Áramtermelés nap- és szélenergiából

Ferenczi Odön ,

Aramtermelés nap- és szélenergiából saját "mini" erőművekkel

Budapest, 2007

Szerző: Ferenczi Ödön okl. villamosmérnök

Rajz: Tóth Erzsébet

Lektor: Lambert Miklós okl. villamosmérnök

Borítókép: Skystream hátszélmeghajtású szélgenerátor (Windenergy Megújuló Energia)

© Ferenczi Ödön és a CSER Kiadó, Budapest, 2007

Minden

jog

fenntartva.

Jelen könyvet, ill. annak részeit tilos reprodukálni, adatrögzítő rendszerben tárolni, bármilyen for­ mában vagy eszközzel - elektronikus, mechanikus, fényképészeti úton vagy más módon - közölni a kiadó engedélye nélkül.

A közölt hirdetések anyagáért a hirdető cégek felelnek.

ISBN 978-963-9666-79-5 ISSN 1416-6372

Kiadja a CSER Kiadó Felelős kiadó: a kiadó vezetője 1114 Budapest, Károli Gáspár tér 3. Telefon: 386-9019, 209-2982, 209-3909 Fax: 385-6684 E-mail: [email protected] Honlap: www.cserkiado.hu Tördelés: Mahboubi Salim Nyomdai előkészítés: Pető Erzsébet Borítóterv: Veres Edina Reklámmenedzser: Bágyi Zsuzsa és Veresné Stolz Erika Nyomta és kötötte: Palatia Nyomda Kft., Győr Felelős nyomdavezető: Radek József ügyvezető igazgató •

•

Tartalom

Előszó

5

Szakkifejezések, fogalmak A-tól Z-ig

__

1. A megújuló energiaforrásokról általában

6 9

1.1. A megújuló energiaforrások

kiaknázásának szükségessége

__

9

Energiaátalakítási hatásfok, ár

___

Monokristályos merev" napelemtáblák " Polikristályos merev" napelemtáblák " Amorf szilícium merev" napelemtáblák " "Áttetsző", építészeti célú merev" " napelemtáblák

lehetőségek

1O

Napelemek kis készülékekhez,

1O

Komplett napelemes

1.3. A Nap energiájából származó 1.4. A megújuló energiák

50

készletválasztékok

hasznosításának módjai

12

1.5. A nap- és szélenergia

hasznosításának előfeltételei

13

1.6. A jövő alternatív áramellátó rendszerei

16

48 48

energiakondicionáláshoz

energiaforrásaink

44 46

Hajlítható vékony-fémlapos és feltekerhető napelemek

1.2. Hazai áramellátottsági helyzetkép,

41 42

51

3.2. Kis teljesítményű" szélgenerátorok " Szélgenerátorok,

_

szerkezeti felépítésük

54 54

Főbb szélgenerátor-típusok

55

3.3. Kiegészítő aggregátoros 2. Alkalmazási lehetőségek,

vésztartalék áramfejlesztök

rendszerkiválasztás

22

2.1. Autonóm szigetüzemű áramellátó

_

Korszerű, új technikájú aggregátarak

rendszerek

22

Az aggregátor kiválasztásnak

22

Gyakorlati példa az aggregátortípus

Önálló áramellátás ott, ahol

főbb szempontjai

nincs elektromos hálózat Vízszivattyúk, vízlevegőztetők

27

Közlekedési eszközök áramellátása

_

3.4. Akkumulátor-töltésszabályozók

30

Soros és sönt szabályozású

31

Korszerű mikrokontrolleres

Szellőztető- és hűtőberendezések

64 __

töltőkészülékek

áramellátása Egyéb más helyhez-kötött

töltésszabályozók

2.2. Hálózatra visszatápláló

65 65

Szolár savas ólomakkumulátorok

áramellátó rendszerek

33

Hálózatra visszatápláló napelemes rendszerek

33

Hálózatra visszatápláló napés szélgeneráloros rendszerek

__

35

64 64

3.5. Szolárakkumulátorok

__ _

59 61 63

kiválasztásához

áramellátása

berendezések áramellátása

59

Aggregátortípusok, főbb jellemzőik

__

65

Az ólomakkumulátorok

töltési szabályai

67

3.6. DC-AC inverterek

69

Szigetüzemű inverterek

69

Hibrid inverterek

71

3.7. Egyéb tartozékok, kiegészítőegységek 79 3. Nap- és szélgenerátoros áramtermelő

rendszerek főbb egységei 3.1. Napelemek, napelemmodulok

___

3.8. Energiatakarékos fogyaszták

Energiatakarékos fényforrások

39

Energiatakarékos fogyaszták vezérelt

A napelem, mint elektromos energiaforrás

79

39

és szabályozott működtetése

___

__

79 82

39

3

Nap- és szélgeneráloros

4. Telepítési, tervezési

4.1. Napelemes rendszerek telepítési

108

rendszerek élettartama

84

meggondolások, kivitelezés

6. Nap- és szélgeneráloros

meggondolásai

84

11O

áramforrások a gyakorlatban

Napelemtáblák energiahozamának

6.1. Kis teljesítményű 84

szigetüzemű táprendszerek

11O

A napelemtáblák elhelyezése, tájolása

86

Tervezési meggondolások

11O

Napelemtáblák telepítése, szerelése

87

6.2. Néhány kis teljesítményű

92

6.3. Tanyák, hegyvidéki települések

optimalizálása

autonóm áramellátó rendszer

4.2. Szélgeneráloros rendszerek telepftési meggondolásai A telepítés alapvető feltételei _

6.4. Létesítmények önálló napelemes

97

áramellátása _

116

104

élettartam 5.1. Napelemmodulok energiahozama 5.3. Hibrid rendszerek energiahozama

115

6.5. Hálózatra visszatápláló rendszerek

5. Energiahozam, költségösszetevők,

5.2. Szélgenerátorok energiahozama

11O 113

önálló áram- és vízellátása

92

Telepítési előmunkálatok, szerelés

___

_

_

_

104

rendszertervezők és -telepítők

___

121

107

5.4. Nap- és szélgeneráloros rendszerek főbb költség összetevői, élettartamuk

7. Gyártók, forgalmazók,

106

8. Irodalomjegyzék

______

124

107

Gyártmányaikat, szolgáltatásaikat kínálják a következő cégek: ACCUSEALED Kft.

59. oldal

1158 Budapest, Késmárk u. 14/B. Tel.: 417-3469; Tel./Fax: 417-3449 E-mail: [email protected]; Honlap: www.napelem.hu DEHN + SÖHNE Magyarországi Cégképviselet

109. oldal

2040 Budaörs, Bimbó u. 9. Tel.: 23/500-802; Fax: 23/500-803 Mobil: 30/914-4700; E-mail: [email protected] FOREX Kft.

68. oldal

1037 Budapest, Csillaghegyi út 13. Tel.: 388-8822; Fax: 250-1168 E-mail: [email protected]; Honlap: www.forex.hu NYÍR-ÖKO-WATT Kft.

103. oldal

4400 Nyíregyháza, Szarvas u. 1-3. Tel.: 42/506-688; Fax: 42/506-687 Mobil: 70/450-6503, 450-6489; E-mail: [email protected]; Honlap: nyirokowatt.hu SOLAR ELECTRONIC Kft.

78. oldal

7400 Kaposvár, Jutai út 45. Tel.: 82/526-524; Fax: 82/510-498; Mobil: 30/947-4052 E-mail: [email protected]; Honlap: www .napenergia.info WAGNER SOLAR HUNGÁRIA Kft. 2151 Fót, Németh Kálmán út 26. Tel: 27/538-980, 20/324-1061; www.wagnersolar.hu

4

53. oldal

Előszó

Ebben a könyvben a 60 W...20 kW közötti "kisteljesítményű" nap- és szélgenerátoros áramtermelő rendszereket mutatom be. Ezek az alternatív energiaforrások előtérbe kerülhetnek akkor is, amikor a közüzemi elektromosenergia­ ellátás kiépítése nem gazdaságos (pl. egyes hétvégi és családi házaknál stb.), illetve amikor a kiépítés egyáltalán nem lehetséges. Itt említ­ hetők az elektromos hálózattól igen távol eső települések, pl. tanyák, puszta, hegyvidéki tele­ pülések, tarmak, vadászházak, borospincék, tengerben lévő szigetek, öntözésre, állatitatásra használt mezőgazdasági szivattyúk, adattováb­ bító és vezérlőrendszerek, kisebb hajók, jachtok és különféle jelzőberendezések áramellátási gondjai. Ismertetetem a nap-és szélgenerátoros (auto­ nóm) szigetüzemű, továbbá a közüzemi háló­ zatra visszatápláló rendszereket, s azok meg­ valósítási lehetőségeit. Az energiatakarékos, környezetkímélő energia­

nyerési megoldások nem feltétlenül a tehető­ sek, hanem a széles látókörűek, az új lehetősé­ gekre nyitottan tekintők, hosszú távú gondol­ kodásmódú, az új lehetőségekre nyitottan te­ kintők törekvése. A hosszú távú 25 ...30 évig üzemképes, minimális karbantartási igényű megújuló energiaforrás létesítése értéknövelő beruházás, míg pl. egy-gépjármű már az értéke­ sítést követően azonnal jelentősen veszít értékébőL

A témát teljesen gyakorlati szinten, közérthe­ tően, elméleti fejtegetések nélkül ismertetem. Megvalósítható gyakorlati kiviteleket és rendszer­ technikai megoldásokat mutatok be. A rend­ szerek túlnyomó része a hazai kereskedelem­ ben beszerezhető alkatelemekből és készülé­ kekből (a kisebb teljesítményűek saját kezű­ leg is) megépíthetők, ill. a rendszertelepítőkkel

egyéni igények szerinti kialakításban megren­ delhetők azoknál akik az egyedi tervezést és telepítést is elvégzik. E témakörben kapcsolatos kérdésekben kész­ séggel adnak felvilágosítást a gyártók (Gy), for­ galmazák (F), a rendszertervezéssel, telepítés­ sei és a javítással, karbantartással foglalkozó cégek (RT). A szövegben és az ábraaláírások­ ban zárójelben e cégeket minden esetben fel­ tüntettem. Amennyiben nincs akadálya a nap­ elemtáblák és a szélgenerátor telepítésének, hozzáláthatunk a rendszer "megtervezéséhez". Nagyobb energiaigények esetén azt úgy kell

kezelnünk, mint más nagyobb beruházást. Ta­ nulmányoznunk kell több gyártó termékeit és a jó referenciákkal rendelkező szakképzett forgal­ mazóikat, akik képesek telepíteni, szervizelni, cserealkatrészt adni. Hasonlítsuk össze a ga­ rancia idejét és azt, hogy mit tartalmaz a garan­ cia. Kérjünk igényünkhöz hasonló referenciát, a tulajdonosok tapasztalatait a rendszer működé­ séről, megbízhatóságáról, továbbá fenntartási és alkatrész-igényéről. A könyv igen hasznos lehet azoknak, akik a ke­ reskedelemben kapható választékra terveznek, de hasznos lehet azoknak is, akik az egysze­ rűbb, "saját kezű" kisebb teljesítményű rend­ szerekhez keresnek instrukciókat (pl. barká­ csolók). Végül szeretném megköszönni a gyártók, for­ galmazák és rendszertelepítők baráti támo­ gatását, termékeik és rendszereik, felhaszná­ lására vonatkozó anyagaik átadását. Külön köszönettel tartozom Zavaczki Andreának, a Windenergy Megújuló Energia cégvezető­ jének, aki az anyag kialakítása során számos kitűnő ötlettel, tanáccsal, kritikával nyújtott egyedülálló segítséget. Ferenczi Ödön

5

Szakkifejezések, fogalmak A-tól Z-ig

Aggregátor,

áramfejlesztő

Fékrendszer A szélerőműveknél, vagyis a nagy

Benzin, ill. dízel- vagy biogázmotorral hajtott

aggregátoros

teljesítményű szélgenerátoroknál a fékezés! a

áramfejlesztő generátor. Többnyire vésztartalék­

fordulatszám-beállító, ill. túlpörgés elleni fékezé­

áramforrásként alkalmazzák.

seket a normál üzemben a lapátkerék végzi

Akkumulátor(telep) Több egymással elekt­ romos kapcsolatban álló (pl. 1 ,2 V, ill. 2 V-os)

zések a generátor terhelésével is végezhetők.

akkumulátorcellákból álló, egyenáramú elektro­

fékezés, pl. a lapátvég befordítása, vagy a ten­

mos energia tárolására szolgáló egység. A szo­

gely fékezése tárcsafékkel stb.

(Pitch- vagy Stall-rendszer), de szabályozóféke­ Kizárólag vészhelyzetben történik teljes erejű

lárakkumulátor igen nagy ciklusálláságú és kis önkisülésű savas ólomakkumulátor-típus.

Fényelem, fotoelektromos cella A fény­ energiát, vagyis az elektromágneses sugár­

Akkumulátorbank Több egymással elektro­

zást közvetlenül elektromos energiává alakít­

mos kapcsolatban álló (pl. 6, 12, 24 V-os) akku­

ja át. Ha a fényforrás a Nap, a fényelektromos

mulátortelepből álló egység, amelyek soros,

cella, vagyis a fényelem neve napelem.

párhuzamos, ill. vegyes kapcsolásúak lehetnek.

Generátor Általános értelmezésben a gene­ Alkonyat- sötétedés, naplemente - kapcsaló Olyan elektronikus egység, amely a hozzákap­

rátor elektromos energiát termelő, ill. begyűjtő egység, ill. komplexum: Napgenerátor (napelem­

csolt világítást alkonyatkor be-, kivilágosodáskor

modul, napelemtábla, napelemtábla-mező stb.).

pedig kikapcsolja.

szélgenerátor (szélmotoros áramfejlesztő, nagy

Beautort-skála Hagyományos szélsebesség­ meghatározó táblázat, amely eredetileg a ten­ ger állapotának leírásán alapul.

benzin-, dízel- és biogázmaloros generátor, víz­

teljesítményű szélgenerátor, vagyis szélerőmű). turbinás áramtermelő generátor stb.

elemcellák kimeneti kapcsaira is elhelyeznek

Hálózati - , hálózatra visszatápláló üzem (Utility lnteractíve) A hálózati üzem alkalma­ zásakor a megtermelt (begyűjtött). felhaszná­ lásra nem kerülő felesleges elektromos energiát a közüzemi elektromos hálózatba tápláljuk. Az elektromos energiatermelő generátorak (nap­ elemmodulok, szélgenerátorok stb.) lehetnek egyediek vagy csoportos telepítésűek (pl. szél­ tarmak stb.). A 230 V-os váltakozó feszültséget a hálózati feszültséghez szinkronizált inverter

záró irányban kötött áthidalódiódákat.

állítja elő az egyenfeszültségbőL

DC-AC inverter, DC-AC átalakító, egyen- és váltakozófeszültség-átalakító, váltóirányító, hálózatpótló Lásd lnverter.

Indulási (bekapcsolási) sebesség Az a szél­ amelynél a szélgenerátor elkezd működni.

DC-DC konverter, transzverter, egyenfe­ szültség- átalakító Egy meghatározott egyen­ feszültségből (pl. 12 V-ból), egy nagyobb vagy kisebb egyenfeszültséget (pl. 24, ill. 6 V-ot) elő­ állító elektronikus egység.

lnverter (1. DC-AC inverter) Olyan feszültség­ átalakító, amely a napelemmodul, szélgenerátor (és egyéb áramforrás által termelt). a szolár­ akkumulátorba töltött egyenfeszültségű elektro­ mos energiát pl. 230 V, 50 Hz frekvenciájú, tiszta

Bypass dióda , ill. diódák Sorosan kapcsolt napelemmodulok kimeneti kapcsaira záró irány­ ban kötött diódák. A szóban forgó diódák al­ kalmazásakor a napárnyékba került, "kikapcso­ lódott", vagyis áramot nem termelő napelem­ medul bypass diódáján keresztül tud a többi modul még áramot adni. Egyes gyártók a nap­ elemmoduljaikban a sorosan kapcsolt nap­

6

sebesség,

szinuszos (vagy modifikált szinuszos vagy négyszög, ill. trapéz jelalak lefolyású) váltakozó feszültséggé alakítja át. A hálózatra visszatáp­ lálni tudó (nem szigetüzemű) inverter a kimeneti feszültségét szinkronizálja a betáplálásra kerülő hálózathoz, így az szinkron pozicióban kerül a közüzemi hálózatra. kWp Csúcsteljesítmény kW-ban (p peak, csúcs). Lásd Napelemmodul-csúcste/jesítmény. =

Lapátkerék, ill. rotor (helytelenül: propeller) Fő egységei: lapát, szárnylapát, rotorszárny, ro­ torlapát és csatlakozóegységei: agy, lapátke­ rékagy, rotoragy, lapáttengely, rotortengely stb. Lekapcsolási, leállási sebesség Az a szél­ sebesség, amelynél a szélgenerátor befejezi a működését (biztonsági okokból). Megújuló energiaforrások napenergia, bio­ massza (beleértve a biogáz és a folyékony bio­ üzemanyagok előállítását), geotermális energia, szélenergia, vízenergia (beleértve a tengerek hullám- és árapály-energiájának hasznosítását). Napelem, napelemcella A napenergiát köz­ vetlenül elektromos árammá alakítja át. Nem­ csak a közvetlen napsugárzásból, de a környe­ zet szórt tényéből, sőt a mesterséges fényből is képes elektromos egyenáramot előállítani. Napelemmodul, napelemtábla, napelempa­ nel, fényelektromos modul, szolármodul, PV (Photo Voltaik) modul, napelemblokk Több sorosan,párhuzamosan, ill. vegyesen kap­ csolt napelemcellát egyesítő, nagyobb kimeneti feszültséget és teljesítményt leadni képes közös tokozásba épített egység. Napelemmodul-mező, napelemtábla-mező, szolárszőnyeg A felhasználás, vagyis a telepí­ tés során a sok (sorosan, párhuzamosan kap­ csolt) napelemmodul egybefüggő megjelenése. Más megfogalmazásban: sok napelemmodul­ ból kialakított,egymás mellett elhelyezett komp­ lett áramtermelő (áramgyűjtő) egység. Napelemmodul-csúcsteljesítmény (Wp, p= peak, csúcs), a napelemmodullal begyűjt­ hető maximális teljesítmény 1000 W/m2 nap-

sugárzás-erősségnél, AM 1,5 sugárzási feltétel mellett (1. 3.3. ábra), 25 oc környezeti hőmérsék­ let esetén. Napelemmodulos csomagok, napelemes készletek (szettek) Telepíthető, készen kap­ ható összetételek, pl. 12 V-os, 230 V-os nap­ elemmedulas és hordozható (pl. szabadidő) csomagok. Napkollektor A napkollektorok hőenergia elő­ állítására szolgálnak, pontosabban a Nap su­ gárzó hőenergiáját gyűjtik be. Az ilyen rendszer­ rel előállított meleg víz használati meleg vízként alkalmazható. A fagyálló folyadékos két körös sík vagy vákuumcsöves napkollektorokkal a napsütés az egész év folyamán hasznosítható, így a fűtésrásegítés is elérhető valósággá vált. Szélgenerátor, széirnotoros áramfejlesztő (helytelenül: szélturbina) A szélenergia hasz­ nosítása során a megfelelő sebességű szél egy lapátszerkezetet (szélkereket, szélmotort), vagyis motorként szereplő turbinát forgat, amely áram­ fejlesztővel (generátorral) van összekötve. Ily mó­ don közvetlenül elektromos energiát állíthatunk elő. A 60 W ...20 kW tartományba eső kis telje­ sítményű szélmalorral hajtott elektromos áram­ fejlesztőket (generátorok) általában 6... 30m ma­ gasságban helyezik el. Szélerőmű, ipari teljesítményű szélgenerátor A szél energiájából elektromos áramot előállító nagy teljesítményű (150 kW.. .4,5 MW-os) szél­ generátor (szélmotorral hajtott áramfejlesztő). amely az esetek többségében a közüzemi elekt­ romos hálózatra termel. Általában 60... 11O m magas toronyra szerelik. Szélerőmű-park, szélerőmű-mező, szélfarm Nagyobb csoportokban telepített nagy teljesít­ ményű szélgenerálarak (szélerőművek) együt­ tese, amelyek a közüzemi elektromos hálózatra termelnek (1... 500 MW). Széirnotoros vízszivattyú, vízhúzó szélmotor (vízszivattyús szélerőgép) A mechanikus (membrános vagy dugattyús) vízszivattyút működtető (hajtó) szélkerekes erőgépet helye­ sen szélmaloros vízszivattyúnak (vízhúzó szél­ motornak) nevezzük.

7

Szigetüzemmód, automóm, önellátó, (Stand alone), villamosáram- üzemmód Sziget­ üzemmódról akkor beszélünk, amikor a megter­ melt (begyűjtött) elektromos energiát helyben, saját célra használjuk fel. Ahol a közüzemi háló­ zat is rendelkezésre áll a két üzemmód (a szi­ get- és a hálózati üzemmód) kombináltan is alkalmazható. Az energiaellátást a saját magunk által megtermelt energiára alapozzuk, de szük­ ség esetén (pl. csúcsfogyasztás, szél- és nap­ szegény időszakok esetén) az elektromos fogyasztóinkat a hálózatról (annak hiányában pl. mobil aggregátoros áramfejlesztőről) üze­ meltetjük. Szolgarúd, emelőrúd A szélgenerálort tartó oszlop (acél feszítősodronyokkal kipányvá­ zott vagy az építményhez bilincselt tűzi hor­ ganyzott acélcső oszlop) felemeléséhez és annak leengedéséhez alkalmas, megfelelő hosszúságú acélcső. Tartóoszlop, oszlopszerkezet, állványzat, árboc Csőállvány, rácsos szerkezet, monolit vasbeton torony, kúpos acéltorony stb., ame­ lyeket villámvédelmi okokból feltétlenül földel­ ni kell. Töltésszabályozó, napelemes akkumulátor­ töltő (helytelenül: töltésvezérlő) A töltéssza­ bályozó megakadályozza a szolárakkumulátor túltöltését és annak mélykisütését, s ellátja a rendszer felügyeletét. Változó megvilágítási viszonyok (eltérő napfényerősségek) eselén automatikusan megkeresi a maximális hatás-

8

fokú, legnagyobb teljesítményt nyújtó munka­ pontot (MPPT), s így a napelemmodulokból nyerhető legnagyobb kimeneti teljesítményt hasznosítja. T öltésszabályzó és védőáramkör Lásd Töl­ tésszabályzó. A korszerű töltésszabályzék sok­ oldalú feladatot látnak el. Ilyenek lehetnek: túl­ terhelés-védelem, kisütésvédelem , túltöltés elle­ ni védelem, rövidzárlat elleni védelem, túlmele­ gedés elleni védelem, töltéskijelzés, szélsebes­ ségjelzés stb. Turbulencia Véletlenszerű, kaotikus mozgás a levegőben, amely annak örvénylését, kevere­ dését okozza. Villámvédelem A szélgenerátor-tartóoszlo­ pot és magát a szélgenerálort és a napelem­ modulos rendszerek egységeit feltétlenül földel­ ni szükséges. Vízturbinás áramfejlesztő A természetes vagy mesterségesen felduzzasztott tárolók­ ból lezúduló víz motorként szereplő turbinát for­ gat, s az áramfejlesztől (generátor!) hajt meg, amelynek révén elektromos energiához jutunk. A vízenergia mesterséges tárolója feltölthető oly módon is, hogy napelemmodulokról, ill. szélgenerátorról működtetett szivattyúval a vizet a magasabban elhelyezett tároléba juttatjuk (pumpáljuk). Napfény- és szélszegény idősza­ kokban az elektromos energiát (kisegítő áram­ forrásként) a vízturbinás áramfejlesztő szol­ gáltatja.

1. A megújuló energiaforrásokról

általában

1.1. A megújuló energia­

források kiaknázásának szükségessége

hasznosítására gyártott termékek előtt. A meg­ oldás sürgető, mivel főleg az elektromos ener­ giától való függőség, különösen Kínában és a gyorsan fejlődő távolkeleti gazdaságokban drámai következményekkel járhat az egész vi­ lággazdaságra nézve.

Az. emberiség történelmének jelen szakaszában

kulcskérdés a világ energiaellátása, ugyanakkor az emberi lét fenntartásához alkalmas környe­ zet megőrzése. Az. energiatermelés és -felhasználás mennyisége

és minősége, valamint importfüggősége jelen­ tősen befolyásolja országunk gazdasági hely­ zetét és versenyképességét, továbbá a környe­ zeti terhelése révén az emberi életminőséget. Tény, hogy minden oldalról óriási erők csapnak össze, sok érdekcsoport létezik, amelyeknek nem érdekük a megújuló energiák kihaszná­ lása, hanem fontosabb az anyagi és presztízs­ nyereség maximálása. Az olaj és a gáz egyen­ lőtlen eloszlása aránytalan hatalommal ruházza fel azokat, akik ezekhez az összpontosított kész­ letekhez hozzáférnek. Az. előrejelzések szerint a 201 O évtől kezdődően pl. az amerikai és a nyugat-európai gazdasági élet egyik legjelentősebb motorja a megújuló energiaforrások ipara lesz, és több új munkahe­ lyet fognak felkínálni, mint a teljes számítás­ technikai ipar. Biztosra vehető, hogy az elkövet­ kező 25 évben gazdaságilag, ökológiai és tár­ sadalmi szempontból egyaránt a megújuló energiaforrások ipara lesz a mérvadó. A befek­ tetökre ösztönzőleg hat a fejlődő országok növekvő energiaigénye, mivel új piacok nyílhat­ nak meg az ezekben az országokban rendel­ kezésre álló nap-, szélenergia, biomassza stb.

A SunPower-cég napelemcellái, amelyeknél a

fémkantaktus-háló azok a hátoldalán helyez­ kedik el, már a 21,5 %-os hatásfokol is elérik. A nagyobb hatásfokú és olcsóbb napelemek alkalmazása jelentős fejlődéssei kecsegtet. Az elkövetkező három évben várhatóan megkét­ szereződik a napsugárzásból kinyert energia mennyisége, és a folyamat exponenciális növe­ kedése várható. A gazdasági jólét egyik alapfeltétele a megfelelő

energiaellátás. Mivel ez rendkívül költségigényes (és jelenleg centralizált, továbbá az energiahor­ dozák több mint 70 %-át importáljuk), ezért kü­ lönös jelentősége van az alternatív energiafor­ rások (napenergia, szélenergia, biomassza stb.) alkalmazásának, mert ezek fenntartható, kör­ nyezetbarát energiát kínálnak. Mivel lokálisak, az energiát helyben állítják elő, olyan vidéki, hegyi stb. térségeken is segíthetik az élet- és munkakörülmények kedvezőbbé válását, ame­ lyekben az országos közüzemi rendszereken keresztül nem, vagy csak igen költségesen teremthető meg az infrastrukturális háttér (pl. tanyák, hegyvidéki települések, tengerben lévő szigetek stb.). Napjainkban már több országban igyekeznek függetlenné válni a nagy energiaellátó közpon­ toktól, inkább kis régiók energiaellátására törek­ szenek, mert így üzemzavar esetén csak kis területet érint az áramellátási zavar.

9

Hazai áramellátottsági helyzetkép, lehetőségek 1.2.

����s

Visszav

Hazánkban még napjainkban is kétszázezernél több közüzemi elektromos hálózattal nem ren­ delkező tanya és félmilliónyi hétvégi ház, vadász­ ház, erdészház, horgászlak, hobbitelek (szőlő, borospince, zöldség-gyümölcsöskert stb.) "szük­ ség" áramellátását jelenleg benzin vagy dízel­ motoros áramfejlesztővel (aggregátoros gene­

Napállandó:

A légkör határa

.

.

.

-

Elnyelés a légkörben "'250 W/m2

rátorral), jobb esetben feltöltött vagy csereak­ kumulátorral oldják meg. Ezeken a helyeken " " csak addig van villany , ameddig az aggregá­ tor pöfög, ill. van töltött akkumulátoruk. Bizonyára gondoltunk már arra, hogy milyen jó lenne "bedobozolni" a nyári nap ragyogását és a zord idők szelének energiáját. A nagyobb tel­ jesítményű "naperőművek" és szélerőműparkok sikeres üzleti vállalkozások. Vajon a kisméretű, kis teljesítményű (60 W. . 20 kW) rendszerek képesek-e gazdaságosan működni? Ha igen,

"'1 ,36 kW/m2

Szórt sugárzás

A Föld felszínt elérő sugárzás max. 1 kW/m2 777777 1. 1. ábra. A földfelszínre érkező napsugárzás alakulása

.

van-e erre igény hazánkban? A leírtakból egy­ értelműen kiderül, hogy van, a korlátok elsősor­ ban a "piszkos" anyagiak, továbbá, hogy az em­ berek nem ismerik ezt a technológiát, az ezzel kapcsolatos lehetőségeket.

Nap energiájából származó energiaforrásaink 1.3. A

A napenergia a legfontosabb kimeríthetetlen energiaforrásunk. A Nap által kibocsátott hő­ sugárzás azonban nem jut el maradéktalanul a Föld felszínére (1. 1. ábra). A napsugárzás érté­ ke a Föld légkörének felső határán, a Naptól való közepes távolságban és a beesési irányra merőleges felületen mérve 1,36 kW/m2. Ezt az értéket napállandónak is nevezik. A földi légkör a napsu_gárzás egy részét visszaveri, egy részét elnyeli. Igy a Föld felszínén mérhető sugárzás értéke ideális esetben mintegy 1 kW/m2. A köz­ vetlen sugárzás eltérítés nélkül, vagyis a Nap irányából érkezve és árnyékot alkotva éri el a Földet, amely melegíti a légkört. A szórt sugár­ zás az általános megvilágítást javítja, így az árnyékban sincs egészen sötét. A földfelszínre érkező sugárzás jelentős részét a szárazföld, a tenger és a növényzet nyeli el. A Föld felszínén

10

elnyelt sugárzás átalakulását az 1.2. ábrán tün­ tettük fel. A bio-, a hő-, a szél- és a vízenergia is a Nap energiájából származik. A földfelszínt érő napsugárzás erőssége nem mindenütt egyforma. Ez egyrészt a földrajzi szélességtől függ, mivel a különböző földrajzi szélességeken a napsugárzás beesési szöge eltérő. A napsugárzás erőssége függ az év­ szaktól és attól is, hogy az adott terület felett az égbolt derült-e vagy borult. Hazánk az északi félteke 4 7° szélességi kör magasságában he­ lyezkedik el. Ezen a körön a napmagasságokat láthatjuk különböző évszakokban az 1.3. ábra felső részén. Alatta látható az úgynevezett nap­ pályadiagram.

ábrán azt mutatjuk be, hogy miként vál­ tozhat egy napelemtábla-mezőből nyerhető tel­ jesítmény egy nap folyamán, különböző idő­ járási viszonyok esetén. Télen több hetes felhős időszakok is előfordulhatnak. Ebből is látható, hogy az energiaellátási biztonságunk akkor növekszik, ha minél több különböző alternatív energiaforrások egyidejű kiépítését szorgal­ mazzuk. A nap- és szélenergia kiaknázásának egyik problémája, hogy térben és időben vál­ tozóan és előre csak részben meghatározható mértékben áll rendelkezésünkre, s nem esik Az 1.4.

1.2. ábra. A föld felszínén elnyelt sugárzás átalakulása

a) � ;:.:; c -
E

�

-�

� Erősen felhős 50... 200W/m2

Felhős

Napsütéses

200 ... 700W/m2 700... 1000W/m2

1.4. ábra. Egy adott napelemtábla-mezőből nyerhető pillanatnyi teljesítmény alakulása napkeltétől nap­ nyugtáig, különböző időjárási viszonyok esetén

É b) egybe a kínálat (a napsütés és a szél stb.) és az igény (felhasználás) időpontja. Ezért az esetek túlnyomó többségében energiatárolásról is gondoskodni kell. Ny 270° 1�,:-l '•l

l

".

l/ l 'l

180°

D 1.3. ábra. a) A Nap járása az északi félteke 47. szélességi fokán; b) és ennek vízszintes vetülete az ún. nappályadiagram

1 Nap-azimut; 2 a Nap magassága; 3 a megfigyelő; 4 a Nap nyomvonala; 5 az idővonal

A napenergia-hasznosító berendezéseknél ál­ talában a légkörön áthaladó közvetlen sugárzás és a szórt (diffúz) sugárzás összegével, vagyis a teljes sugárzási intenzitással számolnak. Ennek átlagos értéke ideális, tiszta légkörben 1225 W/m2 lenne. A civilizációs szennyeződés miatt a légkör sugárzáscsökkentő tulajdonságát az úgynevezett homályassági tényezővel (T ) jellemzik, amely megadja, hogy az adott helyen a légkör a sugárzás mekkora részét engedi át. Tapasztalati és tájékoztató értékei 0,3 ...0,8 (ipari környezet, szennyezett nagyváros, ill. za­ vartalan természet, tenger).

11

Passzív haszn. Üvegházhatás, ventilláció, vízmelegítés stb.

Tüzelőanyag­ cella

1.5. ábra. A napenergia-hasznosítás lehetséges módozatai

A napenergia-hasznosítás során a napsugár­ zást megfelelő szerkezetek révén többnyire hő­ vagy elektromos energiává alakíthatjuk át. A napenergia-hasznosítás lehetséges főbb mó­ dozatait az 1.5. ábrán tüntettük fel.

megújuló energiák hasznosításának módjai 1.4. A

tené, hogy a megújuló energiák "elérhetőbb" árueikké válnának, amelyek nem állnának foly­ ton a nemzetközi válság határán. Hazánkban a megújuló energiaforrások közül különösen a nap- és szélenergiát kellene inten­ zíven felhasználni. Ezen túlmenően igen fontos, hogy lehetőleg minél kisebb fogyasztású, ener-

Elektronikus kapcsalóóráról működtetett fogyaszták

�

Energiatakarékos fogyaszták

M

Szürkület- és mozgásérzékelő kapcsolóról működtetett fogyaszták

�

Irányfényjelző, kertvilágítás stb.

---+

Szürkületkapcsalóról működtetett foqyasztók

�

Energiatakarékos világítás

--+

Készenléti állapot-ellenőrzésről működtetett fogyaszták

f-+

Videó, Hi-Fi, tv-készülék stb.

A környezetkímélő, megújuló energiaforrások

a következőket foglalják magukba: - napenergia (hasznosítás elektromos vagy hőenergia formájában napelemek, ill. hőcse­ rélős napkollektorok felhasználásával). szélenergia (szélmotoros vízszivattyú és áramfejlesztő, szélgenerátor); vízenergia (beleértve a tengerek hullám­ és árapály-energiájának hasznosítását is); biomassza (beleértve a biogáz és a folyé­ kony bioüzemanyagok előállítását); geotermikus energia (a Föld melege) stb. A legismertebbek ezek közül az egyértelműen

környezetbarát energianyerési módok közül a napelem, a napkohó, a szélerőmű, a hegyvidé­ ki vízerőmű, az árapály-erőmű. Egyes országok kiváltképp jó helyzetben vannak a napenergia kihasználásához, mások pedig különösen nagy szélenergiával rendelkeznek. Ez azt is jelen-

12

1.6. ábra. Az energiatakarékos fogyaszták szükségletnek megfelelő időszakos működtetési lehetőségei

giatakarékos és a szükségletnek megfelelően időszakosan működtetett készülékeket és berendezéseket használjunk, mint ahogy azt az 1.6. ábra mutatja).

1.5. A nap- és szélenergia

hasznosításának előfeltételei A napsütés időtartama és annak erőssége az év­

szaktól, az időjárási viszonyoktól és a földrajzi helyzettől függ. Közép Európában átlagosan 1800...2400 napos óra és 7200...7800 szeles óra termelhet nekünk áramot. Hazánkban a kis teljesítményű szélgenerátorak 1O .. 30 m telepí­ tési magasságban 2,5 ...5 m/s éves átlag szél­ sebesség érték mellett 2600...3100 üzemórával számolhatunk. A napsugárzás évi összenergiá­ ját országunkban az 1.7. ábrán tüntettük fel. Az évi napsütéses órák számát pedig az 1.8. ábrán láthatjuk. .

Ha a szélenergia hasznosítására gondolunk, akkor inkább egy (1.9. ábra) vagy több hatalmas 90 m átmérőjű forgórészekkel rendelkező szél­ generátorokból álló (egyenként 250 kW ...4 MW

energiát termelő) ipari méretű szélerőmű telepre (szélerőmű-mezőre) gondolunk, nem pedig egy 0,5 ...5 m szárnylapát-átmérőjű 60 W...5 kW elektromos energia termelésére alkalmas "kis pörgettyűre" (pl. 12 V/60 W-os, ill. 12 V/250 W-os Rutland MARLEC gyártmányú (Anglia) szélge­ nerátorra, amely terepi munkálatokhoz, kisha­ jókhoz, jachtokhoz, s egyéb, mobil alkalmazá­ sokra ajánlott termék (1.1O. ábra). Kérdés, hogy hol célszerű igénybe venni ezeket a kis teljesítményű szélmctoros áramfejlesztő­ ket? Különböző okok miatt, amelyeket a követ­ kezőkben részletezünk, ott ahol nincs kiépítve elektromos hálózat, ahol más tápmegoldás szinte kizárt. Hazánkban az előzőekben említett " "árammal ellátatlan helyek több mint 1/3-a megfelelően szeles helyszín, ahol valós lehet az igény az önellátó, sziget-üzemmódú szélgene­ rátoros rendszerre. Az 1.11. ábrán a 12, 24 és 48 V/400 W

Air X Land és Air X Marine, a 900 W-os Whisper 100 (H-40), ill. a 230 V-os típussal is rendelkező 1000 W-os Whisper 200 (H- 80), valamint a 12, 24, 36, 48 és 230 V/3000 W-os Whisper 500 (H-175) típusú szélgenerátor képét láthatjuk.

TerraSolar

kW · h/m'·év

l - - - .l - - - - _l. l l 1.7. ábra. A

napsugárzás évi összenergiája Magyarországon (TerraSolar, ATS)

- 1170 ...1200 - 1200 ...1230 1230 ...1260 � 1260 ...1290 - 1290 ... 1310 1310...1330 13

TerraSolar

---1� l

1

l

Veszgrém1

o

l

Sokévi átlag, óra

k

- 1900 ..1950 - 1950 ..2000 - 2000 .. 2050 2050..2100 - 2100 . .2150 - 2150 ...2200 - 2200...2250

Kaposv r o l

- -- l

-

l -,

cfs

P

-

1.8. ábra. Az évi napsütéses órák száma Magyarországon (TerraSolar, RTB)

1.9. ábra. Szélerőmű

14

1.10. ábra. 12V/60 W- és 12 V/250 W teljesítményű "hordozható" szélgenerátor (F1, F6)

Ha alkalmazni szerelnénk a napelemes medu­ lokat vagy a szélgenerátort, legjobb, ha együtt, úgynevezett "hibrid " rendszerként tesszük. Példaként említjük, hogy egy 12 V/250 W-os szélgenerátor és egy 85 W-os csúcsteljesítmé­ nyű napelemmodul "hibrid" rendszerként alkal­ mas pl. szőlőskert borospincéjének, vagy ta­ nyasi vízszivattyú stb. "szünetmentes" áramel­ látására. Ugyanis így biztosítható a "folyamatos szünetmentes" áramellátás (ha nincs napsütés, többnyire van szél és fordítva). Míg a napelem­ modulok elsősorban nyáron termelnek több elektromos energiát, az ősztől tavaszig szük­ séges energia nagyobb része szélgenerátorral állítható elő (1. 12. ábra). Ugyanis a hazánkra jellemző kontinentális éghaj­ lat a téli viszonyok között időnként hosszú (több hetes), folyamatos felhős időszakokat okozhat, ami vagy az energiatároló akkumulátorok idő előtti kimerülését okozza, vagy ésszerűtlenül nagy tárolóképességű akkumulátorbank létesítését tenné szükségessé. A két rendszer kiegészítheti egymást. Ezért a kevésbé napsütéses évszakok, ill. a "napszegény időszakok" szűk "energia-ke­ resztmetszetének" megszüntetésére, a folyama-

% 100 80 60 40 20 o

c

ro

-,

....:

.o Ql

u.

