Napelem rendszer, mi is az valójában és hogyan működik?

Sokan, sokféleképpen írtak arról, hogy a napelemre szóló állami támogatást miért érdemes megpályázni. De a sok promóció és ajánlás között sajnos nagyon kevés, de leginkább a nullához konvergáló tartalom lelhető fel arról, hogy tulajdonképpen mi is a napelem. Hogyan működik, vagy éppen miért nincs még minden tetőn?

Ezt a hiányt szeretnénk bepótolni és szakszerű tájékoztatást adni, hogy hogyan lesz a napfényből villamos energia. Mennyit kell sütnie a napnak, hogy Önnek egy napi villamos energiáját fedezze, illetve körülbelül mennyit bír egy jó minőségű napelem rendszer.

A napelem történelme

Kevesen gondolnák, de a napelemnek már több mint száz éves történelme van. Ha a kezdeteket keressük, akkor egészen Edison és Siemens idejéig kell visszamenni. Az 1800-as évek végén ugyan még nem a maihoz mérhető rendszerekre kell gondolni. De már akkoriban felismerték, a szelén és a napfény kapcsolatából valamilyen úton villamosenergia nyerhető. Az első valódi napelemet, amely a napfényből villamosenergia ellátását hivatott előállítani, 1885-ben építette egy bizonyos Charles Fritts, New Yorkban.

A következő komolynak tekintendő lépés a mai napelem rendszerek kialakulása felé, Einstein 1905-ben megjelent tanulmánya volt. Ebben a tanulmányban a napból érkező sugarakról volt szó, amelyet ma fotonként nevezünk (Einstein egyébként még nem fotonként hívta, hanem a quanta szót használta). A tanulmány itt olvasható. Ennek a cikknek a publikálása nyomán számos tanulmány vizsgálta és igazolta, a napfény rövidebb hullámai ún. fotovoltaikus hatást váltanak ki bizonyos anyagokban, tehát elektromos áramot termelnek.

De egy napelem rendszer előállítása abban az időben olyan magas költségekkel járt volna, hogy a ténymegállapításon kívül több nem történt.

Az időben tovább haladva a legközelebbi áttörést az ’50-es években értek el, természetesen Amerikában. Az áttörést pedig az jelentette, hogy egy amerikai hármas, G. Pearson, C. Fuller és D. Chapin előálltak a szilícium tranzisztorok ötletével. Ez a koncepció már jóval hatékonyabban állított elő villamos energiát, mint a korábban erre használt szelén.

Forrás: itt Egy 1954-es napelem a Bell gyártásában

Tulajdonképpen ezt az időszakot tekinthetjük a modern kori napelem-piac indulásának. De persze az azóta eltelt több mint 60 évben nagyon sok dolog megváltozott a napelem rendszerek körül. Új technológiák, új eszközök, új típusok és sok egyéb tényező lépett be a képbe.

Napelem technológia

Nem szükséges fizikusnak lenni, hogy valaki képes legyen kihasználni a napelem adta lehetőségeket, sőt még a villanyszereléshez sem kell érteni. Ma már, mint egyébként oly sok minden a világon, a napelem rendszerek is egyre egyszerűbbek. A gyártók egyre inkább előtérbe helyezik a felhasználóbarát megoldásokat. Így például a legtöbb rendszert egy mobilapplikáció segítségével napi szinten ellenőrizhetjük, megnézhetjük a napi energiatermelést, vagy épp az aktuális állapotokat.

Mégis érdemes megérteni, mi is történik a háztetőnkön, amikor a vágyott elektromos áram betermelése történik. Vagy épp milyen folyamatok mennek végbe, mikor a fűtésünket élvezzük a hűvös időben a napelem rendszerünk által.

De kanyarodjunk vissza a működésre. Sokszor láthatjuk a napelem rendszerekről olvasgatva egy bizonyos PV rövidítést, amely a photo-voltaikus szó rövidítése. Magyarra fordítva ezt úgy lehet hívni, hogy fotovillamos. Lényegében a PV elem maga a napelem, tehát a PV jelzés utal arra, hogy az eszköz a beáramló fényből villamosenergiát állít elő.

