

11. Napelemes rendszerek monitoringja ....................................................................................... 25.

11.1. Inverter szintű monitoring ........................................................................................ 26.

11.2. Napelem szintű monitoring ...................................................................................... 28.

11.3. Amikor már nem csak az energiahozam számít ....................................................... 29.

© Varga Pál, 2016.

A kiadvány szerzői jogvédelem alatt áll, azt a szerző kizárólag a MÉGSZ és MÉGNAP tagjai számára,

saját felhasználásra bocsátotta rendelkezésre, harmadik személyek számára nem átruházható. A

kiadvány, vagy annak részei (szöveg, grafika, ábra, fotó stb.) a szerző előzetes írásos engedélye

nélkül sem elektronikus, sem más adathordozón nem terjeszthető, másolható.

1. Bevezetés

A korszerű technológiák és a megújuló energiák felé nyitott épületgépész

szakemberek számára a napenergia hasznosítás soha nem volt idegen terület. Ez

azonban régebben kizárólag a napenergia fototermikus, azaz napkollektorokkal

megvalósított hőtechnikai célú hasznosítását jelentette. A fotovoltaikus

hasznosítás - azaz a napenergia közvetlen átalakítása napelemek alkalmazásával

villamos energiává - az épületgépészek számára jellemzően ismeretlen, idegen

terület volt. Egyszerűen azért, mert 5-10 évvel ezelőtt ilyen rendszerek

Magyarországon – a ritka kivételektől eltekintve – nem valósultak meg.

A világ azonban gyorsan változik. Az elmúlt 10-15 évben a távol-keleti, elsősorban

kínai gyártókapacitások létrehozásával jelentősen csökkent a napelemek ára. Ez

pedig beindította a napelemek tömeges alkalmazását főleg Európában (ezen belül

is elsősorban Németországban). A nagy kereslet pedig igazi tömegtermelést, ezzel

pedig újabb árcsökkenést eredményezett. Bár az árak csökkenése az utóbbi

években jelentősen lassult, de így is sikerült eljutni arra a szintre, hogy a

napelemes áramtermelés versenyképessé vált a vezetékes árammal ellátott

területeken is. Mára a napelemes áramtermelés az egyik leggyakrabban

alkalmazott megújulóenergia hasznosítási mód lett, ezért a korszerű

technológiákkal lépést tartó épületgépész szakembernek ma már a napelemes

rendszerek alkalmazásának alapvető, legfontosabb jellemzőivel is tisztában kell

lennie.

E kiadvány célkitűzése, hogy a szerző tollából az Épületgépész szakfolyóiratban

korábban megjelent napelemes témájú írásokat alapul véve, épületgépészek

számára nyújtson hasznos segítséget a napelemes rendszerek megismerésében.

Nem tervezői és kivitelezői szintű ismeretek leírása volt a cél, már csak azért sem,

mert ezek alapvetően villamosmérnöki és villanyszerelői feladatkörök. De a

kiadvány elolvasása után remélhetőleg egy épületgépész is alkalmassá válik arra,

hogy át tudja tekinteni a napelemes rendszer nyújtotta lehetőségeket, és így

megfelelően számításba tudja venni, és helyén tudja kezelni ezt az új technológiát

is az épületek energiaellátásának biztosításában.

2. Globális kitekintés

A napelemes áramtermelő technológia gyors ütemű fejlődése a 2000-es évek

elején indult el. Korábban a napelemeket döntően csak ott alkalmazták, ahol a

közcélú villamosenergia hálózat nem volt kiépítve. Ilyen helyeken úgynevezett

szigetüzemű napelemes rendszerek valósultak meg. De ott, ahol a villamos

energiahálózat elérhető volt, a napelemes áramellátás megvalósítása nem jöhetett

szóba, egyszerűen a napelemes rendszer magas beruházási költsége miatt.

A napelemes technológia azonban a 2000-es évek elején látványos fejlődésnek

indult, ezzel párhuzamosan pedig a világ néhány országában – elsősorban

Németországban és Ausztriában - a hivatalos energiapolitika komoly támogatást

adott a napelemes rendszerek megvalósításához. A támogatási rendszereknek

köszönhetően 2005-től meredek felfutás következett be, ez pedig visszahatott az

árakra is. A napelemek ára 2005 és 2015 között kb. 75%-al csökkent. Beindult a

növekedési spirál, ami azt eredményezte, hogy 2015 végére a világban már

228 GW névleges teljesítményű napelemes rendszer valósult meg. Csak

összehasonlítás végett, ez 114 darab Paksi Atomerőmű kapacitásának felel meg.

1. ábra. A napelemes rendszerek névleges teljesítménye a világban

Forrás: IEA Photovoltaic Power System Programme

2014 végére az európai villamosenergia termelésnek már 3,5%-át adta a

napenergia. Olaszországban, Görögországban és Németországban ez a részesedés

7% felett volt. 2014-ben az IEA (Nemzetközi Energia Ügynökség) olyan

forgatókönyveket is közölt, amelyekben a napenergia néhány évtized múlva

átveheti a vezető szerepet a világ villamosenergia termelésében. Jelenleg a 2050-

re jósolt legvalószínűbb részarány 21%. Ehhez azonban hozzá kell tenni, hogy a

napelemes technológia az utóbbi évtizedben olyan gyorsan fejlődött, hogy az

eredmények mindig felülmúlták a jövőre vonatkozó becsléseket. Soha nem

sikerült még megjósolni 5-10 évre előre a fejlődés ütemét. Például az Európai Unió

2009-ben 90 GW beépített teljesítmény elérését tűzte ki célul 2020-ra, de ezt már

6 évvel korábban, 2014-ben sikerült teljesíteni.

3. Hazai helyzetkép

Magyarország a napelemes áramtermelés területén ma még jelentős

lemaradásban van az európai országok többségéhez képest. Az utóbbi években

azonban Magyarországon is rohamosan kezdtek elterjedni a hálózatra kapcsolt

napelemes áramtermelő rendszerek. Míg 2010-ben csak néhány száz ilyen

rendszert tartottak számon, addig 2015. végére már 15000 darab ilyen rendszer

valósult meg, közel 130 MW beépített kapacitással.

2. ábra. Háztartási méretű naperőművek kapacitása elosztói területenként

Forrás: Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatal (MEKH)

Az elsősorban 2012-től tapasztalható növekedés magyarázata a jogi háttér

változása. A 2008-ban hatályba lépő villamos energiáról szóló törvény kedvező

feltételeket teremtett az úgynevezett háztartási méretű kiserőművek (HMKE)

számára. A törvény alkalmazása a bevezetést követő első években nem volt

problémamentes, nagyjából 2012-re azonban kialakult és olajozottan működővé

vált a hálózatra kapcsolt háztartási méretű napelemes rendszerek

engedélyeztetése, pontosabban jóváhagyatási eljárása.

4. A hálózatra kapcsolt napelemes rendszerek hazai jogi

háttere

Magyarországon a villamos energiáról szóló 2007. évi LXXXVI. törvény (VET)

bevezette az 50 kW teljesítmény alatti, ún. háztartási méretű kiserőművek (HMKE)

fogalmát. A törvény és annak végrehajtásáról szóló 273/2007. (X.19.) rendelet

előírja, hogy a HMKE által termelt villamos energiát az adott csatlakozási ponton

értékesítő villamosenergia-kereskedő köteles átvenni, és köteles annak méréséről

is gondoskodni. A hálózatba összesen betáplált és vételezett villamos energia

elszámolása a háztartási méretű kiserőmű tulajdonosának igénye alapján éves

szaldó szerint végezhető el. Mindaddig, amíg az éves szinten betáplált villamos

energia mennyisége nem haladja meg a vételezett mennyiséget, a betáplált

energiát ugyanazon az áron számolja el a szolgáltató, mint amilyen áron a

vételezett energiát vásárolják tőle.

