A különböző stratégiák, illetve felújítási lehetőségek segítségével könnyen megalkothatunk egy energiatudatos otthont. Így hónapról hónapra a lehető legalacsonyabb lesz a számlánk, a kiadásainkat egyszerűen minimalizálhatjuk. Azonban ha szeretnénk „továbblépni”, akkor megalkothatjuk az ingyenes házat is.

De mégis hogyan?

Ha a mindennapokhoz szükséges energiát mi magunk tudjuk előállítani, akkor a kiadásainkat nemcsak csökkenthetjük, hanem idővel le is nullázhatjuk. Ebben nyújthat kiváló segítséget a napelemes rendszer. Azonban természetesen a telepítés előtt érdemes megismerni a lehetőségeinket.

Ebben nyújt segítséget az alábbi „szótár”, amelyben néhány igen fontos, a napelemekkel kapcsolatos kifejezés található.

• Abszorpció – Fényelnyelés. A napelemek elnyelik a fényt, és ez által villamos energiát állítanak elő. Minél magasabb egy modul abszorpciója, annál nagyobb hatásfokon működik.
• Diffúz és direkt sugárzás – Ha a napsugárzás szűrődik a felhőkön és a légköri részecskéken, akkor szórt – ún. diffúz – sugárzás jön létre. Ez is biztosít valamekkora energiát, de jóval kevesebbet, mint a direkt (közvetlen) sugárzás. Ez utóbbiról abban az esetben beszélhetünk, ha a napsugarak közvetlen módon érik el a föld felszínét. 
• AC/DC – Az AC a váltakozó áramkör, míg a DC az egyenáram rövidítése. A napelemes rendszerek a működésük során egyenáramot hoznak létre. Ez akkumulátorban tárolható, azonban a fogyasztói felhasználáshoz váltakozó áramra van szükség. Ez a rendszerbe szerelt átalakító segítségével hozható létre. 
• Inverter – A napelemek és a hálózatok közötti kapcsolatot biztosító eszköz, ez alakítja át az egyenáramot váltakozó árammá. Bizonyos esetben további feladatokat is elláthat, például a szinkronizáció és a védelem terén is hasznos lehet. 
• Bypass dióda – A napelemes rendszerek alapvető tartozéka, amely biztosítja a túlmelegedés elleni védelmet. Ez egy cellasorral párhuzamosan kerül bekötésre. 
• Ad-vesz (szaldós) mérő – Ez egy kétirányú mérésre alkalmas fogyasztásmérő, aminek a hálózatra visszatápláló rendszer esetében van szerepe. Ennek segítségével megfigyelhető a megtermelt, de fel nem használt energia mennyisége.
• Modul – A napelemes rendszer „szíve” a modul, amely lényegében egy cellákból álló tábla. Ez kerül fel a háztetőkön vagy a talajon kiépített tartószerkezetekre. 
• Szolár cella – A napelem moduljai sorosan kapcsolt cellákból állnak. Ezek két fajta anyagot tartalmaznak, amelyeket p- és n-típusú félvezetőnek neveznek. Ezeket a fény ionizálja, aminek hatására létrejön az energia – amelyet átalakítva mi is felhasználhatunk a mindennapok során. 
• Túlfeszültség – Ha a villamos berendezés kapcsain nagyobb feszültség jelenik meg, mint az üzemi feszültség, akkor túlfeszültség kialakulásáról beszélhetünk. Ez több tényező hatására is létrejöhet (pl. villámlás, elektromágneses csatolás, statikus hatások), és rendkívül káros a berendezések számára. Éppen ezért szükséges védekezni ellene – minden egyes napelemes rendszer esetében be kell szerelni egy túlfeszültség mérőt.
• kWh – Az energia mértékegysége. A legegyszerűbben úgy tudjuk értelmezni, hogy ha egy 1 kW, azaz 1000 W teljesítményű hajszárítót 1 órán keresztül üzemeltetünk, ahhoz 1 kWh energiára van szükségünk. 

Ez az alapja az áramszolgáltatói elszámolásnak, és ez az alapvető mértékegysége a napelemes rendszereknek is. A kiválasztás során rendkívül fontos, hogy mekkora az otthonunk energiaszükséglete – hiszen ennek fényében kell meghoznunk a döntést a napelem méretét illetően. 