Na de mégis hogyan lesz a fényből áram?

Elindulva a folyamat legelejéről, azt remélhetőleg mindannyian tudjuk, a Nap egyfolytában szinte felfoghatatlan mennyiségű energiát bocsát ki magából.

A Nap által kibocsátott energia 63 000 kW/m2,

de nyilván ennek csak egy része éri el a Földünket. Ha ekkora hatásnak lennénk kitéve, akkor nem lehetne élet a bolygón. Szóval ez az energia bőven veszít az értékéből, mire az általunk is érzékelt formában megérkezik a felszínre. Mivel elég nagy távolságot kell megtennie az űrben, át kell lépnie a légkörünkön és egyéb tényező rontja (azaz az élet szempontjából javítja) a helyzetet.

Mielőtt azonban teljesen elkanyarodnánk a tudományos irányba, térjünk vissza a témánk alapjául szolgáló napelem rendszerekhez. A napelem a beérkező fényt alakítja át villamos energiává, mára egyre hatékonyabb technológiák alkalmazásával.

Amikor a fény eléri a napelem cellákat, akkor az abban található szilícium fogja nekünk megtermelni az áramot. Az alapvetése a napelem működésének, hogy a napelem cellában két rétegben helyezkedik el a szilícium. Az egyiket foszforral „szennyezik”, míg a másik, alul elhelyezkedő vastagabb réteget bórral szennyezik. Így tudják elérni, hogy a két különböző réteg, pozitív és negatív töltést kapjon. Ez az egyik kulcsa a napelem rendszer működésének. A beérkező nap sugarai elkezdik kimozgatni a szilícium-kötésekből az elektronokat, ami elkezd áramlani a pozitív és negatív réteg közötti semleges zónában. Az elektronok helyén viszont lyukak keletkeznek, amelyek ugyancsak elmozdulhatnak, mint az elektronok. Amíg az elektronok a negatív oldalra, addig a lyukak a pozitív oldalra fognak húzódni. Ez az áramlás lesz, ami az elektromosságot indukálja. Viszont ahhoz, hogy ez az áramlás hatékonyan végbe mehessen, szükséges a rétegeket különböző módon szennyezni. Tehát a pozitív és negatív töltés az, ami a mozgást beindítja és fenntartja, amíg a panelt napsugárzás éri. Annak, aki ennél a leírásnál mélyebb tudományos magyarázatra vágyik, az alábbi tanulmányt ajánljuk a figyelmébe.

Sokakban felmerülhet a kérdés, miért épp szilíciumot használnak. Nos erre a kérdésre a válasz az, hogy a szilícium rácskötései nagyon stabilnak mondhatók. Így elméletileg korlátlan ideig fennmaradnak, így a szilíciumból készített cellák tartósabbnak mondhatók. Emellett rendkívül gyakori félfémről van szó, hiszen az oxigén után a második leggyakrabban előforduló anyagunk a Földön. Emellett jól vezeti az áramot, ami a napelem rendszerek hatékonysága szempontjából kiemelten fontos. (forrás: Wikipédia)

És hogyan áll össze a szilícium, avagy a kristályos, polimer, vagy szerves festék?

További technológiai kérdés még, amivel mostanában egyre többet foglalkoznak, hogy milyen típusú napelem panelt vegyenek. Létezik ugyanis a kristályos napelem, a piacon a monokristályos, vagy polikristályos szerkezeti megoldás a legelterjedtebbek. De lehet találni gallium-arzenid alapú, amorf szilícium alapú, egyéb vegyület-alapú napelemeket. Vagy épp szerves festék-alapú, polimer napelemek és a szerves-szervetlen perovszkitek alapján készült napelemek is kerültek már gyártásba. Összességében azonban a lakossági napelem piacot a monokristályos és a polikristályos napelemek uralják.

Magyarországon mindkét technológia elérhető és nagy mennyiségben vásárolják is a felhasználók. Viszont sokszor nincsenek tisztában azzal, melyiket is lenne érdemes megvásárolniuk. Szakértelem hiányában pedig az eladókra hagyatkoznak.

