Napelem panel ismeretek

A napelem panelek napjainkban egyre népszerűbb zöld energiaforrássá válnak, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy a természetes napfényt árammá alakítsuk át. Ebben a blogcikkben megvizsgáljuk, hogyan működnek a napelem panelek és milyen szempontokat kell figyelembe vennünk a tervezés során.

Hogyan működnek a napelemek?

A napelem panelek felületére érkező fény, a napelem cellákat alkotó félvezető (szilícium) rétegekben elektron áramlást idéznek elő, amit a rétegek közé épített vezető szálak, egyenáramú elektromos áram formájában összegyűjtenek, majd a panel kivezető kábelein elektromos áram formájában továbbítanak.

A napelem modulok egyenáramú (DC) elektromos energiát termelnek.

Az előállított egyenáramú elektromos energia:

  • Azonnal felhasználható DC fogyasztók üzemelésére
  • Későbbi felhasználás céljából akkumulátorban tárolható
  • Váltóárammá alakítható, majd otthoni készülékek használatára vagy az áramszolgáltatói hálózatába visszatáplálható. (amennyiben a jogszabályi környezet lehetőséget ad rá és a szükséges engedélyek rendelkezésre állnak)

Megnevezések

A napelemekkel kapcsolatban használt terminológia néha összezavaró lehet, mivel egyes kifejezések egymással felcserélhetők. A legelterjedtebb definíciók a következők:

  • PV cellák: A kék vagy fekete, 125-150 mm-es négyzet alakú szilícium-lapok, amelyek elektromosan összekapcsolódnak egy napelem modulon belül. 
  • PV modul: Üvegbe zárt és általában alumínium keretben elhelyezett és összekapcsolt PV cellák összessége.
  • PV panel: Gyakran szinonimaként használják a modulal, ugyanakkor a “panel” kifejezés a nagyobb méretű vagy több modulból álló egységre használatos, (Például két modul egy sínen rögzítve, vezetékeikkel a rögzítőkben, egy PV panelnek tekinthető.)
  • Napelem mező / generátor: Az összes összekapcsolt napelem panelre utal, mint a teljes rendszer.

Napelem típusok

Kétféle napelem technolgóia a legelterjedtebb az otthoni felhasználásra szánt napelem típusok közül: monokristályos és polikristályos. Mindkét típusnak megvannak a maga előnyei és hátrányai a napenergia hasznosítása terén.

A monokristályos és polikristályos napelemek közötti fő különbség a gyártási folyamatban és a cellák szerkezetében rejlik.

A monokristályos napelemeket egyetlen nagy kristályból állítják elő, amely egy homogén kristályszerkezetet eredményez. A monokristályos cellák egységes színűek és általában hatékonyabbak, mivel az egységes kristályszerkezet jobb áramvezetést tesz lehetővé.

A polikristályos napelemeket több szilícium-darab összeolvasztásával állítják elő, ebből adódóan a kristályszerkezete rendezetlenebb, sok kisebb kristályból áll. Ezek a cellák különböző méretűek és általában kék vagy kékesszürke színűek. A rendezetlenebb kristályszerkezet miatt a polikristályos napelemek alacsonyabb hatékonysággal képesek működni.

Általánosságban elmondható, hogy a monokristályos napelemek drágábbak a gyártási folyamat miatt, de hatékonyabbak is, míg a polikristályos napelemek olcsóbbak, de hatékonyságuk valamivel alacsonyabb lehet. Mindkét típusú napelemet széles körben használják napenergia-előállításra, és az optimális típus a projekt igényeitől függ.

Monokristályos napelem

  • Egykristályos, fekete szín jellemzi
  • Kiemelkedő hatásfok (16-20%)
  • Közvetlen napsugárzás esetén hatékony
  • Hosszú élettartam (akár 25 év garancia)

Polikristályos napelemek

  • Több kritály alkotja, kékes-lilás szín
  • Szórt fényt hatékonyabban képes hasznosítani
  • Kedvezőbb ár a monokristályos napelemhez képest

 

Milyen napelem márkát válasszunk?

