Napelemes rendszer felépítése

Egy-egy komplett rendszer több nélkülözhetetlen alkotóelemből épül fel, amelyek mindegyike külön funkciót lát el, de a céljuk mégis ugyanaz, vagyis hogy ingatlanunkat, telephelyünket, gyárunkat elláthassa energiával. A napelemes rendszer felépítésének ismerete mindenki számára hasznos tudás, főképp ha a jövőben mi magunk is szeretnénk egy ilyen rendszert építeni, telepíttetni.

Hogy is működik a napelemes rendszer?

Több típusát is megkülönböztetjük a napelemeknek, azonban az energiatermelésért felelős alkotórész a legtöbb esetben ugyanaz, mégpedig a fotovoltaikus cella.

Miért fotovoltaikus?

Az anyagban végbemenő fotovoltaikus jelenség során vezetési sávba jutnak az elektronok a fény gerjesztő hatásának köszönhetően. Ez a részecske számára magasabb energiaszintet jelent.

Ahhoz, hogy az elektronok szabadon áramolhassanak (az atommagtól távolodva, elszakadva), egy fotovoltaikus cellát kell létrehozni, melyben a félvezető eszközt (diódát) éri a megfelelő és elegendő sugárzás.

Napelem vagy napkollektor – Mi a különbség a kettő között?

A napelem tehát bármely elektromos eszköz által felhasználható elektromos áramot tud előállítani olyan összetevők segítségével, amelyet hamarosan bővebben is kifejtünk.

A napkollektor pedig a napenergiát hő formájában hasznosítja. A működése egyszerű: a nap felmelegíti a napkollektorban lévő folyadékot, ami egy tartályban van és a kollektor akkor használja fel, amikor szüksége van rá. Ez a tartály hőszigetelt, aminek köszönhetően sokáig tudja melegen tartani a benne lévő folyadékot.

A napelem elektromos áramot állít elő, míg a napkollektor felmelegíti a folyadékot, amit fűtésre lehet használni.

A napelemes rendszer részei

A napelemes rendszerek döntő többsége ugyanazokból az alapvető részekből épül fel. Természetesen a szigetüzemű és a hálózatra visszatápláló rendszerek bizonyos szintű eltérést mutatnak, de ezeket a napelem tervezés során mindig figyelembe veszik a szakemberek, hogy az optimális rendszer kerüljön kiépítésre.

Alapvetően egy napelemes rendszer az alábbi részekből épül fel:

• napelemes panel,
• inverter,
• biztonsági elemek,
• tartószerkezet,
• kapcsolók, kábelek.

Napelem, az energiatermelő berendezés

A napelem rendszer lényege végső soron a napelem panel, hiszen itt lesz a napfényből energia. Nem véletlen, hogy a napelemes panelek szúrnak szemet először mindenkinek, hiszen egy teljes napelemes rendszer több panelből áll össze, amiket jellemzően tetőkre szerelnek.

Amennyiben adott az elegendő hely (a tetőn vagy a talajra szerelt tartószerkezeten) akkor a kivitelezés során annyi panelt szoktak beépíteni, amennyi egy év során közel ugyanannyi energiát termel meg, amennyi a felhasználó egy éves energiafogyasztása.

A jelenleg is zajló napelem kutatások, fejlesztések egyik fő iránya, hogy ezek a napelem panelek minél hatékonyabban hasznosítsák a napfényt. Jelenleg egy átlagos napelem kb. 1,7 m2 felületű és az általa maximálisan megtermelt energia kb. 270W.

A monokristályos és a polikristályos napelemek

Ha megvizsgáljuk a magyar éghajlati viszonyokat, akkor arra juthatunk, hogy nincs a két napelem között lényeges különbség.

A monokristályos napelemek fekete színűek, 16-20%-os hatásfokkal rendelkeznek. A napsütéses, felhők nélküli időjárást szeretik, különösen nyáron nyújtanak kiemelkedő teljesítményt, hiszen a napsütéses órák száma ekkor jelentősen több, mint pl. a téli időszakban, ugyanakkor a beesési szög is sokkal kedvezőbb.

A polikristályos napelemek több kristályból épülnek fel. Valamivel alacsonyabb a hatásfokuk (13-18%), mint a monokristályos napelemeknek, emiatt olcsóbbak is, ugyanakkor a tájolásra, beesési szögre, dőlésszögre nem érzékenyek. Ennek a napelem technológiának a teljesítménye a legjobb felhős időszakban.

Tervezési kérdések

A telepítés előtt még sok lépés megtételére van szükség. A helyszíni felmérés során több meghatározó tényezőt érdemes figyelembe venni.

A helyszíni felmérés során derül ki a kivitelező számára az is, hogy pl. hova lehet elhelyezni a paneleket, rendelkezésre áll-e szabad tetőfelület. Megvizsgálják az éves (akár kétéves) villamos energia fogyasztást, hiszen ennek birtokában már sokkal magabiztosabban lehet meghatározni a megfelelő méretű rendszert.

A tapasztalt kivitelező azt is kiemeli, hogy csak kiváló minőségű gyártók termékeit célszerű előnyben részesíteni, hiszen az elismert gyártók átlag feletti garanciákat tudnak nyújtani és persze kimagasló minőséget.

A tervezést segíti a dőlésszög és a tájolás kérdése (a déli fekvés a legjobb, aminél az ideális dőlésszög 35-40 fokos lesz) és olyan tényezőkkel (pl. időjárás) is érdemes tisztában lenni, amelyek befolyásolhatják a panel teljesítményét is.