Érdemes ezért megvizsgálni, hogy Önnek melyik lehet az ideális választás.

Természetesen mindkét típusú napelemnek megvan a maga előnye és hátránya. De mi azt javasoljuk, annak tükrében válasszon napelem fajtát, hogy Ön milyen vidéken lakik. A monokristályos napelem ereje a hatékonyságában rejlik. Mivel nagyobb a hatékonysága, ami körülbelül 19-22%-os, így több energiát tud betermelni a napos időszakban. Azonban kiemelendő, hogy a hatékonysága a napos időszakra vonatkozik. Tehát a monokristályos napelem akkor dolgozik a legjobban, ha a napsütés folyamatos és erős.

Ezzel szemben a polikrostályos napelem a szűrt fényben is egészen parádés értékeket tud generálni. Viszont a hatékonysága valamivel kisebb, csupán 13-18%. Ez alapvetően nem tűnik számottevőnek és azt is érdemes megjegyezni, hogy egyre kevesebb lehetőségünk van polikristályos napelemet venni, egyre inkább előtérbe helyeződik a monokristályos napelem. Pedig amikor a napelem rendszer telepítésén gondolkodunk, akkor hosszú távon elég sokat nyerhetünk. Vagy veszíthetünk esetleges rossz döntés miatt. És bár nem vagyunk nagy ország, de Magyarország területén is akadnak egészen különböző területek, ami a napsütéses órákat illeti.
Forrás: https://www.met.hu/eghajlat/magyarorszag_eghajlata/altalanos_eghajlati_jellemzes/sugarzas/

Ha Ön úgy érzi, segítségre van szüksége a választásban, keressen fel minket, országosan segítünk a legjobb megoldás kiválasztásában! Szakértő kollegáink készséggel állnak az Ön rendelkezésére már a tervezési fázisban!

Konzultáció kérése

Visszakanyarodva a napelem technológiához, áram már van, de ebben a formájában még nem tudjuk felhasználni. Ennél a pontnál ugyanis még egyenáramról beszélünk. Viszont a háztartásokban használatos eszközök váltóárammal működnek. Ennél fogva szükséges közbe iktatni egy fontos eszközt, amely segít nekünk az egyenáramot váltóárammá alakítani. Ez az eszköz pedig a napelem inverter.

Ha valamilyen szinten már foglalkozott a napelem témával, akkor biztosan találkozott az inverter fogalommal. De tudja, hogy pontosan milyen célt szolgál egy napelem inverter?

A napelem invertereket több típus besorolás alapján különböztethetjük meg

  •  a hálózatba tápláló (On-Grid) napelem inverter,
    • egyfázisú,
    • háromfázisú
  • a sziget üzemű (Off-Grid) napelem inverter,
  • hibrid inverter, ami a hálózatba visszatápláló és a sziget kombinációja.

Azt azonban ki kell emelni, a napelem inverter kiválasztásánál ez elsődleges szempontunk az legyen, hogy az áramszolgáltató elfogadja azt.

A szakemberek az inverter kiválasztásánál az ellátandó rendszerhez szokták igazítani a megfelelő eszközt. Azonban érdemes mindig megfontolni, a jelenlegi állapot megegyezik-e a jövőbeni fogyasztási terveinkkel. Ezért ajánlatos egy tanácsadóval megvitatni ezt a kérdéskört. Lehetséges ugyanis, hogy most nincs különösebben nagy áramfelhasználásunk, de a későbbiekben szeretnénk klímát felszerelni, vagy elektromos autót vásárolni. Vagy épp a gáztűzhelyünket elektromos főzőlapra és sütőre cserélni. Ilyenkor már célszerű előre gondolkodni és már eleve nagyobb teljesítményű napelem inverter mellett letenni a voksunkat a napelem rendszer telepítésekor is. Később jellemzően többlet költségekkel járhat a rendszer bővítése. Nem beszélve a hivatalos eljárások újrakezdésén. Ugyanis ilyenkor a szolgáltatóval újra végig kell menni az engedélyeztetési eljáráson.

