Ferenczi Odön , Aramtermelés nap- és szélenergiából saját " mini " erőművekkel Budapest, 2007
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 formában 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 __ 6
1. A megújuló energiaforrásokról általában 9
1.1. A megújuló energiaforrások kiaknázásának szükségessége __ 9
1.2. Hazai áramellátottsági helyzetkép, lehetőségek 1 O
1.3. A Nap energiájából származó energiaforrásaink 1 O
1.4. A megújuló energiák hasznosításának módjai 12
1.5. A nap- és szélenergia hasznosításának előfeltételei 13
1.6. A jövő alternatív áramellátó rendszerei 16
2. Alkalmazási lehetőségek, rendszerkiválasztás 22
2.1 . Autonóm szigetüzemű áramellátó rendszerek 22
Önálló áramellátás ott, ahol nincs elektromos hálózat 22
Vízszivattyúk, vízlevegőztetők áramellátása 27
Közlekedési eszközök áramellátása _ 30
Szellőztető- és hűtőberendezések áramellátása 31
Egyéb más helyhez-kötött berendezések áramellátása __ _
2.2. Hálózatra visszatápláló áramellátó rendszerek 33
Hálózatra visszatápláló napelemes rendszerek 33
Hálózatra visszatápláló nap-és szélgeneráloros rendszerek __ 35
3. Nap- és szélgenerátoros áramtermelő rendszerek főbb egységei 39
3.1. Napelemek, napelemmodulok ___ 39
A napelem, mint elektromos energiaforrás 39
Energiaátalakítási hatásfok, ár ___ 41
Monokristályos "merev" napelemtáblák 42
Polikristályos "merev" napelemtáblák 44
Amorf szilícium "merev" napelemtáblák 46
"Áttetsző", építészeti célú "merev"
napelemtáblák 48
Hajlítható vékony-fémlapos és feltekerhető napelemek 48
Napelemek kis készülékekhez, energiakondicionáláshoz 50
Komplett napelemes készletválasztékok 51
3.2. "
Kis teljesítményű" szélgenerátorok _ 54
Szélgenerátorok, szerkezeti felépítésük 54
Főbb szélgenerátor-típusok 55
3.3. Kiegészítő aggregátoros vésztartalék áramfejlesztök 59
Aggregátortípusok, főbb jellemzőik _ 59
Korszerű, új technikájú aggregátarak 61
Az aggregátor kiválasztásnak főbb szempontjai 63
Gyakorlati példa az aggregátortípus kiválasztásához 64
3.4. Akkumulátor-töltésszabályozók __ 64
Soros és sönt szabályozású töltőkészülékek 64
Korszerű mikrokontrolleres töltésszabályozók 65
3.5. Szolárakkumulátorok 65
Szolár savas ólomakkumulátorok __ 65
Az ólomakkumulátorok töltési szabályai 67
3.6. DC-AC inverterek 69
Szigetüzemű inverterek 69
Hibrid inverterek 71
3.7. Egyéb tartozékok, kiegészítőegységek 79
3.8. Energiatakarékos fogyaszták 79
Energiatakarékos fényforrások ___ 79
Energiatakarékos fogyaszták vezérelt és szabályozott működtetése __ 82
3
4. Telepítési, tervezési meggondolások, kivitelezés 84 4.1. Napelemes rendszerek telepítési
meggondolásai 84 Napelemtáblák energiahozamának
optimalizálása 84 A napelemtáblák elhelyezése, tájolása 86 Napelemtáblák telepítése, szerelése 87
4.2. Szélgeneráloros rendszerek telepftési meggondolásai 92 A telepítés alapvető feltételei 92 Telepítési előmunkálatok, szerelés _ 97
5. Energiahozam, költségösszetevők, élettartam 1 04 5.1. Napelemmodulok energiahozama _ 104 5.2. Szélgenerátorok energiahozama _ 106 5.3. Hibrid rendszerek energiahozama _ 107 5.4. Nap- és szélgeneráloros rendszerek
főbb költség összetevői, élettartam uk 107
Nap- és szélgeneráloros rendszerek élettartama 1 08
6. Nap- és szélgeneráloros áramforrások a gyakorlatban 11 O