A hálózatra csatlakozás, a kötelező átvétel és az éves szaldós elszámolás

lehetősége összességében az jelenti, hogy a HMKE méretű napelemes rendszerek

tulajdonosai az országos villamos hálózat formájában egy olyan ingyenes energia

tároló eszközhöz (kvázi akkumulátorhoz) jutnak hozzá, ami korlátlan kapacitású,

100%-os hatásfokú, és hosszú ideig (egy évig) tud tárolni. Ez pedig nem más,

mint az ideális szezonális tároló, melynek segítségével nem csak a napközben

megtermelt energiát tehető el éjjelre, hanem a nyáron előállított energia is télire.

A szezonális tárolóként működő villamos hálózat szükségtelenné teszi, hogy a

napelemes rendszert a téli, gyenge napsugárzási időszakra kelljen méretezni, nem

kell nagy kapacitású, drága és karbantartás-igényes akkumulátorokat sem

alkalmazni. Mindezek eredményeként 100%-ban kihasznált, optimális méretű, így

költséghatékony napelemes rendszerek valósíthatók meg, melyek segítségével

egy adott létesítmény teljes éves villamos energia szükségletét fedezni lehet,

vagyis az éves villanyszámlát le lehet nullázni (kivéve a minimális, lakosság esetén

jelenleg bruttó 153 Ft/hó értékű alapdíjat).

Részletek a 2007. évi LXXXVI. számú, a villamos energiáról szóló törvényből (VET) és annak

végrehajtási rendeletéből (Vhr):

VET 3. § 24.: Háztartási méretű kiserőmű: olyan, a kisfeszültségű hálózatra csatlakozó

kiserőmű, melynek csatlakozási teljesítménye egy csatlakozási ponton nem haladja meg az

50 kVA-t;

VET 13. § (9): A háztartási méretű kiserőművek üzemeltetői által termelt villamos energiát

az adott csatlakozási ponton értékesítő villamosenergia-kereskedő e törvény

végrehajtására kiadott rendelet szerint köteles átvenni.

VET 41. § (3): Az elosztó hálózati engedélyes köteles a külön jogszabály és az elosztói

szabályzat alapján a háztartási méretű kiserőművek méréséről gondoskodni.

Vhr. 5. § (5) Ha a háztartási méretű kiserőmű a csatlakozási ponton a közcélú hálózatba

villamos energiát betáplál, akkor a háztartási méretű kiserőmű üzemeltetőjével, mint

felhasználóval jogviszonyban álló villamosenergia-kereskedő, illetve egyetemes szolgáltató

elszámolási időszakonként a hálózatba összesen betáplált és vételezett villamos energia

vonatkozásában a felek megállapodása szerint havi, féléves vagy éves szaldó elszámolást

alkalmaz.

Vhr. 5. § (6) Amennyiben az elszámolási időszak során a vételezett és betáplált

villamosenergia-mennyiségek szaldója alapján az elosztó hálózatba történő villamos

energia betáplálás áll fenn, a betáplált villamosenergia-teljesítményt a háztartási méretű

kiserőmű üzemeltetőjével jogviszonyban álló villamosenergia-kereskedő által a részére –

mint felhasználó részére – a villamosenergia-vásárlási szerződés alapján értékesített

villamos energia átlagos termékárán kell elszámolni.

5. A hálózatra csatlakozó napelemes rendszerek általános

kialakítása

A hálózatra csatlakozó napelemes rendszerek lényegében két fontos részből

állnak, a napelemekből és az inverterből. A napelemek egyenáramot állítanak elő,

ezt pedig az inverter alakítja át a hálózatnak megfelelő váltakozó árammá. Ezen

kívül még kábelezésre van szükség, valamint a helyi körülményektől függően

szakaszoló, érintésvédelmi, villám-, és túlfeszültség-védelmi berendezéseket kell

alkalmazni. A csatlakozó, szakaszoló és védelmi berendezéseket az egyenáramú

oldalon az ún. DC csatlakozó dobozban, a váltakozó áramú oldalon pedig az ún.

AC csatlakozó dobozban helyezik el. Ha az egyenáramú kábelezés épületen belüli

hossza meghaladja az öt métert, akkor az Országos Tűzvédelmi Szabályzat

(OTSZ), illetve ennek végrehajtását szabályozó Tűzvédelmi Műszaki Irányelv

(TVMI) előírása alapján úgynevezett tűzeseti lekapcsolót is kell beépíteni. Ez egy

távműködtetéssel ellátott kapcsoló, ami az épület tűzeseti lekapcsolása

(áramtalanítása) esetén a napelemekből jövő egyenáramú vezetéket épületen

belüli szakaszát is feszültségmentesíti.

A napelemeket többnyire épületek tetőfelületére szerelik fel, az invertert pedig

lehetőség szerint a napelemektől nem túl messze, száraz, hűvös, jól szellőztetett

helyen kell elhelyezni. A legtöbb inverter IP védettsége a kültéri elhelyezést is

lehetővé teszi. Az inverterből kilépő váltakozó áramú kábelt nem szükséges

elvezetni a mérőóra szekrényig, az bárhol ráköthető az épület villamos hálózatára,

ahol a vezeték keresztmetszete elegendően nagy ahhoz, hogy elvezesse a

napelemes rendszer teljesítményét.

Fontos része a napelemes rendszernek a kétirányú mérésre alkalmas ún. ad-vesz

mérőóra, ami a hagyományos fogyasztásmérő helyére kerül. A mérőóra cseréje a

hálózatot üzemeltető szolgáltató feladata. Az ad-vesz órán külön-külön

leolvasható a hálózatból vételezett és a hálózatba visszatáplált energia

mennyisége.

3. ábra. Hálózatra csatlakozó háztartási méretű napelemes rendszer felépítése

6. A napelem

A napelem olyan berendezés, ami a napsugárzás energiáját villamos energiává

alakítja át. Fény hatására a napelem egyenfeszültséget állít elő, ha pedig a

napelemeket megfelelő áramkörbe kapcsoljuk, akkor egyenáram keletkezik.

6.1 A napelem cella és a napelem

A magyar szóhasználatban a „napelem” elnevezés alatt a több napelem cellát

magába foglaló napelem modult, vagy napelem panelt értjük. A gyártás során a

cellákat ún. EVA fóliák közé, valamint üveg fedőlap és műanyag hátlap közé

laminálva helyezik el, és a napelemet alumínium kerettel látják el. A napelemen

belül a cellákat forrasztással sorba kapcsolják, a pozitív és negatív pólusokat a

napelem hátoldalán elhelyezett úgynevezett csatlakozó dobozba vezetik ki.

4. ábra. A napelem cella és a napelem kialakítása

A napelemeknek három fő típusa létezik, a polikristályos, a monokristályos és a

vékonyréteg napelem. Manapság a vékonyréteg napelemek használata

visszaszorult, és szinte kizárólag poli-, és monokristályos napelemeket

alkalmaznak. A monokristályos cellák hatásfoka magasabb, ezért azonos

cellaméret esetén a monokristályos cellák névleges teljesítménye is magasabb. A

szokásos 156 x 156 mm méretű cellák névleges teljesítménye kb. 4-5 W, névleges

feszültségük pedig kb. 0,55 V.