Az napelem inverter azért fontos része még a rendszernek, mivel ez szabályozza a betermelést is az áramszolgáltatóhoz. Mivel a nap folyamán a napelem panelek által termelt energia, ingadozó mértékű, ezért azt mindenképpen szükséges szabályozni.

Csak gondoljunk bele: napközben, amikor maximumon pörögnek a panelek, akkor olyan mennyiségű elektromos áramot vezethetnek visszafelé, ami másoknál túlfeszültséget okozhat. Illetve este ez fordítva működik, akkor a jóval kevesebb betermelés áramkimaradást. Tehát kell egy közbenső szabályozó elem, amely megakadályozza, hogy a betermeléskor anomáliát okozzunk.

Nagyon sokszor találkozunk még azzal a kérdéssel:

Hol helyezzük el a napelem invertert?

Drága eszközről van szó és lényegében a napelem rendszerünk szívéről, agyáról és lelkéről. Ezért egyáltalán nem mindegy, hogy mi lesz a végső helye az architektúra szívének.

Általában az alábbi kritériumoknak kell megfelelni:

  • jól szellőző helyen legyen
  • védett helyre tegyük
  • ne legyen közvetlen napfénynek kitéve
  • ne legyen túl párás a helyiség
  • legyen megfelelő tér körülötte
  • jól hozzáférhető legyen
  • lehetőleg minél jobban védve legyen az időjárási viszontagságoktól
  • kizárólag függőleges pozícióban lehet felhelyezni (maximális dőlésszög 10°, de ez gyártónként és típusonként eltérhet. Erről mindenképpen érdeklődjön az eladónál)

Ha a fent leírt utasításokat betartjuk, akkor nyugodtak lehetünk. Az inverterünk a legnagyobb valószínűség szerint ki fogja tölteni a maximális élettartamát.

Na de milyen márkát válasszunk?

Ha már nézegettük a napelem piacot, akkor felfedezhettük, a márkaválaszték igen széles és akár az ismert nagy márkák is megvetették már a lábukat a szektorban. Amit összességében el lehet mondani, ebben a szegmensben is a távol-keleti gyártók uralkodnak. Ez persze nagyban köszönhető annak, hogy az elmúlt évek statisztikái alapján Kína elképesztő ütemben kezdte el telepíteni a napelem rendszereket, naperőműveket. Ebben a versenyben pedig India is igyekszik felvenni a versenyt.

Forrás: itt

Mivel a világ legnépesebb országairól van szó, és a fogyasztási cikkjeink legnagyobb része is Kínából jön, így ebben mi nem látunk semmi meglepőt. Azt azonban meg kell jegyeznünk, a napelem szektorban elég komoly verseny van. Ez arra sarkallja a gyártókat, hogy minél jobb minőséggel rukkoljanak elő, ezáltal növelve a piaci előnyüket. Ugye egy-egy napelem parkot nem 2-5 évre terveznek a felhasználók. Így ebben a szegmensben nem mindenki ment el az olcsó, de rossz minőségű irányba, sőt.

A PV-Sun kínálatában is megtalálhatja a legjobb minőségű termékeket, ami a nagy ismert márkákhoz képest azonban jóval olcsóbban elérhető. Készleteinket közvetlenül a gyártótól szerezzük be, így Ön is nyugodtan vásárolhat a termékkínálatunkból. Tekintse meg termékkatalógusunkat!

Milyen célra használják a napenergiát?

A napenergia felhasználási területei nem merülnek ki a lakossági elektromos áram termelésében, több felhasználási terület is létezik. A napenergia segítségével hőt is termelhetünk, amivel nemcsak fűtést, de gyártási folyamatokat is lehet végezni. A National Geographic alábbi cikkjében erről is olvashattok bővebben.

Bár az szinte minden esetben igaz, a napenergia, illetve a napelem rendszerek felhasználásával elektromos áramot állíthatunk elő. Mégis a felhasználási területeket tekintve több lehetőségünk van, mint azt elsőre gondolnánk.

A napenergia, mint hőerőmű, azaz a napkollektor

Ilyenkor nem napelemről beszélünk, hanem napkollektorról, és a nap által begyűjtött hőenergia lesz az a tényező, amelyből energiát nyerhetünk.

