A napelemek villamos hasznosításának alapvetően két konkrétan elválasztható irányzata jellemző. Az egyik az un. autonóm vagy másnéven szigetüzemű alkalmazás. A másik, mára egyre inkább elterjedni látszó és modernebbnek mondható felhasználás a hálózatra táplált napelemes rendszerek kialakítása. Azt, hogy melyik megoldást hol alkalmazhatjuk tekintsük át részletesen.
Az áramtermelés eszközeként ismert napelemek rendszerbe foglalását azok az egyéb feltételek diktálják, amelyek a telepítés helyszínének adottságai. A helyszínek szempontjából az elsődleges feltételek szerint azt vizsgáljuk, van e villamos hálózat, vezetékes áramellátás vagy sem. Abban az esetben, ha nincs villamos hálózat vagy a csatlakozási pont relatíve messze van ahhoz, hogy annak bevezetése költséges, akkor könnyen összemérhető egy szigetüzemű napelemes áramellátó rendszer kialakításának költsége és a hálózat helyszínhez való kiépítésének költségével.
Amennyiben a két megoldás hasonló költséggel valósítható meg vagy a a hálózati kiépítés drágább, úgy az autonóm napelemes rendszer megvalósítása a gazdaságosabb.
Városi környezetben jellemzően a kiépített villamos hálózat gyakori. Ilyen helyszínen lehetőség van a hálózatra dolgozó napelemes rendszer kiépítésére is, ha a törvényes lehetőségek is lehetővé teszik ezt. Ilyenkor még mindig fenn áll a választás lehetősége, de gazdaságossági szempontból kedvezőbb a hálózatra csatolt megoldás. Ennek indokai a következőek:
Európában az olyan típusú hálózati napelemes rendszer a jellemző, amely egy fontos eleme az az intelligens inverter, mely üzembiztosan csatlakoztatható a villamos hálózathoz. Az ilyen inverter egyik ismérve, hogy a napelemek által termelt villamos áramot a hálózat jellemzőinek megfelelően alakítja át. Másik jellegzetessége az, hogy áramkimaradás esetén, azt érzékelve lekapcsolja a napelemeket a rendszerről. Erre főleg biztonsági szempontok miatt van szükség, egy esetleges vezeték hálózat karbantartáskor a napelemek áramtermelése ne veszélyeztesse a vezeték karbantartóit, akik ármszolgáltatói oldalről már kikapcsolt állapotot teremtettek a munkához, de a mi napelemeink termelésével esetleg nem számolnak.
Az autonóm és a hálózatra tápláló napelemes rendszerek közti alapvető különbségek
A legfőbb szerkezeti különbség abból adódik, hogy a szigetüzemű napelemes rendszerek esetében a megtermelt energiát helyben kell tárolni, amit elsősorban akkumulátorok segítségével lehet megvalósítani. Extrém nagy rendszerek esetén és a helyszíni adottságok függvényében helyzeti energia formájában is tárolható az energia pl. két eltérő magasságú víztározó közti motor, generátor üzemű un. szivattyús tározó rendszerrel. A gyakoribb esetben az akkumulátoros tárolás olyan speciális akkumulátort igényel, amely ciklikus üzemű használatra van kifejlesztve. Az ilyen akkumulátorokkal szemben támasztott másik fontos igény a mélykisülés tűrése. Az áramtermelés és felhasználás fluktuáló jellegű, de a használati szokások szerint ez is lehet differenciált.
A rendszer következő fontos eleme az inverter, ami akkor szükséges, ha váltakozó áramú hálózathoz hasonló feszültséget kívánnak a fogyasztók, tehát olyan pl. 230 V AC üzemet, amelyet normál esetben a berendezések igényelnek. Az eszközünk a szigetüzemű inverter biztosítja ezt az akkumulátorok egyenáramú tárolt villamos energiájának átalakításával.