5. ábra. Mono-, és polikristályos napelem cellák jellemző adatai

Manapság a 60 db cellát tartalmazó napelemeket gyártják a legnagyobb

mennyiségben. Ezek kb. 1 m x 1,65 m méretűek (állítva és fektetve is

elhelyezhetők). A 60 cellás monokristályos napelemek jellemző névleges

teljesítménye 260-320 W, a polikristályos napelemeké pedig 250-275 W. A

fajlagos, 1 W névleges teljesítményre vetített ár tekintetében a polikristályos

napelemek ára alacsonyabb, ezért elsősorban ezeket alkalmazzák. Ugyanakkora

névleges teljesítményű poli-, és monokristályos technológiával készült napelem

éves energiahozama Magyarországon gyakorlatilag megegyezik. A magasabb

hatásfokú, de fajlagosan drágább monokristályos napelemek alkalmazása

elsősorban akkor célszerű, ha a napelemek elhelyezésére rendelkezésre álló felület

szűkös, hiszen monokristályos napelemből adott felületre kb. 15-20%-al nagyobb

névleges teljesítményű napelem helyezhető el, mint polikristályos napelemből.

6. ábra. 60 cellás mono-, és polikristályos napelemek jellemző mérete,

hatásfoka és névleges teljesítménye

6.2. Névleges napelem jellemzők megadása

Azért, hogy a különböző gyártmányú és típusú napelemek összehasonlíthatók

legyenek, a napelemek teljesítményét és egyéb villamos adatait szabványosított

teszt körülményekre (Standard Test Conditions, STC) vonatkozóan adják meg. Az

STC körülmények esetén mérhető teljesítmény jelölése Wp, ahol a p index a

„peak”, tehát a csúcsértéket jelöli. Ez elméleti maximális teljesítmény, amit a

napelem laboratóriumban megteremtett STC körülmények esetén ad le, amikor a

méréshez előállított mesterséges napsugárzás teljesítménye 1000 W/m2, a

napelem cellák hőmérsékletét pedig 25°C-on tartják. Valóságos körülmények

esetén a napsugárzás teljesítménye általában kisebb, mint 1000 W/m2, a napelem

cellák hőmérséklete pedig napsugárzás hatására jóval magasabb, mint 25°C. A

napelem teljesítménye arányosan csökken a napsugárzás gyengülésével, és

szintén csökken a napelem felületi hőmérsékletének emelkedésével. Jellemzőnek

tekinthető nyári napon, ha a napsugárzás teljesítménye 800 W/m2, a napelem

hőmérséklete pedig ennek hatására kb. 50°C, akkor a napelem a névleges STC

teljesítményének kb. 70%-át adja le. Így például egy 250 Wp névleges

teljesítményű napelem teljesítménye valós körülmények esetén kb. 180 W. A

napelemek a névleges értékhez közeli teljesítményüket csak nagyon ritkán, főleg

hideg tavaszi, vagy őszi napokon, derült, napos idő mellett tudják produkálni.

Az STC szabványos körülményekre vonatkozó értékek mellett a napelemek

villamos adatait gyakran megadják a valóságos körülményekhez jóval közelebb

álló Nominal Operating Cell Temperature, rövidítve NOCT körülmények esetére is.

Az NOCT reálisabb, 800 W/m2 napsugárzással számol, és figyelembe veszi a

napelem felmelegedéséből adódó veszteséget is.

7. ábra 250 Wp névleges teljesítményű napelem villamos adatai STC és NOCT

szabvány szerinti körülményekre is megadva

6.3. A napelemek jelleggörbéje

A napelemek feszültsége és áramerőssége a napsugárzás erősségétől és a cellák

hőmérsékletétől függően változik. A 2. ábrán egy 250 Wp névleges teljesítményű

polikristályos napelem feszültség-áramerősség és teljesítmény jelleggörbéje

látható, különböző erősségű napsugárzások esetén. Látható, hogy a maximális

teljesítményű munkaponthoz tartozó feszültség kb. 30-31 V, és ez viszonylag

állandó, a napsugárzás függvényében elsősorban az áramerősség, és így a

teljesítmény változik. Látható az is, hogy a napelemek teljesítménye nagyjából

egyenes arányban változik a napsugárzás erősségével. Gyakran hallható az a

tévhit, hogy a napelemek gyenge napsugárzás („csak fény, csak világos”) esetén

is ugyanúgy működnek, mint erős napsugárzás esetén. Ebből annyi igaz, hogy a

napelemeknek gyenge napsugárzás esetén is „működhetnek”, de ekkor a

napsugárzással arányosan a teljesítményük is nagyon alacsony, és van egy

napsugárzási küszöbérték is, ami alatt a napelemes rendszer nem tud energiát

termelni.

8. ábra Napelemek áramerősség-feszültség (I-U) jelleggörbéje

és teljesítménye a napsugárzás függvényében

Mivel a napelemeket hálózatra kapcsolt rendszerek esetében többnyire sorba

kapcsolják, ezért a napelemek feszültsége összeadódik. Így a jellemzően 10-20 db

napelem sorba kapcsolásával kialakított úgynevezett napelem sztringek, vagy

másnéven füzérek feszültsége nagyon magas, 300-600 V körüli egyenfeszültség

lesz. Ezért különösen óvatosan kell eljárni a napelemes rendszerek egyenáramú

(DC) körének kivitelezésekor. Figyelembe kell venni azt is, hogy a napelemes

rendszer nem kapcsolható ki. Ha a napelemeket fény éri, akkor a napelemek és a

napelem oldali DC kábelezés feszültség alá kerül.

7. A napelemekkel hasznosítható energia nagysága

Napelemes berendezéseknél a rendszer nagyságát a beépített névleges napelem

teljesítmény alapján szokás megadni. 1 kWp névleges teljesítményű napelemes

rendszerrel Magyarországon kb. 1000-1200 kWh/év villamos energia állítható elő.

A magasabb, 1200 kWh/év érték az ország déli részein érhető el, az alacsonyabb,

1000 kWh/év körüli érték pedig az ország napsugárzás szempontjából

kedvezőtlenebb adottságú északi, északkeleti részein.

A napelemes rendszerrel elérhető energiahozam jó közelítéssel megbecsülhető a

Fotovoltaikus Földrajzi Információs Rendszer (PvGIS) szabadon hozzáférhető on-

line kalkulátorának használatával.

9. ábra 1 kWp névleges teljesítményű napelemes rendszerrel hasznosítható

villamos energia éves mennyisége Magyarországon

A napelemekkel hasznosítható villamos energia mennyisége természetesen függ

a napelemek dőlésszögétől és tájolásától. Magyarországon hálózatra csatlakozó

napelemes rendszerek esetén az optimális, legmagasabb hozam déli tájolás és

megközelítőleg 35°-os dőlésszög alkalmazása mellett érhető el. A napelemek

azonban kevéssé irány-érzékenyek, az elérhető hozam csak kis mértékben

csökken az optimális elhelyezéstől való eltéréssel. Ezért a napelemek

elhelyezésénél nem kell feltétlenül ragaszkodni a legnagyobb hozamot biztosító

tájoláshoz és dőlésszöghöz, attól tág határok között is el lehet térni.

10. ábra Napelemekkel elérhető energiahozam csökkenése Magyarországon,

az optimális déli tájolástól és 35°-os dőlésszögtől való eltérés függvényében.