A napkollektor az egész világon elterjedt, mivel a használhatósága és a nagyszerűsége éppen az egyszerűségében rejlik. Ennél a területnél egyszerűen a nap segítségével melegítünk vizet. Ezt a megoldást Magyarországon leginkább nyaralók, tanyák melegvíz ellátására használjuk. Vagy olyan helyeken, ahol a melegvíz előállítására korlátozott lehetőségeink vannak.

A másik ilyen lehetőség, amikor a nap által felmelegített, valamilyen cseppfolyós anyagot fűtésre használnak. A folyadékot (általában vizet) addig hevítik, amíg az gáz halmazállapotúvá válik és a felszabaduló energiával egy (vagy több) turbinát hajtanak meg. Ezt a megoldást lakossági szektorban nem találhatjuk meg, mivel eléggé költséges megoldás. Ámbár a hatékonyságát tekintve mindenképpen figyelemre méltó. Emellett azonban a helyigény is egy olyan tényező, amely kizárja a lakossági felhasználásból ezt a felhasználási területet.

Koncentrált napenergia felhasználás

Az ipari felhasználás mellett az elektromos szolgáltatóknál is kezd megjelenni ez az alternatíva.

A legjobban talán az alábbi video szemlélteti ezen alkalmazási területet.

lyenkor a napfényt begyűjtő panelek akár 2.000 °C-ot is indukálhatnak a vezetőben. Amely aztán a keletkező hőt használja fel az energia előállításban.

 

A napelem az űrben is hasznos

Ha az űrkutatásra gondolunk, akkor általában olyanokra gondolunk, mint a holdra szállás, az Apollo 13, vagy az utóbbi időben a Space X projekt. De az űrben keringő „használatban” lévő eszközök legtöbbjéről kevesen gondolnánk elsőre, hogy azok is napelemekkel vannak felszerelve. Például a műholdak, a korábban nagy szolgálatokat tevő Keppler űrtávcső. Vagy éppen annak „nagytestvére” a Hubble is napelem rendszerből nyernek energiát.

Lehetőségek a lakossági felhasználásban

Azt el lehet mondani, a megújuló energia, mint olyan, még mindig nem kívánatos dolognak számít sok helyen, a világon. A világgazdaságot irányító nagyvállalatok, illetve világpolitikai szereplők egy részének még mindig nem feltétlenül áll érdekében, hogy teljes mértékben leváltsuk a fosszilis tüzelőanyagokat. Vagy épp a károsanyag kibocsátással járó energiatermelők felhasználását. Bár a törekvés megvan rá, az igény is egyre nagyobb, de a piacra csak lassan tud betörni a napelem, mint alternatív energiatermelés.

Mégis ezeknek a nyersanyagoknak a lassú kimerülésével egyre inkább be kell látni, nem alternatíva keresésről van szó,hanem égetőbb problémáról. Nem beszélve arról, hogy a világ jelenlegi károsanyag kibocsátása mellett a következő évszázadot sem valószínű, hogy megéli az emberiség.

Mint fent említettük, a napkollektort a lakossági szektorban is előszeretettel használják olyan helyeken, ahol a költségek minimalizálása alapvető szempont.

De napelemes rendszerek kiépítésével akár a mezőgazdasági termelést is segíteni lehet. Hiszen egy napelemes rendszerrel, jóval gazdaságosabban tud például vizet szivattyúzni, mint egy aggregátorral működtetett szivattyú. Emellett pedig nem utolsósorban a környezetre sem káros.

közterületek lámpáinál is egyre több helyen látható, feltűntek a napelemek. Ma már Magyarországon is kezdenek elterjedni a napelemes rendszerről működtetett figyelmeztető lámpák. Egyelőre még csupán az egyszerűbb jelzőlámpáknál, de mindenképpen érdemes lesz figyelni a törekvést, milyen irányba fog tovább menni.

Naptűzhely, az alternatív konyha szerelmeseinek. Mi nem gondoljuk, hogy egy kiaknázatlan piacról lenne szó, de gondoltuk, szót említünk erről a megoldásról is. Már csak azért is, hogy ezzel is szemléltessük, a nap ereje szinte végtelen lehetőséget nyújt az életünk bármely területén.

