Szerző: Véghely Tamás napenergia szakértő
Az EU-solar Zrt. szakmai tanácsadója
A szigetüzemű napelemes rendszerekről szóló cikkünk második felvonásában a különleges berendezésekről lesz szó. Ezek olyan alkalmazási területek, amelyek csak és kizárólag ilyen kivitelezési módon valósíthatók meg.
KÜLÖNLEGES SZIGETÜZEMŰ RENDSZEREK
Ilyen különleges sziget üzemű napelemes rendszernek számítanak például a világítótornyok, a mikrohullámú, vagy telefon átjátszó tornyok, a tengeri bóják, az űrhajók, a napelemes repülőgépek, de ide sorolhatók egyelőre az elektromos autók is. A felsoroltak alapján látszik, hogy a különleges sziget üzemű napelemes rendszerek formájukban igen változatosak lehetnek, mégis bizonyos szempontokból megegyeznek:
- fokozott biztonsággal kell működniük,
- korlátozott energiával rendelkeznek,
- folyamatos energiapótlást igényelnek.
9. Ábra Távközlési állomás napelemes ellátással
10. Ábra Tengeri jelző bója napelemes ellátása
11-12 Ábrák Az űrállomás napelemei
Az egyik hazai jó példa a szigetüzemű napelemes rendszerre az első magyar solar autó, melyet a kecskeméti főiskola (GAMF) csapata késztett el neves világversenyekre, mellyel világraszóló eredményeket ért el. A teljesen saját tervezésű, első magyar napelemes autó Ausztráliában és Dél-Afrikában is kimagasló eredményeket ért el. A csapat munkáját és az elért sikereket az EuroSolar magyar tagozata, 2015-ben Napenergia díjjal is elismerte.
13 Ábra Az első magyar solar – autó, a MEGALUX
A szigetüzemű rendszerek három fajtája van: tisztán DC ellátás, tisztán AC ellátás és DC/AC ellátás. A következőkben ezek sajátosságait és különbségeit mutatjuk be.
TISZTÁN DC ELLÁTÁS
Ahogy a korábbi cikkünkben már írtuk a sziget üzemű napelemes rendszerek egyszerű formája esetében nem alkalmazunk invertert, így pedig minden berendezésünk egyenárammal üzemel. A DC üzemmódot AC üzemmódra átállítani, vagyis egyenáramból váltóáramot előállítani csak inverter beiktatásával lehetséges. Fontos megemlíteni, hogy a DC napelemes ellátás veszteségei nagyobbak, mint az AC-s működtetés során, továbbá az akkumulátor környezetének kábelezése (be és kimenet) kritikus.
TISZTÁN AC ELLÁTÁS
Amennyiben a berendezések működtetése váltóáramot igényel, akkor AC ellátást kell kiépíteni. inverterrel. Ez esetben csak néhány DC üzemű berendezés működhet AC-vel is, ezért a fogyasztói parkot át kell vizsgálni. Az AC ellátás lehet, egyfázisú, és/vagy 3 fázisú. A berendezéseket ezen feltétel alapján kell megválasztani.
14 Ábra sziget üzemű napelemes rendszer akkumulátorral
DC/AC ELLÁTÁS
Előfordulhat, hogy a rendszerünk egyaránt tartalmaz egyen- és váltakozó áramigényű berendezéseket. Ez esetben célszerű mindkét (AC és DC) kimeneti forrást kiépíteni, és ezt követően a mindenkori fogyasztási igény dönti majd el a használatot.
Inverterek
Az inverter a szigetüzemű napelemes rendszerek esetében a rendszer kulcsa. A hálózati „interaktív” inverterek – például a Growatt típusok – többféle üzemmódra is képesek, ugyanolyan biztonsággal. A Growatt SPF 3000 TL HVM 24/48 sorozat esetében megválaszthatjuk, hogy a bemenet a napenergia, vagy a hálózat legyen. Az SPH 3000-6000 sorozat esetében az üzemmód programozható.
Az inverter tényleges elektromos kapcsolásától függően a kimenet többféle jelalakú lehet (egy berendezés esetében, természetesen mindig csak egy). Szükséges szót ejteni a jelalakokról is. Az elektromos/elektronikai iparban, főleg a váltakozó áramú területen a jelek jellemzői (amplitúdó, frekvencia, fázis, torzítás, stb.,) között, a jelalak nagyon fontos tényező.