8. Az inverter

A hálózatra tápláló napelemes rendszerek legfontosabb eleme az inverter. Fő

feladata, hogy a napelemek által előállított egyenáramot a közüzemi hálózatnak

megfelelő feszültségű és frekvenciájú váltakozó árammá alakítsa át. A mai

korszerű inverterek azonban ennél sokkal több feladatot is ellátnak, optimalizálják

az áramtermelést, biztonsági és védelmi funkciókat látnak el, adatgyűjtést és

távfelügyeletet biztosítanak, igény esetén pedig még a saját fogyasztók egy részét

is vezérelni tudják.

A hálózatra csatlakozó napelemes rendszerekben – humán anatómiai hasonlattal

élve – a két legfontosabb szerv, a szív és az agy szerepét az inverter tölti be. Az inverter szabályozza a „vérkeringést” vagyis az áramot és a feszültséget mind az

egyenáramú, mind a váltóáramú körben, a beépített fejlett elektronika pedig

mindenre ügyel, ami a napelemekkel előállított villamos energia optimális

hasznosításához szükséges.

8.1. Szerkezeti kialakítás és hatásfok

Az inverternek a napelemekkel előállított egyenfeszültségből 50 Hz frekvenciájú,

szinuszos jelalakú, a hálózattal szinkronizált (azonos fázishelyzetű)

váltakozófeszültséget kell előállítania. A DC/AC átalakítást az inverter megfelelően

vezérelt félvezetős áramkörökkel végzi. Főbb csoportosítás szerint az inverterek

készülnek transzformátoros (50 Hz-es, vagy nagyfrekvenciájú ún. HF transzformátorral) és transzformátor nélküli kivitelben. A transzformátoros

kialakítás ún. galvanikus leválasztást valósít meg a DC és az AC oldal között. Ez

nagyobb biztonságot jelent abból a szempontból, hogy a DC feszültség nem

kerülhet ki az AC oldalra. A transzformátoros inverterek DC oldalon földelhetőek

mind a pozitív, mind a negatív oldalon, erre azonban csak vékonyréteg napelemek alkalmazásakor lehet szükség. A manapság döntően alkalmazott poli-, vagy

monokristályos napelemek pozitív és negatív pólusai nem igényelnek földelést,

ezért ezeknél alkalmazhatók a transzformátor nélküli inverterek. Ezek előnye,

hogy könnyebbek, olcsóbbak és magasabb hatásfokú átalakításra képesek, így a

tendencia egyre inkább ezek alkalmazása felé tolódik el.

Az 1. ábrán példaként azonos gyártótól látható egy transzformátoros és

transzformátor nélküli inverter hatásfok görbéje. A traszformátoros inverter hatásfoka a 30%-nál magasabb teljesítmény tartományban jellemzően 95-96%

között mozog, míg a transzformátor nélküli kivitel hatásfoka ugyanitt jellemzően

96-98% közötti.

11. ábra Transzformátoros és transzformátor nélküli inverter hatásfoka

8.2. Csak minősített, jóváhagyott inverter alkalmazható

Az inverter kiválasztásánál először is arra kell figyelni, hogy a választott típus megfeleljen a közcélú hálózati csatlakoztatáshoz előírt elosztói követelményeknek.

Csak olyan invertert lehet alkalmazni, amit az adott terület hálózati engedélyese

jóváhagyott. Az engedélyezett inverterek listája letölthető a szolgáltatók (ELMŰ-

ÉMÁSZ, DÉMÁSZ és E.ON) honlapjáról.

8.3. Hálózatra kapcsolt, vagy sziget üzem?

Üzemmód szerint az inverterek lehetnek ún. „hálózatra kapcsoltak” (angolul: grid-

connected), vagy sziget (akkumulátoros) üzemre alkalmas kialakításúak, illetve

léteznek hibrid kialakítású, mindkét üzemre alkalmas inverterek is. A

Magyarországon manapság döntő többségében megvalósuló, akkumulátor nélküli,

hálózatra csatlakozó napelemes rendszereknél természetesen a „hálózatra kapcsolt” invertereket kell alkalmazni. Ez persze azt is jelenti, hogy - a gyakori

tévhittel szemben - ezek a rendszerek áramszünet (hálózatkimaradás) esetén nem

tudják biztosítani az adott épület villamosenergia ellátását. Az ilyen inverterek

áramszünet esetén technológiai és védelmi okokból azonnal lekapcsolnak a

hálózatról. Szerencsére Magyarországon az áramszünetek nem túl gyakoriak, ezért ezek áthidalása céljából nem éri meg az egyszerű, hálózatra csatlakozó

rendszerek helyett a lényegesen drágább, sziget üzemre is alkalmas

akkumulátoros rendszereket megvalósítani.

8.4. Egy fázis, vagy több?

Az inverterek egyfázisú, vagy háromfázisú kivitelben készülnek. Ha a tervezett napelemes rendszer helyszínén a hálózati csatlakozás egyfázisú, akkor ide

természetesen csak egyfázisú inverter csatlakoztatható. Egy fázisra maximum

5 kVA-es inverter teljesítmény kapcsolható, akkor is, ha a bejövő teljesítmény

ennél nagyobb. Háromfázisú fogyasztói csatlakozás esetén napelemes rendszer

invertere is jellemzően háromfázisú, de lehet alkalmazni fázisonként beépített egyfázisú invertereket is. Ügyelni kell azonban arra, hogy a fázisaszimmetria

mértéke nem haladhatja meg az 5 kVA-t. Fázisonkénti egyfázisú inverter

hálózatvizsgálat nélkül 2,5 kVA-ig csatlakoztatható. A 2,5 és 5 kVA közötti

névleges teljesítményű inverterek egyfázisú csatlakoztatását pedig az elosztó

hálózati engedélyes a hálózati paraméterek figyelembevételével, az igénybejelentésre adott műszaki-gazdasági tájékoztatóban írt feltételekkel

engedélyezheti. A napelemes rendszer névleges AC oldali teljesítménye

természetesen nem haladhatja meg a rendelkezésre álló hálózati betáplálás

teljesítményét.

8.5. Munkapont követés, egy MPPT, vagy több?

A napelemek áramerősség-feszültség (I-U) jelleggörbéje a 12. ábrán látható. A

jelleggörbén meghatározható az a munkapont, ahol a napelem teljesítménye a

legnagyobb. Az inverter feladata, hogy a napelemek ezen a legnagyobb

teljesítményt adó munkaponton üzemeljenek. Ezt az inverter a feszültség

szabályozásával tudja beállítani. Mivel a napelemek jelleggörbéje függ a napsugárzástól és a hőmérséklettől, ezért a körülmények változásával a

legnagyobb teljesítményű munkapont feszültsége is változik. Egy munkapont

optimalizáló modullal, ún. MPPT-vel rendelkező inverter ezért csak azonos

teljesítményű, valamint azonos dőlésszögű és tájolású napelem sztringeket (sorba

kapcsolt napelem csoportokat) tud optimálisan kezelni. A napelemek típusa,

száma, dőlésszöge és tájolása tehát egy sztringen belül nem térhet el egymástól,

és az egy MPPT-vel rendelkező inverterre kötött párhuzamosan kapcsolt

sztringeknek is azonosaknak kell lennie. Eltérő sztringek esetén vagy sztringenként külön invertert, vagy olyan invertert kell alkalmazni, ami több

munkapont követő modullal, MPPT-vel rendelkezik. Szintén célszerű több

munkapont követést alkalmazni, ha a napelem sztringek számottevő, egymástól

eltérő árnyékolásával kell számolni.