A naptűzhely működése végtelenül egyszerű, leginkább a napkollektor működéséhez tudnánk hasonlítani. Egy parabola alakú tükör, amely egy helyre fókuszálja a napsugarakat. Így a fókuszpontban lévő edényben sütésre alkalmas hőmérsékletet tudunk elérni. Egy próbát megérhet a kíváncsi természetűeknek, de azért a tűzhelyeinket még ne kezdjük el kidobni.

Nyilván egyre több háztetőn láthatóak napkollektorok, egyre több iparterületen számolnak a naperőművek telepítésével. De az jól látható, hogy ma Magyarországon a kiszolgált piac elenyésző a lehetőségekhez képest. Bár hivatalos adataink nincsenek a jelenlegi lefedettségről, azt tudjuk, hogy több ezer háztartás van hazánkban, amelyeknél telepíthető lenne napelem rendszer (legalábbis a magyar kormány terveiben ez a szám szerepel). Becslések szerint mintegy 100-150 ezer rendelkezik már kiépített rendszerrel.

Láthatjuk tehát, a napelem rendszerek történelme, jóval terjedelmesebb, mint gondolnánk. Ennek megfelelően a technológiája és a felhasználhatósága is rendkívül sok, apró részletből tevődik össze. Amit minden esetben a vásárlónak, a későbbi felhasználónak kell összeállítania, a saját igényeire szabva. Ez akkor sem egyszerű, ha valaki ért a villamossághoz, vagy van tapasztalata hasonló rendszerek használatában.

Mi ezért azt javasoljuk, hogy ha Ön még nem foglalkozott mélyrehatóan a témával, mindenképpen konzultáljon szakértővel! Hiszen egy rossz döntés, nem megfelelő választás esetén nagyon nehéz és költséges lehet a kompenzálás.

És ne feledjék, a korábbi vissza nem térítendő állami támogatás, vagy ahogyan sokszor olvasni lehetett róla, a 0%-os hitel, már nem vehető igénybe! Azonban januártól egy újabb támogatással kedvez a kormány a magyar háztartásoknak. A lakásfelújítási támogatás igénybe vehető napelem rendszer létesítésére is! Kérjen konzultációt, ismerje meg a részleteket Ön is! Ne maradjon le!

Megosztás

További cikkek

Miért jobb a kisebb méretű napelem panel? Esettanulmány

A napelem rendszerek piaca az utóbbi években egészen elképesztő módon indult fejlődésnek. Ez azt eredményezte, hogy a napelem panelek teljesítménye ugrásszerűen növekszik. Szinte havonta kapjuk az újabb híreket, miszerint ismét nagyobb teljesítményű napelemet dobtak piacra.

Tovább olvasom

Bruttó elszámolás, szaldós elszámolás. Mit jelent ez a napelem rendszereknél?

Nem ma látott napvilágot, hogy a napelem rendszer használata a jövőben új elszámolási rendszerbe fog kerülni. Egészen pontosan 2024 január 1-től már nem lehet szaldós elszámolással igényelni. Azonban csak nagyon kevesen vannak tisztában azzal, mit is takar ez valójában.

Tovább olvasom

Hőszivattyús fűtés napelem rendszerrel

Sokszor olvashatjuk, amikor napelem rendszerről tájékozódunk, hogy a hatékonyság növelése érdekében kössük össze hőszivattyús fűtéssel. Azonban sokszor találkozunk olyan ügyfelekkel, akik sajnos nincsenek tisztában azzal, mi is az a hőszivattyú. Hogyan működik, miért érdemes ezt alkalmazni és hogyan is jöhet össze a napelem rendszerrel? A következő cikkben ezt szeretném bővebben kifejteni, hogy mindenki lássa, megéri ebben gondolkodni!

Tovább olvasom

Ne csak a villanyszámlát váltsa ki, csökkentse a fűtési költségeit is!

Iratkozzon fel hírlevelünkre és tudja meg Ön is, hogyan lehet a napelemes rendszer a fűtés része!