megujulo_energia

Fotovoltaikus (napelemes) rendszer

Cella működése:

A napelem cellákból épül fel, melyek a napfényt elektromos árammá alakítják. Minden cellában 2 félvezető (szilícium) réteg található: N-rétegű szilícium és P-rétegű szilícium.

Bizonyos hullámhosszú fény, képes a félvezető atomjainak ionizációjára, ezáltal a beeső fotonok többlet töltéshordozókat keltenek. Míg az N-rétegű szilíciumban elektron többlet keletkezik, a P-rétegű szilíciumban pedig elektron lyuk többlet keletkezik.

A két réteg közt pedig egy P-N-átmeneti elnyelő réteg található. A beérkező fénysugarak (fotonok) az N-rétegből elektronokat szakítanak ki és löknek át a P-rétegbe. Emellett a fénysugár a P-N rétegben elektromos mezőt is gerjeszt, mely segíti ezt az egész folyamatot. E folyamatok lévén indul meg áram a cellában. A fény erőssége határozza meg, hogy mennyi áram jön létre cellánként.

Napelem típusok:

Kristályos napelemek:

A kristályos napelemek a legrégebben használt, legkiforrottabb és a legelterjedtebb technológiának számítanak. A napelemek a kristályos technológia esetén nagy tisztaságú szilícium cellákból épülnek fel, melyek sorba kötve és vízmentesen egy üveglap és egy műanyag hátlap közé laminálva kerülnek gyártásra.

A cellák gyártási technológiája alapján megkülönböztetünk monokristályos és polikristályos cellákat. A különbség a két technológia között a szilícium tömbök előállításában van, amiből a cellákat vágják.

Monokristályos napelem

monokristaly_napelem_cella

A monokristályos szilíciumot elektromos térben húzzák ki henger alakúra, és a szilícium egy tömbben dermed meg (ezért mono, azaz “egy” kristályos). A monokristályos cellák az éleit levágják a henger alakú tömbből, hogy jobban el lehessen helyezni őket a napelem modulon. Leggazdaságosabban nyolcszög alakú cellákat lehet vágni a mono tömbökből. Ez a napelem a ma létező legjobb hatásfokkal bíró napelem, aminek hatásfoka 15-17% között van. A monokristályos napelem a közvetlen napfényt hasznosítja jobban, de a szórt napfényben már kevésbé tudja hasznosítani. Élettartama 30év körül van.

Polikristályos napelem

polikristaly_napelem_cella

A polikristályos cellákat öntik négyzet alapú tömbökbe, eközben a szilícium több kristályban dermed meg (innen a poli, azaz “több” kristályos név). Ennek a hatásfoka is már megközelíti a monokristályos napelemét, aminek hatásfoka 10-13% között van.

Élettartama 25év körül van.

Amorf napelem

amorf_napelem_cella

Ez a legelterjedtebb típus, mert olcsó az előállítási költsége. Úgy készítik, hogy üveglapra, kerámiára vagy fémfelületre szilíciumot kondenzáltatnak. Így készül félig fényáteresztő (üvegalapú), valamint átlátszatlan (fémalapú) kivitelben is. A gyártás könnyen automatizálható, és kis anyagigényű. Elterjedésük a hétköznapi alkalmazási területeken a legjellemzőbb. A hatásfoka 4-6% között van, ami alulmarad a többihez képest. Mivel kicsi a hatásfoka ezért jóval nagyobb felületet igényel az elhelyezése. Az amorf napelem a szórt fényt jobban hasznosítja, mint a közvetlen napfényt. Az élettartamuk csak 10év körül van.

Amennyiben kérdése merülne fel, vegye fel velünk a kapcsolatot.

Megjegyzés

A gyártási eljáráson kívül a mindennapi gyakorlatban csak nagyon kevés és kismértékű különbség van a mono- és polikristályos napelemek között, hiszen végülis mindkét esetben ugyanaz a szilícium a félvezető réteg. Néhány eltérés: forró égövben a monokristályos modulok kicsit jobban teljesítenek, míg északon a polikristályos teljesít jobban; illetve általában minimálisan nagyobb a hatásfoka a mono celláknak.

Közép-Európában gyakorlatilag azonos mennyiségű áramot lehet megtermelni velük ugyanakkora összteljesítmény esetén, azaz nem lehet kimutatni szignifikáns éves különbséget egy pl. 3kW-os polikristályos és egy 3kW-os monokristályos rendszer között. Így jellemzően a gyártó, az ár, a beszerezhetőség és a tetőn való elhelyezhetőség alapján szokás választani köztük.

napelemfajtak_osszevetese

Cella hatásfoka

Az 5. táblázatban jelölt százalékos hatásfok értékek abból adónak, hogy az infravörös tartományban a fénynek nincs elég energiája, hogy ionizálja a félvezető atomjait, ezért kapjuk ezeket a viszonylag alacsony hatásfokértékeket. Léteznek magasabb hatásfokkal rendelkező vékonyréteg (amorf) napelemek is, különböző nemesfémek ötvözetéből, de előállítási költségük szinte elérhetetlennek tűnik a napjainkban legelterjedtebb napelemekhez képest.