Számos magas minőségű PV modult gyártó vállalat létezik, amely közül választhatunk. Amíg egy cég legalább 12 év termék / 25 év teljesítmény garanciát kínál és első osztályú (Tier 1) modulként van besorolva, szinte bármelyik márka választható.

Garancia

A jelenlegi piacon lévő napelemekre a gyártók jellemzően 12 év termék és 25 év teljesítmény garanciát biztosítanak. Ez azt jelenti, hogy a meghatározott időszakig a napelemek hatásfoka a környezet okozta amortizáció következtében nem esik a megadott érték alá. 25 év után sem kell aggódnunk, hiszen bár az évtizedek során a panelek veszítenek teljesítményükből, de több mint 30 év után is kielégítő teljesítményt tudnak nyújtani.

Mit jelent a Tier 1 besorolás?

A Tier besorolás egy rangsor, amelyet a Bloomberg New Energy Finance Corporation (globálisan elismert tanácsadó vállalat) alkalmaz, a PV gyártók minősítésére. Fontos megemlíteni, hogy a besorolás nem egy termék szabvány, sokkal inkább a modul gyártó üzleti stabilitását igazolja, mint pedig a modulok minőségét.

Egyszerűbben fogalmazva, ez a besorolás azt mutatja, hogy várhatóan mely vállalatok lesznek képesek teljesíteni a kínált garanciát a stabilitásuk alapján.

Tier 1 besorolást a gyártók legjobb 2%-a kaphat. A teljesség igénye nélkül a legmegbízhatóbb napelem gyártók közé tartoznak: LONGI, Risen Energy, Ja Solar, Trina Solar, Jinko Solar, LG Solar, SunPower, LG

Néhány ismert napelem technológia, amelyekkel találkozhatunk:

Multi busbar technológia: A multi busbar technológia a napelemeken található gyűjtősínek (busbar) számának növelését jelenti. A több busbar használatával csökken az elektromos ellenállás, javul a modul hatékonysága és teljesítménye.

Perc technológia: Speciális passziváló réteg a napelem hátulján, amely növeli a fényabszorpciót és a hatékonyságot. A PERC technológia segít abban, hogy a napelemek több elektromos energiát termeljenek ugyanakkora területen.

Half-cut technológia: A half-cut technológia során a napelem cellákat két részre vágják, így kisebb cellákat kapunk. A half-cut napelemek hatékonyabbak és jobban ellenállnak a részleges árnyékolásnak, ami előnyt jelent olyan helyeken, ahol az árnyékolás elkerülhetetlen.

Bifacial technológia: Kétoldalú fényelnyelés a napelemeken, ami több energiatermelést tesz lehetővé a visszaverődő fényből is. Ezek a panelek különösen előnyösek olyan helyeken, ahol magas a visszaverődő fény, például fehér tetőkön.

Milyen teljesítményű napelemet válasszaak?

3 kW-nál nagyobb rendszerekhez nagyobb PV modulok használata javasolt, mivel ezek wattonkénti ára olcsóbb, továbbá a nagyobb modulok használata segíthet a tartószerkezet költségeinek csökkentésében és a tetőn rendelkezésre álló hely optimálisabb kihasználásában.

Napelemek sorba kötése:

Sorosan összekötött modulok esetén a feszültség növekszik, miközben az áramerősség változatlan marad. Az ilyen módon sorba kötött modulok egy “stringet” (sorozatot) alkotnak. Amennyire lehet, azonos típusú modulok sorba kötése javasolt a magas hatékonyság fenntartása érdekében. Általában nem ajánlott különböző napelemeket ugyanabban a sorozatban összekötni, de elfogadható, ha azok hasonló áramerősségűek. Ha eltérő modulokat köt össze sorozatban, a sorozat áramerőssége a legkisebb áramerősségű modulra csökken; más szóval, az áramerősség csak olyan erős lesz, mint a sorozat leggyengébb láncszeme.

A sztringek két modultól akár 20 vagy annál több modulig terjedhetnek, attól függően, hogy az inverter milyen feszültséget képes befogadni.