6.1. Kis teljesítményű szigetüzemű táprendszerek 11 O
Tervezési meggondolások 11 O
6.2. Néhány kis teljesítményű autonóm áramellátó rendszer ___ 11 O
6.3. Tanyák, hegyvidéki települések önálló áram- és vízellátása 113
6.4. Létesítmények önálló napelemes áramellátása 115
6.5. Hálózatra visszatápláló rendszerek _ 116
7. Gyártók, forgalmazók, rendszertervezők és -telepítők ___ 121
8. Irodalomjegyzék ________ 124
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. 53. oldal 2151 Fót, Németh Kálmán út 26. Tel: 27/538-980, 20/324-1061; www.wagnersolar.hu
4
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 elektromosenergiaellátás kiépítése nem gazdaságos (pl. egyes hétvégi és családi házaknál stb.), illetve amikor a kiépítés egyáltalán nem lehetséges. Itt említhetők az elektromos hálózattól igen távol eső települések, pl. tanyák, puszta, hegyvidéki települések, tarmak, vadászházak, borospincék, tengerben lévő szigetek, öntözésre, állatitatásra használt mezőgazdasági szivattyúk, adattovábbító és vezérlőrendszerek, kisebb hajók, jachtok és különféle jelzőberendezések áramellátási gondjai.
Ismertetetem a nap-és szélgenerátoros (autonóm) szigetüzemű, továbbá a közüzemi hálózatra visszatápláló rendszereket, s azok megvalósítási lehetőségeit.
Az energiatakarékos, környezetkímélő energianyerési megoldások nem feltétlenül a tehetősek, hanem a széles látókörűek, az új lehetőségekre nyitottan tekintők, hosszú távú gondolkodásmódú, az új lehetőségekre nyitottan tekintők törekvése. A hosszú távú 25 ... 30 évig üzemképes, minimális karbantartási igényű megújuló energiaforrás létesítése értéknövelő beruházás, míg pl. egy-gépjármű már az értékesítést követően azonnal jelentősen veszít értékébőL
A témát teljesen gyakorlati szinten, közérthetően, elméleti fejtegetések nélkül ismertetem. Megvalósítható gyakorlati kiviteleket és rendszertechnikai megoldásokat mutatok be. A rendszerek túlnyomó része a hazai kereskedelemben beszerezhető alkatelemekből és készülékekből (a kisebb teljesítményűek saját kezűleg is) megépíthetők, ill. a rendszertelepítőkkel
egyéni igények szerinti kialakításban megrendelhetők azoknál akik az egyedi tervezést és telepítést is elvégzik.
E témakörben kapcsolatos kérdésekben készséggel adnak felvilágosítást a gyártók (Gy), forgalmazák (F), a rendszertervezéssel, telepítéssei és a javítással, karbantartással foglalkozó cég ek (RT). A szövegben és az ábraaláírásokban zárójelben e cégeket minden esetben feltüntettem. Amennyiben nincs akadálya a napelemtáblák és a szélgenerátor telepítésének, hozzáláthatunk a rendszer "megtervezéséhez". Nagyobb energiaigények esetén azt úgy kell kezelnünk, mint más nagyobb beruházást. Tanulmányoznunk kell több gyártó termékeit és a jó referenciákkal rendelkező szakképzett forgalmazóikat, akik képesek telepíteni, szervizelni, cserealkatrészt adni. Hasonlítsuk össze a garancia idejét és azt, hogy mit tartalmaz a garancia. Kérjünk igényünkhöz hasonló referenciát, a tulajdonosok tapasztalatait a rendszer működéséről, megbízhatóságáról, továbbá fenntartási és alkatrész-igényéről.
A könyv igen hasznos lehet azoknak, akik a kereskedelemben kapható választékra terveznek, de hasznos lehet azoknak is, akik az egyszerűbb, "saját kezű" kisebb teljesítményű rendszerekhez keresnek instrukciókat (pl. barkácsolók).