Cella teljesítménye

A leadott teljesítmény szinte egyenesen arányos a napsütés intenzitásával. Egy fontos tulajdonsága a szolár celláknak, hogy a cella feszültsége nem függ a méretétől, és nem befolyásolja a fény intenzitásának változása sem. Így a szolár cella áramerőssége szinte egyenes arányban van a cella méretével és a fény intenzitásával. Tehát a különböző napelemek összehasonlítására a áramerősség / felületegység (A / cm2) mérőszám ad felvilágosítást.

A napelem hőfokfüggése

 A napelemek hőfokfüggése jelentős, így normális jelenség, hogy télen a rövid nappalok során, ha hideg van, de erősen süt a nap, többet termelnek, mint augusztusban. Tehát a hőmérséklet növekedésével csökken a kimeneti feszültség, ugyan azon áramerősség mellett, vagyis kevésbé lesz hatékony a rendszer.

Napelem hatásfoka:

A napelemek alapanyaguktól és technológiájuktól függően különböző hatásfokkal képesek villamos energiát termelni. A hatásfok kiszámítására a következő alapképletet használjuk:

  • napelem_hatasfokaPm = fényelem által leadott maximális teljesítmény
  • E = napsugárzás energiája (W/m2)
  • Ac = napelem felülete (m2)

A Pm esetünkben lehet a cella teljesítmény, de lehet az egész napelemes panel teljesítménye is, mivel arányos nő ebben az esetben az Ac, azaz a napelem felülete. Az E, vagyis a napsugárzás energiája pedig egyenlő a napállandóval, ami 1370W/m2 (valójában pedig ezt az E értéket, 1000W/m2-ben szoktuk megadni magyarországon, mert a különböző visszaverődések és elnyelődések miatt ekkora teljesítmény lesz hasznos. A hatásfokot a környezeti és a konstrukcióval összefüggő tényezők egyaránt befolyásolják. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet a legfontosabb, de ide lehet sorolni a cella felületének tisztaságát és a megvilágítás erősségét is.

Példa: Adott egy panel, aminek a teljesítménye Pm: 195W, és felülete pedig Ac: 1,31m2 *0,99m2, E: 1000W/m2 mellett. A katalógusban megadott hatásfoka 15%, a számolt értéke pedig 0,1503 *100.

Amennyiben kérdése merülne fel, vegye fel velünk a kapcsolatot.

Napelemes rendszerek

Hazánkban két elterjedt típusa van a háztartásban használatos napelemes rendszereknek. Az egyik típusa a szigetüzemű napelemes rendszer, a másik pedig a hálózatba visszatápláló napelemes rendszer.

Szigetüzemű rendszer

Szigetüzemű napelemes rendszernél az összekapcsolt napelemekből nyert energiát közvetlenül használjuk fel, illetve tároljuk el. A rendszer akkumulátorokban tárolja el az energiát, egy töltőelektronikán keresztül. Mindezek után a ház villamos hálózatára két féle képen lehet betáplálni a villamos energiát. Közvetlenül az akkumulátorokból kivett egyenfeszültséget, vagy pedig inverteren keresztül a 230V-os villamos hálózatba.

Hálózatra visszatápláló rendszer

Ez a rendszer nem sokban különbözik a fentiekben leírt szigetüzemű rendszertől. Mivel ennél a rendszernél nincsen energiatároló eszköz (akkumulátor), ezért nincs is szükség a töltésvezérlő elektronikára. Ebben az esetben a napelemes rendszer közvetlenül az inverterre kapcsolódik egy védelmen keresztül. Az invertert pedig a ház elektromos elosztó központjába csatlakoztatják, szintén egy védelmen keresztül. Ezt követi egy speciális fogyasztásmérő óra, mely mérni tudja a hálózatból vételezett, és a napelemes hálózat által megtermelt villamos energiát.

Inverter működése

Ki kell térnünk a rendszer egyik alapelemére, az inverterre. Szükség van erre az eszközre, mivel a napelemek alapvetően egyenáramot állítanak elő, a végfelhasználás szempontjából viszont nekünk váltakozó áramra van szükségünk.