12. ábra Napelem jelleggörbe az optimális munkaponttal

8.6. Az inverter és a napelemek illesztése egymáshoz

A napelemek és az inverterek teljesítményét optimálisan illeszteni kell egymáshoz.

Első közelítésben ai inverter gyártók ajánlása az, hogy az inverter névleges, AC

oldali teljesítménye (PINV,AC) a napelemek DC oldali névleges teljesítményének

(PPV) 80-120%-os tartományába kell, hogy kerüljön.

0,8 x PPV < PINV, AC < 1,2 x PPV

A napelemek névleges teljesítménye ideális körülmények esetére van megadva,

ezért ez a teljesítmény valós körülmények között ritkán fordul elő. Emiatt választható a napelemeknél kisebb teljesítményű inverter. Ekkor azonban

előfordulhat, hogy optimális napsugárzási és hőmérséklet viszonyok esetén a

napelemek munkapontja már kiesik az inverter munkatartományából. Ilyenkor

pedig az inverter leszabályoz, ami hozamveszteséget eredményez. Különösen

akkor következhet ez be, ha az inverter hűtése nem megfelelő, mert meleg helyiségben, vagy napsütésnek kitett helyre lett felszerelve. Ha a maximális

hozam elérésé a cél, akkor az invertert inkább célszerű kicsit túlméretezni, főleg

akkor, ha a napelemek tájolása és dőlésszöge közel van az ideálishoz.

Az inverter kiválasztásánál ellenőrizni kell azt is, hogy a napelemes rendszerben

előforduló feszültségek és áramok beleesnek-e az adott inverter megengedett,

illetve a munkaponti tartományába. Ez alapján lehet meghatározni az egy

sztringen belül sorba kapcsolható napelemek minimális és maximális számát,

valamint a párhuzamosan kapcsolható sztringek számát (13. ábra).

13. ábra Napelemek soros, és sztringek párhuzamos kapcsolása

Az egy sztringen belüli sorba kötött napelemek maximális számát a napelemek

üresjárati feszültsége (VOC) és az inverter maximális feszültsége (VINV,max) alapján

lehet meghatározni. A napelemek feszültsége a hőmérséklet csökkenésével

növekszik, ezért az ellenőrzést Magyarországon -10°C-os hőmérséklet

figyelembevételével kell elvégezni. A legnagyobb feszültség tehát egy hideg, de derült téli napon következhet be, amikor például feszültség kimaradás miatt az

inverter lekapcsol a hálózatról, így a napelemek üresjárati állapotba kerülnek. A

sorba kapcsolható napelemek száma:

nmax= VINV,max / VOC, NAPELEM (-10°C)

Az egy szringben elhelyezhető napelemek minimális számát pedig úgy kell

meghatározni, hogy a napelemek munkaponti feszültsége (VMPP) biztonsággal

kerüljön bele az inverter munkaponti tartományába. A munkaponti feszültséget

Magyarországon 70°C-os modulhőmérsékletre célszerű számolni. A sorba kapcsolt

napelemek minimális száma:

nmin= VINV,MPP,min / VMPP, NAPELEM (70°C)

A párhuzamosan kapcsolható sztringek számát a napelemek rövidzárlati árama

(ISC) és az inverter maximális bemenő áramerőssége határozza meg (IINV,max).

nsztring, max = IINV,max / ISC, NAPELEM (70°C)

Mindezek ellenőrzését általában nem kell kézi számítással elvégezni, mert az

inverter gyártók szinte mindegyikénél elérhető ingyenes számítógépes kiválasztó

program, ami elvégzi az összes szükséges paraméter ellenőrzését.

8.7. Hová telepítsük az invertert?

Az ivertereket lehetőség szerint hűvös, száraz, pormentes helyiségben, tehát

belső térben célszerű elhelyezni. A legtöbb inverter IP védettsége lehetővé teszi

ugyan a kültéri telepítést is, azonban valószínű, hogy a külső térben jobban

érvényesülő időjárási hatások az inverter élettartamának rövidülését

eredményezik. Ha mégis külső téri telepítés történik, akkor javasolt az

invertereket tetővel védeni a közvetlen napsugárzástól és a csapadéktól.

A napelemes rendszerek megvalósítása során célszerű az egyenáramú

vezetékszakaszt minél rövidebbre kialakítani. A magas feszültségű egyenáram

esetén ugyanis ívképződés lehetséges, így tűzvédelmi szempontból sokkal

nagyobb kockázatot jelent, mint a váltóáram. Ez azt indokolja, hogy az inverter a

napelemekhez minél közelebb legyen elhelyezve. Emiatt azonban nem célszerű pl.

a padlástérben történő elhelyezést választani, mert az itt fellépő nyári magas

hőmérséklet az inverter nem megfelelő hűtését eredményezheti, ami gyakori

leszabályozáshoz vezethet, és természetesen az élettartamát is csökkentheti.

Az inverterek helyének megválasztását új megvilágításba helyezte a

2015. március 5.-én hatályba lépett 54/2014. (XII. 5.) BM rendelet az Országos

Tűzvédelmi Szabályzatról (OTSZ). Ennek 48. pontja a 87.§-ban a következőket

írja elő: „A napelem modulok közvetlen közelében, a DC oldalon villamos

távműködtetésű és kézi lekapcsolási lehetőséget kell kialakítani.” Azt, hogy mit

jelent a napelemek közvetlen közelében történő elhelyezés, a BM rendelethez

tartozó Tűzvédelmi Műszaki Irányelv tartalmazza. Ha az invertert sikerül ezen a

távolságon belül elhelyezni, akkor tekinthető úgy, hogy a napelemes rendszer

külön távműködtetésű és kézi kapcsoló alkalmazása nélkül is megfelel az OTSZ

előírásainak.

9. Hálózatra kapcsolt napelemes rendszerek

energiamérlege

A hálózatra kapcsolt napelemes rendszerekkel akár a teljes éves villamosenergia-

fogyasztást fedezni lehet. Fontos azonban hangsúlyozni, hogy a 100%-os

napenergia fedezet csak az energiaforrásként és felvevőként is folyamatosan

rendelkezésre álló villamos hálózat és az éves ciklusú szaldós elszámolás

lehetőségének jótékony hatásaként érhető el.

9.1. Jellegzetes üzemállapotok

A hálózatra kapcsolt napelemes rendszerek az energia vételezés, termelés,

felhasználás és visszatáplálás pillanatnyi aránya alapján a 14. ábra szerinti

jellegzetes üzemállapotokban működhetnek. Ezek az üzemállapotok a

napszakoktól, az évszakoktól és természetesen az időjárástól egyaránt függenek.

14. ábra Hálózatra kapcsolt napelemes rendszer jellemző üzemállapotai

Az a. jelű üzemállapot azt mutatja, amikor a napelemek egyáltalán nem állítanak

elő villamos energiát (pl. azért mert éjszaka van, vagy nagyon sűrű felhőzet

takarja el a Napot). Így ez az üzemállapot megegyezik a napelem nélküli

háztartások üzemállapotával, a saját fogyasztást teljes egészében a villamos

hálózatból vételezett energia fedezi. A hálózatból vételezett és az elhasznált

energia nagysága megegyezik (az általában minimális mértékű kábel és egyéb

veszteségeket elhanyagoltuk).

A b. jelű üzemállapotban már a napelemek is termelnek, de az általuk előállított

energia még kevés, így a saját fogyasztás biztosításához a hálózatból is kell

vételezni energiát.