Végül szeretném megköszönni a gyártók, forgalmazák és rendszertelepítők baráti támogatását, termékeik és rendszereik, felhasználására vonatkozó anyagaik átadását. Külön köszönettel tartozom Zavaczki Andreának, a Windenergy Megújuló Energia cégvezetőjének, aki az anyag kialakítása során számos kitűnő ötlettel, tanáccsal, kritikával nyújtott egyedülálló segítséget.
Ferenczi Ödön
5
Szakkifejezések, fogalmak A-tól Z-ig
Aggregátor, aggregátoros áramfejlesztő Benzin, ill. dízel- vagy biogázmotorral hajtott áramfejlesztő generátor. Többnyire vésztartalékáramforrásként alkalmazzák.
Akkumulátor(telep) Több egymással elektromos kapcsolatban álló (pl. 1 ,2 V, ill. 2 V-os) akkumulátorcellákból álló, egyenáramú elektromos energia tárolására szolgáló egység. A szolárakkumulátor igen nagy ciklusálláságú és kis önkisülésű savas ólomakkumulátor-típus.
Akkumulátorbank Több egymással elektromos kapcsolatban álló (pl. 6, 12, 24 V-os) akkumulátortelepből álló egység, amelyek soros, párhuzamos, ill. vegyes kapcsolásúak lehetnek.
Alkonyat- sötétedés, naplemente - kapcsaló Olyan elektronikus egység, amely a hozzákapcsolt világítást alkonyatkor be-, kivilágosodáskor pedig kikapcsolja.
Beautort-skála Hagyományos szélsebességmeghatározó táblázat, amely eredetileg a tenger állapotának leírásán alapul.
Bypass dióda, ill. diódák Sorosan kapcsolt napelemmodulok kimeneti kapcsaira záró irányban kötött diódák. A szóban forgó diódák alkalmazásakor a napárnyékba került, "kikapcsolódott", vagyis áramot nem termelő napelemmedul bypass diódáján keresztül tud a többi modul még áramot adni. Egyes gyártók a napelemmoduljaikban a sorosan kapcsolt napelemcellák kimeneti kapcsaira is elhelyeznek záró irányban kötött áthidalódiódákat.
DC-AC inverter, DC-AC átalakító, egyen- és váltakozófeszültség-átalakító, váltóirányító, hálózatpótló Lásd lnverter.
DC-DC konverter, transzverter, egyenfeszültség- átalakító Egy meghatározott egyenfeszültségből (pl. 12 V-ból), egy nagyobb vagy kisebb egyenfeszültséget (pl. 24, ill. 6 V-ot) előállító elektronikus egység.
6
Fékrendszer A szélerőműveknél, vagyis a nagy teljesítményű szélgenerátoroknál a fékezés! a fordulatszám-beállító, ill. túlpörgés elleni fékezéseket a normál üzemben a lapátkerék végzi (Pitch- vagy Stall-rendszer), de szabályozófékezések a generátor terhelésével is végezhetők. Kizárólag vészhelyzetben történik teljes erejű fékezés, pl. a lapátvég befordítása, vagy a tengely fékezése tárcsafékkel stb.
Fényelem, fotoelektromos cella A fényenergiát, vagyis az elektromágneses sugárzást közvetlenül elektromos energiává alakítja át. Ha a fényforrás a Nap, a fényelektromos cella, vagyis a fényelem neve napelem.
Generátor Általános értelmezésben a generátor elektromos energiát termelő, ill. begyűjtő egység, ill. komplexum: Napgenerátor (napelemmodul, napelemtábla, napelemtábla-mező stb.). szélgenerátor (szélmotoros áramfejlesztő, nagy teljesítményű szélgenerátor, vagyis szélerőmű). benzin-, dízel- és biogázmaloros generátor, vízturbinás áramtermelő generátor stb.