�

""

:2

....:

Q. ;«f -<{ :2

c :s -,

-::::> -,

Ól ö. Ql �

::::> <{

N Cll

o

> o

z

o Ql

o

1. 12. ábra. A nap- és szélenergia lehetséges átlagos havi eloszlása

tos áramellátásához célszerű a nap- és szélener­ gia együttes hasznosítása. A széirnotoros áram­ fejlesztőket napelemes rendszerekkel kombinálva kiegyenlíthetjük a napenergiát, ill. a szélenergiát hasznosító rendszerek szezonális fluktuációk miatti eltérő energiatermelését. Ezek a megújuló energiaforrások a vidéki települések, s egyéb árammal ellátatlan helyek napjainak számos problémáján segíthetnek a Napból és a szélből nyerhető elektromos energia formájában.

1.11. ábra. A leggyakrabban alkalmazott "kisteljesítményű" szélgenerátor-típusok (RT1, RT4 és F2)

15

1.6. A jövő alternatív

áramellátó rendszerei Energiaszükséglet-változás, decentralizált áramforrások. A mai monokultúrás áram-elő­ állítással ellentétben, egy megosztott, decent­ ralizált energiarendszer a megújuló áramforrá­ sok egész sorát egyesíthetné. Pl. kis áramter­ melő generátorokat üzemekben, lakótelepi-, családi házak tetőire szerelt napelemmodulokat

(1.13. ábra) és sok napelemmodulból álló, nagy kiterjedésű napelemtábla-mezőket (1.14. és

1. 15. ábra.).

Továbbá a legelőkön, széljárta terü­ leteken szétszórt szélgenerátorokat, más szávai széirnotoros áramfejlesztőket (A nagy teljesít­ ményű, hálózatra tápláló szélgenerátorokat szélerőműveknek nevezzük, l. az 1.9. ábrát.)

Az 1. 16. ábrán háztetőre is felszerelhető Air 400 W-os szélgenerátort láthatunk, amely a 320 W-os napgenerátorral (2 db napelemmo­ dul) együtt hibrid rendszert alkot. A napelemtáblák elhelyezhetők pl. kertben, sza­ bad területen is (1.17. ábra). Külföldön az autó­ pályák, ill. gyorsvasutak települések melletti sza­ kaszainak zajvédő falai egyre több esetben szal­ gálnak napelemes modulok tartószerkezeteként A decentralizált rendszer több millió egyedi alternatív áramforrást hangolna össze az inter­ net jelenlegi működéséhez nagyon hasonlóan, amelyben az elektromos energiát az igények ingadozásához igazodva "raktároznák", ill. osz­ tanák el. E módon nem lenne egyetlen fo­ gyasztó sem nagyon távol valamelyik másik

1.13. ábra. Déli tájolású nyeregtetőre szere It 3 kW csúcsteljesítményű (3 kW p) napelemtábla-mező

16

1.14. ábra. Nyeregtetőn, optimális déli tájolással állványzatra szerelt 100 Kw csúcsteljesítményű

(100 kW ) napelemtábla-mező (Hamburg, RT1) p

1.15. ábra. 100 W csúcsteljesítményű (100 W p) Kaneka a-Si medulokból felépítet1 napelemtábla-mező. A napelemtáblák a közelben lévő 120 kW-os szélgenerátor képét tükrözik vissza (Wischafen, RT1)

17

egyedi áramforrástól, így a hálózati feszültség értéke viszonylag kis tűrésmezőben lenne tartható. Gyakorlatilag egyetlen fogyasztó sem lenne a "hálózat legvégén", s az áramkimara­ dás kevésbé ismert fogalom lenne. Az áram­ ellátás és a mindenkori szükséglet közötti egyensúly e finom szabályozása növelné az ilyen rendszer hatékonyságát, csökkentené a környezetszennyeződést és a veszteségeket, valamint elektromos energiát és költséget takarítana meg. Egy

megosztott

energiarendszer

lehetővé

tenné, hogy az egyes nagyobb létesítmények, épületek, lakételepi házak (1. 18. ábra) kielégít­ sék saját elektromosenergia-szükségletük ki­ sebb-nagyobb részét a házra, ill. háztetőre sze­ relt napelemmodulokkal, sőt energiatermelőkké válhatnának, s a pillanatnyilag fel nem használt, felesleges energiát a közüzemi táphálózatnak adhatnák át. 1.16. ábra. Háztetőre szerelt 400 W-os szélgenerá­

torból és 2 db 160 W csúcsteljesítményű (160 W p) napelemtáblából álló hibrid tápellátó rendszer szerelési munkálatai (Windenergy, RT1)

A megújuló energiaforrásokkal üzemelő áram­

termelő energiarendszerek megkövetelik, hogy a rendszer alkalmazkodjon az energiaforrások (napsütés, szélenergia stb.) időszakos termé-

1.17.ábra. Három különálló, 16 db. napelemmodulból kialakított, állítható dőlésszögű napelemtábla-mező (Siblik Elektrik)

18

1.18. ábra. 8 db 167

W

csúcsteljesítményű (167

Wp)

Kyocera napelemmodullal és SMA 1100 inverterrel

felépített napenergia-hasznosító áramtermelő rendszer (KLNSyS, Magyarország, RT3, RT4)

19

Napelemmodul

�

�-

l

l

Energetikai célú víz

Alsó víztározó

_.,

...._ _ __ __

1.19. ábra. Rásegítő vízturbinás energiarendszer vázlatos felépítése

szetéhez. Ezért kisegítő (rásegítő), vésztartalék­ energiaforrásokról, ill. energiatárolókról kell gondoskodni (pl. gázmotoros vagy benzin-ill. dízelmotoros áramfejlesztő, napelemmodulok által termelt energiával felszivattyúzott vizet tároló, a víz helyzeti energiájával működtetett rásegítőturbina által hajtott villamos generátor, szolárakkumulátor-bank, sűrített levegős haj­ tású villamos generátor, lendítőkerék-tárolás energiakiegyenlítő stb.). Az 1.19. ábrán egy napelemmodulos hidrarend­ szer vázlatát láthatjuk. Az energiatárolási itt fel­ szivattyúzott vízzel oldják meg. Azokon a napo­ kon, amikor a napelemmodul nem képes elég elektromos energiát termelni (pl. erősen felhős

20

időben), a szükséges áramigényt egy rásegító vízturbina által hajtott villamos generátorral nyerik a felső víztározó vízének leeresztése révén. Az 1.20. ábrán a közüzemi hálózatra vissza­ tápláló nap- és szélgeneráloros hibrid rendszer vázlatos felépítését láthatjuk. Összefoglalásui elmondható, hogy a jövő épü­ letei, házai olyanok lesznek, ahol napelemmo­ dulok, sőt elektromos áramot termelő "csere­ pekkel" kialakított háztetők ezrei, s szelesebb helyeken szélgenerátorral kiegészített hibrid rendszerek termelik az áramot, a napkollektorok a használati meleg vizet és természetesen hő· szivattyúk fűtik a lakóházakat

Szélgenerátor

Napelem­ modulok

���& eJ

1.20. ábra. Közüzemi hálózatra visszatápláló ,.hibrid" rendszer főbb egységei: napelemmodulok, szél­ generátor, akkumulátorbank és hálózatra szinkronban visszatáplálni képes inverter (RTS, Solar Electronic, l. 4.

old.)

21

2. Alkalmazási lehetőségek, rendszerkiválasztás

2.1. Autonóm szigetüzemű

áramellátó rendszerek Önálló áramellátás ott, ahol nincs elektro­ mos. hálózat. A kis és közepes teljesítményű napelemes tápellátó rendszerek kiválóan alkal­ masak elektromos hálózat nélküli (elektromos hálózathoz nem csatlakozó) hétvégi házak, kis nyaralók, vadászházak, erdészházak, borospin­ cék, istállók, horgásztanyák, egyéb épületek, pl. hegyvidéki kis házak, tengerben lévő szigetek házai, lakókocsik, vitorlások, kitelepült rádió­ amatőr-állomások stb. elektromos fogyasztóinak (pl. világítás, rádió, tv, hűtőszekrény, riasztóké­ szülék távjelző készülék stb.) áramellátására. Bárhol, ahol nincs elektromos áram, a napelem ott is működtetheti elektromos készülékeinket, méghozzá a rendszerkiépítéstől függően 12 V egyenfeszültségről vagy 230 V váltakozófeszült­ ségről egyaránt. Nézhetünk tv-t, videót, olvasgat­ hatunk a lámpa fényénél és még meg is bo­ rotválkozhatunk.

A napelemes áramtermelés kiválthatja a köz­ üzemi elektromos hálózattól távol lévő hétvé­ gi házunk, borospincénk stb. eddig használt 230 V-os aggregátoros, ill. a 12 V-os akkumu­ láloros tápfeszültség-ellátási módját. Most már

" "nemcsak addig van villany , ameddig az aggregátor pöfög, s az akkumulátorokat pedig a feltöltés céljából nem kell ide-oda cipelni.

A 2. 1. ábrán 230 V-os szünetmentes áramellátást biztosító napenergia-hasznosító áramtermelő rendszer egységeit tüntettük fel. A legmegbíz­ hatóbb, szünetmentes áramellátást biztosító rendszerekben három áramtermelő egység használata célszerű (napelemmodul(ok), szél­ generátor(ok) és kiegészítő - rásegítő - belső­ égésű motorral hajtott vésztartalék-áramfejlesz­ tő generátor). A megtermelt elektromos energia tárolása a töltésszabályazón keresztül az akku­ mulátortelepbe (akkumulátorbank) kerül. A 12 V­ os egyen-feszültséget (DC) adó rendszerek tömbvázlatai a 2.2., ill. a 2. 3. ábrán láthatók. Itt a napelemmodul (és a szélgenerátor) által ter­ melt áram a töltésszabályozóra (a szélgenerátor esetében egy további különálló töltésszabályo­ zóra) kerül. Ez utóbbi gondoskodik a szalár­ akkumulátor maximális teljesítményű munka­ pontban való töltéséről, s megakadályozza a túltöltést és az akkumulátor mélykisütését. A szél­ generátorral kiegészített változat esetében kiegyenlíthetjük a napenergiát, ill. a szélenergiát hasznosító különálló rendszerek szezonális fluktuációk miatti eltérő energiatermelését (L az 1 12. ábrát). .

2.1. ábra. A napenergia-hasznosító áramtermelő rendszer főbb egységei (napelemmodul, töltésszabályozó, szolárakkumulátor és inverter, F1)

22

Napelemmodul

Szolárakku Feszültségátalakító

12 Voc

ml!l

4

(12 V-os fogyaszták szünetmentes áramellátásal

2.2. ábra. 12 V egyenfeszültséget szolgáltató nap­

generátoros rendszer tömbvázlata Az ábrázolás nem méretarányos!

2.5. ábra. 12 V egyen- és 230 V váltakozó feszült­ 12 V-os egyenáramú

fogyasz1ók ( .. szünetmentes üzem") r---,

l

2.3. ábra. 12 V egyenfeszültséget szolgáltató nap­

és szélgenerátoros rendszer tömbvázlata

Amennyiben a 12 V-os fogyaszták mellett 230 V váltakozófeszültségű (AC) fogyasztókat is kívá­ nunk táplálni, akkor egy a 12 V egyenfeszült­ ségből 230 V váltakozó feszültséget előállító feszültségátalakítót (egyenváltakozó feszültség átalakító-, DC-AC inverter) is kell használnunk. Egy ilyen napgeneráloros (napelemmodul)

séget szolgáltató napgenerátoros rendszer vázla­ tos ielépítése (napelemes "csomagokból" össze­ állítható rendszerek: F1, F2, F4)

A kereskedelemben a 12 V-os és 230 V-os 60 W ...3 kW teljesítménytartományba eső vál­ tozatok teljes készletválasztéka (különböző mintaválasztékok) megvásárolható (F1, F2, F3). A kisteljesítményű napelemes készletválaszté­ kek (kittek) többsége a részegységeken és a szerelési útmutatón túlmenően a szükséges kötőelemeket, kapcsolókat, vezetékeket (s a kompakt fénycsövet) is tartalmazza (2.6. ábra). Nagyobb teljesítményű hibrid rendszerek esetében (400 W . .3 kW) célszerű rendszerter­ vezőktől tanácsot kérni (RT1, RT3, F1 és F2). .

kialakítás tömbvázlata, ill. vázlatos felépítése látható a2.4., ill.2.5. ábrán.

12 V-os egyenáramú

fogyasz1ók

230 V-os váltakozó­

áramú fogyaszták ("szünetmentes üzem") 2.4. ábra. 12 V egyen- és 230 V váltakozófeszült­

séget szolgáltató napgenerátoros rendszer tömb­

2.6. ábra. Kereskedelemben kapható 45 W-os

vázlata

napelemes készlet hajókra és jachtokra (F1)

23

Kaphaták "tanyák villamosítására" alap, taka­ rék és komfort kivitelű változatok, mintegy 900 E Ft ... 3,8 M Ft közölti áron (F1, RT1). Vásárolhatunk szélgeneráloros készletcsoma­ got is. Pl. Air X, Whisper 100, ill. 200, és 500 típus (1. az 1.11. ábrát, RT1). Egy horgászházikó 12 V-os fogyasztóinak táp­ feszültség-ellátásához elegendő egy darab 80 W csúcsteljesítményű napelemmodul, egy P darab 20 A-es töltőszabályozó és egy darab 130 A · h tárolóképességű szolárakkumulátor (pl. PB Solar SET-PV80 alapkészlet, F4). Segít­ ségével a nyári Gún., júl., aug.), a tavaszi és őszi (márc., ápr., máj. és szept., okt.), valamint a téli időszakban (nov., dec., jan., febr.) rendre: 150 W· h, 100 W· h és 50 W· h töltési energia elérésére nyílik lehetőség naponta - számolva az időjárás szeszélyeivel (lásd később!). Amennyiben a 2. 7. ábra szerinti kialakításban 4 db párhuzamosan kapcsolt 80, ill. 85 W-os napelemtáblát, 1 db 20 A-es töltésszabályozó! és 3 db párhuzamosan kapcsolt 130 A· h táro­ lóképességű (helytelenül: kapacitású) szalár­ akkumulátort használunk, úgy a nyári, a tavaszi

Párhuzamosan kapcsolt napelemtáblák (4x 80, ill. 85 W)

és őszi, valamint a téli időszakokban min. 600 W · h/nap, 400 W · h/nap és 200 W · h/nap energia "begyűjtésére" nyílik lehetőség. Az alap és bővített készlet- kivitel a Siblik katalógusból megrendelhető (F4). A horgászházikó max. 150 W · h/nap energia­ igényt kielégítő alapkialakításának főbb költ­ ségösszetevői a következők (2007. évben): - BP-380S 80 W-os, ill. BP585S 85 W-os nap­ elemek: egységesen 11 O E Ft/db +20% áfa; - CR20LC (20 A) töltésszabályozó: 21 E Ft/db. +20% áfa; - SB1 05S, ill. SB130S szolárakkumulátor (12 V/105, ill. 130 A· h): 30, ill. 34 E Ft/db + 20% áfa.; Összesen: 165 E Ft +20% áfa +telepítési díj. A 2. 7. ábrán látható 0,6 kW· h/nap energiát ter­ melő 12 V-os napelemes táprendszer - az alap­ kiépítéshez képest - a fentieken felül még 3 db 85 W-os napelemmodult és két további akku­ mulátort igényel, amely így összesen: 165 E Ft + 3 x 11O E Ft +2 x 34 E Ft 563 E Ft +20% áfa beruházási költséget tesz ki. =

Autóakkumulátorok használata eselén (amely szükségmegoldás), azok beszerzési költsége kb. 1/3-ára csökkenthető, a szolárakkumulá­ torokhoz képest (lásd később!). Az igaz, hogy a tisztán" napelemes rendszerek

" nem olcsók, ám egyszeri beruházással 15 ... 35 évre díjmentesen biztosított lehet az elektromos energia. Maga a rendszer ennyi év után sem megy tönkre (kivéve annak akkumulátorait), csak hatásfoka csökken minimális mértékben a napelem minőségétől függően. A kevésbé napsütéses időszakok szűk energia­ keresztmetszetének megszüntetésére a napge­ neráloros kiviteleknél célszerű a szélenergia hasznosítása is (1. a 2.8. ábra tömbvázlatát, és a Szakkifejezések, fogalmak A-tól Z-ig, 6. old.).

3 db párhuzamosan kapcsolt 130 A · h-ás akku 2. 7. ábra. Napgenerátoros, max. 0,6 kW h/nap energiaigényt kielégítő 12 V-os tápfeszültség­ ellátó rendszer (Siblik Elektrik, BP solar, F4) ·

24

A 2. 9. ábrán látható egy önálló zárkörű üzemre, más szóhasználattal szigetüzemre (némely gazdaság, birtok stb.) kialakított kombinált (folyamatos szünetmentes áramellátásra alkal­ mas) napelemmodulos, szélgeneráloros és kiegészítő, vésztartalék-áramforrással ellátott rendszer tömbvázlata. Megjegyezzük, hogy e

l l

l

l

l

Töltésszabályozó és védő ák.

Napelemmodulok

12 Voc

1

l

�

Szélgenerátor

l

:l

l+

l

+ lr -l

inverter

1

12 v

DC/AC

-l

1 230 V

l

230 V-os enerAC

12 Voc

-

giatakarékos fogyaszták

12 V-os energiatakarékos fogyaszták

Akkumulátorbank

2.8. ábra. Nap- és szélgenerátoros szigetüzemű szünetmentes tápellátó rendszer tömbvázlata

12

v

Uk,1

24 Voc

=

230 V AC

\

12 v. 24 Voc

uk,2

12 v. 24 Voc

Vésztartalék­ áramforrás (aggregátor)

max. 14.4 Voc ill. 28,8 Voc

230 VAc

Uk;3= 230 V Ac

Tartalék jelleggel

2.9. ábra. Szigetüzemű, szünetmentes tápellátásra alkalmas kombinált hibrid rendszer tömbvázlata

körülmény

ként (kompresszor), vagy a víz helyzeti energiá­

támasztja alá, hogy a legtöbb megújuló ener­

megoldás

raGionalitását

azon

giaforrás teljesítményhozama a körülményektől

jaként tárolhatjuk, majd azt az igény esetén (pl. nap- és szélmentes időszakban vagy éjszaka)

függően ingadozó és előre nem kalkulálható.

használhatjuk fel a 2. 11. ábrán látható tömbváz­

Az intelligens rendszer ilyenkor automatikusan kapcsolja be a vésztartalék áramforrást (az aggregátort), ha az akkumulátorbank kis fe­ szültsége és a fogyasztás ezt indokolja. Egy további hibrid rendszer vázlatos felépítési rajzát a 2.10. ábrán szemléltetjük. Mint már említettük az összegyűjtött elektro­ mos energiát kémiai úton akkumulátorokban (több akkumulátortelepben vagyis akkumulátor­ bankban), ill. más módon, pl. sűrített levegő-

lat szerint. Az elektromos energia az elektromos vízszivattyú (ill. pumpa) működtetésével maga­ san elhelyezett víztároló tartályba kerülve (1. az 1.19. ábrát) a víz helyzeti energiájává alakul. Erősen borult szélcsendes időben, a szükséges energiát a vízturbinás áramfejlesztő segítségé­ vel nyerhetjük a víztároló tartály (tározó) vízé­ nek leeresztése révén. Azokban az esetekben, amikor pl. egy öntözőrendszerről van szó, akkor felesleges a "begyűjtött" elektromos energia kémiai akkumulátorokban való tárolása.

25

Szélgenerátor

Akkumulátor­ bank

2.10. ábra. Szigetüzemű, RT2, ATS, RT9)

1 2 V-os egyen­ áramú fogyasztók

230 V-os váltakozó áramú fogyasztók

Benzinmotoros áramfejlesztő (opcionális)

szünetmentes tápellátásra alkalmas kombinált hibrid rendszer felépítése

(RT1,

Energiataka12 v --------"' 0"' c-----� rékos fogyasz­ rtók (12 v )

2.11.

ábra. Nap- és szélgenerátorral és két kiegészítő vésztartalék-áramfejlesztővel felépített tápfeszültség·

ellátó rendszer tömbvázlata

26

Végezetül megemlítünk, hány olyan önellátó, alkalmazási területet, ség- ellátás

szinte

ill.

bemutatunk

szigetüzemű,

né­

autonóm

ahol más tápfeszült­ kizárt.

Ilyenek

többek

Vízszivattyúk, vízlevegőztetők áramellátá­ sa. A nap- és szélgenerátorokkal működtetett vízszivattyúzásnak és -levegőztetésnek számos lehetősége és megoldási módja van.

között hálózati árammal nem rendelkező vidéki települések, tanyák erdészházak, hegyi

(l. 2. 12.

ábra), vadász­

üdülőtábor

Tipikus alkalmazás pl. hétvégi telkek, vidéki gaz­

horgászlak,

daságok, kempingek, állatitatók, ill. olyan helyek

kunyhó, folyók által körbezárt szigetek, tenger­

gazdaságos vízellátása, ahol nincs vezetékes

ben lévő szigetek (l. a 2. 13.

ábra).

víz- és áramellátás. Gyakorlatilag egyszeri beruházással "ingyenes­ sé" tehető a további vízfogyasztási költségünk. Az ilyen rendszerek igen alkalmasak mezőgaz­

dasági övezetekben víztározók feltöltésére, for­ rásvízkiemelésre, halastavak vízének levegőzte­ tésére (oxigéndúsítására) és vízpótlásra, meden­ cék vízforgatására (pl. napkollektoros meden­ cevíz melegítés), szennyvíztavak oxigéndúsításá­ ra, kis kertek, kertészetek, magángazdaságok, állattenyészetek, vadászterületek vízellátására, legelőkön itatóvíz biztosítására (villanypász­ torok üzemeltetésére) stb. 2.12. ábra.

4,7

kW csúcsteljesítményű napelem­

tábla-mező déli tájolású háztetőn (Moore,

RT1)

2.13. ábra. 1,7 kW DC oldali teljesítményű autonóm táprendszer 10 db 175 W csúcsteljesítményű (10x 175 Wp) napelemtábla felhasználásával az Adria egyik szigetén (Siblik Elekrik)

27

A vizet fúrt béléscsöves cső és ásott kutakból, folyókból csatornákból és tavakból nyerhetjük (1. még Jan Tuma: Öntözőrendszerek c. Cser Kiadó gondozásában megjelent könyvet, Buda­ pest, 2005). Kaphaták különböző teljesítményű egyen- és váltakozó feszültségről működtethető elektromos szivattyúk. A nap vagy/és szélgene­ rátor a szabályozóelektronikán (szükség esetén az egyenfeszültséget váltakozó feszültséggé átalakító inverteren) keresztül látja el tápfeszült-

séggel az elektromos vízszivattyút (2.14. ábra). Itt nincs szükség akkumulátoros energiatáro­ lásra. Az ilyen szolárakkumulátor nélküli megol­ dásoknál vízszivattyúzás akkor van, ha süt a nap vagy fúj a szél. A legelterjedtebb vízszivattyútípusok a követke­

zők: a felszíni szivattyú (pl. úszó motorszivattyú­ egység), a centrifugális felszívószivattyú és a búvárszivattyú (2. 15. ábra).

Napelem modul(ok) Szabályozó elektronika

Elektromos vízszivattyú

Víztároz'

Szélgenerátor

2.14. ábra. Nap- és szélgenerátorról működtetett elektromos vízszivattyúzó rendszer tömbvázlata

Szélgenerátor

Tartóoszlop

Felszíni szivattyú

Szivattyú és rendszerszabályozó

Centrifugális szivattyú

D

Búvárszivattyú

2.15. ábra. Szélgenerátorról működtetett vízszivattyútípusok

28

Hétvégi házak vízellátására kiválóan alkalma­ sak pl. a Grundfos és a Kyocera cég különböző vízhozarnol biztosító szivattyúi (L F1, F2, F4, RT1, RT2, RT4). Közbevetőleg megjegyezzük, hogy kaphaták napelemekről működtethető 12 V-s mini­ búvárszivattyúk is. Ezek pl. csónakban, lakó­ kocsiban, konyhakertben, víztartályok tölté­ sére, ürítésére alkalmasak (F1, F2). .

. .

A Kyocera SD, ill. SC sorozatú búvárszivattyúi vízszállítást tesznek lehetővé O...70 m, ill. O ...167 m emelőmagasság mellett. Az SD sorozatú egyenáramú membrános búvár­ szivattyúk 12 ... 30 V egyenfeszültség-tartomány­ ban üzemeltethetők. Működtetésükhöz akár 35 W teljesítmény is elegendő. Semmilyen karbantar­ tást nem igényelnek, helyben szerelhetők. Al­ kalmasak mind nyitott víztárók, mind pedig zárt hidrofortartályok feltöltésére. Az SD 370/6-35, ill. SD 12-30 típus akár 127 mm, ill. 152 mm átmé­ rőjű fúrt kutakba is telepíthető. Vízszállítási érté­ ke 9 Umin, max. emelőmagassága 70, ill.30 m.

9...162 Um in

Az SC sorozatú búvárszivattyúk vízszállítása max. 162 Umin, emelőmagasságuk O ...167 m. A 30 ...120 V feszültségtartományban teljesít­ ményfelvételük 140 ...1OOO W Ez lehetővé teszi a széles körű napelemmodulos üzemeltetésüket Nem szennyezik a környezetet, korrozióállóak, csendes működésűek és rendkívül hosszú az

.

.

. .

. .

. .

. .

. .

. .

. .

. .

.

. .

.

.

2 3------4 5

-tll

-�-

--

2.16. ábra. Itatóhely vízellátására alkalmas, napge­ nerátorról és kiegészítő vésztartalék-áramfejlesz­ tőről táplált vízszivattyú (Grundfox SOFlex Solar)

1 SQF szivattyú; 2 kábel; 3 kábelszorító; 4 feszítőhuzal; 5 huzalrögzítő; 6 napelemtáblák; 7 tartóváz; 10 áram­ fejlesztő; 13 10 101 kapcsolószekrény

élettartamuk.

Azon ritka esetekben, amikor napokig nincs napsütés, a zökkenőmentes vízellátáshoz a

A különböző szivattyúrendszerek méretezé­ sével és telepítésével több cég foglalkozik (pl. RT1, RT2, RT4, RT8 és RT9).

berendezés működtethető aggregátorról is. Ez utóbbinál biztonságosabb, felügyelet nélkül is működő megoldást tesz lehetővé a nap- és szélenergiát együttesen hasznosító, a 2.17. áb­

Aszivattyúk adatlapjain többnyire megtalálhatók

rán látható elrendezés.

a számunkra legalkalmasabb szivattyúrendszer méretezési lépéseihez szükséges diagramok.

Még előnyösebb a 2. 18. ábrán látható elren­

Améretezés a helyi adottságok (átlag napsütött­ ségszint, szélgenerátor esetén átlag szélerős­ ség), meteorológiai, topográfiai, valamint egyéb adatok figyelembevételével történhet. Kaphaták 230 V/400 V-os háromfázisú vízszivattyú-rend­ szerek is (RT1, RT8).

dezés. Itt a nap- és szélenergiából nyert elekt­ romos energia egy magasan elhelyezett táro­ lótartályba szivattyúzott víz helyzeti energiájá­

A 2. 16. ábrán állat itatóhely vízellátására alkal­ mas, napgenerátorról és kiegészítő vésztartalék áramforrásról táplált szivattyúrendszer felépí­ tését láthatjuk.

vá alakul. Ez esetben teljesen szükségtelen az· elektromos energia akkumulátorbankban is történő tárolása. A megépített berendez é s érzékeli a kút vízszintjét, kikapcsol, h a a kút­ ból esetleg elfogy a víz. Kiegészül még egy vízszintérzékelő kapcsolóval (15), amely a berendezést kapcsolja ki és be a víztároló vízszintváltozásának megfelelően [2].

29

A bemutatott berendezések többségénél a szer­ vizigény minimális. A napgenerátornak közel kell lennie a szivattyúhoz, a szélgenerátor (a ki­ viteltől függően) akár 1 .. 3 km-re is telepíthető a szivattyútól. A nap- és szélgenerátoros rendsze­ rek gazdaságosságukban versenyképesek a dízel-/benzinmctoros áramellátó egységekkel (aggregátorokkal).

8

.

Közlekedési .

2

_

. . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .

_.....

3----" 4---__....� 5---...--;

..

:·:·:·: .·.·.·

.

�

.. . .

"

.

.

.

.

. .

.

. .

.

eszközök

áramellátása.

A megújuló energiaforrások használhaták köz­ lekedési eszközök fogyasztóinak áramellátására is. Ilyen lehet pl. vitorlás hajók, lakókocsik stb. fogyasztóinak áramellátása. A 2.19a ábrán lévő jachton 2 db 400 W teljesítményű Air X Marine típusú szélgenerátor és 1 db 175 W-os napelem­ madul ad elektromos energiát. A b ábrán (lakó­ kocsis kempingezésnél, hajózásnál használt mobil) max. 2 kW teljesítményű, kiegészítő vész­ tartalék benzinmctoros áramfejlesztő látható.

2.17. ábra. Állat itatóhely nap- és szélgenerátoros vízellátó rendszere (Grundfos SOFlex Combi)

8 szélgenerátor; 9 10 102 kapcsolószekrény, lásd előző ábra megnevezéseit is

2.19a ábra. Nap- és szélgenerátor a hajón

2.18. ábra. Vidéki település nap- és szélgeneráto­ ros vízellátó rendszere (Grundfos SOFlex Combi)

11 eu 102 szabályozóegység; 14 víztároló; 15 vízszint­ kapcsoló, lásd

30

az

előző két ábra megnevezéseit is

2.19b ábra. Kiegészítő vésztartalék-generátor

2.20. ábra. Lakóautóra szerelt napelemmodulok (F1)

2.20. ábrán kempingezésnél használt, lakó­ autóra szerelt, állítható dőlésszögű napelem­ táblákat láthatunk. Segítségével pl. hűtőszekrényt és egyéb fogyasztókat láthatunk el árammal ott, ahol nincs vezetékes hálózat. Környezetvé­ delmi okokból egyes tavakon csak villamos maloros hajtású kishajók használata engedé­ lyezett (pl. ausztriai tavak). Az ilyen kishajóknál

A

árnyékolótetőként szereplő napelemtáblák állít­ ják elő az villamos motor hajtásához szükséges "kiegészítő" energiát. Újabban vitorlázórepülők fedélzeti áramellátását is napelemrr10dulokról oldják meg (a hajlékony napelemek).

Szellőztető- és hűtőberendezések áram­ ell átása A mélyhűtés, klímatizálás, szellőztetés .

tipikus napelemmodulos alkalmazási terület, mivel a hűtéshez megbízható áramellátás szük­ séges. Itt gyakorlatilag "egybe esik" a kínálat (a napsütés) és az igény (pl. a hűtés) időpontja. Pl. szolárventilátoros szelláztető rendszer gon­ doskodik a szükséges levegőcseréről gyümölcs­ szárító-aszaló berendezések, fóliasátrak, téliker­ tek, !előterek, magukra hagyott gépjárművek, lakókocsik stb. levegőcseréjéről. E berendezé­ seknél a ventilátor a napsugárzás hatására automatikusan lép működésbe.

2.21. ábra. Napgeneráloros szenőztetőrendszer fólia­ házakhoz, télikertekhez, tetőtérhez, lakóautóhoz (F1)

31

Egy ilyen szellőztetőkészülék felhasználási példája látható a 2.21. ábrán (F1). A 12 V-os kis napelemtábla egy ventilátort lát el tápfeszült­ séggeL A levegőcsere erős napsugárzásnál max. 61" m3/h. A kereskedelemben egyre jobban terjed a nap­

generátorról működtetett kis térfogatú, hordoz­ ható energiatakarékos hűtőláda. A Sibi ik Elektrik kínálatában 32 és 50 L térfogatú kivitelek kaphatók. A legújabb csúcstechnológiájú Danfess BD 35F kompresszornak köszönhetően a CF-018, ill. CF-35 típusú 18, ill. 35 L-es kompresszoros

mélyhűtő (2.22. ábra) 12/24 V-ra csatlakoztat­ ható (az átkapcsolás automatikus). Teljesítmény­ felvételük kb. 35, ill. 45 W; hűtési tartományuk +5...-15 oc. tömegük 10,5, ill. 17 kg. A 35 L-res típus a 12/24 V egyen-tápfeszültség mellett 11O.. .240 V-os váltakozó feszültségről is mű­ ködik (F1).

anyag-, ill. munkamegtakarítást hoz. Itt említ­ hetök pl. az átjátszóállomások, mikrohullámú adattovábbító rendszerek stb. energiaellátása ott, ahol a létesítmény megközelítése nehézkes vagy pl. helikopter nélkül lehetetlen. Ide sorol­ hatók még a nehezen megközelíthető helyeken, a nagy üzembiztonságú, ill. minimális karban­ tartási igényű LED-es jelzőfények. Ezekre a helyekre történő kiépítés (pl. napelemes jelző­ fények nagyfeszültségű, 220 kV-os táwezetéki oszlopokon, hegytetőkön, magas épületeken stb.) feltételezi a rendszer minden alkateleméről az igen magas üzembiztonságot, ill. a minimális karbantartási igényt, továbbá a rendszerek tranziensek elleni védelmét (villám, egyéb lökőfeszültségek és zárlati áramok keltette mágneses indukció). Az ilyen alkalmazási lehetőségek felsorolását

még oldalakon keresztül sorolhatnánk. A felsorolt berendezések alkalmazásával meg­

takaríthatjuk a költséges elektromos hálózat (táwezeték) kiépítését (ha egyáltalán lehetsé­ ges is az pl. tengeri, folyami, magas hegyvidéki településeken). Tipikusan alternatív üzemben működnek a kü­ lönböző világítóberendezések, amelyek a nap­ pal begyűjtött elektromos energiát eltárolják, majd este világítanak. E berendezéseket moz­ gás- és/vagy alkonyat-érzékelőkkel teszik intelli­ genssé, hogy önálló, külső beavatkozás nélküli, takarékos üzemvitelű működésük biztosítva legyen (2.23. ábra). Ezen tömbvázlat alapján épülnek meg a napelemes kerti lámpák is, ahol az energiatakarékos fényforrást LED-ekkel alakítják ki (2.24. ábra).

2.22. ábra. Minimális energiafelhasználású komp­

Energiatakarékos fényforrás

resszoros mélyhűtődobozok (F1)

Egyéb más helyhez kötött berendezések áramellátása. Néhány további, olyan ökologi­ kus alkalmazást mutatunk be, amelyekben a napelemes tápfeszültség-ellátás energia-,

32

2.23. ábra. Energiatakarékos kültéri napelemes fényforrás tömbvázlata

2.26. ábra. Energiatakarékos kültéri világító és irányfényjelző (világítástechnikai) készülék 2.24. ábra. "Energiaköltség nélküli" napelemes kerti lámpatestek (F1)

--J.-.. -'

'

--�

-

-

irányfényforrás többnyire LED, amely sötétedés eselén vagy folyamatos vagy villogó fénnyel jelzi az utat, amelynél a kívánt üzemmód a (K) kapcsolóval választható ki. Ha a mozgásérzé­ kelő mozgást észlel, akkor az egy beállítható időtartamra bekapcsolja a fényforrást az éjsza­ ka során. Az infravörös mozgásérzékelővel egy­ beépített kültéri világítótestek használata igen kényelmes - a legfontosabb azonban az, hogy e módon energiát takarítanak meg.

2.2. Hálózatra visszatápláló

áramellátó rendszerek Hálózatra visszatápláló napelemes rend­ szerek. A napelemek alkalmazásai az auto­ nóm, önellátó, szigetüzemű (Stand alone) "vil­ lanypótló" megoldásoktól az úgynevezett hálózatra visszatápláló (Utility Interactive) nap­ elemes rendszerekig terjednek. Ez utóbbi rend­ szerek nem tartalmaznak energiatároló szalár­ 2.25. ábra. Térmegvilágító lámpák egyedi áram­ ellátása 100 W nap- és 400 W teljesítményű szél­ generátoros hibrid rendszerről (alsó, ill. felső kép: nappali, ill. éjszakai felvétel)

akkumulátorokat (így a veszteségek is csökkent­ hetők), s a napsugárzásból nyert elektromos energia fel nem használt részét egy erre a célra

U10c = 12V

U,AC =230 V

Mint már említettük, a vezetékes úttest-világítás kiépítése helyett egyre jobban használnak intel­ ligens, nap- és szélgenerátorokkal működtetett térmegvilágító ostorlámpákat (1. 2.25. ábra). A kültéri napelemes világítástechnikai eszközök

legkorszerűbb változatainak tömbvázlatát a ábrán tüntettük fel. Ezeknél az útjelző

2.26.

2.27. ábra. Háromfázisú hálózatra visszatápláló rendszer tömbvázlata

33

ter ez esetben a napelemek és a szolárakku­ mulátor-bank által leadott energiát vissza­ táplálja a hálózatba a csatlakoztatott fo­ gyasztók által felvett teljesítmény bizonyos mértékéig. Az ilyen rendszer közüzemi áram­ szolgáltatói áramszünet esetén szünetmen­ tes, 230 V-os váltakozó feszültségű áramfor­ rásként üzemel.

szolgáló hálózatra szinkronizáló inverteren keresztül közvetlenül a kiépített közüzemi elekt­ romos hálózatba juttatják. Egy ilyen háromfázisú visszatápláló rendszernek a tömbvázlatát a 2.27. ábrán láthatjuk. Ezeknek a visszatápláló rendszereknek lényege az, hogy a napelemes rendszerrel felszerelt

családi ház, irodaház stb. egy kis energiaszol­ gáltatóként funkcionál. Nappal, amíg süt a nap, van energiatermelés, a megtermelt elektromos áram egy része "kifelé folyik" más fogyaszták felé. Napszegény időszakokban és este, ill. éjjel

A hálózatra visszatápláló, szolárakkumulátor nélküli rendszereknél a napelemmel megter­ melt energiánkkal "ugyanolyan energiaszol­ gáltatóvá válunk, mint egy kis erőmű". Az

pedig a közüzemi szolgáltatótól vételezzük az áramot. Lehetőség van a két rendszer, vagyis az önellátó szigetüzemű és a hálózatra vissza­

általunk megtermelt nappali energiafelesleg a közüzemi hálózatba kerül, így azt rajtunk kívül más fogyaszták is használhatják (kép­ letesen szólva: ez esetben a "villanyóránk" vis­

termelő változat kombinációjára is (1. 2.28.