A c. jelű ábra azt a pillanatnyi üzemállapotot mutatja, amikor a napelemek által

előállított energia éppen megegyezik a fogyasztással. Ilyenkor a villamos

hálózatból már nem történik vételezés, azonban a hálózat csatlakozás meglétére

természetesen folyamatosan szükség van.

A d. jelű üzemmódban a napelemek már többet termelnek, mint a pillanatnyi

fogyasztás, így a többlet napenergia a villamos hálózatba visszatáplálásra kerül.

A fenti üzemmódok a napelemek pillanatnyi termelése és a pillanatnyi fogyasztás

változásainak függvényében automatikusan váltakoznak. Az inverter biztosítja azt,

hogy napelemek által előállított energia minden esetben maximálisan hasznosuljon,

és elfogyasztásra, vagy visszatáplálásra kerüljön.

9.2. Akkor most mennyi áramot fogyasztottam?

A napelemes rendszerek újdonsült tulajdonosai gyakran teszik fel ezt a kérdést. A

villamos fogyasztásmérőn eddig leolvasható volt a fogyasztás, a napelemek

telepítése viszont megváltoztatja az addig megszokott viszonyokat. A

fogyasztásmérő ugyanis valójában nem a ház villamosenergia-fogyasztását méri,

hanem a hálózatból vételezett villamos energia mennyiségét. Napelem nélküli

esetben a kettő megegyezik, hálózatra visszatápláló napelemes rendszer

telepítése után azonban ez már nem lesz többé igaz. Innentől a fogyasztásmérőn,

az ún. ad-vesz mérőórán a hálózatból vételezett, és a hálózatba visszatáplált

energia mennyiségét lehet leolvasni, ezek közül azonban egyik sem egyezik meg

a fogyasztással.

Jól méretezett esetben az ad-vesz órán leolvasott vételezés és a visszatáplálás

éves ciklusban megegyezik. Ilyenkor a tulajdonos örül, hiszen nem kell

villanyszámlát fizetni a szolgáltatónak, megvalósul minden kormány álma, a teljes

rezsicsökkentés. De mennyi volt az éves fogyasztás?

9.3. Éves energiamérleg

Egy tipikus családi házon megvalósult hálózatra kapcsolt napelemes rendszer éves

villamosenergia mérlege a 15. ábrán látható. A ház éves villamosenergia-

fogyasztása 3000 kWh, a telepített napelemes rendszer éves energiahozama

pedig szintén 3000 kWh.

15. ábra Hálózatra kapcsolt napelemes rendszer éves energiamérlege

Milyen adatokat tud leolvasni a tulajdonos a példaként bemutatott rendszer

esetében? Az ad-vesz mérőóráról, vagy a szolgáltató éves elszámoló számlájáról

megtudhatja, hogy a hálózatból vételezett villamos energia éves mennyisége

például 1800 kWh, a visszatáplált energia mennyisége pedig szintén 1800 kWh.

Az inverterből, vagy az inverter online monitoring felületéről meg tudja határozni

az azonos időszakra vonatkozó napelem termelési adatokat is. Tehát a tulajdonos

azt is tudja, hogy a napelemes rendszerének éves energiahozama 3000 kWh volt.

A veszteségeket elhanyagolva a termelési oldal és a felhasználási oldal energia

mennyiségei egyenlők, így a 15. ábra jelöléseivel írható:

Qnapelem + Evételezett = Fösszes + Evisszatáplált

Az egyenletből a villamosenergia-fogyasztás meghatározható:

Fösszes = Qnapelem + Evételezett - Evisszatáplált

Ha tehát a napelemes rendszer tulajdonosa arra kíváncsi, mennyi villamos

energiát fogyasztott el egy év alatt, akkor össze kell adnia a napelemes rendszer

éves hozamát és a hálózatból vételezett energia mennyiségét, és ebből le kell

vonnia a hálózatba visszatáplált energia mennyiségét. Persze, ha az éves szaldó

elszámolás eredménye nulla, akkor a fogyasztás éppen megegyezik a napelemes

rendszer éves termelésével.

9.4. Napenergia részarány a saját fogyasztáson belül

A saját fogyasztás két részből tevődik össze, a hálózatból fedezett, és a

napelemekkel fedezett részből:

Fösszes = Fnapból + Fhálózatból

A 15. ábra szerinti, Magyarországi családi házakra jellemző példában a saját

fogyasztás 40%-ban közvetlenül a napelemes rendszerből történt, 60%-ban pedig

a hálózatból felvett energia fedezte azt. Lehetséges azonban a saját fogyasztáson

belül kisebb, illetve nagyobb napenergia részarányokat is elérni (16. ábra). Az

arány elsősorban attól függ, hogy a fogyasztást mennyire sikerül időben

hozzáigazítani a napelemes rendszer termeléséhez.

16. ábra Példák a napelemmel fedezett saját fogyasztás (hazatáplálás)

lehetséges részarányaira az éves energiamérlegben

Magyarországon jelenleg a korlátlan visszatáplálás és az éves szaldós elszámolás

lehetősége miatt nincs különösebb jelentősége annak, hogy napelemekkel

előállított villamos energiát közvetlenül felhasználják, vagy azt visszatáplálják a

hálózatba. Ott viszont, ahol nincs meg a korlátlan betáplálás lehetősége, vagy a

betáplált napenergiát csak alacsony áron számolják el, lényeges a napelemekkel

megtermelt energia minél nagyobb részarányú saját felhasználásáról

gondoskodni. Ezt egyrészt intelligens, a fogyasztást ésszerűen szabályozó

vezérlésekkel, másrészt tároló kapacitások beépítésével lehet megtenni. A jövő

kulcsa minden bizonnyal a tárolás: nagy kapacitású, jó hatásfokú, és nem utolsó

sorban elérhető árú akkumulátorok kifejlesztése.

10. Teljesítmény-optimalizálók napelemes rendszerekben

A napelemes technika gyorsan fejlődik. Az egyik legfontosabb újdonság ezen a

területen, ami már Magyarországon is egyre jobban terjed, az úgynevezett

napelemenkénti teljesítmény-optimalizálók alkalmazása.

10.1 A probléma: a leggyengébb napelem hatása a soros kapcsolásban

A hagyományos hálózatra kapcsolt napelemes rendszerekben a napelem modulok

egymással sorba kötve alkotnak egy sztringet. Adott sztringen belül, az egyes

modulok nem függetlenek egymástól, hiszen a rajtuk átfolyó áramerősség azonos.

A legkisebb teljesítményű modul meghatározza az átfolyó áramot, ezért egy

gyengébb napelem az összes sorba kapcsolt napelem teljesítményét lecsökkenti.

Egy napelem modul teljesítménye több okból is elmaradhat a többitől.

Mindenekelőtt azért, mert már a gyártósort elhagyva sincs két teljesen azonos

napelem. De a teljesítmény eltérhet a különböző megvilágítás (eltérő tájolás, vagy

dőlésszög miatt), eltérő hőmérséklet (légáramlás) és mechanikai sérülés,

szennyeződés, madárürülék, vagy eltérő öregedés, degradáció hatására is.