Hálózati- , hálózatra visszatápláló üzem (Utility lnteractíve) A hálózati üzem alkalmazásakor a megtermelt (begyűjtött). felhasználásra nem kerülő felesleges elektromos energiát a közüzemi elektromos hálózatba tápláljuk. Az
elektromos energiatermelő generátorak (napelemmodulok, szélgenerátorok stb.) lehetnek egyediek vagy csoportos telepítésűek (pl. széltarmak stb.). A 230 V-os váltakozó feszültséget a hálózati feszültséghez szinkronizált inverter állítja elő az egyenfeszültségbőL
Indulási (bekapcsolási) sebesség Az a szélsebesség, amelynél a szélgenerátor elkezd működni.
lnverter (1. DC-AC inverter) Olyan feszültségátalakító, amely a napelemmodul, szélgenerátor (és egyéb áramforrás által termelt). a szolárakkumulátorba töltött egyenfeszültségű elektromos energiát pl. 230 V, 50 Hz frekvenciájú, tiszta
szinuszos (vagy modifikált szinuszos vagy négyszög, ill. trapéz jelalak lefolyású) váltakozó feszültséggé alakítja át. A hálózatra visszatáplálni 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, rotorlapát és csatlakozóegységei: agy, lapátkerékagy, rotoragy, lapáttengely, rotortengely stb.
Lekapcsolási, leállási sebesség Az a szélsebesség, amelynél a szélgenerátor befejezi a működését (biztonsági okokból).
Megújuló energiaforrások napenergia, biomassza (beleértve a biogáz és a folyékony bioüzemanyagok előállítását), geotermális energia, szélenergia, vízenergia (beleértve a tengerek hullám- és árapály-energiájának hasznosítását).
Napelem, napelemcella A napenergiát közvetlenül elektromos árammá alakítja át. Nemcsak a közvetlen napsugárzásból, de a környezet szórt tényéből, sőt a mesterséges fényből is képes elektromos egyenáramot előállítani.
Napelemmodul, napelemtábla, napelempanel, fényelektromos modul, szolármodul, PV (Photo Voltaik) modul, napelemblokk Több sorosan, párhuzamosan, ill. vegyesen kapcsolt napelemcellát egyesítő, nagyobb kimeneti feszültséget és teljesítményt lead ni képes közös tokozásba épített egység.
Napelemmodul-mező, napelemtábla-mező, szolárszőnyeg A felhasználás, vagyis a telepítés során a sok (sorosan, párhuzamosan kapcsolt) napelemmodul egybefüggő megjelenése. Más megfogalmazásban: sok napelemmodulból kialakított, egymás mellett elhelyezett komplett áramtermelő (áramgyűjtő) egység.
Napelemmodul-csúcsteljesítmény (Wp, p= peak, csúcs), a napelemmodullal begyűjthető maximális teljesítmény 1000 W/m2 nap-
sugárzás-erősségnél, AM 1,5 sugárzási feltétel mellett (1. 3.3. ábra), 25 oc környezeti hőmérséklet esetén.
Napelemmodulos csomagok, napelemes készletek (szettek) Telepíthető, készen kapható összetételek, pl. 12 V-os, 230 V-os napelemmedulas és hordozható (pl. szabadidő) csomagok.
Napkollektor A napkollektorok hőenergia előállítására szolgálnak, pontosabban a Nap sugárzó hőenergiáját gyűjtik be. Az ilyen rendszerrel 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 hasznosítása során a megfelelő sebességű szél egy lapátszerkezetet (szélkereket, szélmotort), vagyis motorként szereplő turbinát forgat, amely áramfejlesztővel (generátorral) van összekötve. Ily módon közvetlenül elektromos energiát állíthatunk elő. A 60 W ... 20 kW tartományba eső kis teljesítményű szélmalorral hajtott elektromos áramfejlesztőket (generátorok) általában 6 ... 30m magasságban helyezik el.
Szélerőmű, ipari teljesítményű szélgenerátor A szél energiájából elektromos áramot előállító nagy teljesítményű (150 kW. . .4,5 MW-os) szélgenerátor (szélmotorral hajtott áramfejlesztő). amely az esetek többségében a közüzemi elektromos hálózatra termel. Általában 60 ... 11 O m magas toronyra szerelik.