ábra). A hálózatra visszatápláló OC-AC inver-

u2DC

Uwc

=

szafelé forog) és ezért az elektromos ener-

12 v

u1AC =230 v

230 VAC egyfázisú közüzemi hálózati tá pfeszültség HálózaVPV átkapcsolóautomatika

12/230 V-os DC/AC inverter

2.28. ábra. Hálózatra visszatápláló kombinált energiahálózat tömbvázlata r--------------------, r------------------------------, r-----------------,

PV illesztő

l

�

Hálózatra kacsolai PV inverter

: :

AC vonali illesztő

lnverter

: :

Ll-� · · �--�--� R,

Bemeneli szúrő

MK1

1 1 1 '-----' '------' 1 1 : 81 1

Fesz.­ visszacsatolás Földáram­ visszacsatolás

L-------------

1 1 1 1 EIIenőrzőegység ---------------------------

RF­ szúrő

-' ._ - :,Fázistolás"'­ - - _ _, : : rO- pc 1 • l -- ionális szabá visszacsatolás, ozó vagy computertartozék :

i1 i1 '--__;.__;..:____J

1 � L-----------------------�

___

.J

t

Háromfázis 1 leválasztó­ transzformátor UAc= 3x 230 V (ki- és bemenet, L1; L2; L3 és N)

2.29. ábra. Napgenerátoros hálózatra visszatápláló háromfázisú energiarendszer tömbvázlata (TerraSolar)

34

giaszolgáltató nekünk fizet. Ha nem terme­ lünk áramot, de fogyasztunk, akkor mi fizetünk az energiáért

gens szaftvere által, így keresve meg a napelem lábiából a mindenkori maximálisan kivehető elektromos energiát (Gy4, RT5).

ábrán napelemes, a háromfázisú 230 V-os hálózatra visszatápláló energia­ átalakító rendszer egy lehetséges tömbvázlatát tüntettük fel (Terra Solar Kft.). Az energiaátala­ kító rendszer a napelemtáblák adta egyen­ feszültségű elektromos energiát alakítja át és táplálja a háromfázisú hálózatba egy leválasztó transzformátoron keresztül. A teljes hálózatra dolgozó rendszert egy PV (PV Photovoltai­ kus, fényelektromos) illesztő, egy háromfázisú hálózatra kapcsolt inverter és egy AC vonali illesztő- és a háromfázisú leválasztótranszfor­ mátor alkotja, természetesen a napelemtáblák­ kal együtt. Az inverter a háromfázisú kimeneti feszültségét mikroprocesszorral szinkronizálja a hálózathoz, így a kimeneti feszültség szinkron pozicióban kerül a hálózatra. A napelemek munkapontját az inverter választja meg intelli-

Hálózatra visszatápláló nap- és szélgene­ rátoros rendszerek. A kevésbé napsüté­

A 2.29. 3

x

=

ses évszakok szűk energia-keresztmetszeté­ nek megszüntetésére - ahol elég szeles a helyszín - célszerű egyúttal a szélenergia hasznosítása is. T ény, hogy a szél előfordu­ lása véletlenszerű. Magyarország ugyan nem számít szeles országnak, de annak nagy ré­ szén használható széirnotoros áramfejlesztő, vagyis szélgenerátor a kisebb feladatok ellátására, ill. "rásegítésre".

A

2. 30. ábrán látható közvetlen hálózatra visszatápláló rendszer jó példa a decentrali­ zált áramtermelésre. Itt változó sebességű szél­ generátor (400 W ...50 kW) és napelem­ modulok (160 W . . 1 O kW) termelik az áramot. Az inverter alakítja át a termelt áramot 230 V-os .

Fogyasztásmérő Vezérelt inverter

Biztonsági kapcsaló

G AC terheléselosztó központ

---

2.30. ábra.

Akkumulátor nélküli nap- és szélgenerátoros hálózatra visszatápláló rendszer (RT1) 35

váltakozó feszültséggé.

Az

interaktív

kap­

csolatot biztosító, a 230 V-os váltakozó áramú hálózatra visszatápláló rendszerben a szélge­

u

nerátor és a napelemmodulok által előállított energiával csökkenthetjük a közüzemi hálózat­

- 230V-

ból vásárolt energia költségét (mivel az áramfe­ lesleg eladható a közüzemi hálózati szolgáltató­ nak). Mivel e rendszerkialakítás nem tartalmaz szolárakkumulátorokat (akkumulátorbank), ezért költségkihatása és veszteségei is kisebbek. További előny, hogy könnyen hozzáilleszthető a meglévő rendszerhez. Közüzemi áramkimara­ dásnál a rendszer kikapcsol. A

2.31. ábra egy szünetmentes 0,6 ...30 kW

között megépíthető hálózati rendszert mutat, ahol az áramot szélgenerátor és napelemma­

-

Tranziens jelenség Feszültségingadozás Zavar

.. _"_""_,___...___,_,_____"",__"_ · --_",

JV\r..

dul termeli. A kis akkumulátorbank (kb. 50 kW, back-up) bármikor szünetmentes energiaellá­ tást tesz lehetövé, így képes a völgyidőben (a minimális terhelési időszakban) termelt ener­ giát a csúcsidőben leadni. Az akkumulátorok

2.32. ábra. A váltakozófeszültségű hálózat lehetsé­ ges feszültségingadozásai, tranziens jelenségei és egyéb zavarai

Fogyasztásmérő

Transzformátor 2.31. ábra. Akkumulátoros nap- és szélgenerátoros hálózatra visszatápláló rendszer

36

szél- és napenergiával termelt árammal vagy/és a közüzemi hálózatról tölthetők.

3. váltakozó áram az áramszolgáltató háló­

zatról (ha van), 4. váltakozó áram vésztartalék áramforrásról

Természetesen az energiaellátás biztonságá­ nak (szünetmentességének), a hálózatról érke­ ző tranziens jelenségek, feszültségingadozás és egyéb zavarjelek (2.32. ábra) kivédése céljából online üzemmódot célszerű alkalmaz­ nunk. Itt az esetek többségében a vezetékes elektromos energia csak biztonsági tartalék. A:z. ilyen hálózatra visszatápláló nap- és szél­

energiát hasznosító rendszert egy vagy több napi áramszünetet elviselő áramtartalék akku­ mulátorbankkal is el kell látni. Így a köz­ üzemi áramellátás kimaradásakor sem ma­ radunk elektromos energia nélkül (szünet­ mentes áramellátás). legmegbízhatóbb szünet­ mentes áramellátó rendszereknél a betáp­ lálási lehetőségek: 1. egyenáram napelem modulokról, 2. egyen- (ill. váltakozó áram) szélgenerátorról,

(aggregátor). A kimenet:

1. szünetmentes áramellátás, 2. tiszta zavarmentes szinuszos feszültség, 3. mentesség a hálózatról érkező zavarok ellen, 4. az áthidalási idő az alkalmazott akkumulá­ torbank tárolóképességétől függ, 5. a napelemmodulok és a szélgenerátor ter­ melte energia teljes mértékben hasznosuL A 2.33., ill. a 2.34. ábrán egy ilyen, a hálózattal

interaktív kapcsolatban álló 4 kW csúcsteljesít­ ményű napelem modulos rendszer napelem­ tábláinak déli, ill. északi tájolású háztetőn tör­ ténő elhelyezését láthatjuk.

A legkorszerűbb,

2.33. ábra.

A forgalmazók, rendszerfejleszlők és telepítők

különböző teljesítményhozamú hálózata vissza­ tápláló napelemes és hibrid terméklista össze­ állításokat kínálnak (F1 .. F5 és RT1 ....RT6). .

.

Hálózatra visszatápláló 4 kW-os csúcsteljesítményű napelemmodulos rendszer napelemtábláinak

elhelyezése déli tájolású háztetőn. A napelemmodulok alatt láthatók a használati meleg vizet előállító napkollektorok (RT1)

37

Napelemmodulok esetében jelenleg 600 W tel­ jesítmény felett engedélyezik, ill. lehetséges a közüzemi hálózatra való visszatáplálás. A leg­ egyszerűbb (legolcsóbb) felépítésű megoldá­ sok nem tartalmaznak akkumulátorbankot A rendszerünk ekkor mint egy fogyasztó" köz­ " vetlenül a hálózatra csatlakozik. Amennyiben fogyasztásunk egy adott pillanatban kisebb a napelemes rendszer energiatermelésénél a normál villanyóra megáll", háromfázisú óra " esetében bármelyik fázist kiváltja. Az ELMŰ, É MÁSZ területén már lehetőség van "oda-vissza mérő" mérőóra beszerelésére, ami mérheti éves szinten a fogyasztást, s a betáplálás! és ez alapján történik éves szinten a szaldós elszá­ molás. Kisebb teljesítményű rendszereknél (5 kW alatt) elegendő egy sima két számsoros" " ad-vesz mérős villanyóra, amit a szaigáitató ad (20 E Ft. ..30 E Ft, típustól függően).

kínál (l.a 2.1. táblázatot). Ezek polikristályos (edzett üveghordozón, erős, ötvözött alumini­ umkeretben, 20 éves szavatossággal) nap­ elemtáblákból és egy hálózatra szinkronizáló visszatápláló DC-AC inverterből állnak. A táb­ lázatban lévő összeállításokat 50 %-os ener­ giakivállásra méretezték.

A Pannon Solar Kft. (RT6) öt különböző ener­ giahozamú hálózatra visszatápláló változatot

2.34. ábra.

Napelemtábla-mező tartószerkezet északi tájolású háztetőn

2.1. táblázat. 50 %-os éves energia kivállásra méretezett, hálózatra visszatápláló rendszerek

Típus-

Éves

Havi

Napelemtábla-

Napelemtábla db,

DC/AC

jelölés

energiatermelés, kW ·h/év

energia-

típus, teljesít-

összteljesítmény,

invertertípus

A berendezés neHó ára, Fl

fogyasztás, kW ·h/hó

mény, W

méret (HXSZXV),

1050

150...200

KCB5T-1,

SMA Sunny Boy 700

1 215 OOO

SMA Sunny Boy 11OOE

1 813 OOO

SMA Sunny Boy 1700E

2 626 OOO

SMA Sunny Boy 2500

3 328 OOO

SMA Sunny Boy 3000

4 646 OOO

PS-PVH-1

P

85 +10/-5% PS-PVH-2

1727

250... 300

KC130GHT-2, 130 +10/-5%

PS-PVH-3

2590

350...500

KC130GHT-2, 130 +10/-5%

PS-PVH-4

3454

550 ...700

KC200GHT-2, 200 +10/-5%

PS-PVH-5

4934

750...900

KC200GHT-2, 200 +10/-5%

38

mm 10 db, B5o wP

1000

x

652

x

36

B db, 1400 WP

1290

x

990

x

x

990

x

x

990

x

P

36

20 db, 4ooo wP

1425

x

990

x

l

36

14 db, 2800 Wp 1425

l

36

12 db, 2100 w 1290

l

36

l

3. Nap- és szélgenerátoros áramtermelő rendszerek főbb egységei

A nap- és szélgeneráloros táprendszerek ener­

giagyűjtő, ill. áramtermelő egységeiként említ­ helők (1. előbb 2.9. és 2.10. ábrát) a napgenerá­ torok (napelemmodulok, napelemtáblamezők), a szélgenerálarak ( szélmaloros áramfejlesztők) és a kiegészítő (rásegítő) vésztartalék- áramfej­ leszlők (benzin-, ill. dízel- vagy gázmotorral haj­ tott áramfejlesztő generátorok, más szóhaszná­ lattal aggregátorok). További egység az akkumulátortöltés-szabályo­

oc környezeti hőmérséklet esetén. Egy szo­ kásos kristályos szilícium napelem felülete 50... 200 cm2• A célból, hogy nagyobb teljesít­ ményt érjenek el, az egyedi napelemcellákat nagyobb egységekbe szerelik. Az ilyen tokzott, egybeépített cellákat (3. 1. ábra) napelemmodu­ loknak (napelemtábla, napelempanel, fényelekt­ romos modul, PV (PhotoVoltaik) modul, szalár­ madul stb.) nevezzük. A felhasználás, vagyis a telepítés során a sok napelemmodul egybefüg­ gő "napelemmezőt, szolárszőnyeget" alkothat.

25

zók, a szolárakkumulátorok, a DC-AC inverte­ rek, az energiatakarékos fogyasztók, továbbá az egyéb tartozékként szereplő elektromos szere­ lési anyagok, s kiegészítő egységek. Ez utóbbi­ hoz tartoznak pl. a kapcsolószekrények és túl­ feszültségvédő berendezések, villámvédelmi és érintésvédelmi kialakítások, s egyéb kiegészítő elektronikák.

3.1. Napelemek, napelemrnod u Iok A

napelem mint elektromos energiaforrás.

A Nap közvetlenül vagy szórt formában hoz­

zánk érkező fényét, de akár a mesterséges fényt is fényelektromos cellákkal elektromos egyen­

ábra. Szemmel láthatóan külsőleg is jól elkülöníthető napelemcellák egy napelemtáblában

3. 1.

árammá alakíthatjuk át. A napelemek alapanya­ ga félvezető. Az energiaátalakítás a félvezető

A napelemmodulokban az egyes cellákat elekt­

alapanyagban játszódik le. Ha a fényforrás a

romosan sorosan, párhuzamosan, ritkábban

Nap, a fényelektromos cella, vagyis a fényelem

vegyesen kapcsolják (összefémezik). Az ilyen

neve napelem. Egy napelemcella hatásfoka típustól függően 6 ...21 ,5 %.

módon kapcsolt cellák l

Az egyedi napelemcellák elektromos és mecha­

Mint már említettük a napelemmodulok speci­ fikáll adatait többnyire 1 OOO W/m2 AM1 ,5 su­ gárzási feltétel mellett, 25 oc környezeti hőmér­ sékletre adják meg. A föld légkörén kívül az op­ tikai levegőréteget 0-val és a sugárzást AMO­ val jelölik (Air Mass O, AMO). A Föld felszínére a tengerszínt magasságában merőlegesen,

nikai jellemzői általában nem felelnek meg a fel­ használási igényeknek. Példaként említjük, hogy a kristályos szilícium napelemcellák üresjárási feszültsége 0,55...0,65 V, rövidzárási árama 20.. .40 mNcm2 és teljesítménye 13 ... 17 mW/cm2 1000 W/m2-es AM 1 ,5 sugárzási feltétel mellett,

jének alakulását a

3.2. ábra

=

f(U) jelleggörbé­

mutatja.

39

a)

o

b)

Rs

1!0� ®) l

1,6

1,2

0,8

0,4

.

í\

v u

c) l

l

l

3 A 2

2 1

a)

e

0,4 v u

-=-

-=-

�

�

�

0,4

o

l,

iD �

+

o

-=-

�

�

U

�

l

R

t=.\!_

Rs

lm

�

1,2

0,8

+Uo �10

1,6 vu

3.2. ábra. A napelemmodul áram-feszültség karak­

b)

terisztikájának alakulása napelemcellák esetében a) sorosan kapcsolt;

b)

párhuzamosan kapcsolt;

c) vegyesen kapcsolt

tiszta, felhőtlen időben beérkező sugárzást AM 1el jelölik (3.3. ábra). Túlzott leegyszerűsítéssel az optikai légréteg a földön lévő tengerszínt ma­ gasságában lévő megfigyelési pontban, tiszta időben: AM/cos a, ahol a (görög kis alfa) a megfigyelési pontban a beérkező sugárzás és a függőleges által bezárt szög (amely földrajzi hely- és időfüggő!). Az AM1 ,5 48,2°-nak felel meg.

� l

l.

•

•

• • •

• •

•

• •

•

• •

•

•

AM1

•

3.3. ábra. Az AMm definíciójának szemléltetése (1]

A napelem mint tápforrás áramgenerátorként működik. Belső ellenállása nagy, s ezért is zárhatóak rövidre minden káros következmény nélkül annak kivezetőkapcsai. Elektromos helyettesítő képét a 3.4. ábrán láthatjuk.

40

3.4. ábra. A napelemmodul elektromos helyettesítő képe és maximális teljesítményű M munkapontja az l = f(U) jelleggörbén Itt IF a fotonok által generált áram; Rb a belső párhuza· mos veszteségi ellenállás értéke (a napelem felületén létrejövő veszteségek összege); R. a soros veszteségi ellenállás értéke (a napelem kontaktusain és belső áramvezetésében keletkező veszteségek összege);

/0 a pn átmeneten U0 feszültség hatására átfolyó (megvilágításmentes esetre vonatkoztatott, vagyis sötét) áram értéke; U a külső R terhelőellenálláson átfolyó l áram hatására keletkezett feszültség.

A napelemről levehető teljesítményt a napelem feszültségének és az ellenállásan átfolyó áram­ nak szorzatából kapjuk. Ahhoz, hogy a napelem­ ből a lehető legnagyobb teljesítményt vehessük ki, fontos az optimális terhelés megválasztása. A 3.4. ábrán a maximálisan kivehető teljesítményt a kék színű rész szemlélteti. Ezen területnek, valamint az üres járási feszültség és a rövidre zárási áram szorzata által meghatározott terület­ nek a hányadosa az ún. � kitőltési tényező, más szóhasználattal FF tényező (fill faktor) faktor. Ez a (szakirodalomban, a napelemkarakterisztika jellemzésére, minősítésére szolgáló) hányados érték adja meg, hogy a maximálisan kivehető tel­ jesítmény téglalapja hány százaléka az I,U0 által meghatározott téglalap területének. Ertéke a gyakorlatban használatos napelemekre 0,75 ... 0,85 tartományba esik. Ideális napelem esetén az FF kitöltési tényező értéke 1 volna (nulla értékű soros és végtelen ellenállás-értékű párhu­ zamos ellenállást és ideális karakterisztikát fel· tételezve).

t= 25°C-on ? r---�----�--� l, A

A napelemek töltésszabályozói a beépített MPPT (maximális teljesítményű munkapontke­

resés) rendszernek köszönhetően a napelem­ modulokból nyerhető legnagyobb kimeneti tel­ jesítményt hasznosítják.

6 l·

A napelemmodulok többségének névleges fe­

szültsége 12 V, de készülnek kisebb és nagyobb (a szabvány 6, 12, 24, 48 V feszültségsorhoz illeszkedő, vagy átkapcsolható) névleges fe­ szültségű modulok is. Példaként említjük, hogy egy 12 V névleges feszültségű modulban mint­ egy 30 ...40 db egyedi kristályos szilícium

l

l '�"'"""'N

41

l

l

05 ,

w/m'

l

21

l

l

l t\ \1

o

5

10

15

7 l, A

l

l. no "'

l

l"'lY..""""' opu l

r

31

A szokásos 12 V-os névleges feszültségű egy­ kristályos (monokristályos) és a polikristályos napelemmodulok kiválóan illeszkednek a 12 V­ os rendszerekhez. Ellenben az amorf szilícium vékonyréteg napelemmodulok feszültsége nem mindig igazodik a 12 V-os névleges szabványos feszültséghez, annál nagyobb: 40 ... 50 V.

l.

si a)

napelemet kapcsolnak sorba.

-l 'n '

l höw l

20

U, V 25

1 kW/m'

6

A gyártás során, hogy a napelem energiabe­

fogása minél kedvezőbb legyen, különféle mű­ szaki megoldásokat alkalmaznak. A felületet különböző eljárásokkal rücskösítik", tükrözés­ " mentesítik vagy "lencsésítik". A napenergia mi­ nél jobb hasznosításához ugyanis szükséges a felületi reflexió csökkentése.

l KVV/fTI' I\\\\H : .;n�

5 4 b)

3

ábra felső részén egy tipikus mono­ kristályos szilícium napelemmodul l f(U) jel­ A 3.5.

2

=

leggörbéje látható, szabahőmérsékleten ahol a paraméter a napsugárzás erőssége. Ezen ábra alsó részén viszont az l f(U) jelleggörbét kü­ lönböző környezeti hőmérsékleteken látjuk. A 3.6. ábrán pedig egy ilyen tipikus napelemrno­ dul %-ban kifejezett teljesítményének a kör­ =

nyezeti hőmérséklettől való függését láthatjuk.

o

5

10

15

20

U, V 25

3.5. ábra. Egy tipikus monokristályos napelem­ madul jelleggörbéi

Energiaátalakítási hatásfok, ár. A napelem hatásfokát a maximálisan levehető elektromos teljesítmény és annak munkafelületére beeső fényteljesítmény hányadosa határozza meg. A kereskedelemben kapható napelemmodulok

energiaátalakítási hatásfoka: monokristályos 15...21,5 %, polikristályos 13 ... 15%, amorf 5...7%. Az amorf napelemek 5 ...7 %-os hatásfoka azt

jelenti, hogy ugyanakkora elektromos teljesít-

:�i tttaa@. -60

-40

-20

o

+20

+40 +60

oc

3.6. ábra. Egy tipikus szilícium napelemmodul tel­ jesítményének hőmérsékletfüggése

41

mény "kitermeléséhez" amorf szilíciun nap­ elemből 2,5... 3-szor nagyobb napelemmodul­ felület alkalmazása szükséges, mint a mono­ kristályos napelemmodulok esetében. Előnyük azonban, hogy kis energia- és anyagráfordítás­ sal gyárthatók, viszonylag olcsók. Hátrányuk, hogy teljesítmény élettartamuk rövid (többnyire 10 ... 15 év).

hány száz négyzetcentimétertől a néhány négyzetméteres tartományba esik. A kereske­ delmi készletválasztékuk többsége a néhány watt teljesítményű típustól a közel 250 W-os tí­ pusig terjed. Élettartamuk legalább 30 év (25 év teljesítménygarancia). Figyelemre méltó, hogy a BP Saturn technológiával gyártott változatok, pl. a BP5175S típusjelölésű 175 W csúcsteljesít­

Nagy tételben vásárlásnál a monokristályos napelemmodulok 4...5 EuroNI/, a polikristályos táblák 3.. .4 EuroNI/, az amorf szilícium vékony­ réteg táblák pedig 2 ...3 EuroNI/ áron vásárol­

ményű napelemmodulja (1. 3. 7a ábra) 2 x 36 db, külsőleg szemmel jól elkülöníthető sorosan kapcsolt cellából épül fel. Munkaponti feszült­ sége, ill. árama 36 V, ill. 4,9 A. E napelemmo­ dulok kissé felhős időben is kielégítően működ­

haták. (1. F és RT, 2007. évi adatok). A nagy teljesítményű modulok többnyire alumínium keretben, csatlakozódobozzal, 2 db bypass­ diódával kerülnek forgalomba.

Monokristályos "merev" napelemtáblák.

A

monokristályos napelemtáblák mérete a né-

y

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

...

t

képesek, mint a hagyományos technológiával előállított monokristályos típusok. Spekirális érzékenységi tartományuk ugyanis (az emberi szemhez hasonlóan) a látható tartományba

�re �

900 mm-es

MC

...

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

v

�

....

,_0

f--m �� r-< c;;

kábel

��

csatlako

..

•

..��·-

kozó

-v +

....

•

35

894

--

•

....

időszakokban is több energia begyűjtésére

.......- -

y

....

nek. Már kis megvilágításnál (3.8. ábra), vagyis a reggeli és esti, valamint a nappali kissé felhős

�

-� A

j A

_j

.... BP-5170S

b)

3.7.

42

ábra. a) A

BP-cég BP5175S 175 W-os;

b)

a Sanyo HIP-191 BE3 190 W-os napelemtáblája

% 100

Y.

90

o Ul

� .r:

80

-� «í Q; 70

Látható

l l l .... -, T l

/

�llfo� ,

l l l

-

Hagyományos lech.

l

l

l

l

200

4 00

"üi -ra 800

1000 Wim'

Fényerősség

-�o �

3.8. ábra. A hagyományos- és s Saturn techno­ lógiájú BP monokristályos napelemmodulok relatív hatásfoka a fényerősség függvényében

Ol •Q) � c Q)

� t!

•Q) !!l

;ro

� Q) c. C/)

% 100

0,51

lll ! L

o

0,5

-1,9

1,5

l.. l

'·

2,0

2,5 �-tm

Hullámhossz

3.10. ábra. A napsugárzás erősségének spektrális eloszlása a hullámhossz függvényében [2]

Saturn tech.

A monokristályos táblák fekete színezetűek, kül­

80

sőleg jól elkülöníthetők. Ezek a legköltsége­ sebb, a legnagyobb fajlagos teljesítményt adó, kiváló minőségű típusok.

60 40

A

20 o 0,35

Allagos sugárzásszint a földfelszín közelében

.�

l

600

Intenzitás a légkör határán

·� c

a:

60 o

2,5

Ul -«!

l

Saturn lech.

l

Infravörös tartomány kW/m'--��--��---

1

l

l

UV tart. fény tart.

3. 11. ábrán a SUNSET monokristályos

napelemtáblák 0,55

0,75 Hullámhossz

0,95

1,15 �-tm

főbb

típusainak

képét,

a

3. 1. táblázatban pedig azok legfontosabb jellemzőit tüntettük fel (F1.).

3.9. ábra. A BP monokristályos napelemmodulok spektrális érzékenysége a hullámhossz függvé­ nyében

esik, de kissé a kék szín felé tolódva. A 3. 9. áb­ rán látható a (0,3 ...0,55 11m) hullámhossz­ tartományba eső kiemelkedő spekirális (kék szín) érzékenység. A napsugárzásból nyerhető elektromos energia ugyanis a Nap által kibo­ csátott sugárzás hullámhosszától jelentős mértékben függ. A 3.10. ábrán a napsugárzás erősségének spekirális eloszlását tüntettük fel a hullámhossz függvényében.

A csúcsmodellek közül a 3. lb ábrán a SANYO HIP-190BE3 típusjelű HIT (Hetero­ junction with lntrisic T hin layer) napelemmodul­ jának a képét láthatjuk. Teljesítménye 190 W, tömege 14 kg, mérete 1319 x 894 x 35 mm. Hatásfoka viszonylag nagy (18,5 % cellahatás­ fok), nagy környezeti hőmérsékleten is.

3.11. ábra. "Nagy teljesítményű" SUNSET monokristályos napelemmodulok (F1)

43

3.1. táblázat. SUNSET monokristályos napelemmodulok (l. 3.11. ábra képeit balról jobbra, F1)

Kép

Típus

Max. telj. WP

Névleges fesz., V

Névleges áram, A

Üresjárati fesz., V

Rövidzárlati áram, A

Tömeg, kg

1

SM 1 0/36

10

1 7,2

0,58

20,8

0,64

1 ,3

434 x 234

2

SM 30/36

30

1 7,3

1 ,74

20,8

1 ,93

2,7

685 x 340 x 20

3

SM 45/36

45

17,6

2,55

20,9

2,78

4,2

640 x 530

4

AS 55

55

1 6,9

3,3

21

3,65

7,5

877

Méret, mm

x

x

x

20 20

660 x 35

5

AS 65

65

1 7,3

3,75

2 1 ,2

4,1

7,5

778 x 660 x 35

6

AS 80

80

1 7,3

4,6

2 1 ,5

4,95

8,2

1 200 x 526

7

AS 1 20

1 20

1 6,9

7,1

21

7,7

1 1 ,9

Polikristályos

" "merev

napelemtáblák.

50 db (5

1 476

x

x

35

660 x 35

10 db) sorosan kötött cellából épül

x

A polikristályos napelemtáblák többnyire kékes­

fel. Munkaponti feszültsége, ill. árama: 24,2 V ,

lila színezetűek. Hazánkban a KYOCERA, ill. MITSUBISHI által gyártott termékek 40 ...200 W teljesítménytartományban kaphatók. Hatásfo­ kuk kisebb, 13 ...15% a 15 ...21,5%-ot elérő

ill. 6,83 A. A 3. 12. ábrán e napelemmodul szobahő· mérséklet és AM 1,5 sugárzási feltétel melletti

monokristályos típusokhoz képest.

l= f(U), ill. P= f(U) jelleggörbéje látható, ahol a

paraméter a napsugárzás erőssége. A Kyocera KC167G-2 és KC125G-2 napelemes moduljainak cellái az optikai hatásnak köszön­ hetően csaknem feketék. A KC125G-2 modul 9

x 4 = 36 cellát tartalmaz és 125 W csúcstel­ jesítmény leadására képes. A KC167G-2 modul 167 W csúcsteljesítményű.

A 3. 13. ábrán az l s c rövidzárási áram ( +0,057 %fC). az Uoc üresjárási feszültség (-0,346%fC) és a Pmax maximális teljesítmény (-0,478 %;oC) cellahőmérséklettől való füg­ gését láthatjuk.

Példaképpen megemlítjük, hogy a Mitsubishi cég PV-MF165EB3 típusjelölésű 165 W csúcs­ teljesítményű polikristályos napelem modulja

A 3. 14. ábrán, az előző ábráéval azonos jellemzőket, a napsugárzás erősségének függ­ vényében adjuk meg.

l, A

1 kW/m'

8

t=25°C

200

0,9 kW/m'

7

P, W

6

1 50

5

�

c.. lll ·O>

120

...

100

�

'

"

o ::>

-

"

80

100

3 2

50

E-----�----�--�

O

10

20

30

40 U, V

;;a .t:! ca E o z

�::::--....

.......

lsc Uoc

l' Pmax

"'

4

o

% 140

60 40 20 o -25

o 25 50 Cella hőmérséklet

75

100 oc

3.12. ábra. A PV-MF 165EB3 165 W-os polikristályos = f(U), ill. P = f(U) jelleggörbéje,

3.13. ábra. A PV-MF165EB3 165 W-os polikristályos

napelemtábla l

napelemtábla főbb jellemzőinek a cellahőmérsék­

ahol paramérer a napsugárzás erőssége

lettől való függése

44

t= 25 oc

%

140

� a.. Vl -
g

:::>

120 100 80

ö

-

"'

'
60 40 20

o

O

200

400

600

800

1 OOO 1200

Wtm•

Fényerősség

3.14. ábra. Az előző ábrán bemutatott 165 W-os polikristályos napelemtábla főbb jellemzőinek a napsugárzás erősségétől való függése

Végezetül a 3. 15. ábrán a SUNSET polikristá­ lyos napelemtáblák három legelterjedtebb típusának a képét, a 3.2. táblázatban pedig azok legfontosabb jellemzéit láthatjuk (F1).

3.15. ábra. Polikristályos SUNSET napelemmodu­ lok (10., 9., 8. kép, F1)

3.2. táblázat. SUNSET polikristályos mapelem modulok (F1) Kép

Típus

8

PX50, 12 V

9

PX55, 12 V

10

PX85, 12 V

Max.

Névleges

Névleges

Üresjárati

Rövidzárlati

Tömeg,

telj. WP

fesz., V

áram, A

tesz., V

áram, A

kg

50

17,2

2,90

3,30

21,1

5,5

980

x

450

x

35

55

17,1

3,20

3,50

21,3

5,5

980

x

450

x

35

85

17,5

4,85

3,50

21,5

11,9

1477

ii :��� � j

-�----

-----

+

�

-

!

l

�---·

-

--

85 108

-�

Méret, mm

x

660

x

35

max. 7

��

,

--

!

l

_r=b

_____

.

fa-"-. z �

i

max. 19,35

-

3.16. ábra. A BSC cég által gyártott 40 ...50 V/40 W-os a-Si napelemtábla a felerősítősínekkel

45

Műanyag takarólap Napelemtábla

Műanyag tartóbetét (]) N

3.17. ábra. Felerősítési lehetőségek a bal oldali képen látható alumíniumprofillal

Amorf szilícium "merev" napelemtáblák.

44 V/0,9 A. Üresjárási feszültsége/rövidzárási

A vékonyréteg többátmenetes amorf szilícium

árama 61 V/1,1 A. Az FF kitöltési tényező értéke

(a-Si) napelemmoduloknak a kis gyártási költ­ ségei révén kedvező a költség/teljesítmény

60%. Mérete 635 x 1245 mm. Felülete 0,79 m2.

arányuk. Azok 5 . . . 120 W teljesítménytarto­

Összehasonlításképpen egy-egy 40 W-os amorf

mányban kaphatók. Legelterjedtebbek a 40 W

szilícium, monokristályos és polikristályos nap­

csúcsteljesítményű, 40 . . . 50 V-os munkapont­

elemmadul felülete/tömege átlagosan rendre

feszültségű változatok, pl. a 0840 típus, amely

0,79 m2/13,5 kg ;

ma BSC40 jelöléssei (Bangkok Solar Company,

0,35. . . 0,4 m2/4 . . . 4,9 kg. Látható hogy az amorf

T haiföld) kapható.

szilícium napelemtáblák telepítésénél 2,7. . . 3,5-

0,31 . . . 0,38 m2/5 kg, és

ször nagyobb tömegterheléssei kell számolnunk, Ezeknél a típusoknál nincs szükség a stabilitás

mint a mono- és polikristályos napelemmodulok

növeléséhez erősítőkereire

esetében.

(1. 3.16. ábra), azt

maga a napelemmodul (két 3 mm vastag üveg­ lap közé felvitt szilíciumréteg) tömege biztosítja,

Vannak azonban előnyös tulajdonságaik. A ked­

amely 13,5 kg. Felszerelésükhöz különleges alu­

vezőtlenebb hatásfok, rövidebb teljesítményga­

mínium profilidomct fejlesztettek ki

rancia (1O . . 15 év), nagyobb telepítési helyszük­

(3. 17. ábra),

amellyel a különböző napelemtábla-mezők

.

séglet, nagyobb tömegterhelés mellett figyelem­ be kell vennünk, hogy érzékenységi tartományuk

könnyen kialakíthatók.

az emberi szem által látható színtartományon E 40 W csúcsteljesítményű amorf szilícium nap­ elemmadul jellemző karakterisztikáit a

rán láthatjuk.

3. 18. áb­

A napelemtáblák külsőleg egy fekete sávokat tartalmazó keretezetlen (megrendelésre kere­ tezett) üveglap benyomását keltik. A

3.19. ábrán láthatóan a modul Pmax maxi­ Umax munka­

mális teljesítményéhez tartozó ponti

46

feszültségellmax

munkaponti

árama

belül a sárga színhez esik közelebb. Ez alkal­ massá teszi őket "műfényben" vagyis gyenge megvilágítási, felhős körülmények közölt mintegy 8 . .. 12 % többletenergia begyűjtésére. Így kiváló lehet energiatermelésük a kissé kedvezőtlenebb keleti, ill. nyugati telepítési irányokban is. Továbbá nem olyan kényesek a "benapozottságra" , mint a mono- és polikristályos változatok. Ez utóbbi­ aknak szinte egyetlen "porcikája" sem kerülhet árnyékba, mert már egyetlen falevél árnyéka is leblokkolhatja a teljes rendszert

(1. később!).

� :>. c � E 50

'EQl

2 :g -gQl _j

Maximális teljesítmény a megvilágítás függvényében

40 30 20 10

o

o

200

400

600

800

1000

Megvilágítás, Wim'

Egy teljes napelemes rendszer hatásfokát a napelem konstrukcióval (napelemfajta és -típus) és a környezeti, valamint a rendszerkialakítással összefüggő tényezők egyaránt befolyásolják. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet az egyik legfontosabb. Az amorf szilícium naplem­ modulok hőmérséklet-függősége viszonylag kicsi. Éves átlagban 21 ... 22 %-kal több energiát gyűjtenek be, mint az azonos teljesítményű kristályos típusok (30°-0S dőlésszög mellett). A téli hidegben a napelemeknek kb. 15 %-kal jobb a hatásfokuk, mint a 35 °C-os nyári meleg­ ben. Természetesen nemcsak a megvilágítás

npikus 1-U karakterisztika 1000 Wim' besugárzásnál, AM 1,5-nél, t 25° C

1,2 <( 1,0 E 0,8 � 0,6 <( · 0,4

=

45 40

O,� L-+-----i---+::----::--:;;---;�70 : -o

1o

30

20

40

50

60

Feszültség, V

Sz;rá�-r- 1000

35

70

30

�-

�

ll..

800

25

600

20 15

Maximális teljesítményű munkaponti áram a megvilágítás függvényében

1,2 1,0 E 0,8 � 0,6 -<( 0,4 0,2

5

<(

o

o o

o

200

400

600

800 1000 1200

Az üresjárati feszültség változása a megvilágítás függvényében

>

80

:;l

40

t

(i;

�

-�

0,8 0,6 0,4 0,2� 1o Uoc

=

Pmax o

200

400

600

25 °C, AM1 ,5, 1000 Wim'

....: �.� �:� + ,--- --�
20

o

vi

� Ö> � '5 Ol
1 o 15 20 25 30 35 40 45 50

5

3 60 Ql lL

200

E

�

Modulfeszültség, Pmax munkapontnál, V

Megvilágítás, Wim'

g 2

400

J ll

10

N

=

1

1

1

20

30

40

61 V, lsc

=

=

l

50

=

napelemmodul jelleggörbéi a) maximális teljesítmény a megvilágítás függvényében;

b) tipikus /-U karak1erisztika 1 OOO Wim' besugárzásnál, AM 1,5-nél t 25 oc-on; c) maximális teljesítményű

=

l

sci

D

�lo

AbD

.. u v

60 %

44 V, lmax R

Megvilágítás, W/m'

Uoc

60

1,1 A, FF

40 W, U max

800 1000 1200

3.18. ábra. A BSC cég által gyártott 40 W-os a-Si

\

r

1

=

0,9 A

+

�Uo

Helyettesítő kép

=

munkaponti áram a megvilágítás függvényében;

d) az üresjárási feszültség változása a megvilágítás

függvényében

3.19. ábra. A 3.18. ábra napelemmoduljának a P max teljesítményéhez tartozó munkaponti adatok, s a modul helyettesítő képe

47

erossege, hanem a napelemtábla felületének tisztasága is döntő tényező. Igen fontos továb­ bá, hogy maximális teljesítményű munkapontot kereső töltésszabályozókat és nagy hatásfokú, kis önkisülésű, jól ciklizálható szolár szolárakku­ mulátorokat használjunk (1. később!).

"Áttetsző", építészeti célú merev" nap­ " elemtáblák. Epületek kialakításánál, bővíté­ sénél, utólagos árnyékolási feladatok meg­ valósításer a beruházókat, építészeket és "barkácsolókat" elektromos energiát is termelő korszerű megoldások megalkotására ösztönöz­ hetik a közelmúltban megjelent, építészeti " célokra kifejlesztett, "áttetsző amorf szilícium vékonyrétegű árnyékoló napelemtáblák.

helyezkedik el, amelynek így igen jó a hőszige­ telő képessége és igen jól alkalmazhatók árnyé­ kolástechnikai feladatokhoz sötétített üvegtáblák helyett. Felhasználhatók pl. épületfalak, folyosók, tetőterek beltérkialakítások stb. hőszigetelő biz­ tonsági üvegeként,ill árnyékoló, egyben áramot termelő építőelemeként A legnagyobb gyártott táblaméret 2,4 x 1 ,3 m. Névleges teljesítménye 42 W/m2. Ezeknél

a

napelemtábláknál

(1 OOO

W/m2,

AM 1 ,5) 65 °C-ig nő a a termelt teljesítmény,

a

kristályos meduloknál viszont csökken. "

Az ilyen "áttetsző merev napelemtáblákat első­ sorban biztonsági berendezések (riasztó, vész­ világítás stb.) áramellátására alkalmazzák.

Az RWE SHOTI Solar-termékek 12 színben

kaphatók, amelyekkel különböző belső térhatá­ sok alakíthatók ki. A helyiség belső világítását a napelemtábla áramvezető aluminiumfelületei visszaverik, amelyek igen kellemes benyomást keltenek. E termékek többségének fényáteresz­ tő képessége 1 O %. A napelem és hordozója két igen vastag (6 . . . 8 mm) üveglap között

3.20. ábra.