A leggyakoribb probléma azonban, ami az egyes napelemek teljesítményét

csökkenti, az árnyékolás. Ha a környező tárgyak, pl. fák, épületek, kémények,

antennák, oszlopok stb. akár csak részlegesen is beárnyékolnak egy napelemet,

akkor annak a teljesítménye jelentősen csökken. A napelemen belül a cellák soros

kapcsolása miatt a teljesítmény csökkenése nem arányos az árnyékolt felület

arányával, hanem annál sokkal jelentősebb. Egyetlen cella beárnyékolása a teljes

napelem teljesítményét drasztikusan le tudja csökkenteni. Sőt, mivel a

beárnyékolt cella polaritást vált és így fogyasztóvá válik, ezért benne túlmelegedés

(hot spot) következhet be, ami a cella tönkremeneteléhez is vezethet. A napelem

gyártók ezt a jelenséget úgynevezett áthidaló (bypass) diódák alkalmazásával

védik ki. A jellemzően alkalmazott hatvan cellás napelemeknél a diódákkal a

napelemet három 20 cellás részre osztják fel. Ha valamelyik részen belül az

árnyékolás miatt polaritásváltás következik be, akkor a dióda áthidalja ezt a részt,

így az árnyékolt részen nem folyik át a napelem árama, ami túlmelegedést tudna

okozni. Az áthidaló diódák a napelemek csatlakozó dobozában helyezkednek el.

17. ábra Áthidaló (bypass) diódák alkalmazása 60 cellás napelemben

Az áthidaló diódák védik a napelem cellákat a káros túlmelegedéstől, de a napelem

árnyékolás miatti teljesítménycsökkenését nem tudják kiküszöbölni, annak csak a

mértékét csökkentik. Ezért a sorba kapcsolt napelemek esetében az egyetlen

(részben) beárnyékolt napelem a teljes sztring teljesítményét lecsökkenti.

18. ábra A részleges árnyékolás hatása hagyományos és napelemenkénti

teljesítmény-optimalizálóval megvalósított rendszereknél

Az egyes napelem modulok közötti teljesítménykülönbségek káros egymásra

hatását úgy lehet kiküszöbölni, ha a napelemeket nem közvetlenül, hanem egy

DC-DC (egyenáramról egyenáramra) feszültségátalakítón, úgynevezett

teljesítmény-optimalizálón keresztül kötik sorba egymással. A teljesítmény-

optimalizálók gondoskodnak arról, hogy minden egyes napelem a saját maximális

teljesítményű munkapontjának megfelelő feszültségen és áramerősségen

üzemeljen. Ugyanakkor az optimalizálók a DC-DC átalakítás révén állandó,

optimális feszültségszintet tudnak sztring szinten biztosítani az inverter számára.

10.2. A napelem szintű teljesítmény-optimalizáló alkalmazásának főbb

előnyei:

A napelem szintű teljesítmény-optimalizálók révén összetett tetőfelületek esetén

is egyszerű rendszerfelépítés érhető el, mivel eltérő tájolású és dőlésszögű

napelem mezők is egy sztringbe kapcsolhatók. Az inverterekkel együttműködő

optimalizáló egységek egy meghatározott sztringfeszültséget tartanak fenn. Mivel

a feszültség nem növekszik a sorba kapcsolt modulok számával arányosan,

hosszabb sztringek, szabadabb napelem mező kiosztások valósíthatók meg. Az

árnyékolás miatt fellépő különbségek sem csökkentik az egész mező

teljesítményét, így olyan tetőrészekre is kerülhetnek napelemek, ahová

hagyományos rendszerek esetében az árnyékolás miatt nem volt tanácsos az

elhelyezésük.

19. ábra Napelem szintű teljesítény-optimalizálók révén összetett

tetőfelületekre is telepíthetők napelemek. (Forrás: SolarEdge)

A napelem modulonkénti optimalizáló használata esetén az egész rendszer

teljesítménye növekszik, mivel minden egyes napelem modul a neki megfelelő,

optimális állapotban üzemel. A gyártói adatok alapján a modulonkénti hozam akár

25%-kal is magasabb lehet, mint egy hagyományos felépítésű rendszer esetén.

Az állandó DC sztring feszültség miatt pedig az inverter a legmagasabb hatásfokú

állapotban üzemel, a sztring hosszától és a hőmérséklettől függetlenül.

Az optimalizálóval megvalósított rendszerek a biztonság tekintetében is

előrelépést jelentenek a kivitelezés során és az üzemzavari helyzetekben

egyaránt. A napelemes rendszer telepítése és karbantartása során a DC

vezetékrendszerben nem jelenik meg a hagyományos rendszerek esetén fellépő

magas feszültség addig, amíg az inverter és a hálózati betáplálás nincs

bekapcsolva. Az optimalizáló egységek rendszerhiba, vagy magas hőmérséklet

érzékelése (tűzeset) esetén, önműködően lekapcsolják az adott modult. SolarEdge

típusú optimalizálók használata esetén a hálózati betáplálás lekapcsolása esetén

a DC feszültség napelemenként 1 V-ra csökken.

20. ábra Napelemenkénti teljesítmény-optimalizálók a tartószerkezetre rögzítve.

(Forrás: SolarEdge)

Az optimalizáló egységeket beépíthetjük a napelemek mellé, de léteznek már

gyárilag ezzel szerelt, ún. SMART napelem modulok is. Ez utóbbi esetben az

optimalizáló egység helyettesíti a napelemek hátán lévő csatlakozó dobozt.

Háztartási méretű rendszerek és a megszokott, 250 W körüli teljesítményű

napelemek esetén, minden modulhoz 1 db optimalizáló tartozik. Nagyobb

rendszerek, vagy kisebb teljesítményű napelemek esetén a költséghatékonyság

miatt több modul is csatlakoztatható egy optimalizálóhoz. Az optimalizáló

egységeket legtöbbször a keresztsínhez rögzítik, ezért még a napelemek

felszerelése előtt kialakítható a sztring nyomvonala. A lapostetőkön alkalmazott,

keresztsín nélküli tartószerkezet esetén a napelem modul keretén is lehetséges az

egységek elhelyezése.

A napelemenkénti teljesítmény-optimalizálók utólagosan, már meglévő,

hagyományos napelemes rendszerek esetében is alkalmazhatók az inverter

cseréje nélkül, mivel a megfelelő típusok bármilyen gyártmányú inverterrel

képesek együttműködni. Ekkor azonban a napelem szintű adatgyűjtő és biztonsági

funkciók még nem lesznek elérhetőek, ezen előnyök teljes körű kihasználásához

további berendezés beépítése is szükséges.

11. Napelemes rendszerek monitoringja

A mai korszerű napelemes rendszerek egyik igen hasznos és látványos

szolgáltatása az online rendszerfelügyelet, a monitoring. Segítségével a

napelemes rendszer működése ellenőrizhető és nyomon követhető, a pillanatnyi

és a múltbéli halmozott adatok az interneten keresztül bárhonnan, akár egy

okostelefon segítségével is egyszerűen elérhetők.

Napelemes rendszerekben az inverter szinte minden esetben méri és regisztrálja

a napelemek energiahozamát. A pillanatnyi teljesítmény és a halmozott

energiatermelési adatok az inverter kijelzőjéről leolvashatók. A tapasztalatok

szerint egy új napelemes rendszer boldog tulajdonosa az üzembe helyezést követő

napokban rendszeresen figyeli az inverteren a termelési adatokat. Az újdonság

varázsa azonban gyorsan elmúlik, és egy idő után a tulajdonos egyre ritkábban

néz rá az inverterre. Így egy esetleges hiba, vagy beállítási probléma miatt

bekövetkező hozamveszteség, vagy időszakos leállás jó eséllyel ki sem derül,

esetleg csak az áramszolgáltatótól megkapott éves szaldós elszámolás mutatja

majd ki, hogy a napelemes rendszer hozama elmarad a várttól.

