Napelemek2009 június 25

Napelemekről

Napelemekről

Napelem típusok,napelemek hatásfoka, napelem gyártás, napelemes termékek,felhasználási területei,gazdaságossága,megtérülése. Rövid összefoglaló a napelmek gyártásáról,termelésének földrajzi helyzethez és a napsugárzás intenzitásához való viszonyáról.Az áramellátó napelemes rendszerek egyéb kiegészítő eszközeiről.

Napelem vagy napkollektor?

A napelemek a napsugárzást elektromos energiává alakító eszközök. Sokszor tévesztik össze a napkollektorokkal, pedig attól jelentősen eltérő hasznosításúak. Bár mind a napelem, mind a napkollektor napenergiát alakít át, a napelemmel elektromos, míg a napkollektor hőenergia hasznosítás céljára szolgál.

A napelem működése a félvezetőkhöz hasonló. A Napból érkező fotonok, mint apró részecskék a napelem anyagába hatolva olyan fizikai változást hoznak létre, amely hatására az anyagból levált elektronok hasznosíthatók villamos energia felhasználására.

A napelem anyaga lehet kristályos szerkezetű, amely egyenletes belső térelrendezést mutat. Jellemzően szilícium alapanyagot használnak a gyártáshoz, amely bonyolult technológiai láncolatok folyamata végén válik használható végtermékké.

Napelemek hatásfoka, előállítási költségei

A kristályos napelemek jellemzően egykristályos (monokristályos) napelemek vagy polikristály napelemek. A monokristályos napelemek előállítási költsége a legmagasabb, de ez a magas hatásfokuk miatt kifizetődő. A polikristályos napelemeknél valamivel egyszerűbb így kissé olcsóbb előállítás technológia áll rendelkezésre. Hatásfokuk jellemzően megegyező az egykristályos napelemekével, bár felületük valamivel nagyobb az egyazon teljesítményre vetítve.

A napelemek egyik alapvető jellemzője tehát az energiaátalakítási hatásfok. A hatásfokot számos anyag és villamos jellemző befolyásolja, továbbá a napelem jellemzők hőmérséklet függőek.
Az egyedi napelemeket a felhasználás igényeinek megfelelően nagyobb egységekbe, modulokba szerelik. Az így összeállított egység rendszerfeszültségét a felhasználás módja és a kapcsolódó kiegészítő berendezések feszültségigénye határozza meg.
A napelemek hálózatra táplálásának esetén az átalakító berendezés (inverter) paraméterei szerint kapcsolódnak a modulok, mely biztosítja a hálózati igényeknek megfelelő minőségű villamos energiát.
A különböző napelem típusok más-más előnyökkel és hátrányokkal rendelkeznek. A gyártók és a piac is alapvetően három jellemző típust preferálnak, ezek az egykristályos a polikristályos és az amorf szilícium típusok.

A napelemekkel termelhető villamos energia mennyisége névleges teljesítményükből és a földrajzi helyszín sugárzási energia átlagértékeiből nagyon jól megbecsülhető.

1 kWp teljesítményű napelem átlagos energiatermelése Kecskeméten:
Egy évre vonatkozó átlagos napi energiatermelés nagysága 30 °-os dőlésszög esetén 1335 kWh, míg 60 °-os dőlésszög esetén 1266 kWh. Ezek átlagértékek és éves szinten kb.± 15 % hibahatáron belül vannak.


A napelemek egyik alapvetően fontos jellemzője a η energia-átalakítási hatásfok. Egy töltésszétválasztó réteggel rendelkező napelem elvileg elérhető hatásfoka szobahőmérsékleten 27 % körül van, de többrétegű konstrukciókkal egyes kutatók a 60 % fölötti hatásfokot is elérhetőnek tartják.

A legolcsóbban beszerezhető típus, egy merőben más eljárással készülő napelem. Ez a vékonyréteg vagy más néven amorf szilícium napelem. E típusnak a legkisebb a felületegységre vetített teljesítménye és hatásfoka. Ennek ellenére olcsó ára helyenként népszerűvé teszi. Leginkább épületbe integráltan vagy olyan helyen használják, ahol nem okoz gondot a helyszűke és a kristályos típusokhoz képest egységnyi felületre jutó harmada teljesítmény.

Napelemek felhasználásának módjai

A napelemek által előállított villamos energia felhasználása történhet azonnal is, ha állandó fogyasztókat üzemeltetünk. Ekkor a saját ház, üzem energiarendszerébe csatlakoztatva betápláljuk, és egyből elfogyasztjuk. Amennyiben a fogyasztás időszaka nem esik egybe a napsütéses időszakkal, vagy kevesebb a felhasználási igény az előállított energiánál, akkor a közcélú hálózatra is visszatermelhetjük az energiát. Mindkét említett esetben olyan energia átalakító eszköz – inverter – rendszerbe állítása szükséges, amely a hálózattal való együttműködésre képes, így hasonló minőségű villamos áramot szolgáltat, mint a vezetékes ellátást biztosító villamos közszolgáltató.