PV modulok soros kapcsolása esetén a modul pozitív csatlakozóját (+) összekötjük a következő modul negatív kimeneti csatlakozóval (-), majd annak negatív csatlakozóját a következő modul pozitív csatlakozójával, és így tovább.

A sorba kapcsolt modulok esetében az összteljesítményt az alábbi módon számoljuk:

Ha sorba kapcsolt modulok között van olyan, amelyiknek a névleges teljesítménye kisebb, mint a többi modulé, akkor az az egész rendszer teljesítményét lehúzza. Tehát a sor teljesítményét a leggyengébb modul árama fogja meghatározni:

A fent említettekből adódóan a rendszer bővítésénél nem javasolt alacsonyabb teljesítménnyel rendelkező vagy használtan vásárolt modul beépítése.

Két sztring esetén MC4 Y csatlakozó párral párhuzamosítandó:

Különböző irányú panelek sorba kötve 

Ha a napelemes rendszer egy inverteren vagy töltővezérlőn működik, a rendszer teljesítménye a napfelkeltétől napnyugtáig azonos lesz az összes panelnél. A lenti képen látható, hogy a tetőn két csoportban telepített napelem nem kapja meg a maximális napfényt.

Ezt elkerülheted, ha külön töltővezérlőt vagy invertert használsz minden napelem csoportra. Azonban készülj fel arra, hogy ezek többletköltséggel járnak.

Napelem modul műszaki adatai

Minden napelem gyártó rendelkezik egy specifikációs lappal vagy adatlappal, amely bemutatja a modulokra vonatkozó részletes információkat. Az alábbiak segítenek megérteni, hogy mit jelentenek ezek az adatok és hogyan kapcsolódnak a rendszertervezéshez.

A napelemek teljesítményét wattban mérik, amelyet az áram és a feszültség szorzataként kapunk meg. A feszültség a sorba kapcsolódó cellák számától, míg az áramerősség elsődlegesen a cellák méretétől függ.

I-V görbe példa különböző besugárzás esetén:

A napelemek leadott feszültsége jelentősen ingadozhat, ezért töltésvezérlőt használata javasolt a leadott teljesítmény maximalizálása érdekében. (a működési feszültség és áramerősség szabályozásával)

A napelemes rendszer elektromos teljesítményét és megbízhatóságát számos egyéb külső tényező befolyásolhatja, mint például a hőmérséklet, a páratartalom, az elhelyezés és a napsugárzás mértéke, amelyek mind-mind a teljesítmény csökkenéséhez vezethetnek.

STC (Standard Test Conditions): Az STC a napelemek teljesítményének mérésére használt, általánosan elfogadott teszt körülmények. Az egységes tesztelési paraméterek lehetővé teszik a különböző napelemek összehasonlítását. A napelemeketet 1000 W/m² napsugárzás mellett, 25°C-os cellahőmérsékleten és AM1.5 légköri állapotban tesztelik.

NOCT (Nominal Operating Cell Temperature):  A napelem cellák várható működési teljesítményét jelöli. Ez a paraméter segít jobban megérteni a napelemek valós körülmények közötti teljesítményét, mivel a valós működési közeg jellemzően eltér az STC által meghatározott tesztelési paraméterektől. A NOCT  800 W/m² napsugárzás mellett, 20°C-os környezeti hőmérsékleten és 1 m/s légsebességen vizsgálja a napelemek teljesítményét.

Példa:

Adat STC NOCT Magyarázat
Maximális teljesítmény (Wp)
445
333.6
Ez azt jelenti, hogy a napelem hány watt energiát képes előállítani a megadott (STC/NOCT) körülmények között.
Üresjárati feszültség (Voc/V)
49.4
46.5
A napelem által generált feszültség értéke, amikor nincs terhelés a rendszerben.
Rövidzárási áram (Isc/A):
11.52
9.28
Egy napelemcella a legnagyobb áramot rövidzárás, tehát 0 feszültség esetén adja le, ezt rövidzárási áramnak nevezzük.
Feszültség maximális teljesítménynél (Vmp/V)
41.2
38.6
Vmp az a feszültség, ahol a napelem a maximális teljesítményt produkálja (Pmax).
Áramerősség maximális teljesítménynél
10.8
8.65
Imp az áramerősség, ahol a napelem a maximális teljesítményt nyújtja (Pmax).
Panel hatásfok (%):
20.5%
20.5%
A panel hatékonysága a napelem által átalakított fényenergia százalékos aránya a beérkező fényenergiához képest. Egy magasabb hatásfok azt jelenti, hogy a napelem hatékonyabban képes átalakítani a napsugárzás energiáját elektromos energiává.

Árnyékhatás és sérülések

Ha egy napelemes rendszer egyes paneljei árnyékosak, azok a panel részleges teljesítményvesztéséhez vezethetnek, és az egész rendszer hatékonyságát drasztikusan csökkenthetik. Ezért nagyon fontos, hogy a napelemeket olyan helyen telepítsük, ahol nincs árnyék.

Az árnyék sokféle lehet, annak kiterjedtsége, formája állandósága, stb. alapján. Mind más-más hatással van ezek függvényében az energiatermelésre és a napelem hosszútávú károsodására.

A hőmérséklet hatása

Ha egy napelem cellájának hőmérséklete meghaladja a 25 °C-ot, a teljesítménykimenet csökken a névleges teljesítmény alá. A napelemek kevésbé hatékonyan működnek magasabb hőmérsékletek mellett, mert a hő ellenállást ad az elektronok áramlásához. Minden 25 °C feletti fokon a modul teljesítménye körülbelül 0,5%-kal csökken. Nagyon hideg éghajlaton az ellenkezője igaz: a csökkent belső ellenállás miatt a nagyon fényes téli napokon akár még a STC (Standard Test Conditions – szabványos tesztelési körülmények) teljesítménykimenetet is meghaladhatja. 

Árnyékos helyre telepítés:

A napelemeket akadálymentes napfénynek kell érnie az év minden napján 9 és 16 óra között. Fontos tudni, hogy még kis árnyékok is súlyosan befolyásolhatják a panel teljesítményét.

A maximális hatás elérése érdekében a telepítést megelőzően felmérést kell végezni a telepítés helyén. A felmérést érdemes világos és napsütéses napon végezni, lehetőleg nyáron, amikor a fák teljes lombozattal rendelkeznek.

A helyszín felmérése során meg kell vizsgálni:

  • Épületek – Meglévő épületek és minden olyan építkezés, amely a későbbiekben árnyékot vethet a helyszínen.
  • Árnyékoló tárgyak – Kémények, villanyvezetékek, oszlopok, sövények és szomszédos tetők.
  • Fák – ha télen végzed a helyszíni felmérést, vedd figyelembe, hogy télen a fák lombozat nélkül kisebb árnyékot vetnek.
  • Dombok és más természetes akadályok.

Egy napsütötte helyszín a nap bizonyos időszakaiban árnyékos lehet. Hasonlóképpen, ha a helyszín nyáron napsütötte, télen árnyékos lehet. Télen a Nap alacsonyabban száll az égen, közelebb van a horizonthoz, és hosszabb árnyékokat vet.

Fontos:

  • Az a helyszín, amelyet kiválasztasz, árnyékmentes kell, hogy legyen. Próbálj meg olyan helyszínt találni, amely egész nap maximális napfényt kap.
  • Ellenőrizd a nap helyzetét különböző időszakokban. 
  • Ügyelni kell a tető állapotára, és ellenőrizni kell, hogy elegendő hely áll rendelkezésre a napelemek számára. Az árnyékoló objektumokat – például a kéményeket, az áramvezetékeket, a sövényeket és a szomszédos tetőket – szintén figyelembe kell venni, mivel ezek hatással lehetnek a napelemek teljesítményére.