Manapság egy napelemes rendszer megvalósulási helyszínén - legyen az családi

ház, intézmény, vagy vállalkozás - szinte biztos, hogy van internet elérési

lehetőség. Az internet pedig lehetőséget teremt arra, hogy az inverter által

regisztrált adatok ne csak helyben, hanem távolról is elérhetőek legyenek. A

korszerű inverterek kommunikációs modullal is rendelkeznek, Wifi, vagy LAN

segítségével rá tudnak csatlakozni az internetre, és adataikat az inverter gyártó

által üzemeltetett szerverre tudják továbbítani. Az adatok megjelenítésére pedig

az inverter gyártók online monitoring portált üzemeltetnek, melynek a használata

általában az inverter teljes élettartamára szólóan ingyenes. A korszerű napelemes

rendszerek tehát többletköltség nélkül, vagy a kommunikációs modul minimális

többletköltségével képesek biztosítani a napelemes rendszer online

rendszerfelügyeletét, monitoringját.

Az online monitoring lehetőségét célszerű mindenképp igénybe venni, nem csak

azért, hogy a tulajdonos a mobilján tudja mutogatni ismerőseinek a napelemei

termelését, hanem azért is, mert ez valóban komoly segítséget jelent a rendszer

felügyeletében, az esetleges kisebb-nagyobb hozamcsökkenést okozó hibák

időben történő felderítésében. A rendszerfelügyelet a telepítőnek még

hasznosabb, mint a tulajdonosnak, hiszen az esetleges hibákról ő azonnal email

hibaüzenetet kap, és a felderítés, sőt a sokszor csak szoftveres beavatkozást

igénylő módosítás, javítás akár távolról is elvégezhető.

11.1 Inverter szintű monitoring

Inverter szintű rendszerfelügyeletre példaként az 1. ábrán az osztrák Fronius

invertergyártó online monitoring portálja látható (www.solarweb.com). A portál

nyitóoldalán a napelemes rendszer fontosabb működési adatai jelennek meg, mint

az aktuális teljesítmény, napi energiahozam, valamint a napi, havi, éves, és egész

élettartamra számított megtakarítás pénzértékben. A zöld lelkületű felhasználók

kedvéért a CO2 kibocsátás megtakarítás, valamint ez átszámítva megtett autó

kilométerre és elültetett fa darabszámra is kijelzésre kerül.

21. ábra A Fronius monitoring portál nyitó képernyője

A monitoring portálon az archívum menüpontra kattintva megtekinthetők a

korábbi adatok napi, havi, vagy éves felbontásban. Az archív adatokkal a

napelemes rendszer működése egyszerűen áttekinthető, így felderíthető, hogy

vannak-e energiahozam kiesést okozó hibák. Ha a napelemes rendszer üzemelt

már legalább egy naptári évet, akkor az éves energiahozam adat jó tájékoztatást

ad arról, hogy a rendszerrel nagyjából minden rendben van-e. Az éves grafikon

megjelenítésénél célszerű a kWh/kWp fajlagos energiahozam kijelzést választani.

Viszonyítási alapul vehető, hogy Magyarországon közel optimális dőlésszögű és

tájolású napelem elhelyezés esetén 1 kWp névleges napelem teljesítménnyel

földrajzi elhelyezkedéstől függően 1-1,2 MWh éves energiahozam érhető el. A 22.

ábrán latható, hogy a vizsgált rendszer 2015-ben 1,23 MWh/kWp energiát termelt,

ráadásul úgy, hogy az január hónapban még nem is üzemelt. Az éves adatok

alapján megállapítható, hogy ennél a rendszernél nagy baj nem lehet.

22. ábra. Éves fajlagos termelési adatok

Ha az éves adatok elmaradást mutatnak a várttól, akkor célszerű tovább vizsgálni

a havi és napi bontású adatokat. Hozamveszteség leggyakrabban a napelemek

részleges beárnyékolása miatt áll elő, amit pl. környező fák, kémény, tetőablak,

antennarúd, villanyvezeték, vagy egyéb kábel… stb. okozhat.

23. ábra. Árnyékolás, vagy felhősödés hatása a napi hozamgörbén

Az árnyékolás hatása a napi hozamgörbéken jól kimutatható. Egy nap vizsgálata

nem elég, hiszen a hozamcsökkenést felhősödés is okozhatja, de ha a

megközelítőleg derült napokon a hozamgörbe minden nap ugyanabban az

időpontban mutat törést, akkor megállapítható, hogy ezt nagy valószínűséggel

árnyékolás okozza.

11.2. Napelemszintű monitoring

A napelem szintű teljesítmény-optimalizálók alkalmazása magában foglalja a

napelemszintű monitoring lehetőségét is. Az inverter szintű monitoring az egy

inverterre kapcsolt, vagy jobb esetben az egy stringre kapcsolt napelemek

csoportjának csak az együttes termelési adatait tudja megjeleníteni. Ezzel

szemben a napelemszintű monitoring minden egyes napelem teljesítményét és

halmozott energiahozamát külön-külön is képes megmutatni. Így beárnyékolt,

elszennyeződött, sérült, hibás, vagy bármilyen okból gyengébb teljesítményű

napelem nem maradhat észrevétlen többé. Sőt, a monitoring részét képező

napelem elrendezési vázlat segítségével az is pontosan meghatározható, hogy a

napelemmezőn belül hol található a gyengébb napelem.

A 24. ábrán egy SolarEdge optimalizálókkal megvalósított rendszer napelemszintű

monitoring képernyője látható (monitoring.solaredge.com). A napelemek

elrendezési vázlatán színárnyalat eltérés mutatja az egyes napelemek adott

időszakra vonatkozó energiahozamát. A világosabb napelemek hozama

magasabb, a sötétebbeké gyengébb, a konkrét napelem hozamok pedig

számszerűen is láthatók.

24. ábra. Napelemszintű monitoring Layout (elrendezés) ablaka

11.3. Amikor már nem csak az energiahozam számít

Magyarországon a villamosenergia törvény szerint a villamosenergia hálózat

üzemeltetőjének korlátozás nélkül át kell vennie a háztartási méretű napelemes

rendszerekkel termelt energiát. Ezért a hálózatra kapcsolt napelemes rendszerek

üzemeltetőinek jelenleg nem kell azzal foglalkozniuk, hogy a napelemek által

termelt energia mekkora részaránya kerül közvetlenül felhasználásra az

épületben, és mekkora részaránya kerül betáplálásra a hálózatba.

Ez az állapot kedvező hazai specialitás, azokban az országokban, ahol már

lényegesen nagyobb a megvalósult napelemes rendszerek kapacitása, a

betáplálható energia mennyisége általában nem korlátlan, és az érte kapott ár is

alacsonyabb, mint a vételezési ár. Ilyen feltételek mellet viszont már célszerű arra

törekedni, hogy a napelemekkel előállított energia minél nagyobb részarányban a

saját fogyasztás fedezésére kerüljön elhasználásra. Ezt egyrészt bizonyos

fogyasztók (pl. mosó-, és mosogatógép, villanybojler… stb.) bekapcsolásának

szabályozásával, másrészt napi tárolási kapacitású (7-10 kWh) akkumulátorok

alkalmazásával lehet elérni. Az akkumulátorral és okos szabályozással

megvalósuló rendszereknél különösen fontos az online rendszerfelügyelet,

melynek már nem csak a napelemek hozamára kell figyelnie, hanem arra is, hogy

a megtermelt energia mikor és mire fordítódik.

25. ábra. Akkumulátoros, „okos” szabályozással ellátott rendszer monitoringja