Szinusz jelalak
A szinusz jelalak az elektromosság/elektronika egyik favorit jelalakja, mert nagyon sok kedvező tulajdonsága van (http://www.hit.bme.hu/~papay/edu/KommTech/6_A.pdf) A tisztán szinusz jelalak előállítása a napelem iparban (és máshol is) drágábbnak bizonyult, mint más jelalakok esetében, ezért létrejöttek a nem-szinuszos inverterek. Bizonyos berendezések működőképesek egyéb (módosított szinusz, trapéz, négyszögjel) jelalakokkal, de ez nem általános. Sajnos ezek a jelek sok felharmonikust is tartalmaznak, ezért zavarhatják – egyébként egyre érzékenyebb – környezetünket.
15 Ábra. Az ábrán bemutatjuk a „módosított szinusz” jelalakokat. (forrás, Véghely Tamás: Napelemes rendszerek villamos berendezései c. tankönyv 54. old)
Négyszög és „szinusz szerű négyszög” jelek
Az elektronika másik gyakori jelalakja a négyszög alak. Ahogy a neve is mutatja, formavilágát a négyszögek jellemzik. Gyakori hiba azonban, hogy ezt az alakot összetévesztik a „módosított szinusz” jelalakkal (lásd előző ábra jobb alsó kép).
A fenti, 16. ábrán részletesen feltüntettük mindhárom jelalakot, így jól láthatók a különbségek. Figyelem a módosított szinusz jelnek null-átmeneti szakasza is van (kék vonal)!
A villamos (elektromos/elektronikus) berendezések többsége jellemzően érzékeny a jelalakra. Ugyanakkor vannak olyan eszközök, melyek esetében szinte mindegy a jelalak, bármely formával működnek. Ilyenek a hagyományos fényforrás eszközök (izzólámpák), merülőforraló, villamos „rezsók”, némely hűtőszekrények, szivattyúk, villamos kéziszerszám egy része, stb.
Figyelem! A négyszögjellel (és a többi nem szinuszos jel) működő berendezések általában olcsóbbak, de a magas felharmonikus tartalom (EMC, Electromagnetic interference (EMI), radio-frequency interference (RFI)) miatt több zavart sugároznak ki. Ezek pedig zavarhatják a szomszédok berendezéseit is.
Growatt inverter típusok
A nevesebb, piacvezető inverter gyártóknak sok esetben gazdag termékkínálatuk van. Ezek között megtalálhatók a tisztán sziget üzemmódú, vagy váltott üzemmódú (további szokásos elnevezések: hálózati interaktív, hibrid) inverterek. Utóbbi típusra példa a Growatt 10000HYP inverter is, melynél kétféle üzemmód állítható be: hálózatra tápláló, vagy sziget üzem.
17 Ábra Growatt inverterek
Az akkumulátor
A sziget üzemű napelemes rendszerek „szíve”, motorja az energiát tároló egység, az akkumulátor. Az „agyközpont” pedig az inverter. (Az akkumulátorokkal részletesebben egy következő cikkünkben fogunk foglalkozni.) Az akkumulátor az elektromos (elektronikai) ipar egyik legkevésbé értett eszköze. Az akkumulátorral kapcsolatos ismereteink többsége tapasztalati úton jött létre. Az akkumulátor a villamos energiát kémiai reakciók segítségével tárolja és adja le. A nagyenergiájú, pillanatszerű töltésbevitel és töltésleadás nem lehetséges. A piacon jelenleg igen sokfajta akkumulátor létezik, viszont ebben a cikkben csak a napelem ipar számára használatos akkumulátorokkal fogunk foglalkozni.
Az akkumulátorokat két nagy csoportra lehet bontani:
- az informatikai (kisáramú) alkalmazások,
- erőátviteli célú (nagyáramú) alkalmazások ( ezek az indító akkumulátor, elektromos motorok energiaforrásai, stb.,).
Az akkumulátor legfontosabb jellemzői:
- tároló kapacitás,
- feltölthetőség (ciklusszám),
- töltés megőrzési képesség (önkisülés),
- töltési és kisütési áramok,
- kisütési mélység (DOD, depth of discharge),
- feszültség.
A napelemes rendszerekkel megtermelt energia tárolásának egyik módja az elektromos energia közvetlen tárolása, amelyet akkumulátorokkal tudunk megoldani. Ezen a területen sok félreértés kering a felhasználók között, ezért első lépésként tisztáznunk kell, hogy mely akkumulátorok a legalkalmasabbak a napelemes rendszerekhez.
Az üzletekben, interneten fellelhető akkumulátorok választékában találkozhatunk lúgos, savas, líthium (LiFePO4) és egyéb rendszerű (vanádium redox, vizes) akkumulátorokkal.