Szélerőmű-park, szélerőmű-mező, szélfarm Nagyobb csoportokban telepített nagy teljesítményű szélgenerálarak (szélerőművek) együttese, 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 helyesen szélmaloros vízszivattyúnak (vízhúzó szélmotornak) nevezzük.
7
Szigetüzemmód, automóm, önellátó, (Stand alone), villamosáram- üzemmód Szigetüzemmódról akkor beszélünk, amikor a megtermelt (begyűjtött) elektromos energiát helyben, saját célra használjuk fel. Ahol a közüzemi hálózat is rendelkezésre áll a két üzemmód (a sziget- és a hálózati üzemmód) kombináltan is alkalmazható. Az energiaellátást a saját magunk által megtermelt energiára alapozzuk, de szükség esetén (pl. csúcsfogyasztás, szél- és napszegény időszakok esetén) az elektromos fogyasztóinkat a hálózatról (annak hiányában pl. mobil aggregátoros áramfejlesztőről) üzemeltetjük.
Szolgarúd, emelőrúd A szélgenerálort tartó oszlop (acél feszítősodronyokkal kipányvázott vagy az építményhez bilincselt tűzi horganyzott acélcső oszlop) felemeléséhez és annak leengedéséhez alkalmas, megfelelő hosszúságú acélcső.
Tartóoszlop, oszlopszerkezet, állványzat, árboc Csőállvány, rácsos szerkezet, monolit vasbeton torony, kúpos acéltorony stb., amelyeket villámvédelmi okokból feltétlenül földelni kell.
Töltésszabályozó, napelemes akkumulátortöltő (helytelenül: töltésvezérlő) A töltésszabályozó 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 munkapontot (MPPT), s így a napelemmodulokból nyerhető legnagyobb kimeneti teljesítményt hasznosítja.
T öltésszabályzó és védőáramkör Lásd Töltésszabályzó. A korszerű töltésszabályzék sokoldalú feladatot látnak el. Ilyenek lehetnek: túlterhelés-védelem, kisütésvédelem , túltöltés elleni védelem, rövidzárlat elleni védelem, túlmelegedés elleni védelem, töltéskijelzés, szélsebességjelzés stb.
Turbulencia Véletlenszerű, kaotikus mozgás a levegőben, amely annak örvénylését, keveredését okozza.
Villámvédelem A szélgenerátor-tartóoszlopot és magát a szélgenerálort és a napelemmodulos rendszerek egységeit feltétlenül földelni szükséges.
Vízturbinás áramfejlesztő A természetes vagy mesterségesen felduzzasztott tárolókból lezúduló víz motorként szereplő turbinát forgat, 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 időszakokban az elektromos energiát (kisegítő áramforrásként) a vízturbinás áramfejlesztő szolgáltatja.
1. A megújuló energiaforrásokról általában
1.1. A megújuló energiaforrások kiaknázásának szükségessége
Az. emberiség történelmének jelen szakaszában kulcskérdés a világ energiaellátása, ugyanakkor az emberi lét fenntartásához alkalmas környezet megőrzése.
Az. energiatermelés és -felhasználás mennyisége és minősége, valamint importfüggősége jelentősen befolyásolja országunk gazdasági helyzetét és versenyképességét, továbbá a környezeti terhelése révén az emberi életminőséget.
Tény, hogy minden oldalról óriási erők csapnak össze, sok érdekcsoport létezik, amelyeknek nem érdekük a megújuló energiák kihasználása, hanem fontosabb az anyagi és presztízsnyereség maximálása. Az olaj és a gáz egyenlőtlen eloszlása aránytalan hatalommal ruházza fel azokat, akik ezekhez az összpontosított készletekhez hozzáférnek.
Az. előrejelzések sze ri nt 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 munkahelyet fognak felkínálni, mint a teljes számítástechnikai ipar. Biztosra vehető, hogy az elkövetkező 25 évben gazdaságilag, ökológiai és társadalmi szempontból egyaránt a megújuló energiaforrások ipara lesz a mérvadó. A befektetökre ösztönzőleg hat a fejlődő országok növekvő energiaigénye, mivel új piacok nyílhatnak meg az ezekben az országokban rendelkezésre álló nap-, szélenergia, biomassza stb.
hasznosítására gyártott termékek előtt. A megoldás sürgető, mivel főleg az elektromos energiától való függőség, különösen Kínában és a gyorsan fejlődő távolkeleti gazdaságokban drámai következményekkel járhat az egész világgazdaságra nézve.