48

Hajlítható vékony-fémlapos és feltekerhető napelemek. Kaphaták hajókra, jachtokra, ten­ geri vitorlásokra, s egyéb járművekre (pl. autó, lakókocsi stb.)alkalmas felhasználásra készített (F1, F2, F4) napelemmodulok is (3.20. ábra). Az igen vékony, tengervíznek ellenálló napelem­ modulok speciális ragasztóval egyszerűen fel-

Járműveken felhasználható, hajlitható vékony fémlapos napelemek (F1)

A 3.22. ábrán Triple-junction vékonyréteg-szilí­

ragaszthaták egy adott felületre. Igen könnyű, flexibilis, törés- és járásbiztos és nagyon vékony változatok is kaphatók. Ezek egyenetlen felületre is felragaszthatók. E sérülésálló modu­ lok jól rásimulnak az alapfelületre (pl. a jármű­ fedélzetre), s járható és csúszásmentes felü­ letet képeznek.

cium technológiával előállított típusok láthatók (F1, F4), amely flexibilis, hajlítható (keret és üveg nélküli), időjárás- és tengervízálló, kiemel­ kedően árnyéktűrő, a cellákhoz tartozó bypass­ diódáknak köszönhetően. Nagy az érzékenysé­ gük, kis besugárzás, és diffúz fény esetén is. Főbb jellemzőiket a 3.3. táblázatban foglaltuk össze.

BP cég gyártmányai között (1. 3.21. ábra) BP-MSX5L-, 10L-, 20L- és 30L- típusjelöléssei

A

5, 1O, 20 és 30 W csúcsteljesítményű, 12 V

névleges feszültségű polikristályos hajlítható vékonyfém-lapos modulok kaphatók. (Kisker. áruk rendre: bruttó 28, 32, 63 és 69 E Ft/db, F1 és F 4) (2007. évi árak).

3.22. ábra. Flexibilis vékonyréteg szilícium

napelemmodulok (12, 13 és 11 kép, F1)

Az ilyen napelemekkel különböző szabadidő­ 445

�l

,--

,.._ (() N

l� o

l' lí ) l l

f+l '--

készletek is összeállíthaták (napelem, töltéssza­ bályozó, szolárakku, DC-AC inverter (1. később!).

2

Egyre jobban terjednek a pillekönnyű hajlékony feltekerhető rugalmas, tengervíznek is ellenálló napelemek, más néven felcsavarható szolárcel­ laszőnyegek, amelyek pillanatok alatt bárhol használhatók. Használat után pedig egyszerűen

*

feltekerhetők, így könnyen tárolhaták a legkisebb helyen is. A kereskedelemben 5, 1O W csúcstel­ jesítményű 12 és 16,5 V névleges feszültségű típusok kaphaták (F1, F2 és F4). Tömegük

3.21. ábra. A BP cég 12V-os, hajlítható vékonyfém­

0,36, ...0,45 ill. 0,7...0,9 kg. Úgy az 5, mint a

lapos, polikristályos napelemmoduljai

3.3. táblázat. Flexibilis vékonyréteg szilícium napelemmodulok (F1) Kép

Típus

Max.

Napi energia-

Névleges

Névi.

Rövidzárlati

Üresjárati

Tömeg,

telj. WP

term., wh

áram, A

fesz., V

áram, A

fesz., V

kg

0,30

16,5

0,37

23,8

0,54

540x 246x6

23,8

0,91

540x424 x6

23,8

2,14

1416x424x6

11

FLX5

5

20

12

FLX11

10,3

40

0,62

16,5

0,78

13

FLX32

32

120

1,94

16,5

2,40

Méret, mm

49

10 W-os kiviteli kompletten (1. 3.23. ábra), mű­ anyag tárolóhengerben forgalmazzák. (Kisker. áruk: bruttó 39, ill. 63 E FVdb) (2007. évi árak). A szóban forgó típusok gyenge fényviszonyok

esetén is kielégítően működnek (felhős/esős égboltnál is). Összecsavarva a műanyag hen­ gerben jól szállíthatók. Mivel tökéletesen vízhat­ lanok, így kiváló napelemes tápforrásként szal­ gálhatnak vitorlázás, vizitúrázás, s amatőr rádió­ zás során is. Kaphaták továbbá olyan, igen hajlékony műanyafóliás változatok is, amelyek úszásképesek.

Napelemek kis készülékekhez, energia­ kondicionáláshoz. Egyre jobban terjednek a kis készülékekhez használható napelemes áramforrások. A kereskedelemben kapható (zsebbe tehető) univerzális napelemes gene­ rátorok (F1, F2) intelligens töltőelektron ikával 3.23. ábra. Felcsavarható szolárcella-szőnyeg

(5 és 10 W-os kivitelben,

F1)

készült hordozható egységek (3.24. ábra). Ezeknek a készülékeknek az akkumulátorait napelemről, 230 V-os hálózatról és a gépjármű

3.24. ábra. "Szünetmentes" tápforrásként használható, szolárakkumulátoros, univerzális napelemes áram· forrás mobiltelefonokhoz, PDA-khoz, digitális kamerákhoz (F1)

50

12 V-os fedélzeti feszültségéről egyaránt feltölt­

Komplett napelemes készletválasztékok.

hetjük. Segítségükkel a feltöltött, ill. a napge­

Akár villamos hálózat

neráloros töltés alatt álló akkumulátorokról kis

(hétvégi ház, nyaraló, vadászház, borospince,

nélküli

vidéki házba

készülékek és mobiltelefonok bárhol hálózat

horgászházikó stb.), akár lakókocsiba vagy ha­

nélkül üzemeltethetők, ill. tölthetők. A készülé­

jóba kívánunk napelemes táprendszert készí­

kekhez megfelelő összekötőkábelek, univerzá­

teni, a forgalmazák és rendszertervezők- és

lis adapterdugók és mobiltelefon-csatlakozók

telepítők között minden teljesítmény-igényhez

a különböző telefontípusokhoz tartozékként

találhatunk

szerepelnek.

készletei. A kereskedelemben kapható rendszer­

megfelelő

komplett napelemes

készletválasztékok (12 V-os egyenáramú és Egyre jobban terjednek a járműakkumulátorok

230 V-os váltakozó áramú kis és közepes telje­

kondíciójának karbantartására szolgáló nap­

sítményű szettek) 40 W-tól több mint 3 kW-ig

(3 .25. ábra). A forgalmazák

vásárolhatók, amely utóbbi már nyaraló, családi

elemmodulos töltők

(F1, F2, F4) 2 és 6 W teljesítményű típusokat

ház áramellátására is alkalmas. A készletbe a

kínálnak. Ez utóbbi nemcsak autókhoz, hanem

következő elemek tartozhatnak a

erősen igénybe vett teherautó, lakókocsi és

láthatóan: napelemmodul(ok), töltésszabályozó,

motorcsónak-akkumulátorokhoz is hasznáható.

230 V-os rendszernél 12 vagy 24 V/230 V-os

3.26. ábrán

Az időjárásálló napelempanel nappal tartós,

DC-AC inverter,

kíméletes töltést biztosít. A kondicionáló töltő­

csatlakozókábelek, akkumulátorcsatlakozók,

esetenként akkumulátor(ok),

áram kb. 400 mA, amely megakadályozza, hogy

napelemmodul-felerősítő alumíniumprofilok stb.

a jármű akkumulátora lemerüljön, azt állandóan

Külön kaphatók hálózatra dolgozó rendszerek­

feltöltött állapotban tartja.

hez, az erre az üzemmódra kifejlesztett inverterek.

3.25. ábra.

Járműakkumulátorok kondícióját karbantartó napelemmodulos töltők (F1) 51

12 V vagy 24 V DC és 230 V AC

12 V vagy 24 V DC

Napelemmodulok

Fogyaszlók

ill Töltés­ szabályozó

lmrort"- 12 V/230 V

t t

Szolárakkumulátorok

3.26. ábra. A 12, 24, ill. 230 V-os napelemes rendszer főbb egységei

Olyan készletet célszerű beszereznünk, ill. ter­ veztetnünk, amely teljesen feltöltött akkumulá­ tor(ok) esetén, névleges napi fogyasztást feltételezve, legalább négy napig üzemképes napsütés hiányában is. Nyáron, ill. télen be­ gyűjtött napenergia mennyisége közötti arány hazánkban 6 : 1. Ennek figyelembevételével nyáron lényegesen hosszabb ideig használ­ hatjuk a fogyasztóinkat vagy több nagyobb tel-

52

jesítményfelvételű készüléket működtethetünk. A gyártók, forgalmazák különféle egyéb alkal­

mazásokra kifejlesztett komplett szetteket is kínálnak (pl. hálózatra dolgozó napelemes energiarendszerek, távközlési rendszerek, fo­ lyami és tengeri bóják, segélykérő telefon, nagyfeszültségű oszlopokon elhelyezett jelző­ ' fények napelemes tápfeszültség-ellátása stb.).

Cégünknél megtalálja amit keres: •

WAGNER napkollektoros rendszerek a legjobb hatásfokú sík kollektorokkal

•

BP Solar, SANYO napelemek és a szükséges tartozékok teljes választéka

•

CALIMAX® pellet kandallék 5, 7 és 10 kW-os teljesítménnyel

•

LIGNOplus pellet kazánok 10, 15, 25 és 45 kW-os teljesítménnyel

•

OCHSNER geotermikus hőszivattyúk teljes választéka fűtésre - hűtésre

Napkollektoros rendszerek Hőszivattyúk fűtésre és hűtésre

" "Kis teljesítményű szélgenerátorok 3.2.

Szárnylapát

Szélgenerátorok, szerkezeti felépítésük. A szél kinetikai energiáját mozgási vagy elektro­

Fék Hajtómű Generátor

mos energiává alakíthatjuk. A szélerőmű lénye­ gében egy szélmotor, amely szivattyút vagy áramfejlesztő generátort hajt (3.27. ábra). A szél­ generátor tehát nem más, mint egy széirnoto­ ros áramfejlesztő. A 3.28. ábrán egy "nagyobb " teljesítményű szélgenerátor általános felépíté­

�m����4.J- villamos vezérlés

se látható. Hazánkban többnyire 60 W . . . 20 kW "kis teljesítményű" változatok kaphatók. Kime­ neti feszültségük: 12, 24, 36, 48 és 230 V lehet típustól függően. Legelterjedtebbek a 250 W,

400 W, 1 OOO W, 3000 W és a 4000 W elektromos energiát leadni képes változatok. A jó szélgenerátor egyszerűen tervezett: rugal­ mas műanyag lapátkerékkel, közvetlen hajtású,

neodímium-boron-acél állandó mágneses kefe nélküli generátorral, automatikus fékrendszerrel és széliránykövetéssei látták el. Rozsdamentes alapanyagokból és tartós bevonatokkal készül­ nek. Halk működésűek (a szél háttérzajától

3 ... 10 dB-lel zajosabbak), kis szélsebességek­ nél is jó teljesítményt nyújtanak Ezek viharos

3.28. ábra. A "nagyobb teljesítményű" szélgenerá­

torok általános felépítése [4]

szélben mechanikusan és elektromosan leté­ kezve működő, megbízható, változó teljesít­ ményt adó egységek.

l SZÉLERŐMűi

--

--

Villamos generátorak

l Szivattyúk l

1

----- ---------------- ---

-

LVíztárolól

-

--- -------

SűrítettleveQő tároló

,j

---------- -- -

-

-

l Lendkerék l

------- ---- --

--- --------

Az.

l Hidrolízis l

--

--

--

-

-

- -- -

-

-

--- ----------

l

lHidra�éntárolól

l Akkumulátor l

-

-

-

-

-

tarolasa

l Belsőécésű motor

----

-

+

lMECHANIKAI HAJTÁS l

energia l l átalakítása Az.

-

---- - ------------- -- --- -

l VÍZELLÁTÁS

- --J l

Villamosgenerátor

----

-

-

'-;;--;

FUTES

-

-

-

---

- --- ---

!ÁRAMSZOLGÁLTATÁS [

3.27. ábra. A szél kinetikai energiáját felhasználó szélerőmű (szélmotor) energiatermelés szerinti

felosztása [4]

54

l

-

[Légmotor[

-

Az, en�rgia

- - ----- - - ---- --- -- ------ - --------------

---

lülajmotorl IVízturbinal

l előállítása energia l

-

Többségüknél az előállított nem szinuszos vál­ takozó áramot a bennük lévő elektronika egyenirányítja, amely egyben túltöltés-védelem­ mel ellátott automata akkumulátortöltőként is szolgál. Így az ilyen szélgenerálarak kimene­ téről közvetlenül a töltendő akkumulálorbankra csatlakozhatunk. A 230 V-os fogyasztékhoz a váltakozó feszültséget az akkumulátorbankhoz csatlakoztatott DC/AC inverterrel állíthatjuk elő. szélgenerátorok indítási szélsebessége típustól függően 1,8...3,5 m/s. A kis teljesít­ ményű szélgenerátorak legalább 3,5...4 m/s átlagos évi szélsebességet igényelnek, ekkor már gazdaságosak. A legtöbb hazai helyszín ennek többnyire megfelel. A névleges, ill. csúcs kimeneti teljesítményűket általában 1O ...12, ill. 18...20 m/s szélsebességnél érik el, ekkor már valamennyire letékeznek és kb. 50 ...65 m/s sebességű szélviharban, a túlélési szélsebes­ ségnél leállnak vagy kifordulnak a szélbőL

A

a)

b)

3.30. ábra. Axiális légrésű állandó mágneses (áramfejlesztő) generátorak

a) toraid tekercselésű; b) kettős állórészű

A 3.30. ábra képei axiális légrésű változatokat mutatnak. A 3.30a "robbantott" ábra szerinti kialakításban a toraid tekercselésű állórészt két állandó mágnessel ellátott forgórésztárcsa fogja közre. Itt az állandó mágneseket ragaszt­

Átlagos élettartamúk meghaladja a 30 évet, s ezt követően is gazdaságos a felújításuk. Hátrányuk a relatíve nagy egyszeri befektetés. Az ilyen szélgeneráloros rendszerek könnyen telepíthetők és költöztethetők. A telepítéshez építési engedély elegendő, a tetőre szerelésnél

ják a forgórésztárcsákra.

csak bejelentési kötelezettség van, s nincs szük­ ség 17 további engedélyre, mint a 100 kW feletti szélgenerálarak telepítéséhez.

állórész-vastest sugárirányú hornyaiban helyez­ kedik el.

A 3.30b ábrán szemiéiletett egyszerűsített met­ szet olyan megoldást ábrázol, amikor két állórész fogja közre az állandó mágneses tár­ csa alakú forgórészt Az állórésztekercs az

Mint már említettük a szélgenerálarak állandó mágneses, kefe nélküli szerkezetek. A 3.29. áb­

Főbb szélgenerátor-típusok. A leggyakrab­ ban alkalmazott 12, 24, 36, 48 V egyenfeszült­ ségű Air X 400 W, Whisper 100 (H-40) 900 W,

rán látható radiális légrésű állandó mágneses

Whisper 200 (H- 80) 1OOO W és Whisper 500

gépeknél az első kép héj-mágneses, míg a má­ sodik és harmadik kép belső mágneses meg­

(H-175) 3000 W-os szélgenerálarak főbb adatai sorrendben a következők:

oldásokat mutat.

1. Rotorátmérő: 1,15; 2,1; 3 és 4,5 m 2. Tömeg: 5,85; 21; 30 és 70 kg 3. Indítási szélsebesség: 3; 3,4; 3,1 és

©S'@m(® Forgoresz

3.29. ábra. Radiális légrésű állandó mágneses (áramfejlesztő) generátorak

3,1 m/s 4. Névleges teljesítményhez tartozó szél­ sebesség: 11,5; 12,5; 11 ,6 és 10,5 m/s A Whisper 200 (H- 80)-as és a Whisper 500 (H-1759)-ös típusnak 230 V-os AC változa­ tai is vannak. Könnyen költöztethető, házilag felszerelhető, kézben kis csomagként elvihető, mobilizálható esetekre (lakókocsi, hajó, hétvégi ház, horgász­ lak stb.) kínál az Atys-Co Irányítástechnikai Kft. (F6) és a Conrad Vevőszolgálat (F1) 60 ... 250 W

55

---

'

/

Felülnézet

3.32. ábra. Az

Air X

'

'

400

W-os szélgenerátor

főbb

méretei

zálja az akkumulátorok feltöltését, s megaka­ dályozza, hogy nagy szélben hangos legyen a szélkerék. Az akkumulátorbank feltöltődésekor az elektronika lecsökkenti a töltőáramot, meg­

Air X 400 W teljesítményt leadni képes szélgenerátor képe

3.31. ábra.

teljesítménytartományba eső kis szélgeneráto­ rokat. Ezek a kis "pörgettyűk" (1. az 1.10. ábrát) telepíthetők lakókocsira, hajóra, tavak melletti kis tartórúdra, háztetőre, erkélyre, tartórúddal házfalra, magas fára stb. Ezek a hatlapátos rotorral ellátott Marlee gyártmányú (Anglia) szélgenerátorok a kisebb szélsebességek ki­ használását teszik lehetövé a kevesebb lapáttal épített berendezésekhez képest. Ezek igen alkalmasak lehetnek pl. világítási, mérés-adat­ gyűjtési, s biztonságtechnikai (pl. riasztó, GSM interaktív távjelző stb.) rendszerek minimális energiaigényű tápfeszültség ellátásának bizto­ sítására. A 3.31., ill. 3.32. ábrán az AIR X 400 W névleges teljesítményű szélgenerátor képe és főbb mé­ retei láthatók. A 3.33. ábrán e szélgenerátor "robbantott" raj­ zát is bemutatjuk. E termék neodímium-vas­ boron állandó mágneses forgórésszel (Rotor), aerolasztikus karbon szárnylapátokkal (Biade), alumíniumötvözet gépházban helyezkedik el. Csak két mozgó alkatrésze van! A mikropro­ cesszoros szabályozóelektronika (amely magá­ ban a generátorházban helyezkedik el) optimali-

56

védve az akkumulátort a túltöltéstől és lelassítja a szárnylapátol egy csendes forgású üzem­ módra. Az akkumulátorcsatlakozás megszaka­ dásakor a szabályozó úgy érzékeli, hogy az akkumulátor maximális feszüliségre van feltöl­ tődve és el sem indul vagy üresjárásban forog, mert nem tud töltőáramot leadni. Mint említettük a szárnylapát (Biade) anyaga rugalmas karbonszál, amely csavarodik, amikor a generátor eléri a legnagyobb teljesítmény­ határát. Ez túlhúzást okoz, a generátor fordulat­ számát csökkenti és védi az egységet a sérü­ léstől erős szél esetén. Ez az automatikus fékezésű széliránykövető ge­ nerátor egyszerűen a tetőre (vagy a ház oldal­ falához) szerelhető, kipányvázott tartóoszlop nem szükséges. Napelemmodulokkal hibrid rendszert alkothat. A 3.34. ábrán ezen AIR X 400 W-os szélgene­ rátor P f(v) jelleggörbéjét tüntettük fel. Ennek a típusnak van egy AIR X Marine típusváltozata =

is, amely hermetikusan szigetelt, védőfestékkel bevont kivitel. Ezt hajók, jachtok energiael­ látására (az azon lévő akkumulátorok töltésére) alkalmazzák (1. a 2.19. ábrát!). Jelleggörbéjüket a 3.35. ábrán tüntettük fel. A 3.36. ábrán a Whisper 100 (H-40) és Whisper 200 (H-80) 900, ill. 1 OOO W teljesítményt leadni

3

7

6

10

9

21

",-15 4 l 17 {!_) jlJ/ 1!----1 8 3.33. ábra. Az Air X 400 W-os szélgenerátor .,robbantott" rajza 1 orrkúp, vagyis a forgórész fej; 2 szárnyrotor, ill. légcsavarlapát; 3 szárnylapátagy (rotor-forgótárcsa); 4 csapágyak; 5 Seger-gyúrú, vagyis bepattintós rögzítőgyűrű; 6 O gyűrű; 7 állórész-tekercs; 8 permanens mágneses forgórész; 9 szabályozóelektronika; 1 O generátorgépház; 1 1 hútőfelület; 12 árboc/oszlop csapágya; 13 árboc-forgórészfej; 14 kimeneti vezetékek; 15 keferugó; 16 kefe/rugó; 17 nyakrész-csavar; 18 nyakrészbilincs; 19 kefék; 20 keferugók; 21 potenciométer

képes szélgenerátorok képe látható. A szóban forgó két típus P f(v) jelleggörbéjét a 3.37. ábrán szemléltetjük.

Turbulenciamentes telepítési helyszín

=

n

w

�500 \ 400 L J 2 300 y / �200 // ll'/ � 100 """__"" 52,3 4,510�6,158 20 1125,3 13,530 15,835 4018 20,3 >-

,

E

·ij5

Q)

c

�

o

mérf/h

9

m/s

Pillanatnyi szélsebesség

3.34. ábra. Az Air X szélgenerátor kimeneti teljesít­ ménye a pillanatnyi szélsebesség függvényében

E generátorak szélviharban a túlélési szélsebes­ ség elérésekor kifordulnak a szélből (3.38. áb­ ra). A hazai gyártók közül megemlítendő a NYÍR-ÖKO WATI Kft. által gyártott (Gy4) 800 W névleges teljesítményű AER 21680 típusjelölésű szélgenerátor. Indítási szélsebessége 1,8 m/s. 2,2 m/s szélsebességnél az áramtermelés már megindul. Az összes szélgenerátortípus kiegé­ szíthető napelemmodulokkal hibrid rendszerré. Végezetül példaként a 3.39. ábrán a Whisper 200, 1 kW-os szélgenerátornak az épít­ mény falához bilincselt tűzi tűzihorganyzott acélcső oszlopra történő szerelését szemiéi­ tetjük (RT1).

57

w 1000 s:

600

�

500

E

400

.Q!.

300

j

�

'�

2 � c

�

:,z

100


�Y

v

Pillanatnyi szélsebesség 595 476 357

�

238

g

110

/

Q)

�

v

o o o o

---

8,7 10 4,5

mérf./h

b)

=

� Q)

600

boo / lt-::::["... : ........ ll l J 100

� c

400

E :,z

200

Q)

o 4,4 8,7 13,1 17,4 21,8 26,1 30,5 34,8 39,2 csomó 5 10 15 20 25 30 35 40 45 mérf./h 2,3 4,5 6,8 9 11,3 13,5 15,8 18 20,3 rnts

§

800

2

J

200

>. c •Q)

E

1/

a)

Ol � cn � >.

/

o

vl

JJ ��

5 10 15 20 25 30 35 40 45 2,3 4,5 6,8 9,0 11,3 13,5 15,8 18,0 20,3

Pillanatnyi szélsebesség

mérf./h m/s

3.37. ábra. 3.36. ábra szélgenerátorainak kimeneti teljesítménye a pillanatnyi szélsebesség (mérf./h, m/s)függvényében

/ v

v ./ 13,0 15 6,8

0,447 rnts

17,4 20 9 =

21,7 25 11,3

csomó mérf./s rnts

0,87 csomó

Napi átlagos szélsebesség

3.35. ábra. Az Air X Marine szélgenerátor kimeneti teljesítménye, ill. napi töltésmennyisége a pillanat­ nyi szélsebesség, ill. a napi átlagos szélsebesség (csomó, mérföld/h és m/s)függvényében

3.36. ábra. 900 W, ill.1 kW teljesítményt leadni képes Whisper 100, ill. 200 típusjelű szélgenerátor (RT1, F1, F2)

58

3.38. ábra. A Whisper 100 típusú szélgenerátor alapállapotban és szélviharban a szélből történő kiforduláskor

Kiegészítő aggregátoros vésztartalék áramfejlesztök

3.3.

A napelemmodulos és a szélgenerátoros hibrid

áramtermelő rendszerek kialakításánál a szünet­ mentes áramellátás céljából a napfény- és szél­ szegény időszakok minimális energiatermelésé­ nek áthidalására szükség-, vagyis vésztartalék-­ áramforrásként kiegészítő (rásegítő) aggregáto­ rokat használhatunk. A megbízható folyamatos, szünetmentes áramel­

látáshoz tehát a tartalék jellegű "vésztartalékot" az aggregátoros áramfejlesztő biztosítja, amely gyakorlatilag "nincs aktív használatban". A leg­ korszerűbb rendszereknél azok vezérlő-szabá­ lyozó elektronikája automatikusan bekapcsolja a benzin- vagy dízelmotoros áramfejlesztőt, ha az akkumulátorbank kirverültsége és a fogyasztás ezt indokolja.

Aggregátortípusok, főbb jellemzőik. A 3.40. ábra képén ESE 900 (ill. 950) típusjelű, kompakt

Whisper 200, 1 kW-os szélgenerátor szerelése (RT1)

3.39. ábra. A

felépítésű, kétütemű benzinmctoros áramfejlesz-

KOLLEKTOROK NAPELEMEK , , SZÉLTURBINÁK INVERTEREK ,

•••

BEMUTATÓTEREM DÍJMENTES SZAKTANÁCSADÁS RENDSZERTERVEZÉS FELSZERELÉS •

•

ACCUSEALED Kft. 1158 Budapest, Késmá rk u. 14/B Telefon: 417-3469

•

Telefon/Fax: 417-3449

E-mail: [email protected]

•

Honlap: www.napelem.hu

59

A 230 V-os váltakozó feszültségű kimenetről meg­ felelő töltőberendezéssel értékes szolárakkumu­ látorainkat utántölthetjük. Így megvédhetjük azokat a káros mélykisütéstől, amikor a napból és a szélből nem tudunk elegendő elektromos energiát nyerni az akkumulátorok feltöltésére. Természetesen az akkumulátorbankunk tölté­ sének időtartama alatt további elektromos, elektronikus fogyasztóinkat is használhatjuk, a névleges kivehető tartós üzemű teljesítmény­ határig (650 W). A generátort hajtó benzinmotor egyhengeres, szinkron léghűtéses kétütemű motor. Legnagyobb teljesítménye a gyártó által beépített hajtóma­ 3.40. ábra. 650 W, tartós terhelhetőségű benzin­

tortól függően 1 ...1 ,5 kW (1,36...2 LE). A motor­

mctoros vésztartalék áramfejlesztök (ENDRESS,

fordulatszám: 3000 1/min. Az üzemidő egy tank­

F7, F10, F11 és Gy3)

tő (ENDRESS gyártmány, amelynek már igen sok ,.utángyártója" van) 230 V/50 Hz-es kimeneti váltakozó feszültséget szalgáltat Névleges, ill. leadott max. teljesítménye 650 W, ill. (780 W).

töltéssel (4,1 L) kb. 6 ...8 óra. A fogyasztás 3/4 ter­ heléssei 0,4...0,5 Uh. Üzemanyag: kétütemű keverék 1: 50 (2%). Védettségi foka IP 23. Az egy­ ségben beépített AC (ill. DC) túlterhelés elleni védelem is van. A legnagyobb kimeneti gene­ rátoráram 2,8, (ill. 3,1 A) 230 V esetén, a 900, (ill. a 950-es) típusnál. A működési zajszint, LWA:

Egyes típusváltozatainak: a 950-es típusnak 12 V/8,3 A-es egyenfeszültségű kimenete is van.

85 dB(A). A hangnyomásszint 7 m-es távolság­ ból, LPA: 60 dB(A). Tömege: kb. 20 kg.

3.41. ábra. 230 V/50 Hz, 1100,2000, ill. 4000 V· A

(1., 2., 3.) és 900 V· A (4.) tartós teljesítmény leadására képes 60

ENDRESS áramfejlesztő (F1)

E típus utángyártott távolkeleti változatai a ha­ zai szuper-, ill. hipermarketekben időnként már 20 E Ft-os akciós áron is megvásárolhaták (2007. évi adat). Nagyobb teljesítményigények eselén célsze­ rűbb az ESE 1 1 00 BS, ill. ESE 2000 BS, ill. ESE 4000 BS hordozható aggregátor-típusváltozatok használata (1. alulról felfelé a 3.41. ábra képeit). Tartós terhelhetőségük 1 1 00, 2000, ill. 4000 V· A. Az ábra jobb oldalán 900 V A tartós terhelhető­ ségű, kerekeken gurítható változat látható. ·

Korszerű, új technikájú aggregátorok. Az

3.42. ábra. Az ENDRESS-cég hagyományos­

elmúlt években egyre jobban "elektronizálódtak" az aggregátarak is. A HONDA cég EU 1 Oi és EU 30i típusjelölésű 1 kVA-es, ill. 3 kVA-es max. teljesítményű, 230 V feszültségű, hordozható benzinmctoros áramfejlesztőinek pl. teljesen tö­ kéletes szinuszos lefolyású kimeneti jelalakjuk van. Jellemzőjük a mikroszámítógép által vezé­ relt szi nuszhullám, s feszültség és frekvencia, valamint a terhelésfüggő, elektronikusan vezé­ relt motorfordulatszám.

és elektronikus szabályozású áramfejlesztője és kimeneti jelalakjuk

3.43. ábra. Az ENDRESS-cég duplex G4 generáto­ rának felépítése

A hagyományos technológiájú aggregátoros áramfejleszlők kimeneti feszültsége a terhelés­ sei arányosan változik. Értéke a 3.42. ábra felső szinuszgörbéjén láthatóan ±1 O %-os ingado­ zást is elérhet, s a kimeneti feszültség időbeni lefutása sem tiszta szinuszos jelalakot mutat. Az elektronikus szabályozóval ellátott egység terhelés-stabilitása ± 1 %-on belül tartható és a " kimeneti feszültség i dőbeni lefutása "tiszta szi­ nuszos jelalakú (1. a 3.42. ábrán az alsó jobb oldali képet).

%

20 r---H-ra-g_oy _n .,.. e rá to_ r_o _k---, y o_ á_ s _ g_ e_n _...., m '()

151

l

A

=J._...-

lll �

i 101<1
l

l

�

�

E típusok előnye a viszonylag kedvező fogyasz­ tás és a kis zajszint (52, ill. 49 dB). Viszonylag könnyűek (1 kVA: 1 4 kg, 3 kVA: 61 kg önindító­ val). Rendelkeznek elektronikus olajszint ellen­ őrzővel és túlterhelés elleni védelemmeL Két azonos típusú áramfejlesztő összekapcsolásá­ val kétszeres kimeneti teljesítmény érhető el.

5

Az ENDRESS duplex G4/G5 generátorak kefe

5

10 Terhelóáram

15

20

A

3.44. ábra. A hagyományos és az ENDRESS szinkron generátor (IP54) torzítási tényezőjének értéke a terhelőáram függvényében

nélküli, teljesen elektronikus szabályozású szinkron gépek (3. 43. ábra). Itt a generátor "megtanulja", hogy milyen motor hajtja, és ennek megfelelően működik. Így hihetetlen tel­ jesítménytartalék szabadul fel, és a generátor a legnagyobb indulási teljesítményigényt is tale-

61

rálja, valamint védi az érzékeny elektromos berendezéseket a károsodástól. A kimeneti kapcsain megjelenő szinuszgörbe lefutású fes­ zültség mindig .,tiszta" marad. Ezek a generátorak elviselik az egyoldali túlter­ helést, 1 00 %-osan zárlatmentesek, kefe nélkü­ liek és ezáltal .,teljesen szikrázás és súrlódás­ mentesek".

3.45. ábra. Az elektronikus szabályozóegység (alul), s a hagyományos és a duplex generátor forgórésze (felül)

3.46. ábra. 6, 8 és 11 kVA teljesítményű VKS tech­ nológiájú, duplex generátorral felépített ENDRESS

3.47. ábra. Kiegészítő vésztartalék "erőmű" családi

áramfejlesztők

házakhoz

62

ábrán a hagyományos és az ENDRESS szinkron generátor (IP 54) torzítási tényezőjének (klirr faktor) értékét láthatjuk a kimeneti terhe­ lőáram függvényében. A 3.45. ábrán alul az elektronikus szabályozóegység, felül pedig a hagyományos és a duplex generátor forgóré­ szének a képe látható.

A 3.44.

Ma már a múltbéli technikát elfelejthetjük. Az állandó mágnesű áramfejlesztöknél a forgó­ részen nincs csúszó, szikrázó szénkefés kom­ mutátor, ill. csúszógyűrű. Az állandó mágnesű torgórész esetleges mágneses térerejének korosodással együtt járó időbeni csökkenésére is gondoltak. A forgórész igen nagy keresztmet­ szetű, néhány menetű tekercsének kimeneteire kötött, azzal együtt forgó dióda, ill. diódák tartják megfelelő értéken az állandó mágneses térerőt Napjainkban VKS technológia felhasználásával és duplex G4/G5 generátorral 6, 8 és 11 kVA-es aggregátoros áramfejlesztőket is gyártanak

(3.46. ábra). Családi házunkba vésztartalékként pl. szuper csendes elektromos erőművet" (benzin-, ill. " dízelmotoros áramfejlesztő!) is beépíthetünk (4 ... 10 kVA-es típusok), amelyben készenléti elektronika is van (3.47. ábra). Ez a szolárakku­ mulátor-bank kimerülésekor (vagy hálózat ki­

Ha az akkumulátor-töltésszabályozón kívül csak ohmos fogyasztókat üzemeltetünk esetleg kis teljesítményű barkácsgépeket, akkor választha­ tunk aszinkron generátorú áramfejlesztót is. Minden más esetben szinkron generátoros áramfejlesztő javasolt.

Kérdés továbbá, hogy milyen hajtómotorral ellá­ tott (felépített) típust válasszunk? Ha csak vész­ tartalék jelleggel kell az aggregátoros áramfe­ jlesztő, ha annak csak az időnként lemerült szolár szolárakkumulátorok kisegítő (rásegítő) utántöltéséről kell gondoskodni, to­ vábbá csak ohmos fogyasztókat kívánunk arról működtetni, akkor választhatunk úgynevezett hobbimotoros áramfejlesztő!" is, amelyeknél a " hajtámator élettartama néhány száz" üzemóra. " (Ilyen motorok pl. a Briggs-Stretten consurner típusok, úgynevezett fekete" motorok, vagy a " Tecurnsech függőleges tengelyű típusai, mint a PRISMA, CENT U RA és egyes távol-keleti utángyártott" típusok stb.). " Ha az áramfejlesztót nemcsak időszakos, vész­ tartalék jellegű, hanem tartós" üzemeltetésre " kívánjuk használni, akkor csak profi", vagy " ipari" motorral ellátott aggregátort válasszunk. " Az ilyen motorok élettartama ugyanis több ezer üzemóra lehet. Ezekben már perselyezett, go­ lyóscsapágyazott, igen könnyen szétszerelhető, felújítható motor van. (Ilyen motorok az európai

maradáskor) automatikusan indul, s mintegy 14 áránál is hosszabb folyamatos üzemidőt tesz lehetövé (pl. ENDRESS ESE 4000 típus).

gyártmányok közül az ACME, LOMBARDINI, RUGGERINI, ENDRESS stb., a japán motorok közül pl. a HONDA, ROBIN stb., az amerikai típusok közül a Briggs-Stretton IC és VAN­

Az

aggregátor kiválasztásának főbb szem­ pontjai. A megfelelő terhelhetőségű és elren­

GUARD-, T ECUMSECH GEOT EC típusok.)

dezésű áramfejlesztő kiválasztása nemcsak

Kérdés, hogy mekkora teljesítményű áramfej­ lesztót vásároljunk? Amennyiben több fogyasz­

műszaki, hanem árkérdés is. Kérdés, hogy a szolárakkumulátoraink utántöltésén túlmenően

tót kívánunk egyidejűleg használni, amikor a

milyen egyéb fogyasztékhoz kell az áramfej­ lesztő? Az elektromos fogyasztókat három fő csoportba sorolhatjuk: - ohmos jellegű fogyaszták (izzólámpák, fű­ tőtestek, hősugárzók, főzőlapok, sütők stb.); - induktív jellegű fogyaszták (nagyobb tel­ jesítményű akkutöltő a szolárakkumuláto­ rainkhoz, mctoros barkácsgépek és egyéb villamos mctorral hajtott gépek, pl. fűnyírók,

szolárakkumulátorainkat feltétlenül töltenünk

mosógépek stb.); - különleges fogyaszták (szivattyúk, komp­ resszorok, betonkeverők stb.).

szükséges (pl. az akkumulátortőltőn túmenően, mosógép, fűnyíró stb.), akkor a fogyaszták tel­ jesítményfelvételét differenciáltan kell figyelem­ be vennünk. ökölszabály" szerint az egyes fogyasztói " csoportok teljesítményfelvételét az úgynevezett "teljesítménytényezővel" korrigálnunk kell. Ezek az ohmos, induktív és a különleges fogyaszták esetében 1-, 2-, ill. 3-szoros teljesítményigény " növekmény!" jelentenek (1. előbb a három fo-

Az

63

gyasztói főcsoportot!). A villamos motorok és motoros készülékeknek a bekapcsalásánál nagy indítási, ill. bekapcsalási áramlökés lép fel, s ezért az indítási teljesítményszükséglet is többszöröse ezen fogyaszták névleges teljesít­ ményének. Gyakorlati példa az a ggregátortípus kivá­ lasztásához. Tegyük fel, hogy az aggregátoros áramfejlesztől pl. a hétvégi házunkban napelem­ modulos és szélgeneráloros hibrid áramtermelő rendszerünk esetében elsősorban a napfény- és szélszegény időszakban lemerült szolárakkumu­

3.4. Akkumulátor-töltés­ szabályozók Soros- és sönt szabályozású töltőkészülé­ kek. A napelemes töltésszabályozó megaka­ dályozza a szolárakkumulátor túltöltését és annak mélykisütését, s ellátja a rendszer felü­ gyeletét A töltésszabályozónak biztosítania kell, hogy a napelemmodul mindig a maximális tel­ jesítményű munkapontjában működjön. A kor­ szerű töltésszabályozóknál a beépített MPPT (maximális teljesítményű munkapontkeresés)

látoraink feltöltésére használjuk. Azonban ezen időszakokban célszerűségből egyidejűleg mű­

kialakításnak köszönhetően, azok a napelemma­

ködtetünk pl.: - 1OOO W-os villanyrezsót:

ményt hasznosítják (1. előbb a 3.4. és 3. 19. áb­

1OOO x1 =1OOOV

·

A;

- 600V·A-es 12 V/40 A töltőáramú akkutöltőt: 600x2=1200V·A; - 900V A-es fűnyírógépet 900x2=1800V-A; ·

- 500V·A-es házi vízellátó szivattyúegységet: 500x3 = 1500 v . A. Ez összesen 5500V·A teljesítményigényt jelent. Ennek a feltételnek tehát egy 5500 V · A névle­ ges teljesítményű benzinmctoros áramfejlesztő felel meg. Egy ilyen egyfázisú, szinkrongenerá­ toros áramfejlesztő beszerzési költsége nagy­ ságrendileg elérheti a bruttó 180 ...260 E Ft-ot (2007. évi ár). Természetesen, ha lemondunk arról, hogy az összes fogyasztót egyidejűleg működtessük és megelégszünk a legfontosabbnak ítélt akkumu­ látortöltő, max. egy további fogyasztó tápfe­ szültség-ellátásával, akkor ezek közül a leg­ nagyobb teljesítményfelvételű fogyasztó és az akkutöltő teljesítményfelvételének összege ha­ tározza meg döntésünket (1800 + 1200 V · A). Vagyis ekkor megfelelő lesz egy 3000V·A név­ leges teljesítményű áramfejlesztő is, melynek beszerzési költsége is lényegesen kisebb, kb. 90...130 E Ft. Ebből a példából is látható, nem mindegy hogyan döntünk. Ezért, ha az előzőeknek megfelelően választunk generálort és hajtómo­ tort, vagyis komplett áramfejlesztő aggregátot, akkor biztosan nem csalódunk.