Inverter, az energia átalakító berendezés

A napelemes rendszerek másik fontos alkotórésze az inverter.

Ez általában egy kisebb bőrönd méretű berendezés, amit az adott ingatlan egy eldugott részén (garázs, kamra, tetőtér) helyeznek el.

Tulajdonképpen az inverter az az egység, ami a napelem panelek által termelt egyenáramból olyan váltakozó áramot hoz létre, ami a konnektorban található és így mi is felhasználhatjuk eszközeink üzemeltetésére.

Az átalakítás mellett az inverter másik feladata a napelemből kinyerhető teljesítmény maximalizálása. Az inverternek folyamatosan a lehető legtöbb energiát kell kinyernie a napelem panelekből. A nap viszont télen és nyáron nem ugyanolyan energiával süt, ráadásul amikor felhő, köd vagy por árnyékolja be a paneleket, akkor néha pillanatonként változik a kinyerhető energia mennyisége. Az inverternek ezt folyamatosan követnie kell.

Alapvető igény, hogy az inverter az energia átalakítása során is minél hatékonyabban működjön. Senki sem szeretne veszteséget, és a mai inverterek ezt az átalakítást kb. 2% veszteség mellett tudják is teljesíteni.

Amire az inverter elhelyezésénél oda kell figyelni

Először is a szerelés, karbantartás miatt olyan helyre kell rakni, ahol hozzáférhető. Mert lehet, hogy a készülék leolvasására vagy áramtalanítására lesz szükség. Nem szabad fejjel lefelé elhelyezni, függőlegesen kell felszerelni, maximum 10 fokos dőlésszöggel. A berendezésnek van némi súlya, ezért tilos pl. gipszkarton falra rakni.

Az előírt távolságok is fontosak. Az inverter ezért nem lehet 40 centiméternél közelebb más elektromos eszközökhöz, vizesblokkokhoz.

Pormentes, jól szellőző, kis hőingadozású, zsúfoltságtól mentes helyiségbe kell elhelyezni, oda, ahol nem használnak vagy őriznek vegyszereket, savakat. A párolgó gőzök ugyanis veszélyesek, károsak lehetnek az inverter számára.

Be kell tartani a biztonsági- és tűzvédelmi előírásokat, szabályokat. Erre vonatkozik pl. az, hogy pl. csak a berendezés kezeléséhez tartozó részek legyenek hozzáférhetők a szakképzettséggel nem rendelkező személyek számára.

Ugyan az inverterek megfelelően szigeteltek és ellenállnak a párának, szélnek, napsütésnek is, mégis úgy célszerű elhelyezni őket, hogy a napsugárzás, közvetlen csapadék ne érje őket. Mert az időjárási viszontagságok lerövidíthetik az inverterek élettartamát.

Kiemelt szerepe van a wifikapcsolatnak is. Az inverter ugyanis egy okostelefonon hozzáférhető alkalmazáson keresztül nyújt értékes információkat. Tehát az invertert olyan helyiségbe kell rakni, ahol van wifi.

Tartószerkezet, a stabilitásért

Nem meglepő módon valaminek tartania kell a napelemet, de közel sem mindegy, hogy miként valósítjuk ezt meg. A rögzítés szerepe, hogy a napelemek minél stabilabban a tető tehertartó szerkezetéhez legyenek rögzítve. Tehát nem a cseréphez vagy a palához történik a rögzítés, hanem a gerendához vagy egyéb terhelést hordó elemhez.

A tetőkön viszont sokféle burkolat (cserép, zsindely, pala) található és szinte mindegyikhez eltérő szerkezetre van szükség. A szerkezet anyaga kiemelten fontos, mert évtizedeken át ki lesz téve az időjárás hatásainak. Az eső, a hőmérséklet-változás, a hóterhelés és a szél folyamatos hatása viszont minden, nem erre a célra készült szerkezetet idő előtt tönkretehet.

A napelemek biztonsági berendezései

A működőképes és biztonságos napelem rendszerek fontos részei a gyárilag beépített és az utólagosan beépíthető biztonsági berendezések. Ami gyárilag is a rendszerben található, az elsősorban az invertert védi.

Mivel a napelemek a tetőn találhatók, emiatt jobban ki vannak téve az időjárás hatásainak. Ebből leginkább a villámok okozhatnak problémákat. A villámhárítók ugyan a villám közvetlen hatásától védhetik a rendszert, de a másodlagos hatások még sok gondot okozhatnak.

A napelemes rendszer kábelei

A napelem rendszerek kétféle kábelt igényelnek, ezek az alábbiak:

• szolár kábel,
• hagyományos energiakábel.

A szolár kábel a napelem panelek és az inverter között helyezkedik el és köztük vezeti az áramot. Ez a kábel kifejezetten speciális, hiszen az egyenáram alacsony ellenállással történő továbbítására optimalizálták.

A hagyományos energiakábel az előállított váltakozó áram vezetését végzi az invertertől a ház elektromos rendszerébe.

Összegzés

A napelemes rendszer működéséhez tehát a napelem paneleken kívül szükséges az inverter, egy időtálló tartószerkezet és a biztonságunkat garantáló berendezések együttese. A rendszerek tehát sok minőségi összetevő precíz telepítéséből épülnek fel. Éppen emiatt mindenképp érdemes tapasztalt, jelentős referenciákat felvonultató szakértőhöz fordulni.