A napelemes szigetrendszer alapelemei

A zöld energia, a tiszta és megújuló napenergia a legjobb alternatíva a lakossági és ipari fogyasztók számára szerte a világon. A napenergia használata minimálisra csökkenti a teljes üzemeltetési költséget és a szén-dioxid okozta környezetszennyezést. A hagyományos fosszilis energiaforrásokról a zöld energiára, különösen a napenergiára való átállási arány világszerte rohamosan növekszik.

Mire lesz szükségünk ha önállóan, akár a közüzemi hálózattól független napelemes szigetrendszert szeretnénk telepíteni? A napelemes szigetüzemű rendszereknek 4 alappillére van: a napelem panelek, a töltésvezérlő, az inverter és az akkumulátor pakk.

A napelemes szigetrendszer alapelemei: napelem panelek

A napelem panel (más néven fotovoltaikus cella vagy napelem) egy olyan eszköz, amely elnyeli a napfényből származó fotonokat, és elektromos energiává alakítja át. Az elmúlt években az off-grid és a hibrid hálózati rendszer elterjedtebbé vált, mivel használatukkal a fogyasztók kiküszöbölhetik, de legalábbis csökkenthetik az áramszolgáltatótól való függőséget. Használatuk néha az egyetlen elérhető megoldás az energiaellátás biztosítására, például tanyákon, vagyis a közüzemi áramellátásba nem bevont területeken.

Kétféle napelemmel találkozhatunk a piacon: a polikristályos és a monokristályos változattal. A monokristályos napelemek hatékonyabbak és kicsit drágábbak, mint a polikristályos napelemek, de a hatékonyság az adott telepítési helytől is nagymértékben függ, így lényegében mindkét típus ugyanúgy használható hazánkban. A napelem tömböket sorosan vagy párhuzamosan csatlakoztathatjuk a töltésvezérlőhöz. A kivitelezés módja attól függ, hogy mennyi a telepítési helyen a napsütéses órák száma, mekkora a az energiafelhasználási igény, mennyire napsütötte a tetőfelület, használunk-e majd akku pakkot, stb.

A napelemes szigetrendszer alapelemei: töltésvezérlő

Ahogy a neve is sugallja, a töltésvezérlő (más néven töltésszabályozó) egy olyan eszköz, amely az akkumulátorokhoz csatlakoztatott napelemek feszültségének és áramerősségének a szabályozására szolgál. A töltésvezérlő fő célja, hogy megakadályozza az akkumulátorok túltöltését a napelemeken keresztül (ami az akkumulátor károsodásához is vezethet), mivel a 12 V-os napelemek 17-20 V feszültséget biztosítanak terhelés nélkül vagy teljes napsütés esetén. A magasabb feszültségérték hátterében az áll, hogy különböző klíma- és környezeti viszonyokhoz gyártanak napelemeket, így azok felhőtakaró, kevés napsütés vagy erős köd stb. esetén is a maximális névleges feszültséget adják. A töltésvezérlők többféle típusa is elérhető a piacon:

• Egyszerű – 1- és 2-fokozatú töltésvezérlők: relé és söntellenállás szolgál a feszültség egy- vagy kétfokozatú vezérlésére, így túlfeszültség esetén leválasztja a napelemet az akkumulátorról.
• PWM (Pulse Width Modulation - impulzusszélesség-moduláció) – 3 fokozatú töltésvezérlők: modulációval ellátott impulzuson alapul. Túltöltés esetén leválasztja az akkumulátor áramkörét a csatlakoztatott napelemről.
• MPPT (Maximum Power Point Tracking) vezérlők: az MPPT egy DC-DC átalakító a napelem tömb és az akkumulátor pakk között. Optimalizálja és szabályozza a magasabb DC feszültségszinteket a napelemről, és átalakítja az alacsonyabb optimalizált és szabályozott feszültségre az akkumulátor töltéséhez. Az MPPT töltésvezérlők kicsit drágábbak, de hatékonyabbak: 10-30%-kal több energiát biztosítanak az akkumulátornak, 94-98%-os hatásfokkal.

A napelemes szigetrendszer alapelemei: inverter

Az inverter a napelemes rendszerek egyik legfontosabb berendezése. Ez egy olyan eszköz, amely a napelem által termelt egyenáramú (DC) villamos energiát váltakozó áramú (AC) villamos energiává alakítja, amelyet az elektromos hálózat felhasználhat.

A felhasználói igények kielégítésére többféle inverter típus érhető el a piacon:

• Központi vagy string inverter: költsége alacsonyabb, viszont kevésbé hatékony, mivel teljesítménye a leggyengébben teljesítő paneltől függ.
• Mikroinverter: minden egyes panelhez külön mikroinverter tartozik, ami így zökkenőmentes és megbízható működést nyújt még kevés napsütés mellett is, de költsége magasabb.
• Teljesítményoptimalizáló inverter: átmenet a string és a mikroinverter között. Akárcsak a mikroinverterek használatakor, ebben az esetben sem okoz gondot, ha egy panel nem tud áramot termelni, mert pl. árnyék vetül rá.

A napelemes szigetrendszer alapelemei: akkumulátorok

Az akkumulátorokat tartalék töltés tárolására használják. A napelemes rendszerekben különböző típusú akkumulátorokat használnak tárolásra, illetve az éjszakai energia biztosítására, amikor a napelemek közvetlen áramellátása nem elérhető. Az akkumulátorok soros, párhuzamos vagy soros-párhuzamos csatlakoztatása a rendszer kialakításától függ, azaz a 12V-os, 24V-os vagy 48V-os rendszerkonfigurációtól. Hibrid üzem esetén (amikor az inverter a közüzemi elektromos hálózatból is tud energiát vételezni) ha az időjárás kedvezőtlen, illetve napsütés hiányában az akkumulátort a váltóáramú hálózatról, inverterről lehet tölteni későbbi használatra.

Forrás: https://www.electricaltechnology.org/2019/10/components-solar-panel-system-installation.html
Töltésezérlő fotó: https://www.electricaltechnology.org/wp-content/uploads/2019/10/5-100-Ampere-12-48V-Max-170A-150V-MPPT-Charge-Controller.png