64

du lokból nyerhető legnagyobb kimeneti teljesít­

rákra vonatkozókat). A napelemes töltésszabá­ lyozók többségén a 3.48. ábrán láthatóan hat csatlakozópont található. Ezen SCD sorozatú töltésszabályozó LC kijelzővel RS232 inter­ fésszel, 10, 20 és 30 A-es változatban kapható (F1). A soros szabályozás elvén működő töltéssza­ bályozónál az áramkör gyakorlatilag megsza­ kad, amikor az akkumulátor eléri a töltési vég­ feszültségét. Figyelembe veendő, hogy a gyártók az akkumulátoraikra (ha minimális mértékben is) eltérő töltési végfeszültséget adnak meg, amit a töltésszabályozó kiválasztásánál figye­ lembe kell venni (vagy állítható töltési végfe­ szültségű készüléket kell beszerezni). A sönt szabályozás elvén működő töltés­ szabályozóknál, amikor az akkumulátor eléri töltési végfeszültségét, a szabályozó "rövidre zárja" (söntöli) a napelemtábla kimeneti kapcsait. Az ilyen szabályozónak bírnia kell a napelemtábla kimeneti kapcsainak maximális, vagyis rövidrezárási áramát, mintegy 25 ...30% biztonsági tartalékkal megfejelve. A teljesítmény­ igény lehetséges jövőbeni növelése érdekében a kiépítendő berendezésekhez már a tervezés­ kor nagyobb áramterhelhetőségű töltőszabá­ lyozót célszerű választani. A napelemtábla ki­ meneti kapcsainak rövidre zárása ugyanis nem jelent problémát, mivel azoknak nagy a belső ellenállása, ami korlátozza az áramot. A napele­ mek áramgeneráloros jellegűek (l. előbb a 3.2. és 3.4. ábrára és az egyes típusok l = f(U) jel­ leggörbéire vonatkozókat). Nagyon fontos, s nem kerülheti el a figyelmünket, hogy a

napelemes töltésszabályozók semmiképpen

rát), így kiválóan alkalmazhatók mind amorf szilí­

sem alkalmazhatók szélgenerátorral együtt. Ez

cium vékonyréteg, mind mono-, ill. polikristályos

utóbbiak kimenele feszültséggeneráloros jel­

modulokhoz. A kimenet mélykisütés elleni véde­

legű, annak belső ellenállása minimális (hacsak

lemmel, túláramvédelemmel, valamint a kimeneti

nem magába

beépített

terhelés (fogyasztó) bekapcselását érzékelő

töltésszabályozója van, s így az közvetlenül

fokozattal van ellátva. Változó megvilágítási vi­

csatlakoztatható a szolárakkumulátorra).

szonyok eselén a készülékek automatikusan

A szolárakkumulátorok a káros mélykisütés

teljesítményt nyújtó munkapontot. A kimenetnek

ellen védettek. Ezek a készülékek

intelligens

a

szélgenerálorba

megkeresik a maximális hatásfokú, legnagyobb ugyanis

lekapcsolják a fogyasztói, ha az akkumulátor

terhelésfelismerő

áramköre

van,

amely biztosítja, hogy pl. 5 W-nál nagyobb ter­

feszültsége eléri az akkumulátor mélykisütési

helés eselén a készülék bekapcsol (Gy4). Ha

feszültségértékét

a terhelést lekapcsalj uk, akkor a töltésszabályo­ zó is stand-by (készenléti), népiesen mondva

Korszerű

mikrokont rolleres töltésszabá­

"alvó" állapotba kerül, ezzel is csökkentve a fo­

lyozók. Az egyszerű szabályozástól a praeesz­ szarvezérlésű töltési siratégiáig a legkülön­

gyasztást.

bözőbb rendszerek használatosak, amelyek legtöbb forgalmazó terrnéki között megtalál­

A kis teljesítményű szélgenerálarak többsé­

hatók (F1 ... F9 és RT1 ... RT8). Az impulzus­

tett töltésszabályozó. Ez esetben egyszerűen

génél magában a generátortestben van beépí­

szélesség modulált sönt szabályozók pl. jól

csak a szolárakkumulátorra kell csatlakozni.

használhaták kicsi és közepes (max. 20 A-es

A szélgeneráloros töltésszabályozó egyik igen

töltőáramú) szolárberendezéseknél. Ezek és az " összes "igényes szabályozó optimalizált töltést

fontos feladata, hogy szélerőcsökkenés eselén

tesz lehetővé, amely a lehető legjobban illesz­

a légcsavart, vagyis az ne álljon meg, hanem

csökkentse a töltőáramot, hogy az "ne fajtsa le"

kedik a töltendő szolárakkumulátorhoz és külön­

folyamatosan forogjon a szélerőtől, az akkumu­

leges egyéb funkciói révén a lehető leghasz­

látor töltöttségétől és a terhelési (fogyasztói)

szabb akkumulátor élettartamot teszi lehetővé.

viszonyoktól függően.

A korszerű gyártmányok, pl. TSBC 1212 és

Végezetül megjegyezzük, hogy jelenleg az egyik

TBSC 1220, 12 és 20 A-es töltőárammal és 12 V

legkorszerűbb típussorozatként említhelők az

névleges feszültség mellett 13,5... 15,0 V állítható

OutBack Power Sytems által gyártott 90 %-nál

töltőfeszültséggel rendelkeznek (Gy4, F2, F4, F9,

nagyobb hatásfokkal dolgozó, max. teljesítmé­

RT1, RT5 és RT8.), 18...65 V DC bemeneli fes­

nyű munkapontkövető (MPPT) MX 60 és FX, ill.

zültségtartományban üzemelnek. Mivel képesek

VFX sorozatjelű egységek. Az utóbbi kettő egy

arra, hogy megkeressék a maximális teljesít­

egységben tartalmaz töltésszabályozó! és DC­

(1. előbb 3.4. és 3.19. áb-

AC invertert, amely 230 V-os tiszta szinuszos

ményű munkapontot

jelalakú tápfeszültséget állít elő (RT1).

Mélykisülés­ elójelzóvel ,,,

3.5. Szolárakkumulátorok SzeJár savas ólomakkumulátorok. A szélgene­ rátoros és napelemes rendszerekhez speciális, ún. ciklusálló szolárakkumulátorok a legalkal­ masabbak

(3.49. ábra.). Ezek az akkumulátorok

képesek hosszú időn keresztül jó hatásfokkal feltöltődni, majd kisülni a tárolóképességük

ábra. Mikrokontrolleres intelligens napele­ mes töltésszabályozók (F1)

3.48.

20 %-áig is. A ciklusállóságot jóval nagyobb tömegű ólommal tudják elérni, így ezek nehe-

65

%

v

1 DD - 90 g_ 80 áll 70 �60 g 50 �40 ;g 30 ;o 20 1- 10

o O

50 1DO

2,72 2,61 Ol 2,50 ]l 2,40 o 2,29 � 2 18 2 2:07 E 1,96 � 1,86 s;, 11,75 z 11,64 150 200 250 300 350 400 nap Időtartam

3.50. ábra. Különböző technológiájú savas ólom­ akkumulátorok töltöttségi állapotának és nyugalmi feszültségének alakulása a tárolási időtartam függ­

3.49. ábra. Kis önkisülésű, túltöltésálló, mélykisü­

vényében

tés-biztos, nagy ciklusátlóságú Sonnenschein dryfit szolárakkumulátor

(F1, RT1)

képességű autóakkumulátort vásároljunk, tehát pl. 100 A zebbek az azonos tárolóképességű gépjármű­ indító savas ólomakkumulátoroknál és költsé­ gesebbek is. A gépjárműindító savas ólom­ akkumulátorok nem alkalmasak igazán a cikli­ kus töltés-kisütés üzemmódra-, még a drágább kivilelek sem. Ezeket az igen kis belső ellenállá­ sú indítóakkumulátorokat arra tervezték, hogy rövid időtartamra több száz arnpert leadva elindítsák a gépjármű motorját, majd az indu­ lást követően annak áramfejlesztője azonnal tölteni kezdi az akkumulátort. Az autóakkumulátorok 1 .. 1 ,5 év alatt tönkre­ mennek a nap- és szélgeneráloros használat­ ban. Ez idő alatt is nagyon rossz hatásfokkal és nagy energia-veszteséggel (önkisülés) üzemel­ nek. A 3.50. ábrán a különböző technológiájú savas akkumulátorok tárolhatósági időtartamát, vagyis önkisülési hajlamát hasonlítottuk össze. A PbSb savas indítóakkumulátoroknak 75 nap elteltével, míg a PbCa szolár savas akkumulá­ toroknak csak 200 napot követően csökken a töltöttségi állapotuk 50 %-ra. A szélgeneráloros és napelemes rendszerekhez használható kor­ szerű szolár savas ólomakkumulátorok 6. 1O ével bírnak ki. A szolár akkumulátorokon nem tüntetnek fel indítóáramot, így a legkönnyebb felismerni azokat. .

. .

·

h-s helyett pl. 2 db 1 00 A

·

h-s akku­

mulátort, amelyeket párhuzamosan kell kap­ csolnunk. Ez esetben, ha azt kevésbé terheljük (áramtakarékos fogyasztók), ill. nem merítjük le nagyon (csak a tárolóképességük 70 %-áig), akkor azok 2 ...3 éves üzemidőt is elviselnek. A 12 V névleges feszültségű szolárakkumulátorok a legelterjedtebb 6,6...230 A h tárolóképesség (kapacitás) tartományban a legtöbb forgalmazónál beszerezhetők (F1, F2, F4, F5 és RT1). ·

Az akkumulátortelep több egymással elektro­ mos kapcsolatban álló akkumulátorcellából álló egység. Az akkumulátortelep feszültségét az egyes sorosan kapcsolt cellák feszültségének összege adja. A 12 V névleges feszültségű akkumulátor(telep) 6 db sorosan kapcsolt 2 V­ os akkumulátor cellából épül fel, amelyet az esetek többségében közös házban helyeznek el. A nagyobb teljesítményű rendszereknél a 12, 24 V-os akkumulátortelepet különálló 2 V-os cel­ lák soros kapcsolásával alakítják ki, mivel így az esetlegesen meghibásodott (zárlatos, szakadt, idő előtt "legyengült") akkumulátorcella kisebb költségkihatással és könnyen cserélhető. A könnyebb és az olcsóbb javíthatóság érdeké­ ben még a kisebb teljesítményű rendszereknél is előnyben részesítik pl. a 6 V-os akkumulá­ tortelepek alkalmazását.

Abban az esetben, ha igen olcsón hozzájutha­ tunk gépjárműindító savas ólomakkumulátor­ hoz, akkor a szükséges szolárakkumulátor (cik­ lusálló akkumulátor) tárolóképességének min­ denkor a kétszeresét meghaladó tároló-

66

Több akkumulátortelep együttesen akkumulá­ torbankot alkot. A 3.51. ábrán látható 12 V, ill. 24 V névleges feszültségű akkumulátorbankot 8 db 6 V-os akkumulátortelepből állították össze.

lnverterhez

Szabályozóhoz

l nverterhez

Szabályozóhoz

Szabályozóhoz

lnverterhez

lnverterhez

Szabályozóhoz

3.51. ábra. 6 V-os akkumulátortelepekből kialakított

Az ólomakkumulátorok töltési szabályai. A légmentesen lezárt, kocsonyásított (gélesített,

zselatinált) elektrolitú, 2 V névleges feszültségű savas ólomakkumulátor-celláknál a gázképző­ dés elkerülése végett a töltőfeszültséget a 2,4 V gázképződési feszültség alatt, gyártmánytípus­ tól függően 2,28 ...2,35 V/cella értékben hatá­ rozzák meg (1. 3.52. ábra felső jelleggörbéjét). Ezek töltésére olyan automatikus töltőkészülék, más szóval töltésszabályozó használatát java­ solják, amely 2,28 ...2,35 V/cellafeszültség el­ érésekor a töltést megszünteti és csepptöltésre

12 V-os

és

24 V-os

V/cella, U

Végső töltőtesz.

2 ,4

1,6 l

l l l l

o

4

2,2

l

l

12

l l l l l 16

20

24 t, h

év­ ges sz.

2,4 2,0

gső ütő­ sz.

1,8 1,6

nullára, vagyis a csepptöltési értékre csökken.

1,4 o 2

A maximális töltőfeszültség a 12 V névleges fe­

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Kisütési idő

"

=

l

Kisütés

2,8

mellett az akkumulátorcella nem tölthető túl. Az ilyen soros töltőszabályozóknál a töltés állandó

=

8

V/cella, U

2,6

szültségű, lezárt, "száraz szolár savas akku­ mulátoroknál a gyártók által megadottak szerint általában 6 x 2,3 V 13,8 V, míg a "nyitott" cellájúaknál (pl. az autóakkumulátorok többsé­ génél) 6 x 2,4 V 14,4 V. Ezt a feszültségér­ téket az akkumulálorra kapcsolva lehet hagyni,

'""""u""""'

2,8

áll át. E cellafeszültség esetén nem szükséges korlátozni a töltőáramot, ugyanis e feszültség

áramerősséggel kezdődik (ha süt a Nap), majd a megadott kapocsfeszültség elérésekor közel

akkumulátorbank

3.52.

t, h

ábra. A hagyományos "nyitott" savas ólom­

akkumulátor cellafeszültségének változása a töltési időtartam és a kisütési időtartam függvé­ nyében l

=

C2of20

kisütő áram esetén

így az állandóan feltöltött állapotban tartható.

A

3.52. ábra alsó jelleggörbéjén a savas ólom­ akkumulátor cellafeszültségének változását l C2Qi'20 értékű kisütőáram mellett a kisütési =

időtartam függvényében tüntettük fel. Egy 12 V névleges feszültségű akkumulátor megenge­ dett végső kisütőfeszültsége 6 x 1, 75 V 10,5 V. =

67

3.6. DC-AC inverterek Szigetüzemű inverterek. A félvezetős DC-AC átalakíták (egyen-váltakozó feszültség átalakí­ ták, váltóirányítók, inverterek, hálózatpótlók) az egyenfeszültségből meghatározott értékű és frekvenciájú (és fázisszámú) váltakozó feszült­ séget előállító elektronikus egységek. Többnyire 12 V, 24 V vagy 48 V akkumulátorfeszültségből 11 O V, 230 V, 50 Hz (60 Hz)-es "hálózati feszült­ séget" állítanak elő. Az önálló szigetüzemű (stand alone) inverterek alkalmazási területe, minden olyan hálózati feszültséget igénylő fo­ gyasztó áramellátása, amelynek egy adott idő­ ben vagy helyen hálózatból történő áramellátá­ sa nem lehetséges. Az inverter a tárolóakkmu­ látor egyenfeszültségét alakítja át többnyire 230 V/50 Hz-es "váltakozófeszültséggé". Az át­ alakítás során az akkumulátorból (akkumulátor­ bankból) kivett energia visszatöltése, ill. pótlása a szigetüzemű rendszereknél a nap- és szél­ generátor, ill. a kiegészítő (rásegítő) vésztartalék­ áramforrás (benzin-, ill. dízelmotoros áramfej­ lesztő generátor) által termelt árammal történ­ het (1. előbb 2.9. és 2.10. ábrára vonatkozókat!). A DC-AC inverterek a váltakozó áramú hálózat hiányában, mint "kültéri szigetüzemű" profik igen alkalmasak széles körű felhasználásra. Alkal­ mazhatók pl. kempingezésnél, szolártechnikánál és minden olyan esetben amikor autóban, hajón

Feszültség, V +

""'""'1.... . "Modilikált"

325 y.. . ....V

szinuszhullám

.. "Tiszta" szinuszhullám /'

-325 �......... ......... .. .. ..... ....... . ..... .... ... -...................1>-O 5 10 15 go

o

o

o

180°

A. .... .-...... �'

2 70°

20 ms

360

0

3.53. ábra. Az 50 Hz frekvenciájú szinuszos és a "modifikált" szinusz hullámú DC-AC lnverter kimenetén megjelenő jelalak az idő függvényében

10 Ol -Q)

"' '()

11 a; -E 2

�

-al

3 2,5 2 1,5 1

f\

......

......

.......

-

a:

o 1 s 10

s

1 min.10 min. 1 h

Időtartam

3.54. ábra. Egy adott inverter relatív terhelhető­ sége az idő függvényében

és szabad terepen pl. napelemmodulok felhasz­ nálásával 230 V-os váltakozó feszültségű ké­

A négyszög és trapéz kimeneti jelalakot szal­ gáltató inverterek a legolcsóbbak, igen gazda­ ságosak és a legtöbb alkalmazásra meg­ felelőek. Elektronikus fordulatszám-szabályo­

szülékek (pl. kompresszoros hűtőszekrény, tv, villamos motor, elektromos szerszámok, mobil irodák, pl. laptop, számítógépes berendezések,

zással (fázishasítással, vagyis gyújtásszög­ vezérléssel) rendelkező motorok (pl. fúrógép stb.), dimmeres fényerő-szabályozók, kedve­

stb. akkumulátorról mobil körülmények mellett,

lámpa stb. ) üzemeltetése válik szükségessé.

zőtlen cos
A gond akkor jelentkezik, amikor egy inverterre

fénycsövek, mikrohullámú készülékek üze­ meltetésére viszont alkalmatlanok. Példaképp

többnyire "mindenfajta fogyasztót rá szerelnénk kötni "! Az inverter kimeneti feszültségének jelalakja, terhelhetősége, a fogyasztó bekapcsa­ lási áramlökése és egyéb jellemzői határozzák meg, hogy mely fogyaszták üzemeltetésére al­ kalmas az. A különböző működésmódú inverterek több­ nyire a kimeneti feszültség alakjában térnek el ["modifikált " szinuszos (négyszög, trapéz), kvázi szinuszos és valós, tiszta (true, pure) szi­ nuszos, l. 3.53. és később a 3.55. ábrára vonat­ kozókat].

említjük, hogy egy 700 W/3000 W tartós/csúcs kimeneti teljesítményű trapéz inverter csak max. 120 W teljesítményfelvételű kompresszoros hűtőgép működtetésére alkalmas. A csúcsmi­ nőségű invertereknek rövid időtartamra igen nagy bekapcsalási áramlökéseket is el kell visel­ niük. Egy ilyen inverter relatív terhelhetőségét az idő függvényében a 3.54. ábrán láthatjuk. A kvázi-szinuszos inverter szaggatás üzemmód­ ban működik. A bemeneli egyenfeszültséget nagyfrekvenciás váltakozó feszültséggé alakít-

69

a)

.... t

100 90 80 * 70 .:,[ 60 .E (/) 50 •
tpikus hatásfok görbe

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Az inverter névleges kimeneti teljesítménye, %

3.56. ábra. DC-AC

inverterek tipikus hatásfok­

jelleggörbéje

b)

.... t

3.55a ábra. A tiszta

szinuszos;

b)

a kvázi-szinu­

szos DC-AC inverter kimenetén - az oszcillosz­ kóp képernyőjén - látható jelforma az idő függ­ vényében

A valós (tiszta) szinuszhullámú jelet adó inver­

ják úgy, hogy az egyes impulzusok amplitúdóját korlátozzák. Ezek egymás után következve szi­ nuszos jellegű, lépcsős kimeneti jelalakot szal­ gáltatnak (1. 3.55. ábra alsó görbéje). A trapéz­ inverterekhez képesti kisebb torzításnak kö­ szönhetően csaknem mindenfajta méréstech­ nikai készülékek, számítógépes berendezések,

3.57. ábra. 70

audio- és tv-készülékek, továbbá induktív ter­ helések is működtethetők velük. Hatásfokuk jobb a valós szinusz hullámú jelalakot adó inverterekhez képest (1. 3.56. ábra). A kedvezőt­ len cosq>-vel rendelkező terhelések (pl. fénycsö­ vek, mikrohullámú készülékek stb.) is jó hatás­ fokkal üzemellelhetők velük.

tertípusok a csúcskészülékek. Ezek még az ere­ deti felharmonikus-mentességet és a frekven­ cia stabilitást is javítják. A szinuszos kimeneti feszültség torzítása többnyire kisebb, mint 3 %, vagyis nagyobb tisztaságú, mint egy leterhelt közüzemi hálózat. Ez azt jelenti, hogy minden, a korlátoknak megfelelő teljesítményű készülékek működésére alkalmasak, vagyis bármilyen 230 V-os fogyasztó működtethető róluk.

12V/230 V, 1000, ill. 1500 W tartós terhelhetőségű Mascot trapéz inverter (F1)

Az inverterek lehetséges bemeneti feszültség­

tartományai a következők: 12 V (1O . .15 V), 24 V (20 ...30 V), ill. 48 V (43...60 V). Kime­ neteiken-típustól függően -négyszög, trapéz, kvázi- vagy valós szinuszhullámú jelet szolgáltat­ nak. Tartós kimeneti teljesítményük a 100 W-tól több kW-ig terjedhet. A 3.57. ábrán 12 V/230 V-os 1000, ill. 1500 W tartós terhelhetőségű Mascot trapéz invertert láthatunk (F1). Az akku­ mulátorfeszültség meghatározott szint alá esé­ sekor automatikusan kikapcsolnak. Túlterhelés, túlmelegedés, rövidzárlat, mélykisülés és túl kis feszültség ellen védettek. Kaphaták olyan válto­ zatok is, amelyeknél a kimeneti feszültség pl. 30 s alatt éri el a névértéket, így pl. motorok nagy bekapcsalási áramlökése elkerülhető. Egyes típusoknál az akkumulátor kímélése céljából az inverter lekapcsol, ha pl. 60 s időtartam eltelte után nincs rajta terhelés. E funkció egy kapcso­ lóval kiiktatható. .

A nap- és szélgenerátoros rendszerekhez igen

sok cég fejlesztett ki- és forgalmaz invertereket (Gy1, Gy4, Gy5, F1, F2, F4, F6, F22, RT 1, RT 4, RT5, RT8 és RT16).

A gyártók a töltésszabályozót és az invertert több esetben egy egységben helyezik el (1. 3.58. áb­ ra). Így lehetőség van a 12 V egyenfeszültséget és a 230 V-os váltakozó feszültséget igénylő fogyaszták egyidejű szünetmentes tápellátására. Az egység 230 V-os kimenetének terhelhető­ ségét az idő függvényében a 3.58. ábra jelleg­ görbéjén láthatjuk. A készülék 20 ms, ill. 0,6 s-ig 300 %-os, ill 200 %-os túlterhelést is elvisel.

Hibrid inverterek. A legkorszerűbb inverterek minden szokásos üzemmódra alkalmasak, azaz szigetüzemű (Stand-alone), hálózatra visszatápláló (Utility Interactive) és szünet­ mentes áramellátást adó biztonsági üzemmód­ ra tUPS=Uninterruptiple Power System) egy­ aránt használhatók. Ezeknek a "nagy tudású" töltésszabályozóval egybeépített, hálózatra is visszatáplálni tudó 90 ...99 % hatásfokú inverte­ reknek a jellemzői a következők: maximális tel­ jesítményű munkapontkeresés (MPP-Tracking), hőmérséklet-kompenzált töltésszabályozás, stabilizált, valós, tiszta szinuszos kimeneti jel­ alak, Mester-Szolga (Master-Siave) üzemmód (1. később), hálózatra visszatápláló üzemmód-

Párhuzamosan kapcsolt napelemtáblák

20 ms

0,6 s 5 s

>60 min. t

SOLAAIX S550

3.58. ábra. 12 V-os és 230 V-os fogyasztók egyidejű szünetmentes tápellátása töltésszabályozóval egybeépített inverterrel (Siblik Elektrik)

71

ban a kimenet szinkronizálása a közüzemi hálózathoz, három fázisú elrendezési lehetőség, automatikus átkapcsoló a kiegészítő (rásegítő) vésztartalék benzin-, ill. dízelmotoros generá­ torhoz (ATS=Automatic Transfer Switch), akku­ mulátortöltés a vésztartalék generátorról, töltés­ szabályozó bemenet szélgenerátorhoz (opcio­ nális), RS232 interfész port, amely kapcsolódik a számítógép soros partjához. Ilyen sok szolgáltatású egység több gyártó ter­ mékei között megtalálható. Külön említésre méltó az egyik legmegbízhatóbb, legsokolda­ lúbb OutBack FXNFX moduláris "építőkocka"

3.60 ábra. Telepített Sunny Boy DC-AC inverter

rendszerű, közel 99,4 %-os hatásfokú egység­

(KLNSyS, Vecsés)

komplexum, amely valódi szinuszos inverterből, töltésszabályozóból és AC transzfer kapcsoló­

FX széria teljesen zárt (tengervíznek, párás

ból áll (3.59. ábra). Egyaránt alkalmas kicsi

Az

(2 kW) és nagy teljesítményű háztartási és ipari rendszerekben (2 ...30 kW) való alkalmazásra.

kiírnának bogaraknak, apró élőlényeknek, rág­ csálóknak ellenáll), vízsugárral lemosható!

Az egységek párhuzamosan kapcsolhatók, vagy

Hajókon, sivatagban, vagyis minden mcstoha körülmény között használható. A rendszer az összes beprogramozott beállítást megőrzi

három fázisú kialakításban is felépíthetők. Gya­ korlatilag 10 db egység (a 3.59. ábrán 4 db látható) kapcsolható össze 230 V 30 kW össztel­ jesítményig. A rendszerben "terhelés nélkül" csak az első számú inverter működik, amely figyel (áramot csak ő vesz fel), a többi inverter ekkor "alvó állapotban" van, azok nem dolgoz­ nak (energiatakarékos üzemmód, kb. 2 W tel­ jesítményfelvétel inverterenként). A fogyasztás mértékének növekedésével a többi inverter egymás után kapcsolódik be a rendszerbe (Mester-Szolga működés). A rendszerben van RS232 port, amely USB fordítóval USB portra is kapcsolható.

3.59. ábra. OutBack komplett áramátalakító rendszer

72

(RT1)

(NOV-RAM), ezzel védve a programot az egy­ ség kikapcsolásakor vagy akkumulátorcseré­ nél. A 3.60. ábrán felszereJt Sunny Boy DC-AC inver­ tert láthatunk, amely szigetüzemű és hálózatra visszatápláló kialakításban is kapható. A hazánkban kifejlesztett (RT5) és gyártott (Gy4) hibrid invertercsalád (PC2000 ...PC8000 a felhasznáJók legkülönbözőbb igényeit kielé­ gítő rendszerek kialakítására alkalmas. A ké­ szülék üzemmódjának áltállításával választható ki a megfelelő működési beállítás. Üzemeltetés közben is lehetséges az üzemmód álváltása az igényeknek megfelelően. A különböző üzem­ módok variálhatóak, a kiválasztott üzemmód­ ban lehetőség van a különböző paraméterek változtatásával az adott rendszer leghatéko­ nyabb, legoptimálisabb beállítására. Mindegyik inverter típus(PC8000, PC5000, PC3000 és PC2000) rendelkezik egy beépített napelem modulról vagy szélgenerátorról mű­ ködtethető intelligens töltésszabályozó egység­ gel. A töltésszabályozó automatikus maximális munkapontkereső algoritmussal működik (MPPT), amely minden pillanatban biztosítja a rendelkezésre álló nap- vagy szélenergia maxi-

1000

75 W-os napelemmodul jelleggörbe 25°C, W/m2 1, A 5

4

100 �+::�80 60 �' l ....t'f'+ yv 40 0 10 15

Töltés kezdete

Feltöltési" El nyelető" " fázis fázis

"

Csepptöltési" fázis

MPPT töltés szab.

r

lYHS()j)?LdU.

'

�

Töltő feszültség

��y l

:

0.:

J

eletó fázi : időtartama :

,

Állandó

--� kieszültség

2

o

20

a)

25

l

: :

Csepptoltés feszullségének beállítása Csekkeniett leszuliség

l l l l

Töltő áram

U, W

b)

3.61. ábra. Töltésszabályozóval egybeépített "ZERO POWER" megnevezésű invertercsalád: a) automatikus töltőteljesítmény optimalizálás; b) a három fázisú töltési folyamat (RT5, Gy4)

PC-5000 ........ l 'c·•••• l -... BATT

PV - +

N

U

V\.vD �

48

V-os akkumulátorbank

3.62. ábra Töltésszabályozóval egybeépített "ZERO POWER" megnevezésű inverterrel (PC 5000) felépített, 230 V váltakozó feszültséget szolgáló "szigetüzemű" napelemmodulos rendszer vázlatos felépítése (RTS)

mális kihasználását (3.61. ábra). Ugyanakkor a töltésszabályozó a gyári ajánlásoknak megfele­ lően tölti az akkumulátortelepeket

48 V-os akkumulátorbank, mint energiatároló, a napelemmodulok vagy szélgenerátor, mint energiaforrás, valamint a fogyasztók.

"szigetüzemmódban" (1. 3.62. ábra) típusú inverterhez csatlakozik

Ha az akkumulátorbank feszültsége a műszaki adatokban leírt normális működési tartomány-

A

PC5000

a a

73

00000000

l I'C·IJOOO l -... OOO PV

-

N

U

N

L

+

3.63. ábra. Töltésszabályozóval egybeépített PC 5000 inverterrel felépített, hálózattal együttműködő üzemmódok vázlatos felépítése (ATS)

ban van, akkor a napelemmodulok vagy a szél­

ellátást az akkumulátorról vagy a hálózatról,

generátor energiája közvetlenül a fogyaszták

vagy mindkettőről egyszerre.

üzemeltetésére fordítódik.

állásában a fogyaszták a hálózatra vannak

A kapcsaló 2-es

kapcsolva, míg középső állásban a fogyaszték Ha a nap- vagy szélenergiából nyert energia több, mint amennyi a fogyaszták ellátásához szükséges, akkor a többletenergia az akku­ mulátorbankba kerül.

árammentesek.

A hálózattal együttműködő üzemmódok egyik formája a "szünetmentes" üzemmód. A nap­ elemmedulak által begyűjtött energiát az akku-

Ez az üzemmód akkor használható, ha nem áll rendelkezésre elektromos hálózat, vagy akkor, ha a fogyaszták egy részét a hálózattól füg­ getlenül kívánjuk üzemeltetni.

>

Áramkimaradás

A ZERO POWER invertercsalád ugyanakkor képes a hálózattal együttműködő üzemmó­ dokra is

(3.63. ábra).

Ezekben az üzemmódokban az inverterhez csatlakozik az akkumulátorbank, mint ener­ giatároló, a napelemmodulok vagy szélgenerá­ tor mint energiaforrás, a közüzemi elektromos hálózat mint energiaforrás és a fogyasztók.

A K1 váltókapcsaló 1-es állásában a fogyasz­

3.64. ábra. A hálózati áramkimaradás "lekezelésé­ nek", vagyis az átkapcsolási folyamatnak a jelleg­

ták a PC5000-en keresztül kapnak energia-

görbéi

74

mulátorokba töltjük. Amíg a hálózati feszültség értékei megfelelőek, addig a fogyaszták a hálózatról kapnak tápellátást Ha a hálózati fe­ szültség valami ok miatt megszűnik, vagy a paraméterei egy beállított tartományon kívül esnek, akkor a fogyaszták energiaellátását az inverter az akkumulátorbankból fedezi. A köz­ üzemi hálózati energiaellátás tartós helyreállása után az inverter a fogyasztókat ismét vissza­ kapcsolja a hálózatra.

Az átkapcsolás két működésmódban lehetsé­

ges. Az UPS 1 üzemmódban a fogyaszták vagy a hálózatról, vagy az inverterről kapnak energia­ ellátást, az átkapcsolás időtartama kb. 1 ...2 s. A hálózati tápellátás ideje alatt az inverter készenléti állapotban várakozik, áramfelvétele minimális.

UPS 2 üzemmódban a hálózat és a készülék egyidejűleg rákapcsalódik a fogyasztékra és

Az

INVERTER 3.

Napelemmodulok

v

N

l!) CX) � (/) a:

PV1

PI:·5DDD . . . . �

l!)

PV2

U

l

�l

�

(/) a:

rPI:·5DDD . . . . = 'o;-;T

.....:.--:...,;,.. BATT

PV

v.

:J

PV3

�

"'

48 V-os akkumulátorbank 3.65. ábra. Háromfázisú szigetüzemmódú rendszer-kialakítás ZERO POWER inverterrel (ATS, Gy4)

75

hiba (pl. áramkimaradás) esetén az 20 ms-on belül lekapcsol a hálózatról (3.64. ábra). Itt az inverter állandóan aktív. Általános háztartási célokra, gyakori hálózat kimaradások esetén az UPS 1, számítógépes alkalmazásra az UPS 2 üzemmód javasolt. Ebben az üzemmódban az akkumulátorbank tárolóképességét és a nap­ elemmodulok összteljesítményét a hálózat ki­ maradások várható időtartama és az üzemel­ tetni kívánt fogyaszták teljesítményfelvétele alapján kell meghatározni. A hálózattal együttműködő második üzemmód: a

"hálózatra visszatápláló" üzemmód. A napelem­ modulok által begyűjtött energiát a készülék át­ alakítás után a közüzemi hálózatba, mint egy végtelen tárolába táplálja, vagy a töltöttségüktől függően az akkumulátorbankba tölti. Ha a pilla­ natnyi napelemmodul teljesítmény nagyobb, mint a fogyaszták teljesítményfelvétele, akkor az ener­ gia a hálózatba is áramlik. Ha a hálózat meg­ szűnik, akkor a készülék automatikusan leválik a

hálózatról és a fogyaszták tápellátása is meg­ szűnik. Ebben az üzemállapotban az akkumulá­ torbank tárolóképességét kisebbre lehet válasz­ tani, hiszen nincs áramellátás az akkumulátorok­ ról, az akkumulátorok szerepe a fellépő energia­ csúcsok átmeneti tárolására korlátozódik, amelyre főleg szélgenerátorok esetén van szükség. A hálózattal együttműködő harmadik üzemmód a

"nulla hálózati teljesítményű" üzemmód, máS,kép­ pen ZERO POWER" üzemmód. Ebben az üzem­ " módban a készülék csak a hozzá csatlakoztatott, vagy a táv-áramérzékelő által mért fogyaszták által felvett teljesítmény mértékéig táplál vissza a hálózatra. Ez azt jelenti egyrészt, hogy ideális esetben nincs teljesítményfelvétel a hálózatbál, másrészt sohasem lesz a hálózati teljesítmény negktív, az energia nem jut vissza a hálózatba. Ha a csatlakoztatott, vagy a távmért fogyaszták teljesítménye meghaladja a visszatáplálható telje­ sítményt, akkor a közüzemi hálózatból is történik energiafelvétel, vagyis fogyasztás.

PC-IiDDD

I

BATT

PV

� �

Idő, h

Gnd 92

58.11

o 1 2

59.31

SD.OlHz

3 4 5 6 7 8 91011121314151617181920212223

Idő, h 3.66. ábra. Számítógépes manitorozó rendszer

76

101

01*-.modo.OlNTINUOUS

No--

55 C.l•ou•

kz akkumulátorbank tárolóképességél itt na­ gyobbra célszerű választani, hiszen amikor a napelemmodul pillanatnyi teljesítménye na­ gyobb, mint a fogyasztás, akkor a többletet az akkumulátorbankban tudjuk tárolni. Ez az üzem­

mód minden esetben alkalmazható ott ahol az áramszolgáltató nem akar együttműködni a fogyasztóval az alternatív energiák hasznosí­ tásában. A hálózat szempontjából nem jelent semmilyen új műszaki igénybevételt a rendszer kiépítése, egyszerűen a fogyasztó által igénybe vett hálózati energia mennyisége, vagyis a ogyasztó villanyszámlája csökken. /

;

A gyártó a 230 V /6000, 3800, 2500 és 1500 VA névleges kimeneti teljesítmény le­ adására képes ZERO POWER" megnevezé­ " sű töltésszabályozóval egybeépített inverterei PC8000, PC5000, PC3000 és PC2000 típus­ jelöléssei kerülnek forgalomba. A készülékek in­ verterei típustól függően 48 V, ill. 24 V-os névle­ ges akkumulátorbank feszültségről működnek. "

kz inverterek kimeneti jelalakjai: "szinusz

(360 lépés/ciklus). Töltésszabályzójuk bemeneli mű-

ködési feszültségtartománya 50 ... 120 V, ill. 25 ... 1 00 V (48 V, ill. 24 V-os akkumulátorbank alkalmazása esetén). A készülékek folyama­ tos maximális teljesítmény-munkapontkeresés (CMPPT) mellett max. 6000, 4000, 4000 ill. 2000 W bemeneli napelemmodul-teljesítmény kezelésére képesek. A "ZERO POWER" invertercsaláddal három­ fázisú rendszerek is kialakíthatóak (3.65. ábra). A készülékeket közös akkumulálorbankra lehet kapcsolni, viszont a napelemmodulokat külön kell kialakítani az optimális töltésszabályozáshoz. A különböző fázisokra kapcsolt készülékek egy speciális szinkronvezetékkel, valamint RS485 vonal segítségével vannak kapcsolatban egy­ mással. Ekkor a három készülék szimmetrikus háromfázisú feszültségrendszert alkot, de mű­ ködésük független egymástól. Lehetőség van a PC5000-ek összekapcsolására egy RS485 vonal segítségéveL Lehetőség van ugyanezen az RS485 vonalon egy adatgyűjtő csatlakoz­ tatására is, amelyen keresztül számítógépes manitorozás is megvalósítható (3.66. ábra).

Lakásunk, házunk vízellátásának kialakításában segít a CSER Kiadó Mestermunka sorozatának

Vfzszerelés Vízellátás - Csatornázás című kötete (ára: 3998,- Ft)

A tarta/omból: A víz és vízfajták - Csatornahálózat - Csatornacsövek-A házi vezeték csatlakoztatása a közüzemi csatornahálózatra- Szennyvíztároló gödör - A csapadékvíz elszivárogtatása - Belső csatornahálózat- Vízellátás-Vízvezetékszerelvények - Vízellátás saját forrásból

-A meleg víz készítése és melegvíz-ellátás Berendezési tárgyak a lakóépületben -A lakások higiéniai hel y i ségei - A belső vízvezeték-hálózat és csatornázás terve

ru B:rif

CSER Kiadó 1114 Budapest, Károli Gáspár tér 3. Tel.: 386-9019, 209-2982, 209-3909 Fax: 385-6684 E-mail: [email protected] •

Honlap: www.cserkiado.hu

77

r

1

L-�

ÁRAMTERMELÉS NAP/ /

-�/i /"

r

ÉS

/

/

/

\SZELEN RGIABOL

Az Ön saját erőműve! Alternatív energiák. ..

-ftitARr eJ

\�

SOLAR ELECTRONIC KFT.

7400 Kaposvár, Jutai út 45. Fax: 82/510-498 Mobil: 30/947-4052

Tel.: 82/526-524

•

E-mail: solarelectronic@t-online. hu

78

•

•

Honlap: www.napenergia.info

Egyéb tartozékok, kiegészítőegységek

3. 7.

