Kezdjük a rossz hírrel: a technológia jelenlegi állása szerint minden, a piacon széles körben elterjedt napelem panel viszonylag alacsony hatásfokkal dolgozik. És most a jó hír: a hatásfok nem azonos a teljesítménnyel. Vagyis amíg a napelemes rendszerünk hozza a kívánt teljesítményt, tehát optimális működés mellett kiváltja az áramszámlánkat, és fedezi teljes éves áramfogyasztásunkat, addig elhanyagolható szempont, hogy milyen hatásfok értékek mellett teszi ezt.

Napelem hatásfok: felvett és leadott energia

Természetesen van összefüggés a teljesítmény és a hatásfok között, de semmiképp sem egymás szinonimái, és a napelem alacsony hatásfoka egyáltalán nem kell, hogy okot adjon az aggodalomra.

A napelemek a Nap fényét alakítják át elektromos árammá. A napelem hatásfok lényegében a napelem celláinak felületére érkező fényenergia és az ebből kinyert villamos energia mennyiségének arányát fejezi ki. Lássuk, mit jelent mindez a gyakorlatban, a legelterjedtebb napelem típusokra vonatkoztatva.

Monokristályos napelem

A monokristályos napelem egy szilícium tömbből áll, melynek köszönhetően igen magas hatásfokkal rendelkezik: nagy átlagban 21% körülire tehető. A nagyobb szilícium tömb okán azonban előállítási költsége, és ebből adódóan ára is viszonylag magas.

Polikristályos napelem

A polikristályos napelem nem egy nagy, hanem több kisebb szilícium tömbből áll. Hatásfoka, ha csak kicsivel is, de alacsonyabb, 20 % körüli. Előállítása költséghatékonyabb, ez pedig tükröződik az árán is.

Vékonyrétegű napelem

A vékonyrétegű napelem is szilícium alapú, de gőzöléses eljárással készítik, mely során csak egy vékony réteget visznek fel belőle a szerkezet felszínére. Ebből adódóan az előállítása nemcsak olcsóbb, de jóval gyorsabb is monokristályos és polikristályos társaiénál. Cserébe sajnos hatásfokban már jelentős csökkenést mutat: mindössze 6-8%-os.

Látható, hogy az eltérések hol kisebbek, hol nagyobbak egyes típusok esetében. Ezek hosszútávon már jelentős hozamvesztességgel járhatnak. Ugyanakkor a kérdést érdemes a költségvonzat szempontjából is megvizsgálni ahhoz, hogy reális képet kapjunk összköltség és megtérülés viszonylatában.

A mérés problematikája

A napelem gyártók a forgalomba hozatal előtt úgynevezett „végmérést” végeznek, mely során egy mérőkamrában adott spektrumú mesterséges fénnyel világítják meg a napelemeket, majd megmérik a kimeneti áram mennyiségét és az egyenfeszültség értékét. Mivel a mesterséges fényforrás spektruma nem egyezhet teljes mértékben a Nap sugárzásának spektrumával, az így kapott eredmény nem pontos, csak megközelítő adat.

Cella hatásfok = napelem hatásfok?

A napelem paneleken belül található cellák nem azonos hatásfokkal működnek, a gyártás során különböző szempontok szerint osztályozzák őket, majd egy afféle kevert halmazt hoznak létre. A cellák hatásfokának átlaga sem teljesen feleltethető meg a panel egészének hatásfokával. Ezt az értéket így definiálni nem lehet pontosan vagy megbízhatóan.

Tájolás és dőlésszög

A 30 és 40 fok közötti dőlésszög a legkedvezőbb a rendszer számára, ez biztosítja ugyanis az optimális, 90 fokos beesési szöget. Lapostetőre is felhelyezhetőek az elemek, ilyen esetben körülbelül ugyanazok a feltételek érvényesülnek, mint talajra telepítés esetén azzal a különbséggel, hogy kedvezőbb magasságban terülnek el a napelemek.