Az egyes napelem sorok közötti helyhiány árnyékolást okoz

Az ilyen árnyékolás akkor jelentkezik, amikor az egyik dőlt sorban elhelyezett napelem árnyékolja az azt követő sorban elhelyezett paneleket, és így azok nem kapják meg a maximális napfényt. Az árnyékolás súlyosan csökkenti a rendszer teljesítményét, különösen a monokristályos panelek esetében.

Az árnyékolás elkerülése érdekében biztosíts elegendő távolságot a napelem sorok között. Ajánlott legalább háromszoros helyet hagyni az egy dőlt sor legnagyobb magasságának a két egymás mellett elhelyezett napelem sor között.

Bypass dióda működése

Ha egy napelem cella árnyékban van vagy meghibásodik, annak feszültsége lecsökken, és akadályozhatja a többi cella megfelelő működését. Az árnyékhatás miatt az árnyékolt cellák ellenállása megnövekedik az ép cellákéhoz képest, így a többi cella rajtuk áthajtott árama miatt megnő a hőképződés. Emiatt a cellák túlmelegednek és tartósan károsodnak (ellenállásnövekedésük állandósul).

Erre ad megoldást a bypass dióda, amely egyfajta áthidalóként működhet a rendszerben. A bypass dióda egy alternatív út biztosításával segít elkerülni a problémás cellát, így a többi cella továbbra is energiát termelhet. Ennek köszönhetően megvédi a cellákat a túlmelegedéstől, továbbá a teljes cellafüzér teljesítménye helyett csak egy töredéke esik ki.

Bypass dióda működése:

Napelem tartószerkezetek

A megfelelő napelem tartószerkezetek kiválasztása és telepítése létfontosságú a napenergia-rendszerünk hatékonysága és élettartama szempontjából. A rosszul kiválasztott vagy nem megfelelően telepített tartószerkezetek a következő problémákhoz vezethetnek:

  • Instabil napelemek, amelyek a szél vagy más időjárási viszontagságok hatására megrongálódhatnak vagy elmozdulhatnak
  • Csökkent energia termelés a rossz pozícionálás vagy az árnyékolás miatt
  • Az alacsony minőségű vagy nem megfelelő anyagokból készült szerkezetek korai elöregedése és meghibásodása

A napelem tartószerkezetek többféle típusra oszthatók, attól függően, hogy milyen felületre szeretnénk a napelemeket telepíteni:

Tetőn lévő napelem tartószerkezetek: Ezek a szerkezetek lehetővé teszik a napelemek telepítését különböző tetőtípusokra, mint a sík, ferde vagy különböző anyagokból készült tetők (például cserép, zsindely, fém stb.). Fontos, hogy a tetőn lévő szerkezetek megfelelően legyenek kialakítva a tető anyagának és szerkezetének figyelembevételével.

Talajra telepített napelem tartószerkezetek: A talajra telepített szerkezeteket általában nagyobb napelem-rendszerekhez használják, például mezőgazdasági területeken, ipari létesítményeknél.

Napelemes parkoló állványok és egyéb innovatív szerkezetek: Egyre népszerűbbek az olyan innovatív szerkezetek, amelyek többfunkciósak, mint például napelemes parkoló állványok, amelyek nemcsak napenergiát termelnek, hanem fedett parkolóhelyet is biztosítanak. Ilyen megoldások alkalmazása egyre elterjedtebb városi és közösségi projektekben.

A napelemek hatékonysága és élettartama nagymértékben függ a megfelelő tartószerkezet kiválasztásától. Fordulj az iGreen szakértőihez, akik segítenek az optimális megoldás megtalálásában!

Napelem vásárlása

Az ügyfeleink elégedettsége mindig elsődleges számunkra, a napelemek mellé szakszerű tervezést, telepítést és karbantartást is biztosítunk. Szakértői csapatunk rendelkezésre áll, hogy minden kérdésére válaszoljon, és segítsen az optimális napelem típus megválasztásában, amely hosszú távon fogja biztosítani az otthonod energiafüggetlenségét.

 

Szigetüzemű rendszer kalkulátor

Számítsd ki egyszerűen, hogy a jelenlegi fogyasztásodat milyen szigetüzemű rendszerrel tudnád kiváltani!