A komplett

nap- és szélgeneráloros kereskedel­ mi készletválasztékok többnyire rendelkeznek teljes villamos szerelési anyaggal s az esetleges kiegészítőegységekkeL Ertelemszerűen ezek között említhetők: az összekötőkábelek, napelem­ tábla-tartószerkezetek, akkumulátortároló-doboz (állvány), akkumulátorsaruk, megfelelő sorka­ pocslécek, be- és kimeneti kapcsolók és biztosíták (pl. kismegszakítók), továbbá a szélgenerátorkittben lévő felerősítőbilincsek, lehajtható oszloptartozékok (pl. kipányvázó kötelek), az oszlopemeléshez emelőrúd (szol­ garúd), központi kapcsolóegység-doboz, túlfe­ szültségvédő, villámvédelmi és érintésvédelmi megoldások, ill. egységek. napelemtáblákat célszerű sorosan kapcsolni, ha a rendszerközpont attól távol helyezkedik el. Így kisebb keresztmetszetű bekötőkábeleket használhatunk. Minél rövidebbek azok, annál kisebb rajtuk a feszültségesés.

A

i

:J €lNRAD EINSCHAL TOPnMIERUNG FOR GROSSVERBRAUCHER

3.67.ábra. A nagy bekapcsalási indulóáramok ellen védő, áramkorlátozó egység (F1)

Ugyancsak elengedhetetlen fontosságú a villám­ védelemről való gondoskodás. A napelemmo­ dulokat és a szélgenerátortestet az oszloppal együtt feltétlenül földelni szükséges. (1. Karl H. Schubert: Villanyszerelés és lngeborg Schier: Villanyszerelési munkák, valamint A. Nicole Kuhlman: Napenergia hasznosítás című, CSER Kiadó gondozásában megjelent könyveket!). A 12 V, 24 V/230 V-os egyedi inverterek alkal­ mazásakor gyakran előfordul, hogy a nagy bekapcsalási áramot felvevő fogyaszták ( pl. sarokcsiszoló, fűrészgép stb.) az inverter védő­ áramkörét működésbe hozzák és az kiold akkor is, ha egyébként nincsen hiba. A 3.67. ábrán látható bekapcsalási áramkorlátozóval (F1) ezt könnyen kivédhetjük (230 V/50 Hz, l 16 A, tartós teljesítmény 3680 VA). =

További gondolatokat a fentiekre vonatkozóan a 6. fejezetben találhatunk.

Energiatakarékos fogyaszták 3.8.

Az energiatakarékosság átgondolt elektromos­ fogyasztó-választék kialakításával, az elavult készülékek kicserélésével komfortveszteség nélkül megoldható. Mint már az előzőekben az 1. 6. ábra kapcsán ismertettük, minél kisebb fogyasztású és a szükségletnek megfelelően működtetett (szabályozott és vezérelt, idősza­ kos működtetésű) készülékeket és berende­ zéseket használjunk. Energiatakarékos fényforrások. Az ener­ giatakarékos kompakt fénycsövek élettartama a hagyományos izzólámpákkal szemben 8 . 10szeres, s ötször jobb a fényhasznosításuk, s mintegy 80 %-kal kevesebb energiát fogyasz­ tanak. . .

A LED-es világítótestek kis diódái a jó hatás­ fokú fényhasznosítás és a megbízható műkö­ dés mellett rendkívül hosszú élettartamúak. A 3.68. ábrán látható fényforrások energiafel­ használásának összehasonlítását a 3.4. táb­ lázatban mutatjuk be. Látható, hogy a 11 W-os, 15 W-os, ill. 23 W-os kompakt fénycső egyen79

3.68. ábra.

Különböző technológiájú fényforrások

3.4. táblázat.

Fényforrások energiafelhasználásának összehasonlítása

Teljesítmény,

w

Energiafogyasztás 1000 óra alatt,

kW· h

Teljesítmény,

w

Energiafogyasztás 1OOO óra alatt,

kW· h

Teljesítmény,

w

Energiafogyasztás 1000 óra alatt,

kW·h

25

25

5

5

40

40

7 ..9

7 . .9

60

60

11

11

2

2

75

75

15

15

3

3

100

100

20

20

4

4

120

120

23

23

5

5

.

értékű egy 60 W-os, 75 W-os, ill. 120 W-os izzóláma fényerejével. A 3. 69.

ábrán ingenium előfűtésű 230 V-os kom­ pakt fénycsöveket láthatunk (a 15, 30 és 52 W-os termékek egyenértékűek a 75, 150 és 160 W-os izzólámpa fényerejével.). Ezek a fénycsövek nappali fényt adnak (F1).

.

0,5

0,5

1

1

megvenni az egész lámpatestet, elég csak a feltétet (vagyis a fénycsövet) kicserélni, mivel az elektronika szinte elnyűhetetlen. A 12 V/12 W-os és 18 W-os típusoknak E-14-es gyertyafoglala· tuk van. A megvásárolható tartalékfeltét mellett foglalatadapter is kapható, amely az E-14 gyer­ tyafoglalatot E-27 normál foglalattá alakítja.

3. 70. ábrán 18 LED-ből kialakított energiakölt­ ség-kímélő 12 V, ill. 230 V-os GU5,3 fejű, ill. GU 1O fejű, 50 OOO óra élettartamú, 240 lux megvilágítást adó LED-es fényforrás látható.

A

Kaphaták a kisfeszültségű rendszerekhez cserélhető fejű, 12 V-os kompakt fénycsövek is (F2). Ha kiégett a fénycső, ezeknél nem kell

80

LED-ES LÁMPA

KOMPAKT FÉNYCSŐ

IZZÓLÁMPA

3.69. ábra. Ingenium előfűtésű energiatakarékos kompakt fénycsövek (F1, F3)

� SOOOOh

GUSJ

Előnyük a minimális energiafelhasználás mel­ letti igen nagy fényerő és az extrém hosszú élettartam. Sugárzási szögük 15°, átmérőjük 5 cm {F1). Az E-27 fejű 230 V-os típusok a ha­ gyományos izzólámpákat és egyéb hálózati feszültségű fényforrásokat válthatják ki. Kaphaták 3 V-os LED-Spot világítótestek is (l. 3. 71. ábra, F1, F2) GU 1 O és E-27 foglalattaL

EmCUJ SOOOOh

GU 10

3. 70. ábra. 18 db. LED-ből álló energiaköltség­ kímélő világítótestek (240 lux, F1)

3.71. ábra. 3 W-os LED-Spot GU10/E27 lámpák

81

A csavarozás normál E-27 foglalatnak köszön­ hetően illeszkednek a hagyományos izzófogla­ lathoz. Így megtehetjük, hogy izzóinkat hosszú élettartamú LED-es technikára cseréljük (F1).

Energiatakarékos fogyaszták vezérelt és szabályozott működtetése. Az időkapcsaló órák lehetövé teszik, hogy elektromos készü­ lékeink időben kapcsoljanak be, illetve ki. Kapható kisfeszültségű rendszerekhez, ill. mo­ bil használatra alkalmas, 12 V-os fogyaszták be­ és kikapcsolására, szivargyújtóhoz csatlakoz­ tatható típus is (3.72. ábra, F1, F2), amely 10 A

�AD/O CONT�K>t.Lf

O

terhelhetőségű. A hét napjaira két be- és ki­ kapcsolási időpontot lehet vele beprogramozni. Vásárolhatunk 230 V /10 A terhelhetőségű ket­ tős időkapcsaló órát is (3.73. ábra felső képe), napi és heti programozási lehetőséggel (F1). Áramkimaradás esetén egy "pufferakku" gon­ doskodik a program további futásáróL Ameny­ nyiben másodperces pontossággal kívánunk kapcsolni, vagy nem akarunk bajlódni a téli­ nyári időszámításból adódó óraátállítással, úgy rádiójel vezérlésű, DCF technikájú időkapcsaló órát is beszerezhetünk (3. 73. ábra alsó képe). Használhatunk passzív mozgásérzékelőket is. Ezek kényelmesek, biztonságosak és takaré­ kos fogyasztóműködtetést tesznek lehetövé. Automatikusan kapcsolják be a világítást (vagy pl. a riasztókészüléket stb.), ha valaki belép az általa figyelt tartományba. Praktikusak a házban

3.73. ábra. Kettős, egymástól függetlenül progra­ mozható és DCF időkapcsaló óra (F1)

több helyen, pl. lépcsőházban, pincében stb. E megoldással energiát takaríthatunk meg, hiszen még véletlenül sem fordulhat elő, hogy lámpáink tovább világítsanak a kelleténél. A 3.74. ábrán látható mozgásérzékelő (F1) beállíthatósági késleltetési időtartama max. 10 perc, érzékelési tartománya 180°. Nappal felesleges a költséges világítás. Erre a célra különböző gyártmányú szürkület- (alko­ nyat-, sötétedés-, naplemente-) kapcsolók kap­ haták (pl. a szupermarketekben). Ezek alkony­ atkor a hozzákapcsolt világítást be-, reggel pe­ dig kikapcsolják.

3.72. ábra. 12 V-os, 10 A terhelhetőségű, szivar­ gyújtóhoz csatlakoztatható időkapcsaló óra (F1, F2)

82

Igen hasznosak a fényerőszabályozás (dim­ mer) világítások is. A fényerő csökkentésével ezekkel is jelentős energiát takaríthatunk meg.

---

::::---___

1000 W terhelhetőségű passzív infravörös mozgásérzékelő (F1, F2)

3.74. ábra.

A CSER Kiadó

Napjainkban az elektromos készülékeinket készenléti állapotban tartva, azaz "kikapcsolva is" pazaroljuk az energiát. Háztartásainkban az elektromos energiafelhasználás kb. 1 O %-át a készülékeink puszta üresjárata, vagyis azok ké­ szenléti állapotban tartása teszi ki teszi ki. Újabban már kaphaták készenléti állapotot ellenőrző egységek, amelyek automatikusan érzékelik az üzemi állapotot, és ha a távirá­ nyítású készüléket kikapcsoljuk, akkor azok egy késleltetési időtartam után automatikusan le­ kapcsolják a készüléket a hálózatról (pl. a tv ké­ szenléti állapotát ellenőrző készülék, Conrad Elektronika).

Padlóburkolatok

című könyve (ára 3998,- Ft)

ismerteti a padlóburkolatok közismert és különlegesebb típusait, azok előnyeit és hátrányait, és lerakásuk módját. Utóbbi bemutatását a b eépítést lépésről lépésre végigkísérő fényképek egészítik k i.

A tarta/omból: A megfelelő burkolat kiválasztása Tervezés, stílus és burkolatkiosztás Szerszámok és eszközök Az aljzat előkészítése

Hidegburkolatok Rugalmas burkolatok Fa padlóburkolatok Padlószőnyeg és alternatívái

CSER ���� , -;. o •

o

CSER Kiadó 1114 Budapest, Károli Gáspár tér 3. Tel.: 386-9019, 209-2982, 209-3909

E-mail: [email protected]

•

Honlap:

•

Fax: 385-6684 .cserkiado.hu

www

83

4. Telepítési, tervezési meggondolások,

kivitelezés

Napelemes rendszerek telepítési meggondolásai 4.1.

Napelemtáblák energiahozamának optima­ lizálása. Igen fontos, hogy a napelemtáblákból minél több elektromos energiát vehessünk ki.

A maximális napenergia-begyűjtés lehetőségeit

egy négy darab, egyenként 40 W csúcsteljesít­ ményt leadó, hazánkban kapható amorf szilíci­ um vékonyréteg napelemmodulokkal (F2, F8 és RT1) kialakított (tanyán felszerel!) áramellátó rendszeren mutatjuk be. A négy napelem ma­ dul földön álló állványzatra került elhelyezésre.

Párhuzamosan kapcsolt napelemtáblák

12 V/230 V-os inverter

,______.

4.1.ábra. 12 V egyen- és 230 V váltakozó feszültséget szolgáltató napgeneráloros rendszer felépítése

84

-(�;l\1/-' ,

1,0

\

/

\

.......

"; �-�- --!�l

1"----

\

......

-

\

\

\

\

- - ....

\,

l l

0,8 0,7

\ \


\

\

.e> Ql

\

0,6

c Ql

' --�

'� ---

/\

0,9

-Ql Ul ."._ c c Ql E

\

/ ,

\

'

Ol

\

,
--

�

--- ',

\ __ __ ,

�

ro

0,4 0,3

Q3 E

0,2

�

\ \

\

v

0,1

Napelemrnodul

4.2. ábra. A napelemtábla energiahozama akkor optimális, ha a napsugár azt mindig merőlegesen éri

l l ll

0,5

o

'-..

É

K

D

É

NY

4.3. ábra. Az amorf szilícium napelemmodulok átla­ gos relatív energiatermelésének irányfüggősége

A rendszerkialakítás tömbvázlatát a 2.4. áb­ rán (/. 2. fejezet), vázlatos felépítését pedig a 4. 1. ábrán mutatjuk be.

Függőleges felületen (mindig a Nap felé fordulva)

500

Tudvalévő, hogy a megtermelt elektromos ener­ gia mennyisége a napelemmodul fajtájától, típusától, annak munkafelületére eső megvilá­ gítás erősségétől és a napelemmodulok elhe­ lyezésétől függ. Az optimális elhelyezés az lenne, ha fény a nap folyamán a lehető leg­ hosszabb időtartamig és mindig merőlegesen érné a napelemmodulokat (4.2. ábra). A Nap alacsony állása eselén a napsugaraknak lénye­ gesen hosszabb utat kell megtenniük a földi atmoszférában (lásd előbb

1.3.

és

3.3. ábrára

vonatkozókat is), ami jelentősen megnöveli az abszorpció!. A napelemtáblákat az északi fél­ tekén déli irányba állítva célszerű felszerelni. Amennyiben erre nincs lehetőség, akkor azok csak csökkent hatásfokkal termelnek elektro­ mos energiát. A 4.3.

ábrán

400 350 300
:s:

200 150 100 50 o l.

egy amorf szilícium napelem­

madul ideális iránytól való eltérésének hatása látható az energiatermelésre. Az északi irány­ ba fordítva a napelemet-, csak a szórt fény hatása látszik.

ábrán a dél felé fordított, de különböző dőlésszögben elhelyezett 40 W-os amorf szilíci­ um napelemmel termelt átlagos napi energia­ mennyiség látható. A dőlésszög a vízszintessel bezárt szöget jelenti. A vízszintes elhelyezés azért

A 4.4.

450

ll.

p

=

p

=

lll.

IV

V VI. VII. VIli IX. X

oo vízszintes 90° függőleges

XI. XII.

Hónapok

4.4. ábra. Egy 40 Wp-os a-Si napelemmodul átlagos napi energiatermelése havi bontásban, különbözó

dőlésszögek esetén

sem lenne célszerű, mert a napelem öntisztu­ lása ez esetben nincs megoldva. Az ideális dőlésszög 30.. .45°, attól függően, hogy télen vagy nyáron akarunk-e több energiát a napsug­ árzásból "befogni".

85

Az évi napsütéses órák számát Magyarorszá­

W· h/nap

gon, vagyis az évi napfénytartamal az 1. fejezet 1.8. ábráján, a napsugárzás évi összenergiáját pedig az 1. 7. ábrán már feltüntettük.

250 200 150

A meteorológiai

táblázatokból származó és számított adatok alapján az 1 db 40 W-os amorf szilícium napelemmodullal egy év alatt begyűjt­ hető energia várható értéke az ország külön­ böző pontjain 48...53 kW · h/év, az energia­ hozam egy évre vonatkoztatott átlaga pedig 132 ... 145 W h/nap (4. 1. táblázat).

100 50 o

l.

ll. lll. IV. V. VI . VII. VII\ IX. X XI. XII . Hónapok

·

4.5. ábra. 40 W teljesítményű a-Si napelemmodullal Magyarországon egy nap alatt átlagosan megter­ melhető elektromos energia havi bontásban (RT8)

ábrán látható grafikonon az egy darab 40 W-os amorf szilícium vékonyréteg (pl. 0840, TS40, BSC 40) napelemmodullal Magyaror­ szágon egy nap alatt átlagosan begyűjthető (megtermelhető) elektromos energiamennyiség 0N h/nap) látható havi bontásban. A grafikon­ ból leolvasható, hogy nyáron egy 40 W-os amorf szilícium napelemmel begyűjthető energiameny­ nyiség 240 ...250 W· h/nap, ami pl. egy 12 V-os szolárakkumulátor töltésekor mintegy 240 W · h/12 V 20 A h-t jelent.

A 4.5.

·

=

·

ábrán látható 4 db 40 W-os napelemma­ dult párhuzamosan kapcsoltuk, így az 80 A h­ ás töltésnek felel meg. Itt figyelembe kell ven­ nünk, hogy a közös ágakban nagyobb áram folyik, tehát nagyobb keresztmetszetű (6 mm2) bekötővezetéket kell használnunk. Mint a 4.5. áb­ rából látható, a télen begyűjthető elektromos energia a nyárinak kb. 1/6 része. Így egy 40 W­ os napelem esetében naponta átlagosan mintegy 40 ...50 W· h energiával számolhatunk (4.1. táblázat).

A 4.1.

·

napelemtáblák elhelyezése, tájolása. Mint már említettük igen fontos, hogy a napelem­ modulok megfelelő irányban és szögben állja­ nak a Nap helyzetéhez. Ez pedig a déli irány, 15°-nál kisebb eltéréssel (4.3 és 4.6. ábra). A dőlésszög pedig a vízszinteshez képest a kö­ vetkező: - nyári időszakra optimalizált rendszereknél 30 ...40° (pl. csak nyáron használt hétvégi házaknál, nyári öntözőrendszereknél); - tavasztól őszig működő rendszereknél 45 .. Ar (pl. tanyák, ahol télen nem laknak); - téli időszakra optimalizált, vagyis egész évben működő áramforrásoknál 60...65° (pl. hírközlő átjátszóknál, meteorológiai állomásoknál stb.). A dőlésszög és az ener­ giatermelés összefüggése nyilvánvaló, ha belegondolunk a Nap téli és nyári járásába (1. 1.3. ábra). Hihetetlenül fontos, hogy a kívánt energiatermelés időpontjában, vagyis addig, amíg a napelemmodulok "látják" a Napot, semminek sem szabad, még részle­ gesen sem árnyékot vetnie a napelemmodul munkafelületére. A monokristályos napelem­ moduloknál már egy közepes méretű falevél árnyéka is képes az egész rendszert blokkol­ ni. Mivel az ilyen napelemmodulokban a cel-

A

4. 1. táblázat. 40 W csúcsteljesítményű a-Si napelemtábla napi átlagos energiahozama (W

·

h/nap)

Magyarország különböző helyein. (Az adatok tájékoztató jellegűek!)

Hely

Energiahozam, W h/nap ·

Jan.

Feb.

Márc.

Ápr.

Máj

Jún.

Júl.

Aug.

Sze pt.

Okt.

Nov.

Dec.

Eves átlag, W · h

Budapest

37

70

117

176

229

242

241

207

147

84

41

27

135

49

Kecskemét

39

75

126

189

246

260

258

222

157

91

44

29

145

53

Miskolc

36

68

114

171

224

236

235

201

143

82

40

26

132

48

Szeged

38

73

123

184

241

254

252

217

154

89

43

28

141

52

Pécs

38

71

120

180

235

248

246

212

150

86

42

28

138

50

86

kW ·h/év

loknál 65 °C-ig nő a teljesítmény, a többieknél csökken. Az amorf szilícium napelemtáblák mintegy 8 . .12 % többletenergiát képesek begyűjteni felhős, illetve gyenge megvilágítási körülmények között, így kiváló az energiater­ melésük a kissé kedvezőtlenebb keleti, illetve nyugati irányokban is, ezért alkalmazásuk esetenként előnyt jelenthet. Éves átlagban 21 ... 22 %-kal több energiát termelnek a hagyo­ mányos mono- és polikristályos típusokhoz képest. A gyakorlatban a nyári időszakban a 30°-0S napelem-dőlésszög vált be (RT12). .

A legkedvezőbb energiabefogás eléréséhez

készíthelők olyan állványzatok, ill. tartószerke­ zetek is amelyek az adott évszakhoz lehetővé teszik a napelemmodulok dőlésszögének opti­ malizált beállítását (4.21. ábra). A napelemtáblák meglévő épületek eselén

4.6. ábra. Déli tájolású tetőfelületen elhelyezett 7 db 158 W-os Kyocera polikristályos napelem­ medul a hozzákapcsolt Sunny Boy töltésszabá­ lyozás inverterrel (KLNSYS, Bp.)

lák soros kapcsolásúak (1. a 3.1. és 3.7. áb­ rát), így egyetlen cella leárnyékolása (pl. fale­ vél, kémény, tetőtéri ablak stb.) is meggá­ tolhatja az energiatermelést Az amorf szilí­

(amennyiben a tájolás és a tetőfelület alkalmas rá), a tetőfelületen helyezhetők el. Északi tájo­ lású tetőfelületre külön tartószerkezetet kell készíteni. A tető általában a legideálisabb hely: nincs útban, lopásbiztos, dőlésszöge többnyire megfelel a kívánalmaknak. Természetesen a kis teljesítményű, időszakosan használt napelem­ modulokat, vagy az öntözésre használt nap­ elemmodulokat egyáltalán nem szükséges a tetőre szerelni. A jó irányban álló erkély, a pusz­ ta földön álló állványzat is (1. az 1.17. ábrát) kiválóan megfelel.

cium modulok esetében ez kevésbé jelent

Napelemtáblák telepítése, szerelése. Az ál­

gondot, mivel ezeknél csak a leárnyékolt felület arányában csökken az energiater­

talános telepítési tudnivalók a következőkben foglalhatók össze:

melés.

- a napelemmodulok nagy belső ellenállású­

Tudnunk kell továbbá, hogy a napelemek eseté­ " ben nincs olyan, hogy csak "kicsit árnyékolja , " meg "azért jó irányban áll . Kicsit felhős időszak­ ban, amolyan fátyolos égbolt mellett is csak töredékére számíthatunk a specifikáll teljesít­ ménynek (1. az 1.4. ábrát), kivéve pl. a saturn technológiával gyártott monokristályos és az amorf szilícium modulokat (1. a 3.8., 3.9. és 3.10. ábrát), amelyek kissé felhős időben is jó hatásfokkal működnek. A napelemek a téli hi­ degben kb. 15 %-kal kedvezőbb hatásfokkal dolgoznak, mint a 35 °C-os nyári melegben. A napelemtáblák a nyári melegben igen nagy hőmérsékletre emelkedhetnek. Az a-Si modu-

ak, nem érzékenyek a rövidzárlatra (áramge­ nerátoros jelleg). Ezért is alkalmaznak kisebb teljesítmények esetében töltésszabályozó­ ként "sönt" szabályozót. A rövidzárlatot el­ viselik ugyan, de kivülről feszültséget nem szabad rájuk kapcsoini (a párhuzamosan kötött további modult kivéve), mert az káro­ sodást okozhat; visszatáplálás ellen könnyen védhetők SCHOTIKY diódával; a felületükre rakódó hó, jég-, mivel diffúz ré­ teg, még javíthatja is a téli üzem hatásfokát; a téli hidegben kb. 15 %-kal jobb hatásfokkal dolgoznak, mint a 35 °C-os nyári melegben (lásd előbb!);

87

- a napelemmodulok kimeneti kapcsai soro­ san és párhuzamosan is összeköthetők. Az azonos üresjárási feszültségű napelemmo­ dulok párhuzamosan köthetők, de sorba csak azonos típusokat szabad kötni. Soros kap­ csolással a feszültség, párhuzamos kapcso­ lással pedig az áram növelhető tetszés szerint. Több napelemmodul párhuzamos kapcsolásánál vegyük figyelembe, hogy a közös ágakban nagyobb áram fog folyni, tehát nagyobb keresztmetszetű vezetékeket kell alkalmazni. Soros kapcsolásnál pedig a feszültség növekedése miatt az érintésvédel­ mi problémák kerülhetnek előtérbe; - a napelemtáblák a szelet, havat, jeget és a

tófelületen helyezhetők el. Ott nincs útban, onnan nem lopják el, dőlésszöge hazai vi­ szonylatban többnyire megfelel a kívánal­ maknak, Kaphaták tetőszerkezetekre változ­ tatható dőlésszögre beállítható tartószer­ kezetek is (l. a 4. 7. ábrát); - a napelemmodulok és a csatlakozó elektro­ nikus egységek közölt a lehető legrövidebb és megfelelő keresztmetszetű vezetékeket használjunk; - mono- és polikristályos meduloknál a "bena­ pozottságnak" teljes mértékűnek kell lennie, még részleges árnyékba sem szabad kerül­ niük. Részleges árnyék eselén megoldást jelenthet ez esetben (több modul esetén) a

kisebb jégverést elviselik, de nagyobb kővel

mono- és polikristályos modulok áthidalása,

megrongálhatók; " - a napelemmodulokat a "vandalizmus kivé­ déséhez lehetőleg védett helyre telepítsük.

a bypass dióda. Ekkor a "kikapcsolódott"

Mint már említettük, amennyiben a tájolás és

modul bypass diódáján keresztül tud a többi modul még áramot adni. (Sorosan kapcsolt napelemmodulok kimenetére záró irányban

az épület tetőfelülete alkalmas rá, azok a te-

kötött áthidaló diódák!);

4. 7. ábra. "Kisebb teljesítményű" napelemmodulok rögzítési módjai családi házak, nyaralók tetőszerkezetén (SOLAREX)

88

az amorf szilícium modulok nem annyira

a napelemtáblákat rugalmasan kell felszerel­

érzékenyek a fentiekben említett "beárnyé­

ni. A gyártók megfelelő felerősítő profilidomct

kolási" jelenségre. Itt csak a letakart felület

tartozékként szállítanak. A felszereléshez

arányában csökken az energiatermelés. Ter­

mindenképpen a mellékelt speciális profilki­

mészetesen igyekezni kell úgy elhelyezni a

alakítású, univerzálisan alkalmazható alumí­

modulokat, hogy azok ne kerüljenek részle­

niumtartó használata javasolt (1. pl. a 3. 17. áb­

rán bemutatott tartóprofilt.);

gesen se árnyékba. Ha ez nem oldható meg, akkor az árnyék bármelyik modulon mindig

- a felerősítőpontoknak egy síkba kell esniük,

merőleges legyen a vágásokra, azaz a nap­

így nem alakulhat ki az üvegben olyan káros

elemmeduion látható "csíkok" egyformán

mechanikai feszültség, amitől az idővel be­

legyenek árnyékban, mint az a 4.8. ábrán

repedhet;

szemléltetett 40 W-os típus kész struktúráján

- feltétlenül figyelembe kell vennünk, hogy az

is látható. Sorba kötött moduloknál, azok

a-Si meduloknál 2,5 ...3-szor nagyobb tele­

azonos része lehet árnyékban, ha az sehogy

pítési felület szükséges és 2,7 ...3-szor na­

nem kerülhető el (RT12); " - a "nagyteljesítményű amorf szilícium nap­

mint a mono- és polikristályos napelemtáb­

elem táblák felszerelésénél vegyük figyelem­

lák esetében. Háztetőre szerelésnél arra nem­

be, hogy fő alapanyaguk szinte kivétel nélkül

csak a többletterhelés nehezedik, hanem a

gyobb tömegterheléssei kell számolnunk,

üveg. Ezért ugyanúgy kell bánni velük, mint

szélterhelés is megváltozhat, így a statikai

bármilyen más vastag üveglappal;

számítás is indokolttá válhat. Példaként em-

A szilícium rétegrendszer lézeres vágása után

A kész struktúra

az

alumínium-kivezetésekkel

4.8. ábra. Amorf szilícium vékonyréteg technológiájú napelemstruktúra

89

lítjük, hogy 3,2 kW DC oldali energiatermelés eléréséhez 65 m2, ill. 25 m2 telepítési felület­ tel és 1080 kg, ill. 400 kg tömegterheléssei kell számolnunk az amorf, ill. a mono- és polikristályos napelemtáblák használatakor; - amennyiben van a napelemek elhelyezé­ séhez megfelelően nagy telepítési helyünk (pl. a földön) úgy meggondolandó az amorf szilícium napelemtáblák használata.

A napelemtáblákat igen nagy gondossággal kell felszerelni (szélterhelés, tömegterhelés figye­ lembevétele, túlzott napelemtábla-hőmérséklet elkerülése a napelemtábla hátoldali szellőzési lehetőségének biztosításával stb., l. később).

4.10. ábra. Az

első

100 WP

teljesítményű a-Si

napelemtábla lapos tetőn elhelyezett állvány­ szerkezetre szerelése (RT1)

A szerelés során a villámvédelemről is feltétle­ nül gondoskodni kell, a napelemtábláknak és a tartószerkezetüknek a földeléséveL Ugyanez vonatkozik természetesen a szélgenerátoros rendszerekre is.

4.9. ábra. 90

A gyártók egyaránt készítenek kis és nagy telje­ sítményű napelemmodul-tartószerkezeteket. Kaphaták hajókra, lakókocsikra felszerelhető napelem tartók is (4.9. ábra), amelyek a kiala-

Saroktartó és bővítő szerelőkészlet napelemmodulokhoz

(F1)

4.11. ábra. 100 W P-os a-Si napelemtáblákból kialakított napelemtábla-mező telepítési munkálatai (Freiburg, Bruns 04, RT1)

kuló hátoldali szellőzés lehetőségeként a nap­ elemmodulból a legnagyobb teljesítményt hoz­ zák ki. Az ábra alsó részén látható két hossz­ profil közbeiktatásával egy napelemtáblával bő­ víthető rendszer. A 4. 1 O. ábrán lapos tetőn lévő

tartószerkezetre elhelyezett 1 OOW-os amorf szi­ lícium vékonyréteg technológiájú napelemtáblát láthatunk (RT1). A 4. 11. ábrán ugyancsak 100 W­ os a-Si napelemtáblákból felépített napelem­ táblamező telepítési munkálatai láthatók (RT1).

építés lakberendezés felúiítás karbanta rtás www.lakasfelujitasok.hu

soektrum

91

4.2. Szélgenerátoros

rendszerek telepítési meggondolásai A telepítés alapvető feltételeL A kis teljesít­ ményű (50 W ...5 kW) szélgenerátorok az egyik leggazdaságosabb, önállóan működő, kis szer­ vizigényű, háztartásban is használható megúju­ lóenergia-rendszerek, amelyek hozzájárulhat­ nának a hazánkban lévő háztartások áram­ igényének ellátásához környezetbarát módon. Jelenleg egy milliónál több magyar háztartás­ nak van megfelelő nagyságú külterületi telke, s

azok közel felénél az éves átlag szélsebesség megfelelő lenne szélgenerátor használatához.

További igen fontos szempont - az energiatakarékosság lehetőségeinek vizs­ gálata, vagyis az energiatakarékos fogyasz­ ták lehetséges használatának felmérése; a jelenlegi és a várható energiafelhasználási igényt számítsuk ki a szükséges szélgenerá­ tor (ill. napelemmodul "méret") eldöntéséhez; meg kell határoznunk az igényelt csúcstel­ jesítményt (kW), a max. terhelőáramot (A), a napi energiaigényt (kW h/nap), s a havi energiaigény maximumát (kW ·h/hó). ·

Ez utóbbi egyszerűbben: tudnunk kell mennyi kb. egy nyári és téli hónap fogyasztása, vagy legalább annyit, hogy milyen fogyaszták vanak/­ lesznek, és azokat mennyi időtartamra hasz­ náljuk. Egyidőben mennyi lehet a maximális fo­ gyasztás, pl. egyszerre szerelnénk-e tv-t nézni

Kérdés, hogy megvalósíthatjuk-e, melyek a gát­ lótényezők egy szélgeneráloros rendszer kiala­

és mosni stb. Ezek az adatok azért fontosak,

kításánál?

mert egy túlméretezett rendszer telepítése

Igen, megvalósíthatjuk az ilyen kis teljesítményű szélgeneráloros rendszert, ha: - a hatóságok nem tiltják a szélgenerátor telepítését a helyszínen; megfelelően szeles a helyszín (4 m/s éves átlag sebesség 1O ...15 m magasságban); megfelelő hely áll rendelkezésünkre, vagyis elég nagy a helyünk külterületen vagy ker­ tes ház övezetben; magas tartóoszlop telepíthető a helyszínen (12m-nél magasabb, 16 ..30 m az ideális, legalább 9 m-rel magasabb a 100 m-es körön belül lévő legmagasabb létesít­ ménynél); az ingatlannak a közüzemi elektromos háló­ zathoz való csatlakozása annyiba, vagy többe kerülne, mint a megújulóenergia­ rendszerrel való áramellátása; a meglévő hálózati áramellátás nem töké­ letes: gyakori áramszünet és feszültségin­ gadozás miatt szünetmentes áramellátást akarunk; jövendőbeli felhasználóként már ta ulmá­ nyoztuk és értjük a szél- és naperrergiás rendszerek alapvető működését, és el tudjuk dönteni, hogy mennyi elektromos energiára van szükségünk (kW ·h/hó) és mennyit óhaj­ tunk a nap- és szélenergiás rendszerrel megtermelni. .

92

sokkal költségesebb, az alulméretezett pedig kevésbé működőképes. Felteendő kérdéseink a szigetüzemű hibrid rendszer telepítési lehetőségeinek a felméré­ séhez a következők: - milyen a háztető (lapos, nyeregtető), mekko­ ra a beépíthető hasznos felület a napelem­ táblák elhelyezésére, megfelelő tájolású-e a nyeregtető? Ha nem, akkor hol helyezhetők el, pl. állványon, egyéb helyen a napelem­ modul(ok); - a telek, saját terület nagysága, 100 m-en belüli magas létesítmények (távolság, magasság); - a szélgenerátor tartóoszlopa hol helyez­ hető el? Mielőtt időt és pénz áldozunk, derítsük ki, lehet­ e jogi vagy környezeti akadálya a (400 W feletti) szélgenerátor telepítésének. Építési hatóság magassági korlátozása, vagy valamelyik szom­ széd nem óhajtja látni vagy/és hallani a mozgó szélgenerálort (pedig az a szél háttérzajától mindössze csak 3 ... 10 dB-lel zajosabb). Elő­ fordulhat, hogy esetleg faültetvényt vagy ma­ gas épületet terveznek a közeli jövőben a szomszédban létesíteni. Ha hálózatra vissza­ tápláló rendszert óhajtunk, tudakoljuk meg a szolgáltatótól a csatlakozás feltételeit, költség­ vonzatát és az áram kW ·h-kénti átvételi árát.

További igen fontos kérdés hogy megfelelően szeles-e a helyszínünk? A telepítés megfon­ tolásához iránymutatóak lehetnek a környéken működő nagy szélgenerátorok széladatai és a meteorológiai szolgálaté (szélenergia-térképek) vagy a közeli reptéré, továbbá a szélgenerá­ torokat forgalmazák tapasztalatai, iránymutatá­ sai. Az egy év időtartamú tudományos szél­ mérés kis teljesítményű rendszereknél nem gazdaságos.

Egy szélgenerátor teljesítménye arányos a la­ pátkerék által súrolt felülettel, a szélsebesség harmadik hatványával és a levegő sűrűségéveL Az elérhető átlagteljesítmény, hazai átlagos szélsebességet feltételezve 7...80 W/m2. Tény, hogy a szél változó erősségű, pöffös (hirtelen erősödő löketekből és gyengülésekből áll), és a szélszünetekkel, vagyis a szélcsendes időt is beszámító, a megszakításokkal elérhető, évi 7000 ... 7800 óra az, amivel számolhatunk.

-

4.12. ábra. A teljesítmény optimum eléréséhez fontos, hogy a szélgenerátor a fák és az épületek örvényzónájából kiemelkedjen [5)

Zavartalan szembeszél

2H

�� ��

Nagy turbulencia

/

� �� � � � � � �� �

15H 10H

H= távolság

SH

15H 3%

l

5%

l

2%

17%

l

9%

T"
4.13. ábra. Létesítmények és turbulencia (Windenergy: RT1)

93

Wim' 4000 3500 3000 2500 4.14. ábra. A szélgenerátor ajánlatos elhelyezési helye egy adott H magasságú létesítmény előtt,

2000

ill. mögött (RT1)

1500 A levegőáramlást a hegyek, dombok, fák, bokrok és házak akadályozzák, fékezik. Míg a hegyek és a dombok, valamint a helyszín ma­

1000 500

gassága a hasznosítható szélsebességet elő­ nyösen befolyásolja, addig a fák és házak a talaj menti levegőrétegekben gyakran szél­ lökéseket és örvényeket idéznek elő, ami a szélenergia hasznosításában kifejezetten hát­ rányos. A legkedvezőbb teljesítmény eléré­ séhez igen fontos, hogy a szélgenerátor a fák és épületek örvényzónájából kiemelkedjen (4.12. ábra). A 4. 13. ábrán a létesítmények okozta szélse­

besség, szélerő és turbulencia változásainak az értékeit láthatjuk különböző távolságokban. Mint már említettük, a 100 m sugarú körben lévő legmagasabb létesítmények figyelembe­ vételével határozható meg a telepítés helye és

O 2

4

8

1O 12 14 16 m/s

4.16. ábra. A fajlagos szélenergia a szélsebesség függvényében

[4]

magassága (4.14. ábra). Ha a létesítmény ma­ gassága H, akkor előtte 2H távolságban a tartó­ oszlop legalább H magas legyen. Mögötte leg­ alább 2H, hogy a szélgenerátor az örvényzóna fölé kerüljön (1. 4.14. ábra). A ferde tető (dombtető, hegytető) előnye, hogy

felgyorsul a szél (4.15. ábra).

Szél

o

4.15. ábra. A szélsebesség növekedése dombtetőn, ill. ferde háztetőn (RT1)

94

6

A szélgenerátor felszerelése vagy az építmény

gerincmagassága fölötti 8 . .. 9 m-es sávban ajánlható, ahol a nyeregtető esetén a tető aljához érkező szélhez képest 200 %-os szélsebességet mérhetünk minimális turbu­ lenciával (4.15. ábra). További lehetőségként kínálkozik a kb. 18 m-es kipányvázott, vagy az építményhez bilincselt tűzi horganyzott acélcső oszlopra történő szerelés. Minél magasabbra tesszük a szélgenerátort, annak teljesítménye a szélsebesség harmadik hatványával nő és egy­ ben kisebb az esélye, hogy ellopják. Példaként említjük, hogy egy 5,6 m/s éves átlagsebes­ ségű helyen kétszer annyi energiát termelhe­ tünk, mint egy alacsonyabban telepített generá­ torral a 4,5 m/s átlag-szélsebességű helyen. 4.2. táblázat.

Szélerősségi osztály, Bft

A szélgenerátor megfelelő telepítési helyének

kiválasztásakor ne feledjük, hogy kétszeres szélsebesség 7 ... 8-szaros fajlagos energiater­ melés-növekménynek felel meg (4.16. ábra). Vegyük figyelembe továbbá a 4.2. táblázatban lévőket is. A szél áramlásának útjában lévő aka­ dályokról se feledkezzünk meg (lásd előbb!). Az akadályok mögött a kiegyenlítődés csak

nagy távolságokban következik be. A szélge­ nerátort a nagyobb akadályoktól minél mesz­ szebb és minél magasabbra helyezzük el. A nagyobb akadályok hatása az áramlásra a magasságának legalább tízszeresén érződik hosszanti irányban, felfelé pedig a kétszeresén

(4.17. ábra).

Beautort-féle szélerősségskála Szélsebesség m/s

km/h

..0,8

o

O.. 0,2

1 2

0,3 ..1,5 1,6 ..3,3

0,9... 5,5 5,6...12,1

3

3,4...5,4

12,2...19,6

.