A napelemek tekintetében alapvető eltérés nincs a két rendszer esetében, legfeljebb az, hogy az autonóm rendszerekbe csatlakozó napelemek termelésekor igény van az optimális szabályozásra. Ezt a funkciót a töltésszabályozó elektronikák látják el, úgy, hogy a különböző fényintenzitásból következő változó megjelenő áramerősségeket és a töltőfeszültséget egy optimális tartományban tartják az akkumulátorok töltéséhez.
A hálózatra tápláló napelemes rendszereknén az energia tárolásának funkcióját a hálózat látja el. Ebben a rendszerben tehát nincs szükség akkumulátorokra, ami költség szempontból kedvező.
Hasonlóan a szigetüzemhez, itt is van inverter a rendszerben, de ennek működése eltérő és speciális. A rákapcsolt napelemek szerint az eszköz a hálózattal szinkronizált üzemet biztosít és egyben átveszi a töltésszabályozó szerepet is. Az áram irányát mindig az dönti el, hogy a fogyasztás nagyobb vagy a napelemek termelése. Amikor a fogyasztás alacsonyabb vagy egyátalán nincs, akkor az áram irány a hálózat felé tart. Az ilyen rendszerek kiépítésénél általában az áramszolgáltatók olyan fogyasztásmérőt szerelnek, mely alkalmas a kétirányú mérésre, vagyis mérni tudja a napelemeink által termelt energiát is.
A két eltérő alkalmazásból származó különleges előnyök
Mind a szigetüzemű, mind a hálózatra csatolt rendszernek megvannak a maga sajátos előnyei.
Mivel a földrajzi adottságokból eredően az évszakoktól függően lehetnek eltérések a napsütés időbeli megjelenésénél, pl, Magyarország területén a nyári félévben természetesen számottevően többet süt a nap, így ilyenkor tud a napelem is több energiát átalakítani. A hálózatra tápláló rendszerben lévő fogyasztásmérő alkalmazásával, mely mindkét irányban mér, a nyári félévben valószínűen a termelési irányú mérés (visszaforgás) lehet jellemzőbb. Egy teljes félév alatt, tavasztól őszig olyan mértékben tudunk visszatermelni a hálózatba, amely télre, mikor kevesebb a napfény, tartalékként jelentkezik. A téli félévben tehát elfogyaszthatjuk a tartalékként mutatkozó mért energiát. Egy megfelelően megtervezett napelemes hálózatra tápláló rendszer esetén tehát az egész éves villamos energia kompenzálható a főleg nyári időszakban megtermelt mennyiségből. Hátrányunk akkor származhat ilyen rendszernél, ha az áramszolgáltatás szünetel, mert ekkor sem vételezni, sem termelni nem tudunk.
Az autonóm rendszernél az előny abból származik, hogy a megtermelt energia az akkumulátorokban raktározva rendelkezésre áll bármikor, így folyamatosan használhatjuk az energiát. Ez növeli a biztonságérzetet és villanyszámlát nem kell fizetnünk, önállóak lehetünk energetikailag.
Hátrányként említhető az a szintén az évszakok miatti jelenségből származó téli kisebb input energia. ezt kiküszöbölendő lehetőség a napelemes rendszer tároló kapacitásának megnövelése, áthidalandó a borús időszaki kevesebb termelést. Az autonóm rendszerek sokkal inkább ösztönöznek minket az energia takarékosságra, gazdálkodás betartására, mert ha kimerítjük a tárolt energiát, akkor hosszabb ideig maradhatunk ellátás nélkül. A szigetüzemű rendszer használata olyn életmódot is feltételez, amiben a beérkező energia mennyisége és a felhasználás isdőbelisége szorosabb időbeni összefüggésre ösztönöz. Pl. olyan időszakban használjuk a mosógépet, amikor süt a nap, energiatakarékos berendezéseket üzemeltetünk stb.
A folytatásban megismerkedhetünk a napelemes rendszerek tervezésével:
Autonóm, szigetüzemű napelemes áramellátó rendszer tervezése és sajátosságai►►►
Hálózatra tápláló napelemes áramellátó rendszer tervezése és sajátosságai►►►