• kWp – (kilowatt peak) A napelem névleges csúcsteljesítményét jelölő mértékegység. A legtöbb esetben így adják meg a napelem rendszerek méretét. A köznyelvben 2 kilowattosként emlegetett napelem lényegében egy 2 kWp teljesítményű rendszerre utal.
• Éves energia igény – Ennek mértéke mutatja meg, hogy az adott épületben mennyi kWh energiát használunk fel egy év során. Ennek ismerete természetesen elengedhetetlen a megfelelő méretű napelem kiválasztásához, hiszen ennek alapján kell megtervezni a rendszert. 
• Villanyóra csere – A napelemes rendszer kiépítésének utolsó mozzanata a villanyóra cseréje. Ezt az áramszolgáltató végzi el, saját időbeosztás alapján. Ennek során általában egy kiegészítő eszközt szerelnek be, így nem kell lecserélni a teljes berendezést.
• MPP (Maximum Power Point): A napelemes rendszer jellemzője, a maximális teljesítmény értéke. Ha minden körülmény adott és a feltételek is kiválóak, akkor ilyen mértékű termelésre lehet számítani.
• MPP tracking: Kiegészítő funkció, amelynek igen nagy haszna van. A hálózatra kapcsolt inverterek esetében használható funkció, amely lehetővé teszi a folyamatos feszültségellenőrzést, így könnyedén elérhető a maximális teljesítmény.

Az egyes fogalmakon kívül akadnak még hasznos információk. A napelemet érdemes a lehető legalaposabb utánajárás alapján kiválasztani, és ebben segíthet a különböző típusok és tartószerkezetek, valamint az egyes kiegészítők megismerése is. 

Napelem típusok

Alapvetően két lehetőséget különböztetünk meg, léteznek a kristályos és az ún. vékonyrétegű technológiával készült napelemek. 

A kristályos fajtákat soros kötésű szilícium cellák alkotják. A monokristályos alkotóelemét elektromos térben henger alakúra húzzák, így az egy tömbben dermed meg. Később ezt vágják méretre, és hozzák létre belőle a modulokat. A polikristályos típust alkotó szilíciumot négyzet alakú tömbökbe öntik, és ebből állítják össze a panelt. A kettő teljesítményét illetően nincs nagy eltérés, de elmondható, hogy általában a forró égöv alatt a mono-, északon a polikristályos a hatékonyabb. 

A vékonyrétegű napelem előállítása során a felvezető réteget közvetlenül a hordozó felületre viszik fel. Ezt fizikai vagy kémiai lecsapatással végzik, ezáltal egy igen vékony réteget hoznak létre. Ennek szintén több típusát különböztethetjük meg, amelyek közül az amorf szilícium (aSi) és a mikromorf szilícium (µSi) alapú rendszerek a legelterjedtebbek.

Napelemek rögzítési lehetőségei

A rendszer megfelelő elhelyezése rendkívül fontos, hiszen ez nagy mértékben befolyásolja a teljesítményét. Emiatt három lehetőség alakult ki, így minden esetben megtalálható a lehető legelőnyösebb megoldás. 

• Rögzítés cserepes tetőre – A ház tetejére síneket helyeznek el a szakemberek, és ezekre szerelik fel az egyes napelem modulokat. 
• Rögzítés lapos tetőre – Egy jó minőségű fém tartószerkezetet alakítanak ki, amellyel elérhető a kívánt dőlésszög. Ezt szerelik fel a tetőre, és erre kerülnek rá a modulok.
• Rögzítés a földre – Előfordul, hogy a tetőre szerelés valamilyen okból nem kivitelezhető (pl. árnyékolás, épület kialakítása). Azonban erre az esetre is van megoldás, ugyanis a napelemet a talajon kialakított tartószerkezetre is fel lehet szerelni.

Egy nélkülözhetetlen kiegészítő: az inverter

A napelemek egyik legfontosabb alkatrésze az inverter. Ennek a feladata, hogy a megtermelt egyenáramot átalakítsa, és így az elektronikai eszközök működtetéséhez felhasználhatóvá tegye. Ezeknek ma már egyre több típusa létezik, de alapvetően két fő technológia alapján készítik el őket. Kaphatóak transzformátorral vagy transzformátor nélkül. Ez utóbbi számít újabbnak, és ennek magasabb a hatásfoka. 

Amit az inverterről tudni érdemes

Legfőbb feladatok

Az áram átalakítása mellett az inverter védelmi funkciókat is ellát, ugyanis a váltóáramot a villamos hálózat értékeihez szinkronizálja. Emellett pedig általában megjeleníti a megtermelt áram mennyiségét, valamint monotoring funkcióval kiegészítve a termelés ellenőrzését is lehetővé teszi. 

Hatásfok

Ennek százalékos értéke azt fejezi ki, hogy az inverter mekkora veszteséggel dolgozik. Tehát ez a szám megmutatja, hogy az átalakítás során mennyi egyenáram vész el. A modern készülékek 95% feletti hatásfokkal dolgoznak, a legjobb inverterek 98%-osak a piacon.