O

.

mérföld/h 0...0,6

Csomó 0... 0,5

Megnevezés Teljes szélcsend

Látható jelenségek A füst egyenesen száll fel

0,7...3,5 3,6.. .7,5

0,6...3,0 3,1...6,5

Alig érezhető szellő

A füst jelzi a szél irányát

Könnyúszellő

A fák leveleit megmoz-

7,6...12,2

6,6...10,5

Gyenge szél

A levelek és a vékony

gatja, arcunkon érezhető ágak mozognak

4

5,5...7,9

19,7... 28,5

12,3...17,8

10,6...15,5

Mérsékelt szél

Felkavarja a port, felemeli a papírdarabokat

5

8,0... 10,7

28,6...38,8

17,9...24,0

15,6... 20,9

Élénk szél

A kisebb fák hajladozni kezdenek, a tavakon tarajos hullámok képződnek

6

10,8...13,8

38,9...49,8

24,1... 31,0

21 ,O...26,9

Erős szél

Az erősebb ágakat is megmozgatja,

az

eser-

nyót nehéz használni

7

13,9...17,1

49,9...61,7

31,1 ...38,3

27,0...33,3

Igen erős szél

Egész fatörzseket meghajlit, a járást érezhetően gátolja

8

17,2... 20,7

61,8...74,6

38,4...46,4

33,4 .. .40,3

Viharos szél

Fák ágait letöri, a járást jelentősen akadályoua

9

20,8...24,4

74,7...88,0

46,5...54,7

40,4 ...47,5

Vihar

A fákon kisebb károkat okoz, a tetőcserepeket lehordja

10

24,5 ... 28,4

88,1...102,4

54,8...63,6

47,6...55,3

Szélvész

A fákat gyökerestól kitépi, a házakon súlyos károkat okoz

11

28,5... 32,6

102,5... 117,0

63,7... 73,0

55,4. .63,4

Orkánszerúszélvihar

12...

32,7...

117,1...

73,1...

63,5. ..

Orkán, hurrikán

Jelentős viharkárok, a szárazföldön nagyon ritka Igen súlyos pusztítások, a szárazföldön nálunk gyakorlatilag nem fordul elő

95

4.17. ábra. Épületek és egyéb akadályok mögött a kiegyenlitődés csak nagy távolságokban következik be

---- Tavasz

----Ősz ----Tél

Nyár 6,0

5,0 P"""

.."�

VJ

E

Ól

-Q) VJ VJ Q) .o Q) VJ

;a; N Cf)

4,0

J

....� ",_ ....� ...!!!�

3,0

2,0

/

""""

r--""'

' r:::r=::: : � r--.� ....... ��""

�

-

"l' /

�

'

�-

......",

1,0

0,0 1

3

5

7

9

11

13

15

17

19

21

23 24

Idő, óra 4.18. ábra. Mért szélsebességértékek a telepítési helyen, az adott magasságszinten, óránkénti bontásban, évszakonként

(2]

Nagyobb teljesítményű szélgenerátorok tele­ pítési helyének kiválasztásához ajánlatos hosszúidejű szélsebesség-mérést végezni

96

(4.18. ábra). A 4.19. ábrán példát mutatunk a különböző szélsebességek gyakoriságára egy adott helyen.

60

50

?fl. cii

40

o (9

30

"" .!!l

-""'

20

10

5

10

15

Szélsebesség, m/s 4.19. ábra. Példa egy adott helyen a különböző szélsebességek gyakoriságára

Telepítési előmunkálatok, szerelés. A gyár­ tók többsége a kis teljesítményű szélgeneráto­ rokat és az ahhoz tartozó kiegészítőkészleteket egységcsomagokban, szerelési kellékekkel együtt szállítja. Ebbe tartozik többek között: - a szélgenerátor-egységcsomag; - tartóoszlop-szerelési egységcsomag (acél oszlopcső-rögzítő szerelési készlettel, a ki­ pányvázáshoz kihorgonyzókkal-, tartóoszlop nélkül!); - beépítési készlet (ellenőrző egység, kap­ csalódoboz a szélgenerátorhoz stb., kábelek nélkül);

Ne feledkezzünk meg a kiegészítő hibrid rend­ szer eselén a: - napelemmodul(ok); - állványok, ill. a modulokhoz szükséges felszerelési készlet; - modulösszekötő kábelkészlet, modulsor­ bekötő kábelkészlet (a kapcsolódobozba) stb. megrendeléséről, ill. beszerzéséről.

A kis teljesítményű, pl. AIR X 12 V/400 W-os, akkumulátor-töltésszabályozóval

egybeépí­

tett egyenfeszültségű szélgenerátor egysze­ rűen a tetőre szerelhető (4.20. ábra). A gyártó a

- elektromos vezeték(ek) a szélgenerátortól a

mellékelt készletben (A jelzésű készlet) minden

szabályozáig stb.); - akkumulátorbank, töltésszabályozó, inverter

szükséges alkatrészt biztosít a telepítéshez (esőelvezető szigetelőgyűrű a tetőre szerelés­

(saját külön megrendelésre); - telepítéshez, beüzemeléshez előmunkála­

hez, rozsdamentes kötőelemek, s egyéb alkat­ részek, kivéve a 47,5 .. .48 mm átmérőjű tűzi horganyzott tartóoszlop acélcsövet.). Külön megrendelhető a falhoz vagy kerítéshez használható szerelési készlet.

tok (alapozás az oszlophoz és állványhoz stb.) saját erőből. Telepítési leírások minden mozzanata a többnyire beszerezhető CD-n nyomon követhető.

4.21. ábrán falhoz erősített tartóoszlopos megoldás látható (B típusjelű kit változat). Ezen hibrid megoldás 400 W névleges teljesítményű szélgenerátorból és két darab 160 W csúcstel­ jesítményű napelemtáblából épült fel.

Az

Opcióként - szaigarúd (emelőrúd) a telepítéshez és a tartóoszlop leengedéséhez, továbbá csörlő pl. 1600 kg terhelésig; - földfúrókészlet az alapozáshoz (a talajnak megfelelően).

Hasonló módon "falhoz erősített" tartóoszlo­ pos, 5 db 400 W-os szélgenerátorból és nap-

97

4.20. ábra. Tetőre szereJt Air X 12 V/400 W-os

4.21. ábra. Air X 400 W-os szélgenerátorból

szélgenerátor (Windenergy: RT1)

és két db 160 W-os napelemtáblából álló hibrid áramellátó rendszer (RT1)

"..

,

\

'

4.22. ábra. Öt 400 W-os szélgenerátorból és négy napelemtábla-mezőből kialakított hibrid energiaellátó rendszer

98

4.23.

ábra. Whisper 200 (H-80) szélgenerátornak a ház oldalfalához rögzítése (Óbuda, RT1)

elemtábla-mezőből kialakított hibrid energia­ ellátó rendszer látható a 4.22. ábrán. Kapható 14 m magas kipányvázott tartóoszlop­ hoz való egységcsomag (földfúrók és a tartó­ oszlopként szereplő 48 mm átmérőjű melegen hengerelt, varrat nélküli tűzi horganyzott acélcső nélkül), generátor kapcsolóval, DC oldali auto­ mata kismegszakítókkal stb. Helyben javasolt beszerezni: - 21 ,4 m tűzi horganyzott 48 mm átmérőjű, 138 km/h szélsebességig 2,3 mm, 150 km/h felett 3,6 mm falvastagságú csövet (7,2 + 6,3 m hosszú darabot az oszlophoz, 1,8 m hosszút az oszlop alapzatához, 6,3 m hosszút a szolgarúdhoz, vagyis az emelő­ rúdhoz); kb. 15 m hosszút rézvezetéket a villámvéde­ lemhez; 4 mm2 keresztmetszetű kábelt a szélgene­ rátortól a felhasználóig.

Javasolt továbbá időben megrendelni az egyéb szükséges egységeket pl. 12 V-os 400 A h-ás akkumulátortelepet, töltésszabályozót, DC/AC invertert, s az olyan fogyasztókat, amelyekről elmondható, hogy azok energiatakarékosak. ·

A 4.23. ábrán egy Whisper 200 (H- 80) típusú 1OOO W-os szélgenerátornak a ház oldal­ falához való rögzítési módját láthatjuk (Óbuda). A 4.24. ábra a tartóoszlop szerelési előké­ születeit mutatja. A 4.25. ábrán láthatók a gyártó által szállított, szereléshez szükséges kellékek. A 4.26. ábrán egy Whisper 200 (H- 80) típusú, 1OOO W-os szélgenerátor tetőre szerelése látható (Csepel). A képen a szélgenerátor egységcsomagjának doboza is látható! A 4.27. ábrán néhány kelléket szemléltetünk {fúrók, tartóoszlop oldalfal-felerősítő bilincs, kipányvázáshoz alkalmas csőbilincs stb.). 99

4.24. ábra. Az 1 kW-os szélgenerátor tartóoszlopának szerelési munkálatai

4.26. ábra. Whisper 200 szélgenerátor a tetőn, az 4.25. ábra. A szereléshez szükséges kellékek

egységcsomagjának a dobozával (RT1)

Mint Játhatjuk a szélgenerátor a tetőre vagy az építményhez bilincselt, tűzi horganyzott (ill. rozsdamentes) acélesőre is felszerelhető.

Természetesen minél magasabbra tesszük a szélgenerátort, annak energiaszolgáltatása a harmadik hatvány szerint nő.

100

24m

4.28. ábra. Pányvázott, lehajtható generátortartó oszlopok

4.27. ábra. Szerszámok és kellékek az 1 kW-os szélgenerátor szereléséhez

Tartóoszlopként (1. 4.28. ábra) alkalmazhatunk daru nélkül felemelhető 24; 19,5; 15; 9; és 7,2 m­ es összeszerelhető, lehajtható oszlopokat. A saját, hazai beszerzésű oszlophoz vásárol­ hatunk oszlopszerelési egységcsomagot A 4.29. ábrán egy ilyen kipányvázott, lehajt­ ható tartóoszlopon lévő 1 kW-os névleges teljesítményű szélgenerátort láthatunk. A tele­ pítéshez szükséges a hozzá megfelelő szer­ számkészlet, oszlopszerelési egységcsomag és csörlő. Nagyobb teljesítményű, nagyobb magasságra történő felemeléshez acélcső szaigarúd (emelőrúd) is szükséges lehet. A

4.30. ábrán az előző ábrán látható, már fel­

állított szélgenerátor csörlőzési előmunkálatai láthatók. A 4.31. ábrán egy szélgenerátor szal­ garúddal (emelőrúd) történő "beemelési" munkálatait láthatjuk. A 4.32. ábrán kipányvá­ zott, lehajtható tartóoszlopon lévő Whisper 200

(1 kW teljesítményű) szélgenerátor látható. Végezetül a 4.33. ábrán e szélgenerátor be­ emelési előmunkálata látható.

4.29. ábra. Whisper 200 szélgenerátor kipányvázott tartóoszlopon

4.30. ábra. A szélgenerátor csörlőzés! előmunkálatai

101

4.31. ábra. Szélgenerátor felállítása emelőrúddal (szolgarúd) (RT1)

\

4.33. ábra. Az 1 kW-os Whisper szélgenerátor a "beemelés" előtt (Mede, Windenergy: RT1)

4.32. ábra. Kipányvázott tartóoszlopon lévő 1 kW-os szélgenerátor (Mede, Windenergy: RT1)

102

'A

szél Önnek is ingyen fúj!

t1asznosítsa a szél és a nap kimeríthetetlen energiáját! Valósítsa meg saját energiaháztartását! Mindezt magyar gyártmányú szélerőgépekkel!

Mi segítünk Önnek elképzelései megvalósításában. Forduljon hozzánk bizalommal!

,,

Szolgáltatásaink: Energiahatékonysági szaktanácsadás Oktatás

AER06 tipusú vlzszivattyúz6 szélerőgép Teljesítménye: 1200-1800 literlóra

Tervezés Gyártás Kivitelezés

SZÉLERŐGÉPEK JAVASOLT FELHASZNÁLÁSI TERÜLETEI:

Karbantartás Szarvizelés

Vízszivattyúzásra: Öntözés, állattartás, belvízvédelem, halastavak, holtágak feltöltése, vad helyben tartása, itatók, dagonyázók, kiskertek öntözése csepegtető öntözésseL Teljesftmény AER 21 vízszivattyúzó szélerögépnél: 6000 -1 2000 liter/óra

Villamos energia termelésre: Tanyák, farmok családi és hétvégi házak, kempingek, önkormányzatok , intézmények természetes világítására, térvilágítás-, díszvilágítás áramellátása, hűtésre, fűtésre mobil telefontöltök üzemeltetésére,

ott ahol az áramellátás nem megoldott. villamos áramtermelő szélerőgépeink a következő energiamennyiséget tudják folyamatosan (szünetmentesen) biztositani: 800 W; 1,5 kW; 3 kW; 4,5 kW A

Hibrid rendszer: szélerőgép és napelem együttes alkalmazása 6 kW és 9 kW áramot tud fol9amatosan biztositani.

Egy biztos és tiszta jöv61 Egy megbízható partnerrel!

NYÍR-ÖKO-WATT IIEGó.M.O EIIEROIAIIAIZIIO ts SZÉLfRóGtP tfolrO KFT

4400 Nyíregyháza, Szarvas u 1-3. Telefon: +36 {42) 506-688 Telefax: + 36 {42) 506-687 HIBRID RENDSZER AER17G-080 villamos álamtennel6 szélelOgép (c:a6Yézas oazlop) nap+IZél

Mobil: +36 {70) 450-6503; +36 {70) 450-6489; E-mail: [email protected] web: nyirokowatt.hu

-- - -.. -

.. -····"

·-

.....

��

103

5. Energiahozam, költségösszetevők,

élettartam

5.1. Napelemmodulok

A napelemmodulokkal begyűjthető energia a

energiahozama

névleges teljesítményükből és a földrajzi hely­ szín sugárzási energia átlagértékeiből "viszony­ " lag jól megbecsülhető. A példaként mutatott 1 kW csúcsteljesítményű napelemmező 30°-0S, ill. 60°-0S dőlésszög eselén egy évre vonatkoz­ tatva átlagosan 1350 kW h, ill, 1270 kW h

Az adott napelemmodul által begyűjthető elekt­ romos energia az alkalmazás helyén lévő su­ gárzás függvénye. Hazánk területén a napból

·

·

érkező sugárzási energia éves fajlagos átlag­ értéke 1200 ... 1330 kW/m2 tartományba esik

elektromos energia termelésére képes. Ezek átlagértékek, és éves szinten kb. ± 15 %-os hi­ bahatár! nem lépik túl.

Az 5.1. ábrán látható grafikonokon egy 1 kW csúcsteljesítményű, 30°, ill. 60°-0S dőlésszög­

Ha az 1 kW csúcsteljesítményű napelemtábla­ mezővel évente kb. 1350 kW · h/év elektromos energiát gyűjtünk be, a 32,9 Ft/kW ·h + 20 %"'

(1. az 1.7. és 1.8. ábrát.).

ben elhelyezett napelemtábla-mezővel Kecske­ mét környékén egy nap alatt "átlagosan" be­ gyűjthető (megtermelhető) elektromos energia­ mennyiség (kW ·h/nap) látható havi bontásban (Forrás: Pálfy M., RT9, [2]).

39,5 FVkW ·h ELMŰ árral számolva, a jelenlegi, 2007 évi áron 39,5 Ft/kW ·h x 1350 kW ·h/év= 53 325,- Ft-ot tesz ki.

Az 5.2. ábrán látható grafikon hasonló az 5.1. ábrán látotthoz, de itt jobban szemügyre vehetjük a napelemtáblák különböző dőlésszö­ gek melletti napi energiahozam eltérésének mértékét.

30°-0S dőlésszög

Az 5.3. ábrán a vízszintestől a függőlegesig ter­ jedő felületekre érkező napsugárzás erősségét

1,6

� 1A Cl.

r;][} l• 6° 0

. 1,2

60°-0S dőlésszög

�

1

.<1 0,8

� 0,6

�

�

0,4 0,2

�

o

� c: �

1--

_c �

�

c..

� ·
.

�1 .

240 WP (4 db 60 Wp) teljesítményű napelemtáblával Budapest térségében begyűjthető

5.2. ábra. 5.1. ábra. 1 kW teljesítményű P

30°-0S,

ill.

60°-0S

dőlésszögű napelemtábla-mezővel Kecskeméten

elektromos energia napi átlagértéke különböző

egy nap alatt átlagosan megtermelhető elektromos

dőlésszögek esetén, havi bontásban (Forrás:

energia havi bontásban (Forrás: Pálfy M.,

Pálfy M.,

104

RT9, [2])

RT9, [2])

1250 1150 .; 1050 �950 � 850 � 750 g, 650 i 550 450

�

�� b 3�E��������E

80

Hónapok

:E 70 .gl 60

f.--:::-�� v b l-- 54 -�

cn

� 50

h� - A? h� /v - 32

Ol

ct! E

40 �30

·

c.

T��7�_r=r=t� c ct! --,

.o ,_;

Q) LL

o ..(ö �

c --,

(3_ �c&

•

<(

::s --,

• :J

�

Hónap

> ci> -' -' o c. -"' <( gJ o z (f) :J

o Q) o

20 10

��/ �0!///

v ./

-h?

Márc., Okt. Febr., Nov. Jan., Dec.

./-�///

5 6 7 8 9 10 11 12 19 18 17 16 15 14 13

5.3. ábra. A vízszintestől a függőlegesig terjedő

Idő, óra

felületekre érkező napsugárzás erőssége délben, tiszta időben, ideális légkörben, havi bontásban

·

Jún., Júl. Máj., Aug. Ápr., Szept.

5.6. ábra. A napmagasság alakulása Budapesten az idő függvényében (2)

2 :€.1 00 s:_1000

� [� ��=f=f:=:Ff=fii [� � t=tt1 �EEJ ��[� ,......,

c ct! --,

.....:. c o ,_; c. -<1l :J ·ct! ·<( � --, �

,_;

.o

�

Q) LL

•

::s --,

Hónap

ci> :J <(

ci :;;i gJ o

> z

o

(f)

o Q) o

5.4. ábra. A 45•-os dőlésszögű felületre érkező

láthatjuk havi bontásban, tiszta időben, ideális légkör esetén. Az 5.4. ábrán pedig a 45°-0S dőlésszögű felületre érkező napsugárzás erősségét szemléltetjük a déli iránytól való eltérés függvényében, tiszta időben ideális légkör esetén.

ábra a napsugárzás relatív erősségének eloszlását mutatja a napmagasság függvé­ nyében. Fővárosunkra, Budapestre vonatkozó­ an a fokokban mérhető napmagasság értékeit az idő függvényében az 5.6. ábrán tüntettük fel.

Az 5. 5.

napsugárzás erőssége a déli iránytól való eltérés függvényében, tiszta időben, ideális légkörben

0,8

0,6 'O

ct!

>. c -<1l r. cn

�

0,4

.N c Q)

�

0,2

o

v l l l v l l l/

o

30

60

Végezetül az 5. 7., ill. 5.8. ábra az átlagos ("szennyezett városi") napsugárzás-erősséget,

�600 s:_ cn �

500

.N fil 400

c '(ij tl 300 -<1l Ol

c7l 200

100 O1 o

90

Napmagasság, fok

ft/ �'o

4

8

o

12

o'- \'\

16

20

l

24

Idő, óra 5. 7. ábra. A napsugárzás intenzításának átlaga az

5.5. ábra. A napsugárzás intenzításeloszlása a

idő függvényében, a négy évszakban, Budapest

napmagasság f üggvényében

térségében

105

25

/

20

)? af

:2 -
,(D E •o I

/

15 10 5

em"./"

-

�-_:"'/

6 2,7

Tavasz

o -5�-+--�--�-+--+-� o 4 8 12 16 20 24 Idő, óra

/

/ / ./ ./ � 8 3,6

10 4,5

12 14 5,4 6,3

mérf!h

m/S

Évi átlagos szélsebesség 5.9. ábra. Az Air X 400 W-os szélgenerátorral ter­ melhető havi energiamennyiség az évi átlagos szélsebesség függvényében

5.8. ábra. A hőmérséklet átlaga az idő függvényé­ ben, a négy évszakban, Budapest térségében

ill. a hőmérsékletet mutatja az idő függvé­ nyében, a négy évszakban Budapest térsé­ gében. Ez utóbbiak segítséget nyújthatnak az energiahozam becsléséhez, mivel a besugárzás erőssége és a hőmérséklet jelentős hatással van a napelemmodulokra (1. előbb a napelem­ medulak jelleggörbéinek alakulását a hőmérsék­ let függvényében).

Szélgenerátorok energiahozama 5.2.

-

=

-

Whisper 200 (H-80) szélgenerátorral termelhető

5.1. táblázatban a napi, ill. havi energiaho­ zamat tüntettük fel a pillanatnyi szélsebesség függvényében. A táblázatban a Whisper 500 (régebbi típusjelölése: Whisper-175) 3 kW-os szélgenerátor energiahozamát is láthatjuk. Megjegyezzük, hogy családi házakhoz javasolt 2 kW-os napelemtábla-mezővel 2700 kW h/év energia gyűjthető be, amely mintegy 106,6 E FVév (8887 Ft/hó) ELMŰ áramszámlát válthat ki (2007. évi, 39,5 FVkW h bruttó áron). Az

·

·

1 kW-os névleges teljesítményű szélgenerátorral évente (az adott hely szélviszonyaitól függően) kb. min. 860...1OOO kW h/év elektromos ener-

106

O>

5.10. ábra. A Whisper 100 (H-40), ill.

A várható energiahozam alakulása. Az 5.9. és 5.10. ábrán az Air X 400 W-os, a Whisper 100 900 W-os és a Whisper 200 1 kW-os szélge­ nerátorok energiahozamát mutatjuk be az évi átlagos szélsebesség függvényében.

·

400 ..,.. �350 / / .,.,_300 / �250 / 200 / / � 200 E / ·� 150 /v v 100 � 100 / v l � 50 ,...,_/' � o S 4 6 8 1O 12 14 16 18 mérf!h 1,8 2,7 3,6 4,5 5,4 6,3 7,2 8,0 m/S :g :c:

havi energiamennyiség az évi átlagos szélsebes­ ség függvényében

gia termelhető. Ez mintegy 39 500,- Ft-ot jelent évente (2007. évi ár). Ez természetesen ennél sokkal több is lehet, ha a szél a 4 m/s átlagértéket meghaladja. Pl. egy 1 kW teljesítményű szélgenerátor 6,7 m/s szélsebességnél 306 kW h/hó energia terme­ lésére képes. Ez évente az igen szeles helyen meghaladhat­ ja a 3700 kW h/év értéket is, amely több mint 146,1 EFV év ELMŰ számlát válthat ki. Sajnos a szélenergia hasznosításának legnagyobb prob­ lémáját a szél teljesítőképességének az inga­ dozása jelenti. A szél szakaszosan haszno­ sítható, s nyolc napos folyamatos szélcsend is előfordulhat. ·

·

5.1. táblázat. Napi, ill. havi átlagos energiahozam a pillanatnyi szélsebesség függvényében,

különböző teljesítményű szélgenerátorok esetében Szélsebesség, m/s

l

4,0 4,5 4,9 5,4 5,8 6,3 6,7 7,2 7,6 8,1 8,5

Napi átlag energiahozam, kW AIR X 400 W

0,5 0,7 1,0 1,3 1,5 1,8 2,1 2,5 2,8 3,2 3,6

Whisper-200 1000 w

3,4 4,5 5,7 6,9 8,0 9,1 10,2 11,2 12,0 12,8 13,5

·

h/nap

Szélsebes-

Whisper-500 3000 w

ség, m/s

AIR X 400 w

15 22 30 38 46 55 64 74 85 96 107

4,0 4,5 4,9 5,4 5,8 6,3 6,7 7,2 7,6 8,1 8,5

9,1 12,2 15,5 18,9 22,3 25,7 28,9 31,9 34,7 37,2 39,4

Havi átlag energiahozam, kW · h/hó Whisper-200 1000 w

103 136 171 206 241 274 306 335 361 385 406

Whisper-500 3000 w

275 366 464 567 670 771 868 958 1041 1116 1182

5.3. Hibrid rendszerek


g'?

energiahozama

�� '9-""

a)

2

romos energia mennyiségére mutatnak példát az 5. 11. ábrán látható görbék.

=

b)


6 (2,7) 9 (4) 12 (5,4) 15 (6,8) 18 (8) ...... 300 200 Szél .,...... Nap 100 -

�� � .

2

��

3

4

5

6

o

'9� 5 .<.i E :;;

"'=

WHISPER 200 és 400 W-os napelemmodul Átlagos szélsebesség, mérf/h, (m/s)


c)

6 (2 7) 9 (4) 12 (5,4) 15 (6 8) 18 (8) �� �600 � . __.. 400 � � Szél ....".....Nap 200 ,:: .<.i 2

3

4

5

6

o

"'=

E :;;

��

Napi átlagos napfénytartam, óra WHISPER 200 és 400 W-os napelemmodul Átlagos szélsebesség, mérf/h, (m/s)

6 (2,7) 9 (4) 12 (5,4) 15 (6,8) 18 (8)

5.4. Nap- és szélgeneráloros

összetevői, élettartamuk

E:;; �c:: �"'

5

Napi átlagos napfénytartam, óra

Szélgenerátor kiválasztásánál a szélsebessé­ genkénti pillanatnyi és havi energiatermelési adatokat kell figyelembe vennünk.

rendszerek főbb költség­

4

Napi átlagos napfénytartam, óra

=

hibrid megoldás javasolt.

3

WHISPER 100 és 300 W-os napelemmodul Átlagos szélsebesség, mérf/h, (m/s)

Az energiahozamat többnyire az 1 kW-os telje­

sítményű rendszerekre adják meg. A legkedve­ zőtlenebb energiatermelésnél az ilyen 1 + 1 2 kW-os hibrid rendszer a jelenlegi árak (2007. év eleji) mellett évente 53 325 + 39 500 92 825,- Ft-os ELMŰ áramszámlát válthat ki (7735,- Ft/hó). Ezek után kérdés , napelem vagy szélgenerátor? Tény, hogy csak nyári haszná­ latnál (kisebb áramigénynél) a napelemes rend­ szer elegendő , egyébként mindenképpen a

"' -'=
m·c;,

A hibrid rendszerekkel termelhető havi elekt­

d)

��

l liJd#1�!: ��

2

3

4

5

6

��

Napi átlagos napfénytartam. óra

A 12 V-os napgenerátoros autonóm rendszerek

(1. a 2.2. ábra tömbvázlatát) beruházási költ­

ségösszetevőit a napgenerátor, az akkumulátor,

5. 11. ábra. Termelhető havi energiamennyiség különböző teljesítményű nap- és szélgenerátoros hibrid rendszerek esetén

107

a töltésszabályozó és egyéb szerelési anyagok (mechanikus szerelvények, vezetékek, kapcso­ lók stb.) határozzák meg. A forgalmazók, rend­ szerfejleszlők és telepítők (lásd ott!) szinte min­ den teljesítményigény kielégítésére felkészül­ tek. Kaphaták kis és közepes teljesítményű nap- és szélgeneráloros egységcsomagok. Az 5. 12. ábrán példaként egy kempingezésre használt lakóautó 12 V feszültségű napelem­ modulos tápellátó rendszere költségössze­ tevőinek megoszlását tüntettük fel. Az egység 160 W csúcsteljesítményű monokristályos napelemből, 160 A h tárolóképességű akku­ mulátorból és 1 O A-es töltésszabályozóból épül fel. Beruházási összköltsége 1200,- Euro. A rend­ szer alkalmas 50 W teljesítményű 12 V-os kom­ ·

hibrid tápellátó rendszer költségösszetevőinek megoszlását láthatjuk. A teljes rendszer 1200 W csúcsteljesítményű napelemtábla-mezőből, 400 W-os szélgenerátorból, 650 W tartós tel­ jesítményt szaigáitató benzinmaloros kiegé­ szítő vésztartalék-generátorból (vagyis három különböző áramforrásból), 1000 A h-ás tároló képességű 24 V-os akkumulátorból, nap- és szélgeneráloros töltésszabályozóból, 1OOO W tartós, 3500 W csúcsterhelhetőségű inverterből épül fel. A telepítési költségbe beszámítva a ·

mechanikus szerelvényeket, vezetékeket, s egyéb villamos szerelvényeket, a teljes be­ ruházási költség mintegy 20,- E Euró! tesz ki. Nagyobb teljesítményű rendszerekre a követ­ kező, 6. fejezetben láthatunk példát.

pakt fénycsövek, 12 V/60 W-os hűtőszekrény és

Nap- és szélgeneráloros rendszerek élet­ tartama. A nap- és szélgeneráloros rendszerek

80 W-os ivóvízszivattyú üzemeltetésére. A

2.

egy

esetében 25 ... 30 éves élettartammal számol­

0,6 kW/nap energiaigényt kielégítő 12 V-os tápfeszültségellátó rendszert beruházási költ­ ségösszetevőivel együtt (1. 2.7. és 2. 8. ábrára vonatkozókat). A következő, 6. fejezetben to­ vábbi példákat mutatunk be.

fejezetben

már

bemutattunk

hatunk-, kivéve az akkumulátort. A felhasznált akkumulátor típusától függően a 30 éves élet­ tartam során az akkumulátorcserére min. két­ szer, legfeljebb hatszor kell sort keríteni. A kis

Az 5. 13.

ábrán példaként hétvégi ház áram­ ellátására alkalmas nap- és szélgeneráloros

teljesítményű szélgenerátorok működtetési és szervizköltsége elhanyagolható. Összesen kettő, három mozgó alkatrészből állnak (1. 3.2. fejezet).

Egyéb 10%

Szalár­ akkumulátor 25%

5.12. ábra. 160 W teljesítményű napgenerátoros

Benzinmaloros vésztartalék ge­ nerátor 5%

5.13. ábra. Nap- és szélgeneráloros (1200 WP és

12 V-os áramellátó rendszer költségösszetevőinek

400 W) hibrid tápellátó rendszer költségössze­

megoszlása

tevőinek megoszlása

108

VILLÁMVÉDELEM A DEHN + SÖHNE BIZTONSÁGÁVAL!

..-

DEHN + SÖHNE GMBH+ CO. KG

MAGYARORSZÁGI CÉGKÉPVISELET: H-2040 Budaörs, Bimbó

u.

HANS-DEHN STR. 1.

9.

D-92306 NEUMARKT 1.

Tel.: 06-23-500-802 Fax: 06-23-500-803

POSTFACH 1640

Mobil: 06-30-914-4700

TEL.: 00 49 9181 906 O

E-mail: [email protected]

FAX: 00 49 9181 906 100

Sorszám:

Védökészülék

�

DEHNvenlil® TNC

1.

alternativ DEHNvent•IJ' TT

--•llernaliv DEHNvenul<& TNS

Típus

Cikkszám

DV TNC 255

900 373

DV TT 255

900 375

DV TNS

255

900 374

2.

NT Proleelor

NT PRO

909 958

3.

DEHNiall 230 FMl

DR 230 FML

901 100

4.

BLITZDUCTDR' CT

SCM

919 523

i 5. 6.

:

ME 24

BLITZDUCTOR'00 CT Bázisrész EPH SIO

MOD ME 24

BCT BAS K12

DE�Nguard®.TNS

DG

aliernailY DEHN9uard" TT aliernalív DfBNguard& TNC

919 506 563 200

TNS 230 400

900 530

DG TT 230 400

900 520

DEHNrarl 290 FMl

DG TNC 230 400, DR 290 FML

900 510

7. 8. 9.

DEHNirnk ISDN l

OLIISDN l

929 024

BCT

MOO ME XX

919 5)()(

:

BLITZDUCTOR" CT

BLITZOUGTOR® CT Báztsresz BLIZOUCTOR� CT

10.

ME xx·

ME XX·

BLITZOUCTOR1> CT Bázrsrész S-Protector

11. 12.

-

13. 14.

-

15. 16.

-

TV-�roleclor UGKF BNC

�

DEHNsale

DEHNgale

il

919 506

BGT BAS SCT MOO ME XX

919 5XX

SCT BAS

919 506

S PRO

909 821

TV PRO

909 921

ISDN PRO

ISDN-Proleelor

901 100

UGKF BNC

909 954 929 010

DSA 230 LA

924 370

DGA FF TV

909 703

Villám- és túlfeszültség-védelem az MSZ 274, MSZ IEC 1312-1 és az MSZ 447 módosításai szerint Külső villámvédelem

az

új MSZ 274 szerint. A külső

kazó helyeket kell kialakítani, amelyek vizsgáló-összekötő

villámvédelem feladata változatlanul az, hogy a közvetlen

(bontható), vagy vizsgáló-csatlakozó (nem bontható) kell

villámcsapást károkozás és gyújtóhatás-mentesen felfogja

legyenek.

és a villámáramot, azaz a villámkisüléskor kiegyenlítődő

Külső villámvédelmi szerelvények. A szigorított új

villamos töltéseket megfelelő keresztmetszetű és villamo­

követelményeket az MSZ 274/1-4 szabvány és az EN

san jól vezető áramúton biztonságosan levezesse.

50164-1 szabvány együttesen írja a jövőben elő. Ennek

Felfogó. Közvetlen villámcsapáskor a védendő épít­

alapján csak szabványos és korrózióvédett villámvédelmi

mény helyett minden esetben a felfogón képez biztonsá­

szerelvényeket szabad beépíteni, amelyeknek a következő

gos villámbecsapási talppontot, és ilyen módon megvédi Levezető. A felfogói összeköti a földelőveL Számuk

hatósági felülvizsgálalig (3, 6, ill. 9 évig) garantálni kell a " "villámhárító megfelelő minőségét és megbízhatóságát! Ezért a jövőben a helyszínen barkácsolt rozsdás beton­

növelésével a páros számú és szimmetrikus elrendezésé­

vasakat és egyéb korrózióvédelem nélküli villámvédelmi

vel a Faraday kalicka hatás növelhető, mert ennek révén

szerelvényeket nem szabad beépíteni.

az

épületet.

a védett tér eredő gerjesztése csökken, és ezáltal a belső

Másodlagos veszélyek. Közvetett villámhatásokkal

tér elektromágneses zavarása is csökkenthető. Ezért a

szemben célszerű védeni az épületekben lévő elektroni­

külső villámvédelem fokozatának növelése kívánatos!

kus berendezéseket.

Földelő. A villámhárító földelő berendezése a villám­

Az új MSZ 274 szabvány módosításai és a 2/2002 BM

hárítónak az a fémből készült vezetőtest része, amely

rendelet az épület vagy építmény belső műszaki tartalma

vagy közvetlenül, vagy betonba ágyazott vezetők összes­

és annak másodiagos villámhatás veszélyeztetettsége

ségeként érintkezik a talajjal, és a villámáramot levezeti a

(H1 ... H5) függvényében, ill. a várható másodiagos villám­

földbe. A villámvédelmi földelőt és az érintésvédelmi föl­

kár nagysága, a védelem létesítésének költségei és a

delőt az MSZ 172 és MSZ 274 előírásai szerint az EPH­

pénzben ki nem fejezhető villámkár következmények

főcsomópontban össze kell kötni! A földelő ellenállásának

figyelembevételével a belső villám- és túlfeszültség-véde­

rendszeres ellenőrző mérése céljából külön mérő-csatla-

lem létesítésére öt fokozatot (BO ...B4) határoz meg!

6. Nap- és szélgeneráloros áramforrások a gyakorlatban

6.1. Kis teljesítményű

alkalmazása válik szükségessé. Ez négy db 85

szigetüzemű táprendszerek Tervezési meggondolások. P éldaként tegyük

W (vagy 80 W), ill. 2 db 170 W-os (lásd még a 2. 7. ábra) teljesítményű párhuzamosan kap­ csolt napelemtáblák használatával oldható meg.

fel, hogy 12 V-os tápfeszültségű elektromos fogyasztóink teljes fogyasztása 0,6 kW/nap, amelyeket alapvetően nyáron kívánunk működ­

A 85 W-os táblák 9 x 4 36 napelemcellából állnak, és max. 4,72 A leadására képesek. A

tetni horgásztanyánkon vagy hétvégi házunk­

=

ban. Kérdés, hogy mekkora teljesítményű és

BP-5170 típusú 170 W csúcsteljesítményű típu­ sok 2 x 6 x 6 72 napelemcellából tevődnek

hány napelemtáblával és mekkora tárolóképes­

össze (1. 3.7. ábra).

ségű akkumulátorral tudjuk ezt a 0,6 kW/nap energiaigényt fogyasztóinknak (világítás, rádió, tv, kis házi vízellátó stb.) biztosítani? Felmerül­ het továbbá, hogy ez a 0,6 kW/nap energia­ igényünk négy felhős nap esetén is ki legyen elégítve. Az akkumulátornak elméletileg 4 nap x 600 W · h/nap 2400 W h energiát kell tárol­ nia. Ezért a 12 V-os névleges feszültségű akku­ mulátornak 2400 W · h/12 V 200 A · h tároló­ képességűnek kell lennie. A biztonságos, szü­ " netmentes" áramellátáshoz legalább 1,5-sze­ res szorzóval kell itt számolnunk. E szerint 300 A h-s, vagyis 3 db párhuzamosan kap­ csolt 100 vagy 130 A· h, tárolóképességű szo­ lárakkumulátort kell használnunk. =

·

=

Ez a közelítő számítási eljárás a gyakorlatban jól bevált, a valóságban inkább egy kissé felül­ tervezi a rendszert. Megjegyzendő, hogy a nyári időszakban szaigáitatott 0,6 kW h/napi energia a tavaszi és az őszi időszakban várhatóan 0,4, a téli időszakban pedig 0,2 kW · h/nap értékre csökken.

=

Ezen napgeneráloros rendszer költségvonzatát már a 2. 7 ábrán látható 12 V-os tápfeszültség­ ellátó rendszer ismertetésekor bemutattuk (1. ott!).

·

A napelemmodulok közelítő számításánál ab­ ból kell kiindulnunk, hogy négy napsütéses nap alatt, a szokásos használat esetén fel kell tud­ nunk tölteni akkumulátorainkat még a négy nem napsütéses, vagyis felhős napra is. Fel­ használásra 600 W h, tárolásra 600 W · h, tehát összesen 1200 W · h energiára van szüksé­ günk.

A 4. 1. ábrán 12 V egyen- és 230 V váltakozó feszültséget szaigáitató napgenerátoros rend­ szert mutattunk be (lásd ott!).

6.2. Néhány kis teljesítményű

autonóm áramellátó rendszer

·

Ha a napelemtáblák naponta öt óra hosszan "látják" a Napot és 70% hatásfokkal dolgoznak, akkor a szükséges névleges napelemtábla összteljesítmény ideális körülmények között 1200 W · h/5 h 240 W lenne. A 70%-os hatás­ fok miatt azonban a gyakorlatban 240 W/0,7 343 W összteljesítményű napelemmodul(ok) =

=

110

A 6. 1. ábrán látható napelemes tápellátó rend­ szer 12 V-os kompakt fénycsövek és kisebb áramfelvételű fogyaszták (tv, villanyborotva stb.) tápellátására szolgálhat, pl. hétvégi házakban. Mivel csak 32 W-os napelemmodult haszná­ lunk, ezért itt 2 db 64 A · h tárolóképességű ak­ kumulátort kapcsoltunk párhuzamosan. Töltés­ szabályozóként 12 V /6 A-es típust használtuk fel. Fontos, hogy a napelemtáblát feltétlenül földeljük le (villámvédelem).