Minél tovább éri a paneleket a Nap, annál nagyobb mennyiségű energiát tudnak előállítani. A déli tájolás a legoptimálisabb, dél-keleti és dél-nyugati tájolás esetén körülbelül 5 százalékos, míg nyugati tájolás esetén 10-15 százalékos veszteséggel kell számolni. Egyik sem befolyásolja jelentős mértékben a beruházás megtérülést. Valós problémával csak akkor találjuk szembe magunkat, ha a tető tájolása északi. Ebben az esetben nem is ajánlott a napelem tetőre telepítése. Ugyanakkor nincs az a tájolás, ami kizáró ok lenne, maximum a telepítés körülményei változnak ennek megfelelően. Hiszen garázsra vagy egyéb melléképületre, fedett terasz tetejére vagy akár a kerti talajra is kerülhet napelemes rendszer.

Ideális vagy optimális?

Ami a körülményeket illeti, a napelemek számára ideális állapot olyan, mint az emberek számára a tökéletes boldogság: szinte csak pillanatokra létezik. Azt gondolhatnánk például, hogy minél nagyobb a hőség, annál jobb a hatásfok: tűző napon több áramot termelhetünk privát mini naperőművünkkel. Ez azonban nincs így. A napelemek többsége 25 Celsius fokon működik a leghatékonyabban. A gyártók ezért a napelemeket 1000 wattos, derékszögű besugárzással mérik, 25 Celsius fokon, amely minden elemében optimális, a valóságban igen ritkán, vagy csak rövidebb időszakokra előforduló környezet.

Vannak terméktípusok, amelyek borús időben is viszonylag sok áramot termelnek, míg mások produktivitása ilyenkor drasztikusabban visszaesik. Tehát semmiképp sem lehet fekete vagy fehér kategóriákban gondolkodni a hatásfok kérdésében. Az azonban bizonyos, hogy adott környezeti tényezők mindenképp befolyással vannak a rendszer egészének működésére, legfeljebb némileg eltérő mértékben. A napelemek hatékonysága folyamatosan változik a különböző környezeti hatások miatt.

Adott körülmények között

A napenergia felhasználását befolyásolja a páratartalom, a felhősödés, a füst, a szmog és a hőmérséklet értéke, a terület földrajzi adottsága, a napfény beesési szöge is.

A napelem hatásfok nyáron természetesen sokkal magasabb, a téli időszakhoz képest, azonban tájegységenként ilyenkor is vannak eltérések. Síkságokon például a felhőzet miatt nyáron több a napsütéses órák száma, mint a hegyvidékeken. Míg télen épp fordítva: a sík terepekre leszálló köd miatt a hegyvidékeken jobban hasznosul a Nap energiája. Nagyobb városok környékén időszakosan problémát jelenthet a szmog is. Ettől függetlenül fontos leszögeznünk, hogy a napelemek mindenütt, minden évszakban termelnek energiát, csak eltérő mértékben. Természetesen lehetne olyan rendszert készíteni, amely erre nem képes, de az már a tervezőasztalon, még a megvalósulás előtt elveszíti létjogosultságát.

Bár a  tiszta, por- és szennyeződésmentes panelekről a fény útját akadályozó hóréteg könnyebben lecsúszik, illetve jobb a hatásfoka is, nem kell külön a tisztításról gondoskodni. Egyrészről ezt az eső mindig megoldja helyettünk, másrészről pedig a takarítás kifejezetten nem ajánlott, hiszen könnyen megsérülhetnek a panelek. Forgatható tartószerkezettel is javíthatjuk a villamos energia termelésünket. Itt azonban mindenképp gondos mérlegelésre van szükség, mivel ezek az eszközök jelentősen megnövelik a beruházás költségét, és fenntartásuk is nagyobb anyagi áldozatot kíván a szinte karbantartásmentes fix tartószerkezetekhez képest.

Smart rendszer: megoldjuk okosba?

A napelemes rendszerek egyik gyenge pontja, hogy a rendszer egésze a legkisebb teljesítményt leadó panelhez igazodik. Ha egy táblára árnyék vetül, vagy egy kiadós vihar után a falevelek tartósan megtapadnak felszínén, akkor az egész rendszer hatásfoka csökken. A napelemek hatásfokát a „Smart” rendszerekkel lehet feljavítani. Ezek optimalizálják a rendszert, összehangolják a különböző dőlésszögű és elhelyezkedésű napelemek működését. Sőt, jelzik is az esetleges hibákat.