Van sok olyan felhasználói igény is, ahol nincs bevezetve az áramellátás, így ebben az esetben valamilyen formájú energiatárolás szükséges, hogy naplemente után az „elraktározott” energiát használhassuk. Akkumulátorok használatával jelentős mennyiségű villamos energiát tárolhatunk a későbbi felhasználási időszakra. Csak speciális akkumulátorok alkalmasak a napelemes rendszerek jellemzően sok ciklusból (feltöltés-kisütés) álló használatra. Az ilyen akkumulátorokat a gyártók tipikusan ilyen célra fejlesztették ki.

Napelemek intézményi és lakossági felhasználása

Az intézményekre vagy üzemekre a lakosságitól eltérő jellegű fogyasztói szokások jellemzőek. Az energia felhasználás nagyságrendje, időbelisége eltér a háztartási fogyasztóétól. A napenergia villamos célú hasznosítására itt más lehetőségek és szabályok az irányadóak.
Intézményi körülmények között a felhasznált villamos energia csökkentésének jó megoldása egy megfelelően méretezett napelemes energiaellátó rendszer, amely az állandó fogyasztást hivatott fedezni. Ilyenkor a modulok beépített teljesítménye arányban áll az állandóan vagy gyakran használt fogyasztók teljesítményével.
A napelemes áramellátás a fogyasztói lánc legvégén táplál a hálózatba, így elsődlegesen a rendelkezésre álló megújuló energia használható fel. Ennek a megoldásnak az előnye, hogy teljes egészében felhasználhatóvá válik a napelemes rendszer kapacitása.
Fenti lehetőség az ipari fogyasztók esetében is rendelkezésre áll. Egy nagyságrenddel nagyobb igény esetében a lehetőségek ketté válnak. Több műszakban üzemelő ipari felhasználás esetén a fent taglalt, saját hálózatra kapcsolás alkalmazható. Amennyiben a fogyasztó az előállított villamos energiát nem használja fel teljes egészében, úgy a hálózatra táplálhat a kiserőműi kategóriában külön az erre vonatkozó előírásoknak megfelelően. Ilyen esetben gazdaságossá válik a mozgatható állványon való elhelyezés, napkövetés céljából., mert az energiatermelés nagyságrendjét a szerkezet jelentősen megnöveli, ami a beruházás megtérülését gyorsítja.

Napelemes rendszerek tervezése

A fotovillamos energiaellátó rendszer beépített teljesítményének meghatározásához indokolt lehet az épület részletes energetikai vizsgálatának elvégzése. A vizsgálat feltérképezi a fogyasztói szokásokat és igényeket, majd optimális javaslatot ad, megvalósítási változatokkal. A későbbiekben nyitva áll a lehetőség a bővítések megvalósítására is.

Gazdaságosság, napelemek, napelemes rendszerek megtérülése

 A szoláris rendszerek gazdaságosságának értékelésekor külön gondot jelent az energia egyéni (a termelő, a felhasználó szintjén jelentkező) költsége és társadalmi költsége közötti különbség. Ez utóbbi magában foglalja azokat a költségeket is, amelyek az energiatermelés és felhasználás káros környezeti hatásainak következményei. Ezeket a szakirodalom externális költségeknek, a káros környezeti hatásokat pedig negatív externáliáknak vagy negatív külső gazdasági hatásoknak nevezi. Bár nagyon logikus, hogy a környezet rombolásnak, az egészség károsodásnak költségeit annak kell fedeznie, aki ennek okozója, ezen külső hatások költségeinek érvényesítésére a piac azonban sohasem képes. A társadalom szempontjából azonban nagyon fontos, hogy ezek a piacon kívüli tényezők is döntési tényezővé váljanak a felhasznált energia formájának és mennyiségének meghatározásakor. A külső költségek internalizálása, vagyis áralakító tényezővé tétele állami feladat. Ennek hiánya eltérést okoz a különböző energiaforrások gazdaságosságának mikro-és makroszintű értékelése között.
A mikroszintű értékelés a beruházónak, a berendezés felhasználójának fontos, és arra a kérdésre ad választ, hogy érdemes-e a hagyományos energia felhasználást, kiváltania, helyettesítenie napenergiával vagy más környezetbarát megújuló energiával.
A makroszintű értékelés az állami beavatkozás indokoltságának, mértékének és társadalmi hasznának megítéléséhez szükséges. Segít annak eldöntésében, hogy indokolt-e a tiszta környezetbarát energiaforrások felhasználásának állami támogatással való ösztönzése, vagy éppen környezeti adók segítségével a hagyományos források felhasználásának mérséklésére hatni.

NRGENS