12 V-os kompakt fénycsövek 12 V-os DC dugaszolól zat

:B :::====::(::lla j l._l:::

82,200 A

l -,l

L

Védőföld

""===' 'Y

230 V-os AC fogyasz' ' lókhoz 12 V/230 V, 1000 W-os inverter (modifikált négy­ szöghullámú kimenet)

Szolárrakkumulátor­ bank (12 V, 64 Ah)

6.1. ábra. 32 W DC oldali energiatermelésre képes, 12 V egyenfeszültséget és 230 V váltakozó feszültséget szeigáitató napelemes rendszer

12 V/230 V-os 1000 W-os inverter (modifikált négyszöghullámú kimenet)

2,5 LE-ös aggregátor (12 V-os DC kimenettel)

230 V-os energia­ elosztó tábla kis megszakítákkal

Akkumulátorbank 6 db (Exíde GC-2A 6 V-os savas ólomakkumulátor, 12 V, 660 Ah)

;

V dóföld

6.2. ábra. 240 W DC oldali energiatermelésre képes, vésztartalék aggregátorral ellátott 12 V DC és 230 V AC feszültséget szeigáitató napelemes rendszer

A 6.2. ábrán 240 W DC oldali energialeadásra

képes, vésztartalék-áramfejlesztővel ellátott napelemes tápellátó rendszer látható. Itt 6 V-os névleges feszültségű akkumulátorokat haszná­ lunk, mivel valamelyik akkumulátor meghibá­ sodásakor (pl. cellazárlata stb.) csak egy db 6 V-os akkumulátor cseréje válik szükségessé.

l, A

"'70 A

A napelemmodulokat feltétlenül földeljük le (vil­

lámvédelem!). Ugyancsak földelnünk kell a töl­ tésszabályozót, invertert, az aggregátort és az elosztó tábla dobozát.

1 ... 2mA

t, �s

6.3. ábra. Az elektronikus akkumulátoraktivátor

Az akkumulátorbank kimeneti kapcsaira egy

l töltő és 1 ...2 mA-es kisütőáramának változása

szulfátoldó csatlakozik (F5), amely egyaránt szaigál a jó állapotú telepek jellemzőinek

az idő függvényében 100 A

·

h tárolóképességű

akkumulátortelep esetén

111

javítására és a szulfátosság részleges meg­ szüntetésére. E szulfátoldó visszatöltő impulzu­ sainak és 1 . . . 2 mA-es kisütő áramának ala­ kulása a 6.3. ábrán látható. A 6.4. ábrán 4 db 85 W-os napelemtáblát alkal­ maztunk, ahol a kettesével sorosan kapcsolt

modulokat párhuzamosan kötöttük. Így 24 V DC feszültségű töltésszabályozó! és 24 V/230 V-os DC-AC invertert kellett alkalmaznunk. A 24 V mellett esetleg szükségessé váló 12 V-os táp­ feszültséget 24 V/12 V-os DC-DC konverterrel (egyenfeszültség-átalakító, transzverter) állítjuk elő. Az egységeket feltétlenül földelnünk kell.

24 V/230 V; 1000 W-os inverter (Berei, modifikált négyszöghullámú kimenet)

Szolárakkumulátor-bank (4 db 12 V, 180 Ah-ás akku, 360 Ah 24 V-nál)

AC energiaelosztó tábla (15 A-es kismegszakítók­ kal, GFI hibaáram védő­ kapcsolóval)

24 V/12 V; 5 A-es DC/DC konverter

6.4. ábra. 340 W DC oldali energiatermelésre képes 12V és 24 V DC, valamint 230 V AC feszültséget szel­ gáltató napelemes rendszer Szélgenerátor (Air 403, 24 V, 400 W)

;r::D

AC segédkapcsoló­ tábla-mező (230 V, 15 A-es kismegsz.)

PV csatlakozó­ doboz

230 V-os fogyasz­ lókhoz Földelő rúd 12 db 6 V, 400 A h-ás akkumulátorból álló akkumulátorbank (24 V, 1200 A h ·

·

6.5. ábra. 230 V AC feszültséget szeigáitató nap- és szélgenerátoros hibrid tápellátó rendszer

112

A 6.5. ábrán 230 V váltakozó feszültséget szaigáitató 680 W-os napelemtábla-mezőből és 24 V/400 W-os szélgenerátorból, valamint 24 V 1200 A h tárolóképességű szolárakkumulátor­ bankból kialakított hibrid tápellátórendszer­ kialakítást szemléltetünk. A nagy tárolóképes­ ségű akkumulátorbank hosszú időtartamú áramellátási lehetőséget biztosít. ·

6.3. Tanyák, hegyvidéki

települések önálló áram­ és vízellátása Az önellátó, szigetüzemű, helyi energiafelhasz­ náló gazdaságok, birtokok, tanyák és hegyvidé­ ki települések ún. zártkörű rendszerében több­ nyire nap- és szélenergiából nyert elektromos áramot használnak. Ugyanis egy gazdaságot ellátó szolár- és széirnotoros áramfejlesztő rendszer létesítési és fenntartási költségei kisebbek, mint egy hosszú vezetékrendszerrel a meglévő közüzemi áramellátó hálózathoz való csatlakozás.

Az energiaellátó hálózatra nem csatlakozó (autonóm) települések, pl. tanyák farmok, ten­ gerben lévő szigetek településeinek stb. ener­ giaellátása a szokásos elektromosenergia-fel­ használáson (világítás, rádió, tv, hűtőszekrény stb.) túlmenően magában foglal egyéb igénye­ ket is, mint pl. a használati meleg víz előállí­ tását, szerszámgépek, darálók működtetését, vízszivattyúzást és még sorolhatnánk tovább. Megújuló energiaforrásokat használva, a ren­ delkezésre álló forrásokat optimális kihasznált­ ság mellett oszthatjuk szét az egyes helyi fel­ használék között. Ily módon csökkenthetjük a megtermelt energia szállításával, tárolásával kapcsolatos költségeket. A 6. 6. ábrán egy ilyen komplex energiaellátó rendszer tömbvázlatát tüntettük fel. Ennek főbb egységei a követke­ zők: napelemmodulok, szélgenerátor, fagyálló folyadékos napkollektor a használati meleg víz előállításához, belsőégésű motorral hajtott áramfejlesztő (aggregátor) az akkumulátorok töltésére és hálózati tápfeszültség-ellátásra. Ez utóbbira azért van szükség, mivel a megújuló energiát hasznosító rendszerek teljes mérték­ ben a változó nap- és szélenergiakínálattól függenek (l. előbb az 1. 4. és 1. 12. ábrát).

Bels6égésú mctorosi AC2 áramfejlesztő

-� Ol Q)

a; �

Víz

Kút

6.6. ábra. Tanya, hegyvidéki település komplex energetikai rendszere

113

Egy ilyen, kb. havi 160 kW h energiafogyasz­ tás kielégítésére hazánkban 1500 W csúcstel­ jesítményű napelemtábla-mező és egy kisegítő, 400 W névleges (max. 630 W) teljesítményű szélgenerátor (1. 3.31. ábra) használata elégsé­ gesnek bizonyul. Szélgenerátorként AIR 400 W­ os típust választottunk (RT1), amely a szélerőtől függően kb. 15 ...80 kW h/hó elektromos ener­ gia termelésére képes. Ez a kis szélgenerátor egyszerűen a tetőre szerelhető, külön tartó­ ·

·

oszlop nem kell hozzá. Karbantartást nem igényel, csak két mozgó alkatrésze van. Víz- és elektromos hálózathoz nem csatlakozó vidéki települések, tanyák, állattartó telepek stb. vízellátását, öntözővíz-szükségletét stb. fúrt és ásott kutakból, folyókból és csatornákból nye­ rik. Erre a célra hazánkban amerikai rendszerű, sűrű lapátozású vízhúzó szélmaiorokat hasz­ nálhatunk. Ezek a szélmalorak nem áramter­ melő generátorokat hajtanak, hanem a lapát­ kerék (szélkerék) forgó mozgását kulisszás vagy excenteres hajtóművek alakítják át a mechanikus szivattyú által hasznosítható egye­ nes vonalú mozgássá. Membránszivattyú mű­ ködtetésénél a hajtást közvetlenül a tengelyen kialakított excenterről viszik át. A soklapátos típusok már 1,8...1,9 m/s szél­ sebességnél indulnak és 2,2 m/s sebességnél már teljesítményt adnak le. Ez azt jelenti, hogy más gyártmányokkal összehasonlítva ugyan­ azon a helyszínen ezek az amerikai rendszerű, sűrű lapátozású szélmotorok éves szinten azo­ nos névleges teljesítmény eselén is lényegesen több energiát tudnak termelni a nagyobb üzem­ óra következtében. Hazánkban a NYÍR-ÖKO-WATI Kft. (Gy?, RT11) AER 06, ill. AER 21 típusjelöléssei hordozható 12 1apátos, ill. 18 1apátos szélmotorral, közvetlen excenteres hajtással működteti a membrán szi­ vattyúit (1. 6. 7. ábra). Ezek a vízhúzó szélmalorak egyedülálló megoldást kínálnak kistérségeknek, családi házak, mezőgazdasági kisvállalkozá­ sok, tarmak, tanyák, tulajdonosainak termőföl­ dek öntözésére, belvízvédelemre, de a halászat és a vadgazdálkodás területén is. Az említett 12, ill. 18 lapátos típusok jellemző adatai a következők: - forgórész-átmérő 2,2, ill. 4,1 m,

114

6. 7. ábra. AER 06 típusjelű 12 lapáttal megépített széirnotoros vízszivattyú kiskerti és kertészeti csepegtetőöntözéshez (NYÍR-ÖKO-WATT Kft.: Gy7, RT11)

- állványmagasság 15, ill 21 m, - összmagasság 16, ill. 23,5 m, - indítási szélsebesség 1,9, ill. 1,8 m, - vízhozam 2,5...5,8 m/s szélsebesség eselén 1400 ... 1800 Uh, ill. 5000 ... 9000 Uh. Mindkét típus membránszivattyúval kerül meg­ építésre. A szóban forgó két széirnotoros víz­ szivaltyú típus felhasználási területei: - víztárolók, csepegtető csöves öntözőrend­ szer működtetése (fóliaházak, kiskertek, ker­ tészetek); termőföldöntözés (többlet termést, jobb ter­ mékminőséget biztosít); legeltetéses állattartás fejlesztése (itatók, fürdők kialakítása, legelő öntözése); belvízvédelem, talajvízszint-szabályozás; szennyvízszállítás, tisztítás, levegőztetés (környezetvédelem); halastavak, holtágak, tározók, vizes élőhe­ lyek életben tartása vízpótlással, levegőz­ tetéssel; vadgazdálkodási területen a vadak helyben tartása, itatók, daganyák vízellátása stb. A két típus szélkerekeit az iránysíklapát állítja a szél irányába. A szélkerék 14 m/s szélsebes­ ségnél a szélből automatikusan kifordul, a mér­ séklődő szélsebességnél pedig újra az üzemi helyzetbe áll vissza. A gazdasági megfontolások azt mutatják, hogy a szelet elsősorban azokon a vidékeken érdemes kihasználni, ahol a szélsebesség évi

átlaga a telepítési magasságban (1 O ...30 m) eléri a 2,5 ...5 m/s értéket. Figyelembe kell ven­ ni azt is, hogy ez a szélsebesség éves szin­ ten 2600 ...3100 óra időtartamban áll rendel­

40 ...50 W · h-t. Ezekből a napelemtáblákból több darabot összekötve, tetszőleges energia­ termelő kapacitás érhető el.

kezésre. Ezek az adatok természetesen térben és időben jelentősen eltérhetnek egy-egy hely­ színen.

A mintegy max. 3,2 kW DC oldali energiater­

A magyarországi vizsgálatok azt bizonyították, hogy ezen amerikai rendszerű, sűrű lapáto­ zású, kis szélsebességnél (2,2 m/s) már közel a névleges teljesítményt leadni képes típusok az ország sík területein szinte bárhol eredménye­ sen használhatók. Jó példák vannak arra, hogy eredményesen használhaták domb- és hegy­ vidéki körűlmények között is. Ekkor a lejtőn emelkedő, ill. a lejtőn felfelé irányuló szeleket használhatjuk fel.

melés eléréséhez a rendszerkiépítés a követ­ kező fő részekből áll: - napelemmodulok (80 db 40 W-os napelem­ tábla), - töltésszabályozóval egybeépített inverter (230 V AC, 1 fázis, akkutöltés 48 V/max. 90 A), - akkumulátorbank (12 db 12/100 A · h tároló­ képességű akkumulátor), - napelemmodulok felszereléséhez szükséges tartószerkezetek, - elektromos kábelek, kapcsolók, biztosíták stb.

A rendszerkialakítással nyáron, napi 5 ...6 órás

6.4. Létesítmények önálló

napelemes áramellátása A napenergiás áramellátó rendszerek alkalmaz­ hatók intézmények, termelőüzemek, családi há­ zak stb. elektromosáram-ellátásához, rásegítő vagy önálló áramforrásként Egyes vélemények szerint a 12 ...20 éves beruházási megtérülési idő, a kormány energiatakarékosságat és a megújuló energiaforrásokat támogató pályá­ zatai segítségével a felére csökkenthető. Az EU irányelvei szerint Magyarországon a megújuló energiaforrások részarányának az energiamér­ legben el kellene érnie a 12 %-ot. Ez az érték jelenleg 3,6 % alatt van. Ezért célszerű megis­ merni és kihasználni az Európai Uniós és a hazai pályázati lehetőségeket.

napsütést feltételezve és a rendszervesztesé­ geket is figyelembe véve, naponta átlagosan mintegy 15 kW · h, télen pedig max. 3 kW · h energia termelhető meg. Az akkumulátor­ bankban 14 kW · h energia tárolható, a maxi­ mális terhelhetőség pedig 3 kW lehet. Ezek az értékek kielégíthetik egy átlagos csa­ ládi ház elektromosenergia-igényét, amennyi­ ben nincs villamos fűtés vagy más extra fo­ gyasztás. Megjegyezzük, nyáron igen előnyös lehet kisebb teljesítményfelvételű (pl. 2,6 kW­ os) klímaberendezés használata. A napi kb. 4 ...5 órás "hűtési" időtartam (4 ...5) x 2,6 kW 1 0,4 ...13 kW · h energiafelhasználást jelent. Így még napi min. 2 kW ·h energiával rendelkezünk az egyéb fogyasztóink működtetésére. =

Tény, hogy ezen napelemes rendszer termelte

Ezek után kérdés, hogy mekkora beruházási költséget tesz ki pl. egy családi ház csupán napelemes rendszerrel történő elektromos áramellátása. A minél kisebb beruházási költ­ ségek céljából első közelítésként amorf szilí­ cium modulok felhasználásával számoltunk. A 40 W csúcsteljesítményű, pl. BSC 40 mo­ dulok 1 kW/m2 energiájú nyári napsütés esetén max. 40 W elektromos teljesítmény le­ adására képesek. Egy ilyen napelemmodullal " napi hat órás "napfénybefogás esetén mintegy 6 x 40 240 W · h elektromos energiát lehet naponta átlagosan megtermelni-, télen pedig =

energia a téli hónapokban kevés lehet, ekkor vagy további napelemmodulokat kell telepíteni, vagy valamilyen kiegészítő áramforrást pl. szél­ generátort, dízelmotoros áramforrást (aggregá­ tort) célszerű alkalmazni, amelynek teljesít­ ménye néhány kW.

A fenti rendszer tájékoztató jellegű költségei 2007. évi áron a következők: - napelemmodulok (80 db, 80 x 30 E Ft 2400 E Ft+ 20% áfa), - töltésszabályozóval egybeépített inverter (380 E Ft+ 20% áfa), =

115

- akkumulátorbank (12 x 19 E Ft =228 E Ft+ 20% áfa), - telepítési, beüzemelési költség (a teljes rend­ szerköltségnek kb. 15 ...20%-a). Ezek alapján a teljes költség kb. 3 millió Ft + 20% áfa + telepítési, beüzemeltetési költség. A napelemtáblák meglévő családi ház esetén (amennyiben a tájolás és az árnyékmentes tetőfelület alkalmas rá) a tetőn helyezhetők el. Csak déli tájolású kiépítés! alkalmazzunk a legkedvezőbb, vagyis a maximális "napfény­ befogás" érdekében. Mint már említettük a napelemtáblák dőlésszöge attól függően, hogy a nyári, a téli vagy egész éves időszakra opti­ malizáljuk az 30 ...55° között változhat. A napelemmodulok tetőre szerelésénél feltét­ lenül vegyük figyelembe, hogy 1 db 40 W-os amorf szilícium napelemtábla tömege kb. 13 kg a kiegészítőszerelvények nélkül, továbbá hogy a tetőre nemcsak a többletterhelés nehezedik, hanem a szélterhelés is megváltozhat, így a statikai számítás feltétlenül indokolttá válhat. A 80 db 40 W-os napelemtábla tetőre szere­ léséhez 80 x 0,79 m2 min. 65 m2 tetőfelület szükséges, amelynek teljes tömege szerelvé­ nyekkel együtt mintegy 80 x 13,5 kg =1080 kg. A felszereléshez a gyártók speciális profilkiala­ kítású, univerzálisan alkalmazható alumínium­ tartót fejlesztettek ki (1. 3.17. ábra). =

Amennyiben pl. BP585S vagy BP5170S típusú 85, ill. 170 W-os monokristályos napelemtáb­ lákat használnánk a 40 W-os amorf szilícium napelemtáblák helyett, akkor kb. 0,38-szor kisebb felületű napelemmező telepítése is elégséges lenne. A 65 m2 területigény így 65 x 0,38 kb. 25 m2-re csökkenthető, amely­ nek teljes tömege mintegy 418 kg. =

A 3200 W DC oldali csúcsteljesítmény elérésé­ hez a 40 W-os napelemekből 80 db, a 85 W-os saturn technológiájú monokristályos napelem­ modulokból már 3200/85 =38 db alkalmazása is elégséges, amelynek beszerzési költsége 38 x 11O E Ft/ db = 4180 E Ft + 20 % áfa. A teljes rendszerköltség így mintegy kb. 4,8 mil­ lió Ft + 20 % áfa + telepítési, beüzemeltetési költség.

116

A kisebb költség érdekében, mint látható cél­ szerűbb, ha amorf szilícium napelemmodu­ lokat használunk. A nagyobb tömegterhet jelentő napelemtáblák természetesen a földre vagy a lapos tetős házra megfelelő vázszerkezetre is felszerelhetők.

6.5. Hálózatra visszatápláló

rendszerek A valóságban legcélszerűbben a közüzemi há­ lózatra kapcsolt, arra visszatápláló napelemes, energiatárolás-mentes (akkumulátor nélküli) áramtermelő rendszerrel csökkenthetjük legjob­ ban villanyszámlánkat A már ismertetett 80 db 40 W-os napelemmodullal felépített napelemes rendszerünk itt annyiban egyszerűsödik, hogy szolárakkumulátorokra és azok töltésére felü­ gyelő töltésszabályozó áramkörre nincs szük­ ség. A közüzemi hálózatra visszatápláló inver­ ter itt a kimeneti 230 V-os váltakozó feszültséget megfelelő szinkronizáló áramkörrel a hálózati jellemzőkhöz illeszti, így az inverter kimeneti feszültsége szinkron pozícióban lesz betáplálva a közüzemi elektromos hálózatba. Mivel itt töltésszabályozóra és akkumulátor­ bankra nincs szükség, így a beruházási költség: 2,7 millió Ft + 20% áfa+ telepítési, beüzeme­ lési költség. E rendszer fő előnye továbbá, hogy a szolárakkumulátorok hiányában, annak ha­ tásfoka sokkal kedvezőbb. Példaképp két további ilyen rendszert muta­ tunk be a 6.8. és 6.9. ábrán, amely lényegében két fő komponensből, a napelemtábla-mezőből és a hálózatra kapcsaló inverterből tevődik össze. Itt a 24 db 120 W-os csúcsteljesítményű napelemtábla max. 2880 W DC oldali energia leadására képes. A munkaponti feszültség (8 db sorosan kapcsolt napelemmodul) max. 125 v. A napelemmodulokat állítható dőlésszögű tartószerkezetre erősítve a földön helyezték el. Azok déli irányba forgatva, árnyékmentes he­ lyen foglalnak helyet. A legkedvezőbb "nap­ fénybefogás" céljából a modulok négy fokozat­ ban állíthaták (15°, 25°, 35° és 50°).

24 db Kyocera KC-120 típusú, 120 WP-os modulból kialakított napelemtábla-mező

Felhasználóhoz

L uki =230 v- N PE

6.8. ábra. Hálózatra visszatápláló energiatárolás-nélküli napelemmodulos áramtermelő rendszer, amely 2880 W DC oldali teljesítmény leadására képes (SMA Sunny Boy SB2500V)

2800 W max. teljesítményű 24 db Kyocera KC-120, Csatlakozó­ doboz

120 W P-os modulból kialakított napelemtábla-mező

E:1EII1J=zs u:� :� : ; sz

ó o

i

AA AAAA

AAAA AA

-

AA AA AA

30V -

PE

6.9. ábra. 2880 W DC oldali teljesítmény leadására képes hálózatra visszatápláló energiatárolás nélküli napelemes áramtermelő rendszer Xantrex inverterrel

A forgalmazók, rendszertervezők és telepítők

kínálatában különböző teljesítményű kialakí­ tások találhatók, l. pl. a 2.1. táblázatra vonat­ kozókat (F9, RT1, RT3, RT4 és RT8). Az ideális hálózatra visszatápláló, hosszú áthi­

dalási idejű interaktív rendszer szolgáltatása: önellátás a kívánt mértékben a nap- és szél­ generátor (és a vésztartalék-áramforrás) által töltött akkumulátorbankról, a felesleges energia hálózatra táplálása.

tam 3 ...24 óra. Az alsó képen hátul látható az 1100 A h tárolóképességű akkumulátorbank, a falon pedig a 30 kW-os OutBack töltésszabá­ lyozás inverter-rendszer. A 6.11. ábrán szélge­ nerátor "beemelés" előtti, a 6.12. ábrán pedig daruval történő felemelési munkálatát láthat­ juk. Végezetül a 6.13. ábra a már helyére felállí­ tott szélgenerátort mutatja. ·

A hálózatra visszatápláló rendszerek lelke a töl­

A

tésszabályozóval egybeépített inverter. Leg­ ismertebb hazai típusai között említhető az előzőekben már bemutatott ZERO POWER" " megnevezésű invertercsalád (1. 3.61.ábra). A kaposvári Solar Electronic Kft. (RT5) a fenti

A rendszer havi átlagban 900 kW

termékcsaládon túlmenően további típusokat is kifejlesztett. Ezek közül a 6. 14. ábrán egy ilyen töltésszabályozóval egybeépített TPIN-1500, ill. 3000 1,5, ill. 3,0 kV A teljesítményű inverter tömbvázlatát tüntettük fel. Az akkumulátorbank

6.10. ábrán látható Festo irodaház (a felső képen látható 8 db 165 W-os monokristályos napelemmodullal, háttérben a H-175 3 kW-os szélgenerátorral) szünetmentes áramellátása 50 ...87 %-ban megújuló energiáról működik. h energiát termel helyben fogyasztásra . A létesítmény tel­ jesítményigénye max. 30 kW, áthidalási időtar·

·

117

6.12. ábra. A Whisper 500 3 kW teljesítményű

szélgenerátor daruval történő "beemelése " (Festo lrodaház, Bp., lll. ker., RT1)

6.10. ábra. A budapesti Festo Irodaház nap- és szél­

generátoros szünetmentes áramellátó rendszere (a felső képen a háttérben szélgenerátor és a lapos tetőn lévő napelemtáblák, az alsón pedig a "köz­ pont" látható, RT1)

6.11. ábra. A Whisper 500 3 kW teljesítményű

szélgenerátor a "beemelés" előtt (Festo Iroda­ ház, Bp., lll. ker., Csillaghegyi út 37.)

118

6.13. ábra. A már felállított Whisper 500 3 kW

teljesítményű szélgenerátor (Festo lrodaház, Bp., lll. ker., Windenergy:

RT1)

töltése három töltési fázisban megy végbe l. 3.61b ábra. Az első fázisban áramgenerátor­ ként üzemel a töltésszabályozó és a beállított töltőárammal tölti az akkumulátorbankot A má­ sodik fázis akkor kezdődik amikor az akkumulá­ torfeszültség elérte a vezérlőegységen beállított értéket (elnyelető fázis). Az időzítés (120 perc) letelte után a harmadik fázis következik, amely egy csökkentett akkumulátorfeszültségű (26,8 V DC) szinten tartást jelent mindaddig, amíg az akkumulátort nem terheljük. Ha a terhelés (kisü­ lés) hatására az akkumulátor feszültsége 24,0 V alá kerül, akkor kezdődik újra az első ciklus. A teljes rendszert az automatikus munkapont­ beállítású mikrokontroller (szabályozóegység) vezérli. A hálózati szinuszos feszültséget egy DC-DC és egy DC-AC átalakító állítja elő. A DC­ DC átalakító 24 V-ból 31 O V DC hídfeszültséget állít elő. Az átalakító a mikrokontroller által sza­ bályozott, amely a mindenkori terhelésnek és teljesítményigénynek megfelelően szabályazza a hálózati híd feszültségét. A DC-AC átalakító teljes hídáramköre állítja elő a 230 V/50 Hz-es szinuszos jelalakú feszültséget. A hídáramkör szintén mikrokontroller által vezérelt, a szinu­ szos jelalak előállítása a kitöltési tényező szi­ nuszfüggvény szerinti modulációjával történik (6.15a ábra). A moduláció frekvenciája 18 kHz, amely 50 Hz eselén 360 ciklusból állítja elő a tiszta szinuszos alakú kimeneti feszültséget. Ez az eljárás biztosítja a kis torzítás! a kimeneten (amely kisebb mint 3 %). Hálózatkimaradás eselén (6. 15b ábra) az inverter a hálózat félper­ iódusa alatt átkapcsol az inverter által előállított

feszüliségre K2 SSR (Solid State Relay, szi­ lárdtest-relé) kikapcsolásával és K1 SSR be­ kapcsolásával. A hálózati feszültség visszatéré­ sekor a készülék szinkronozást végez, majd visszakapcsol a közüzemi hálózatra. A szinuszos jelalak előállítása a kitöltési tényező modulációjával

,...N . M ++++

a)

mo,..COO>O> ++++

��a;

,....,....,... ++++

R!�a;

NNN ++++

ffiffig

MMM ++++

IUlJlJl 11l1l1lf IUlJlJl lf1flfU !UUlJl A hálózatkimaradás lekezelése

u, • t

� Uinverter

b) 6. 15. ábra. A szinuszos jelalak előállítása és a hálózatkimaradás lekezelése (RT5)

Töltő

Bs Szabályozóegység

�

'----y---"

Akkubankhoz Napelem­ (24 V) modulokhoz, a-Si 6. 14. ábra. TPIN-1500 (ill. 3000) típusjelű 1 ,5 (ill. 3) kV

u_

·U· '-y-' � Fogyasztékhoz (230 V-) ·

Hálózathoz

A-es töltésszabályozóval egybeépített inverter

tömbvázlata (RT5)

119

Megjegyezzük, hogy a fogyasztói és a hálózati ágba iktatott 85 és 86 biztosíták közös kapcso­ lókarú kismegszakító-automaták. Túláram vagy zárlat esetén így mindkét vezetékág megszakad. A közelmúltban jelentek meg a Dialog Center Kft.

(RT12) által fogalmazott W indslart szélgenerá­ tor-rendszerek. Ezek a kínai gyártmányú rendsze­ rek 200 W kimeneti teljesítménytől a 20 kW-os teljesítményhatárig (200 W, 300 kW, 400 W, 500 W, 800 W, 1 kW, 2 kW, 3 kW, 5 kW, 1 O kW, 15 kW és 20 kW) kaphatók. A leszállított szettek komplett rendszereket képeznek. A szettben a szélgenerátoron kívül még a töltésszabályozó, az inverter (230 V váltakozó feszültséget szol­ gáltató feszültségátalakító) és meghatározott tárolóképességű akkumulátorbank ára is benne van. Példaképp említjük, hogy az 1 kW teljesít­ ményű komplett rendszer ára 549 E Ft + áfa (658 800,- Ft). Az ára a telepítés és a szállítás árát nem tartalmazza, amely min. bruttó 50 E Ft. Az 1 kW névleges teljesiményű rendszer ener­ giatermelése 5 m/s évi átlagos szélsebesség mellett kb. 2000 kW h/év. A 2007. évi árakon számolva mintegy 9 ...9,5 év alatt térül meg a befeketetés. Ezt követően a rendszer "ingyen termeli" az áramot. A gyártók szerint ezen szél­ generátorak élettartama kb. 25 ...30 év. Eköz­ ben az apróbb karbantartási munkák kivételé­ vel csak az akkumulátorokat kell 6...8 évente kicserélni. A szélgenerátor esetében 25 ...30 év után mindössze az állandó mágneses generá­ tort kell cserélni. Megjegyezzük, hogy az elmúlt 1O év alatt a villamos energia ára közel 360 %­ ·

Egy 1 kW névleges kimeneti teljesítményű te­ lepített szélgenerálort a 6.16. ábrán láthatunk.

Az említett komplett rendszerek rendelkeznek CE, valamint IS0-9001 tanúsítvánnyaL Hibrid rendszerként a nagyobb családi házak áram­ ellátására az 1 kW-os szélgenerátor-rendszerek alkalmasak. A csak szélgenerátor-rendszerek esetében a min. 2 kW-os teljesítményű rend­ szerek ajánlatosak. A 200 W ...1 kW névleges teljesítményű szélgenerátorok háztetőre telepí­ tésénél építési engedélyt abban az esetben kell kérni, amennyiben a szélgenerátor 3 m-nél ma­ gasabbra nyúlik a tető fölé. Az ismertetett, komplett rendszerként szállított szélgeneráto­ ros áramtermelő rendszerek megtérülési időtar­ tama modelltől függően 5 .. 1 O év. Használha­ ták hálózatra visszatápláló és önellátó, auto­ nom (szigetüzemű) rendszerként egyaránt. .

Végezetül megemlítjük az egyik legkorszerűbb " "kis teljesítményű , 1 ,8 kW névleges teljesítmé­ nyű, amerikai gyártmányú Skystream hátszél­ hajtású szélgenerálort (1. 6.17. ábra), amely há­ lózatra visszatápláló és szigetüzemmódra egy­ aránt alkalmas. Az igen nagy hatásfokú, csen­ des működésű hátszélhajtású generátor 5,4 m/s éves átlag szélsebességnél 400 kW h/hó elekt­ romos energia termelésére képes (RT1). ·

kal emelkedett!

6.16. ábra.

1

kW névleges kimeneti teljesítményű

szélgenerátor

(FDJ.0-1 000,

1 kW-os modell) bemu­

6. 17. ábra. 1 ,8 kW teljesítményű Skystream hát­ szélhajtású szélgenerátor és napelemmodulos

tató példánya, amely megtekinthető a Nádland Kft.

hibrid rendszer (Skystream-lifestyle-baldino-solar,

telephelyén: Bp. VII., Jászberényi út 47/b.)

RT1)

120

Gyártók, forgalmazók, rendszertervezők és -telepítők 7.

Gyártók: Gy1

Akkumulátorok, töltésszabályozók, inverterek:

Kapacitás Kft. 1115 Budapest, Szentpétery u. 24. Tel.: 06-1/463-0885 E-mail: [email protected]; Honlap: www. kapacitas.hu Gy2

Széirnotoros áramfej/esztők:

Unicornis Kft. 3671 Borsodnádasd, Belső út 7. Tel.: 06-48/442-529 Gy3

Benzinmaloros áramfejlesztők:

Agrimotor Kft. 2351 Alsónémedi, Haraszti út 130. Tel.: 06-29/337-132 (Szabó Lajos) Gy4

Töltésszabályozók, inverterek:

Mozgó Világ Kft. 7400 Kaposvár, Corvina tér'4. Tel.: 06-82/424-943, 06-82/526-440, 06-30/947-4052 E-mail: [email protected] (Dányádi T ibor) Gy5

dsJ'rek:

lnvererek, komplett ren

Powerstar Kft.

1 039 Budapest, Nagyvárad u. 11. Honlap: www.powestar.hu '

Gy6

Szatártechnikai rendszerek:

SUN POWER Gmbh. Markplatz 2-4. 61118 Bad Vilbel, Németország. E-mail: info & sunpower.de; Honlap: www.sunpo-wer.de Gy?

NYÍR-ÖKO-WATT Kft. 4400 Nyíregyháza, Szarvas u. 1-3. Tel.: 06-42/506-688, 06-30/995-7034, 06-70/450-6489. E-mail: [email protected]; Honlap: www. nyirokowatt.hu (Orosz Miklós, Szabó Arpádné)

Forgalmazók: F1

Conrad Elektronika Szaküzlet 1067 Budapest, Teréz krt. 23. Tel.: 06-1/302-3588, E-mail: [email protected]; Honlap: www. conra.hu

F2

Accusealed Kft. 1158 Budapest, Késmárk u. 14/b. Tel.: 06-1/417-0848 E-mail: [email protected]; Honlap: ww w.napelem.hu

121

F3

Windenegy Megújuló Energia l. RT1

F4

Alfanap Kft. 9200 Mosonmagyaróvár,Zsilip u. 6/b. Tel.: 06-96/576-637,20/943-2927 E-mail: [email protected]; Honlap: www.alfanap.hu

F5

Forex Kereskedelmi Kft. 1037 Budapest,Csillaghegyi út 13. Tel.: 06-1/388-8825,Fax: 06-1/250-1168 E-mail: [email protected]; Honlap: www.forex .hu (Forgó Antal)

F6

ATYS-co 1107 Budapest, Fertő u14. Tel.: 06-1/263-2561 E-mail: [email protected]; Honlap: www.atysco.hu

F7

Agroforg Kft. 1107 Budapest,Balkán út 3/e. Tel.: 06-1/264-4383, 06-1/264-4384 (Maleczky Imre)

F8

Netpoint Bt. 2011 Budakalász, Mátyás Kir. u. 12. Tel.: 06-20/934-6643

F9

Pannon Solar Kft. 1147 Budapest, lstvánffy u. 11/a. Tel.: 06-1/221-7639 E-mail: [email protected]

F1O

EN DR ESS Kft. 1103 Budapest,Gyömrői út 120. Tel.: 06-1/431-2511,06-20/957-8287 (Velker Péter)

F11

Hondimpex Kft. 8060 Már, Kossuth L. u. 48. Tel.: 06-22/407-7321 Mintabolt: 1085 Budapest, József krt. 76. Tel.: 333-1544

F12

S.O.S. Kft. 3527 Miskolc,Budai József u. 1. Tel.: 06-46/501-380 E-mail: [email protected] (Harangi János)

F13

Sunpipe Kft. 1111 Budapest, Zenta u. 1.;Tel.: 06-1/279-0407 E-mail: filodis&axelero.hu

F14

Napenergia-hasznosító és -forgalmazó Kft. 6800 Hódmezővásárhely, Nyárfa út 65. Tel.: 06-62/241-692

F14

Naplopó Kft. 1033 Budapest,Szentendrei út 83-93. (PP Center park)

F16

Kardos Labor Elektronik Kft. 1119 Budapest,Sopron u. 19. Tel.: 06-1/204-5719,06-1/402-1738,06-70/257-7041 E-mail: [email protected]

F17

Marbe Kft. 1116 Budapest,Hunyadi J u 162. B/3. E-mail: [email protected]; Honlap: www.marbe.hu

F18

Paulex Kft. 1211 Budapest,Jókai u. 32. Tel.: 06-1/420-9735 E-mail: [email protected]

122

F19

Stibel Eitron Kft. 1036 Budapest, Pacsirtamező u. 41. Tel.: 06-1/250-6055; E-mail: [email protected]

F20

Buderus Kft., 231O Szigetszentmiklós, Leshegy u. 15. Tel.: 06-24/525-200 Honlap: www .buderus.hu [email protected]

F21

Ketyere Kft. 2922 Budakeszi, Erkel u. 31/c.Tel.: 06-23/450-353 (Oláh György)

Rendszertervezők és -telepítők: RT 1

Windenergy Megújuló Energia 1111 Budapest, Zenta u.1.Tel.: 06-1/279-0407,06-30/650-1244 E-mail: w [email protected]; Honlap: www.windenergy.hu

RT2

SOL Kft. 1012 Budapest, Lovas út 30.Tel.: 06-1/375-2487, 06-30/748-0710 (Herbert Ferenc) E-mail: [email protected], herbert,[email protected]

RT 3

Soltec Kereskedelmi és Szaigáitató Kft. 1116 Budapest, Hunyadi J. út 162.Tel.: 06-1/204-9079 E-mail: [email protected]; Honlap: www.soltec.hu

RT4

KLNSyS 1223 Budapest, Vörösmarty u 9. Tel.: 06-1/424-0268 E-mail: [email protected] (Börcsök Tamás, Kitzinger Zsolt)

RT 5

Solar Electronic Kft. 7400 Kaposvár, lntai út 45.Tel.: 06-82/526-524, 06-30/947-4052 E-mail: [email protected]; Honlap: www.napeneria.info

RT6

Pannon Solar Kft. l. F9

RT?

Gaisolar a megújuló Energiák Rendszerháza 2821 Gyermely, Napenergia Center.Tel.: 06-30/996-7675 (VéghelyTamás) E-mail: [email protected]; Honlap: www.gaisolar.com

RT8

TerraSclar Hungary Kft. 1121 Budapest, KonkolyThege M. 29-33.Tel.: 06-1/392-2784 E-mail: [email protected]; Honlap: www.terrasolar.hu

RT 9

SOLART-SYSTEM Kft. 1112 Budapest,Gulyás u.20.Tel.: 06-1/246-1783 E-mail: [email protected]

RT1O

Wagner Solar Hungária Kft. 2151 Fát, Németh K. út 26.Tel.: 06-27/538-980. 06-20/234-1061 Honlap: www.wagnersolar.hu

RT 11

Windslart kínai szélgenerátor-rendszerek: Dialog Center Kft. 1112 Budapest, Kapolcs u. 13/8. Tel.: 06-1/226-1743,06-30/209-5552 E-mail: [email protected]; Honlap: www.windstart.eu

RT 12 Napelemmodul-telepítés, UPS-forgalmazás, -szervizelés: LOBOSOUND Kft. 1013 Budapest, Lánchíd u. 15-17.Tel.: 06-1/201-0179, 06-70/245-5660

123

8. Irodalomjegyzék

[1] Nemcsik Ákos: A napelem és fejlesztési perspektívái. Akadémiai Kiadó, Budapest, 2001 [2] Dr. Farkas István (szerk.): Napenergia a mezőgazdaságban. Mezőgazda Kiadó, 2003 [3] Gerald J. Lemay: The Solar Van, HomePower #94 2003/ápr.-máj. [4] Or. Tóth László-dr. Horváth Gábor: Alternatív energia: Szélmotorok, szélgenerátorok. Szaktudás Kiadó Ház, Budapest, 2003 [5] Uwe Hallenga: A szélenergia hasznosítása. Cser Kiadó, Budapest, 2004 [6] Hans-Werner Bastion: Halogénvilágítás a lakásban. Cser Kiadó, Budapest, 2002 [7] Klaus Fisch: Energiatakarékos ház és lakás. Cser Kiadó, Budapest, 2003 [8] "Megújuló energiaforrások" előadássorozat: BMF KVK VEl Műszaki Főiskola Kandó Kálmán Villamosmérnöki kar, Villamosenergetikai Intézet, 1034 Budapest, Bécsi út 94 (RT1, RT2, F2) [9] Festo Irodaközpont OutBack rendszertelepítési munkálatai (RT1)

124