Egy beépített „Smart” rendszer egyedi körülményektől függően 5-25% -os teljesítményjavulást is eredményezhet.

<p>The post Napelem hatásfok: ne keverd a teljesítménnyel! first appeared on EBH Solar.</p>

A napelem fajtái ma már igen színes képet festenek, így a szakmában kevésbé jártas vásárlók könnyen eltévedhetnek a sűrű napelem-mezőn. Mai bejegyzésünkben sorra vesszük, hogy milyen típusokkal találkozhatunk a piacon, és ezek milyen előnyökkel és hátrányokkal bírnak.

Mi a napelem?

A napelemek a nap energiáját alakítják át a háztartásban is használható villamos energiává. Egy összetett napelem rendszer részként működnek, melyek magukból a napelem panelekből, az azokat tartó szerkezetből, kábelekből és az energia átalakítását végző inverterből állnak.

A folyamat röviden a következő: a napfény a napelempanel felületére esik, ami elnyeli azokat. Az energiaátadás hatására elektronok szabadulnak fel, melyek áramolni kezdenek, így elektromos tér és feszültség jön létre. Ezt az energiát, az egyenáramot, alakítja át az inverter váltóárammá, amit aztán a különféle elektromos eszközök töltésére és üzemeltetésére, fűtésre, hűtésre, világításra lehet hasznosítani.

Mielőtt azonban sorra vennénk, hogy milyen fajtái vannak a napelemeknek, előbb tisztázzunk egy gyakori, félreértésre okot adó megkülönböztetés, egészen pontosan azt, hogy mi a különbség a napelem és a napkollektor között.

Napelem vs napkollektor

Bár a nevük igen hasonló és mindkettő a nap energiáját használja, a napelemek és a napkollektorok működése között nagy a különbség. Míg előbbi a fotovoltaikus hatásnak köszönhetően elektromos áramot termel, vagyis a nap sugárzását közvetlenül hasznosítja, addig utóbbi a rendszerben keringő folyadékot melegíti fel. Éppen ezért a napkollektort fűtésre, meleg víz előállítására használják.

Most, hogy már tudjuk, hogy mik is azok a napelemek, és hogyan működnek, bemutatjuk, hogy milyen típusaik érhetők el a piacon és azt is, hogy a napelemek fajtái milyen előnyökkel és hátrányokkal bírnak.

A napelem fajtái

Alapvetően két fő kategóriát különböztetünk meg: vannak a kristályos napelemek és a vékonyfilm technológiára épülő napelemek. Ezeket nézzük meg először, majd bemutatunk néhány alternatív megoldást is.

A kristályos napelemek

A kristályos napelemek által alkalmazott technológia meglehetősen kiforrott, ez ugyanis a legrégebbi és legnépszerűbb típus. Ez köszönhető annak, hogy igen nagy hatásfokkal tudnak működni és jó teljesítményt nyújtanak. Elnevezésük egyébként abból eredt, hogy a panelt szilícium cellák alkotják.

Két típusa a mono- és a polikristályos változat, amelyek valójában az előállítás módjában térnek el egymástól.

A monokristályos napelemek

A monokristályos napelemek úgy készülnek, hogy egy szilíciumtömböt osztanak fel egyenlő részekre, nyolcszögekre. Ez alapján egyébként könnyedén felismerhető, ha más fajták mellé tesszük. Kiugróan magas, akár 21%-os hatásfok is elérhető a technológiával, ennek köszönheti népszerűségét.

A legjobban akkor teljesít, ha direkt napfény éri, nem pedig szórt fény, ebből adódik több hátránya is, például az, hogy felhős időben csökken a teljesítmény, ahogy a dőlésszögre és a tájolásra is igen érzékeny. Mivel ára meghaladja a polikristályos változatét, ezért gyakran anyagi megfontolásokból marad alul a konkurencia harcban. 

A polikristályos napelemek

A polikristályos napelemek esetén több szilíciumtömböt használnak, melyeket szintúgy egyenlő részekre osztanak, ebben az esetben azonban négyzet alakúakra. Lilás színükről és a négyzet alakú cellákról lehet őket a legkönnyebben felismerni.