Napjainkban a legelterjedtebben alkalmazott típus az ólom-savas akkumulátor. Ezeket a következő csoportokra tudjuk bontani: folyadék elektrolitú, nyitott és kötött elektrolitú, zárt rendszerűre. A nevük egyben utal a felépítésükre is. A nyitott akkumulátoroknál lehetőségünk van beavatkozni az akkumulátor kémiai folyamataiba (pl. párolgás utáni víz feltöltés, savsűrűség beállítás), ez némi szaktudást, előkészítést és odafigyelést igényel. A zárt rendszerű akkumulátorokat szokás gondozásmentesnek is nevezni –, ami csak részben igaz –, ennél a kivitelnél nem tudjuk a belső folyamatokat alakítani. Ennek megfelelően a zárt kivitelű akkumulátorok kényesebbek a külső üzemeltetési körülményekre. Gondolunk itt pl. a hőmérsékletre, melynek fontos szerepe van a élettartam esetében.
A solar akkumulátor
Sok cég úgy hirdeti termékeit, hogy solar-akkumulátorként ajánlja a hagyományos akkumulátorokat. E két típus nagyon hasonlít egymásra, de némely paraméterben eltérnek egymástól. A hagyományos akkumulátorok töltése akkor esedékes, amikor azok lemerültek. A napelemes (és szél) rendszerek energiatárolóit viszont akkor töltik, amikor az energia rendelkezésre áll. Így az esetek többségében – és a jól méretezett rendszerekben szinte mindig –még ki sem merült az akkumulátor, a töltés máris beindul. Közben párhuzamosan akár fogyasztás is lehet. Mindezért az üzemidő jelentős hányadában az akkumulátor szinte sosem éri el a teljes feltöltöttség állapotát, és soha sincs teljesen kisütve. Az ilyen típusú töltéseket úgynevezett „lebegő töltésnek” is nevezzük, mert az akkumulátort nem kisütött állapotban töltjük, hanem „amikor annak ideje van”. A hagyományos akkumulátorok elektróda rendszerét át kellett alakítani ahhoz, hogy a „lebegő töltés” kívánalmainak megfelelően tudjanak működni. Vagyis a solar-akkumulátorok egy módosított elektródarendszerű, a megújuló energiákhoz átdolgozott változatok.
A nyitott és zárt akkumulátorok két legelterjedtebb változata a pozitív és negatív elektródák formája alapján különböztethető meg. Ennek megfelelően vannak síklemezes (szokták kent lemezesnek is nevezni) és henger lemezes (ezeket tubulár-nak is nevezik) akkumulátorok. A lemezek anyaga mindenesetben ólom- vagy ólomötvözet.
A zárt síklemezes akkumulátorokat tovább lehet bontani, és ebben van a legnagyobb félreértés a felhasználók között. A felitatott rendszerű (AGM) és zselés (GEL) akkumulátorokat nagyon nehéz megkülönböztetni, illetve külsőre csak a feliratra, illetve a megbízható gyártó / forgalmazó szavára lehet hagyatkozni. A belsejükben a nagy különbség a két elektróda közötti szeparátorban van. Az AGM akkumulátorok (Absorbed Glass Material) elválasztójának anyaga üvegszál alapú, mely magába szívja a savat és így szilárdul meg. A GEL akkumulátorok esetében viszont egy szilikát-sav vegyület önmagában kristályosodik az elektródák között.
Az AGM akkumulátorokból készülhet általános felhasználásra (pl.: biztonságtechnikai rendszerekhez), szünetmentes tápegységekhez úgynevezett „high-rate” (csúcsminőségű) energiatároló, mobil ciklikus berendezésekhez (kerekesszék, elektromos roller) és természetesen ciklikus szolár rendszerekhez is.
El is érkeztünk ahhoz a ponthoz, hogy a fenti kavalkádból vajon melyik akkumulátor, vagy akkumulátorok jók a mi szolár rendszerünkhöz?
Ezek egyértelműen a ciklikus akkumulátorok. Mielőtt tovább haladunk az akkumulátor kiválasztásához, tekintsük át röviden a jelöléseket, melyek segíthetnek eligazodni az akkumulátorok között.
Akkumulátor jelölések
A felsorolás nem teljes körű, de a gyakorlatban legtöbbet előforduló jelöléseket tartalmazza:
Az Ön számára is fontos a környezetvédelem? Váljon Ön is napelem tulajdonossá! Kérjen ajánlatot. A kalkulációt követően 15 percen belül részletes, személyre szabott árajánlatot küldünk.
