Műszaki alapfogalmak

Fotovoltaikus hatás

A félvezető anyagban fénysugárzás hatására a becsapódó foton energiája gerjeszti a töltéseket, amik kimozdulnak a helyükről és az elektromos tér által meghatározott irányba mozognak, azaz elektromos áram jön létre.

Leggyakrabban használt napelem típusok:

I. Monokristályos szilícium

Gyártás során egykristályból húzással kialakított henger, melyet szeleteléssel vágnak megfelelő méretűre. Relatív nagy gyártási energiaigényű. A hatásfoka 19 – 23 %. Az élettartama 25-30 év 80%-os névleges teljesítmény mellett. Direkt fényt jobban hasznosítja.

II. Polikristályos szilícium

Speciális öntési eljárással hasáb alakú tömböket hoznak létre, majd megfelelő vastagságúra szeletelik. Valamivel kisebb a hatásfoka (17 – 19 %) és hasonló az élettartalma. A szórt fényt hasznosítja jobban.

III. Amorf szilícium

Vékonyréteg technológia alkalmazásával egy üvegfelületre viszik fel a félvezető réteget alacsony gyártási költségek mellett. Alacsony hatásfok (6 – 10 %). Teljesen egyedi napelemek is készíthetők.

IV. Vékonyréteg napelemek

amorfhoz is sorolják a gyártási technológiája miatt. Jelenlegi legolcsóbb eljárás keretében egy üveg, acéllemez vagy flexibilis műanyag hordozóra viszik fel a félvezetőt néhány mikronos rétegben. Az amorf-szilícium (a-Si) a legelterjedtebb, olcsó a kadmium-tellurid (Cd-Te) alapú is.  Alacsony hatásfok (5-8%).

A folyamatos fejlesztéseknek mind a gyártástecnológiának, mind az új alapanyagok felhasználásának köszönhetően a napelemmodulok hatásfoka folyamatosan nőnek. PERC technológia, 4 illetve több BUS bar-os rendszer vagy akár a SHARP "multijunction cells" 44%-os hatásfokú modulja!

A napelemes rendszereket mőködési módjuk szerint megkülönböztetjük sziget üzemű, hálózatra visszatápláló illetve hibrid rendszerűnek.

-Sziget üzemű rendszer nem kapcsolódik a hálózatra. A megtermelt villamos energiát rögtön elhasználjuk illetve a többlet termelést egy akkumulátorban a későbbi felhasználás végett eltároljuk. Nem kell a rendszert endélyeztetni. Elszigetelt  az elektromos hálózattól távoli helyeken van létjogosultsága, illetve ahol az elektromos hálózat kiépítése nem lehetséges gazdaságosan. Az akkumulátor tárolókapacitásának méretezése nagy körültekintést igényel mind a termelési mind a fogyasztási oldalról nézve. (Nem egyenletes a napelemek által szolgáltatott energia ezért a nagyobb fogyasztókat mindenképpen a nappali időszakban működtessük! Télen a nyári termelés 15-20%-a áll csak a rendelkezésre. Gondoljunk csak egy burúsabb havazásos téli napokra. Lehet, hogy a havazás miatt 2-3 napig egyáltalán nem lesz termelése a napelemes rendszernek!)

-Hálózatra visszatápláló rendszer egy inverteren keresztül kapcsolódik az elektromos hálózatra. A megtermelt villamos energiát rögtön elhasználjuk illetve többlet termelést visszatápláljuk az elektromos hálózatba. Az elektromos hálózatból a villamos energiát igényünk szerint vételezhetjük és az évente egyszer szaldóelszámolás történik. A rendszert engedélyeztetni kell az elosztóhálózati tulajdonossal és az általa megszabott műszaki paramétereknek megfelelően kell a napelemes rendszert kialakítani.

-Hibrid rendszerű napelemes rendszer tulajdonképpen egy hálózatra visszatápláló rendszer kiegészítve egy akkumulátoros tárolóval. A megtermelt villamos energiát rögtön elhasználhatjuk lletve a többlet termelést eltárolhatjuk egy akkumulátoros tárolóban illetve annak teljes feltöltődése esetén visszatáplálhatjuk az elektromos hálózatba. A hálózatból visszavételezni csak az akkumulátor egy bzonyos lemerítettségénél fog a rendszer. Áramkimaradás esetén az inverter automatikusan leválasztódk a hálózatról és az akkumulátorból biztosítja az áramellátást.. Magyarországon jelenleg a szabályozási környezet miatt nem alkalmazott ez a rendszer (A megtermelt energiát korlátlanul vssza lehet táplálni az elektromos hálózatba és a szaldó elszámolás révén bármikor fel is lehet azt használni. Áramkimaradás esetén ahol biztonsági követelmény a folyamatos vllamosenergia ellátás más módon oldják meg az áramellátást pl. diesel generátorral.)

Normál napelemes rendszerek

A rendszer főbb elemei: napelemmodul, inverter, AC/DC oldali védelem. A rendszer előnye az egyszerűsége és ez egyben hátránya is. A napelemmodulok soros kapcsolásban csatlakoznak egymáshoz így a soros kapcsolásból eredően csak azonos minőségű és azonos tájolású modulokat köthetünk össze. A rendszerben lévő leggyengébb  termelésű modul határozza meg az összes modul termelését bármlyen okból (árnyékképződés, szennyeződés stb..) is csökkent a termelése.

Okos vagy "smart" napelemes rendszerek

Egy modulonkénti teljesítmény optimalizálóval kiegészítve a rendszert a soros kapcsolás által okozott teljesítmény különbségból adódó problémák teljesen kiküszöbölhetőek  és a rendszerünk teljesítményéből csak az adott modul teljesítmény csökkenése fog hiányozni. A teljesítmény optimalizálóval különböző típusú teljesítményű napelemmodulok (esetleges modul hiba vagy bővítés esetén nem bztos hogy az az adott modul még kapható), valamint  a nap folyamán részben árnyékos felületre is lehet modult telepíteni. Magyarországon meghatározó okos napelemrendszert a SolarEdge cég gyártja. Létezik még hasonló rendszer a TIGO, Maxim smart illetve a Huawei. A rendszer a teljesítmény optimalizáló ára miatt kicsit drágább, de ezt ellensúlyozza az optimalizáló miatti kisebb termelés kiesés, a modulok variálhatósága és a modul szintű monitoring lehetősége.