A monokristályos napelemekkel ellentétben ezek a napelemek a szórt fényt igen hatékonyan hasznosítják, így felhős, kissé árnyékolt helyeken is jól teljesítenek. Ennek azonban az az ára, hogy a direkt napfényt nem kezelik annyira jól, bár a hatásfokuk csak minimálisan marad el a mono-tól, 20% körüli. Ha már ár, fontos azt is kiemelni, hogy a polikristályos napelemek előállítása és vásárlási ára olcsóbb, mint a másik kristályos napelemé.

A vékonyfilmes, amorf napelemek

A kristályos napelemek mellett a másik meghatározó típus a vékonyrétegű napelem. Ahogy az előzőekben, a munka nagy részét itt is a szilícium végzi el, azt azonban a felületre gőzölik és egy igen vékony réteget képeznek belőle. Nézzük az előnyöket és a hátrányokat!

Egyértelműen az előnyök táborát erősíti, hogy a vékonyfilmes napelemek nem érzékenyek túlságosan a melegre, vagyis egy-egy forró nyári napon sem kell attól tartani, hogy a napelem rendszer cserben hagy minket. Ugyanígy a tájolásra sem túl igényesek, ami kifejezetten fontos tulajdonság, amennyiben a körülmények nem a legmegfelelőbbek. És amitől még nagyobb érdeklődés övezi az az, hogy jóval alacsonyabb költségen elő lehet állítani.

Hátránya azonban, hogy a teljesítménye és a hatásfoka alacsonyabb, így több panelre van szükség ugyanolyan eredmény eléréséhez. Ehhez társul, hogy az élettartamuk és ennek megfelelően a gyártói garancia is rövidebb.

Egy igen kedvelt altípusa az amorf változat. Az amorf napelemek abban különböznek, hogy egy amorf kristályból készülnek, a félvezető szilíciumot pedig szilán gázból állítják elő.

Hibrid

A hibrid napelemek különlegessége, hogy a napelem és a napkollektor előnyeit egyesíti, vagyis képes meleg vizet és áramot is termelni a rendszer. A paneles rendszer mellett van ugyanis egy vizes rendszer is, ami akár a napelempanelek hűtésére is alkalmas, vagyis elkerülhető a felmelegedésből adódó teljesítménycsökkenés.

Polimer

Egy újfajta vonalat képviselnek a polimer napelemek, amik előállítása alacsony költségen megoldható, felhasználhatóságuk pedig rugalmas. Hátrányuk azonban, hogy még nem kifejlett technológia, ami abban nyilvánul meg, hogy alacsony a hatásfoka és még nem is kezdődött meg a nagy volumenű gyártás.

Napelemes tetőcserép

Léteznek úgynevezett napelemes cserepek is, melyek igen praktikusak, hiszen maguk a tetőcserepek látják el a napelemek feladatát. Ez a megoldás azonban jelenleg még csak igen magas áron érhető el.

Sziget vagy hálózatra kapcsolt

A napelemtípusok mellett fontos említést tenni arról is, hogy nem mindegy, hogy a panelek hogyan alkotnak egy komplett rendszert. Ez két módon lehetséges: szigetszerűen és a hálózatra csatlakozva.

A sziget üzemű rendszerek esetében az ingatlan az elektromos közművektől teljesen függetlenedik, a megtermelt többlet energiát pedig akkumulátorokban tárolja. Utóbbi esetben viszont hálózatra csatlakozott a rendszer, vagyis ide tölti fel és innen pótolja az esetleges többlettermelést és a hiányosságot. Ez azt jelenti, hogy egy két irányba mérő villanyóra beszerzése is szükséges, amivel a termelést-fogyasztást követni lehet.

A napelemek a zöld energia termelésének legelérhetőbb eszközei. A különféle támogatásoknak köszönhetően a felhasználók egyre szélesebb körben férhetnek hozzá ehhez a környezetbarát technológiához.

<p>The post A napelem fajtái: kristályok és rétegek csatája first appeared on EBH Solar.</p>