Méretezés

Az inverterek méretezésekor a beépíteni kívánt napelemek összteljesítményét kell számításba venni. Mindenképpen javasolt pontosan méretezett kiegészítőt alkalmazni, mert bár az inverterek széles tartományban tudnak dolgozni, a legjobb hatásfokra a gondosan megválasztott típus képes. 

Garanciaidő

Az invertereket általában 5-25 éves garanciával készítik.

A napelemek védelmi berendezései

Akárcsak minden elektromos rendszert, a napelemet is szükséges ellátni bizonyos védelmi berendezésekkel. Egy előre nem látott „elektromos” esemény ugyanis komoly meghibásodást okozhat, amely a rendszer által elérhető anyagi haszon kiesését is jelentheti. Ilyen jellegű meghibásodást okozhat például egy „hálózaton érkezett” túlfeszültség, vagy egy tűzeset is.

A túlfeszültségvédelem

Az inverter és a napelem modulok között nem kötelező a védelmi berendezés telepítése, de erősen ajánlott. Ez hivatott a környezeti hatásoktól nem várt módon (villámcsapás, stb.) megnövekedett feszültség leszabályozására. Ezzel nemcsak az inverter, de az azzal logikailag összekapcsolt háztartási fogyasztók védelme is biztosítható.

A védelem legmegfelelőbb formája a napelemes rendszerbe beépíthető túlfeszültségvédő doboz, amit a napelemsor és az inverter közé kell beszerelni.

A tűzvédelem

A napelemes rendszerek esetében egy esetleges tűz keletkezésekor a napelem mező és az inverter között akár 1000V-os feszültség is kialakulhat. Ez rendkívül balesetveszélyes, aminek elhárítására hozták létre a tűzvédelmi kapcsolót, ami lehetővé teszi a DC áramkör megszakítását. Ennek beszerelése minden esetben kötelező, ha a DC kábel nyomvonalat több mint 5 méter. 

Bypass dióda a napelemben

Normál esetben a napelemet a gyártás során 60 cellából álló stringbe füzérezik össze. Ez azt jelenti, hogy egy modult összesen három dupla oszlopos sor alkotja, amelyek mindegyike – a számok törvénye alapján – húsz egységből áll. Ezek egymással összeköttetésben állnak, hozzávetőlegesen 0,5V feszültséget termelnek cellánként. Ebben a rendszerben kap helyet a bypass dióda is.

Hogy miért van erre szükség?

A napelemes modulok a fényt alakítják át elektromos árammá, tehát fotódiódaként működnek. A rendszer akkor teljesít a maximumon, ha a modul teljes felületét egyenlő mértékben süti a nap. 

Tegyük fel azonban, hogy bizonyos területeket beárnyékol egy fa. Ilyenkor mi történik? A beárnyékolt cella nem lesz képes ugyanolyan hatékonysággal működni, ezért a napelem terhére lesz. Hogy miért? Mert ahhoz, hogy ugyanolyan teljesítménnyel működjön, nagyobb energiára van szükség. Azonban ez csökkenti a rendszer hozamát, hiszen több energia használódik el, mint amennyit az adott cella meg tud termelni. Ez pedig felmelegedést okoz, és végül kiégéshez vezethet. 

A probléma megoldására alkották meg a bypass diódákat, amik egyfajta áthidalóként működnek a rendszerben. 

Lássuk most mindezt a gyakorlatban!

A világosabb átláthatóság kedvéért álljon itt egy példa, ami jól bemutatja a diódák előnyét és működését.

Adott egy 10 stringből álló rendszer, amely inverterre kötve működik. Alapvetően minden a nagykönyv szerint működik, tehát a tartozékok kiválóan funkcionálnak. Azonban a negyedik string egyik cellájának teljesítménye 30%-kal lecsökken. 

Mi történhet ilyenkor?

1. Az összes modul teljesítménye csökken, aminek hatására a termelés mindösszesen 70%-os lesz. 
2. Aktiválódik a bypass dióda, és a hibás cella kivételével minden tovább működik tökéletesen – a termelés pedig 96,6%-os lesz. 

Mindebből nagyszerűen látszik, hogy csupán egy kis eszköz milyen hatalmas teljesítményre képes. A bypass dióda ugyan egy apró dolognak tűnhet, de a segítségével rengeteget javítható a termelés. És mivel a napelemes rendszert úgy érdemes megtervezni, hogy a lehető legnagyobb hatásfokon működhessen, nem ajánlott kihagyni a diódát.

A napelemes rendszerek alapos megismerése rendkívül hasznos, mind a vásárlást megelőzően, mind a felszerelést követően. Jó tisztában lenni az egyes fogalmakkal, kiegészítőkkel és nélkülözhetetlen tartozékokkal, hiszen így pontos képünk lehet a működésről.