Az inverterek működési elve könnyen megérthető. Az inverterben elektronikusan vezérelt kapcsolók vannak, melyek a vezérlő jel hatására kapcsolnak be, vagy éppen ki. Ezt a vezérlő jelet egy vezérlő egység fogja előállítani, ami szintén elektronikus berendezés. Szóval a vezérlő egység fogja megmondani a kapcsolóknak, hogy melyiknek, és mikor milyen műveletet kell végrehajtaniuk. Ezt a működést a fenti ábra mutatja be.

Az egyenáramú oldalon az áram mindig csak egy irányba folyhat. A váltakozó áramú oldalon, pedig felváltva, egyszer az egyik irányba, máskor pedig a másikba. Ha egyfázisú invertert szeretnénk, akkor négy darab elektronikus kapcsoló megfelelő vezérlésével ez az alternálás létrehozható. (Háromfázisú esetben hat elektronikus kapcsoló szükséges.) A bal oldali ábrán a 3 és a 2 jelű kapcsoló zárt, az 1 és a 4 jelű pedig nyitott állapotban van. Ekkor az áram -zöld vonal- a fogyasztónk B kapcsa felől az A kapcsa felé fog folyni. Ezt követően a vezérlő parancsot ad a kapcsolók „átváltására”. Vagyis ami eddig be volt kapcsolva, az most kikapcsol, ami pedig ki volt kapcsolva, az most bekapcsol. Így a fogyasztón az áram iránya -piros vonal- megfordul. (A két irány ad egy periódust.) Egyenáramból váltakozó áramot állítottunk elő. Így működik az inverter.

Kimeneti jelalak szerint két féle invertert különböztethetünk meg: négyszög inverter és valódi szinuszos inverter. Az inverter alapvető működéséből adódik az, hogy a kimeneti jele négyszög jel lesz, mivel a kapcsolók ki-be kapcsolásával nem lehet szép szinuszos jelet elérni. Hiszen a kapcsolókkal csak 0-1 állapotot lehetséges végrehajtani, azaz vagy 0V vagy Ube maximum (előjelhelyesen). A valódi szinuszos inverterbe külön elektronika végzi a négyszögjel átalakítását.

A szigetüzemű és a hálózatra visszatápláló rendszer invertere közt van különbség. A lényeges kifejezés itt a szinkronizálás. A napelemes rendszerünk egyfajta generátorként működik, amivel energiát állítunk elő. Váltakozó áramú generátor hálózatra való kapcsolásánál figyelembe kell venni mind a hálózat, mind a generátor paramétereit: a generátor, és a hálózat feszültsége egyenlő kell, hogy legyen, a két feszültség frekvenciája, és minden pillanatnyi értéke kell, hogy egyezzék, háromfázisú generátor esetén a feszültségeinek fázissorrendje is azonos kell hogy legyen.

Szigetüzemben pl. egyszerűbb egyfázisú invertert alkalmazunk, melyet nem kell szinkronizálni a jelen lévő villamos hálózattal, mivel az nincs (vagy legalábbis nem lesz kapcsolatban vele, ha van).

Hálózatra visszatápláló rendszerben viszont elhanyagolhatatlan a szinkronizálás, legyen az egy vagy háromfázisú inverter. Szinkronizálás nélkül a hálózat károkat okozhat az inverterünkben, vagy bármely szinkronba hozni kíván berendezésünket.

A mai modern inverterek ezt a szinkronizálást automatikusan végzik el, ezért a meghibásodás esélye csekély.

Invertertípustól függően van lehetőség több napelemes hálózat összekötésére, a megtermelt energia, ás más egyéb paraméterek monitorozására, akár interneten keresztül.

Bypass dióda szerepe

A napelemek, és rendszerük egyik ellensége, az árnyék. Tegyük fel, hogy van egy három napelem panelből álló rendszer, melyből egy árnyékba borul.

  • Normál esetben a sorba kötött paneleken keresztül probléma nélkül tud keresztülfolyni az áram, mivel a bypass diódák záró irányban vannak bekötve.
  • Bypass módban viszont, amikor árnyékba kerül egy panel, akkor ezen panel egyfajta ellenálláskánt fog viselkedni, tehát fogyasztóként. Ebben az esetben lép be a bypass dióda. Mivel a kisebb ellenálláson folyik a nagyobb áram, ezért a dióda fele kezd el folyni az áram, nem pedig a panel felé. Ebből adódik nyilván hogy az árnyékolt panel feszültségével kevesebb lesz a kapocsfeszültség, de legalább nem fog károsodni a rendszer.
Amennyiben kérdése merülne fel, vegye fel velünk a kapcsolatot.

 

  • Lépjen velünk kapcsolatba!


  • Elérhetőségeink

    +36-1-266-3011

    +36-20-405-3560

    info@gronlandklima.hu

    1085 Budapest, Kőfaragó u. 9.