A SunPower-cég napelemcellái, amelyeknél a fémkantaktus-háló azok a hátoldalán helyezkedik el, már a 21,5 %-os hatásfokol is elérik. A nagyobb hatásfokú és olcsóbb napelemek alkalmazása jelentős fejlődéssei kecsegtet. Az
elkövetkező három évben várhatóan megkétszereződik a napsugárzásból kinyert energia mennyisége, és a folyamat exponenciális növekedése várható.
A gazdasági jólét egyik alapfeltétele a megfelelő energiaellátás. Mivel ez rendkívül költségigényes (és jelenleg centralizált, továbbá az energiahordozák több mint 70 %-át importáljuk), ezért különös jelentősége van az alternatív energiaforrások (napenergia, szélenergia, biomassza stb.) alkalmazásának, mert ezek fenntartható, környezetbarát energiát kínálnak. Mivel lokálisak, az energiát helyben állítják elő, olyan vidéki, hegyi stb. térségeken is segíthetik az élet- és munkakörülmények kedvezőbbé válását, amelyekben 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 központoktól, inkább kis régiók energiaellátására törekszenek, mert így üzemzavar esetén csak kis területet érint az áramellátási zavar.
9
1.2. Hazai áramellátottsági helyzetkép, lehetőségek
Hazánkban még napjainkban is kétszázezernél több közüzemi elektromos hálózattal nem rendelkező tanya és félmilliónyi hétvégi ház, vadászház, erdészház, horgászlak, hobbitelek (szőlő, borospince, zöldség-gyümölcsöskert stb.) "szükség" áramellátását jelenleg benzin vagy dízelmotoros áramfejlesztővel (aggregátoros generátorral), jobb esetben feltöltött vagy csereakkumulátorral oldják meg. Ezeken a helyeken
"csak addig van villany", ameddig az aggregátor 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 teljesítményű "naperőművek" és szélerőműparkok sikeres üzleti vállalkozások. Vajon a kisméretű, kis teljesítményű (60 W . . . 20 kW) rendszerek képesek-e gazdaságosan működni? Ha igen, van-e erre igény hazánkban? A leírtakból egyértelműen kiderül, hogy van, a korlátok elsősorban a "piszkos" anyagiak, továbbá, hogy az emberek nem ismerik ezt a technológiát, az ezzel kapcsolatos lehetőségeket.
1.3. A Nap energiájából származó energiaforrásaink A napenergia a legfontosabb kimeríthetetlen energiaforrásunk. A Nap által kibocsátott hősugárzás azonban nem jut el maradéktalanul a Föld felszínére (1. 1. ábra). A napsugárzás értéke 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 közvetlen sugárzás eltérítés nélkül, vagyis a Nap irányából érkezve és árnyékot alkotva éri el a Földet, amely melegíti a légkört. A szórt sugárzás 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
A légkör határa
Napállandó: "'1 ,36 kW/m2
Visszav����s
. . . -
Elnyelés a légkörben "'250 W/m2
Szórt sugárzás
A Föld felszínt elérő sugárzás max. 1 kW/m2 777777777777777777777777
1. 1. ábra. A földfelszínre érkező napsugárzás alakulása
elnyelt sugárzás átalakulását az 1.2. ábrán tüntettük 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 évszaktól és attól is, hogy az adott terület felett az égbolt derült-e vagy borult. Hazánk az északi félteke 4 7° szélességi kör magasságában helyezkedik el. Ezen a körön a napmagasságokat láthatjuk különböző évszakokban az 1.3. ábra felső részén. Alatta látható az úgynevezett nappályadiagram.
Az 1.4. ábrán azt mutatjuk be, hogy miként változhat egy napelemtábla-mezőből nyerhető teljesítmény egy nap folyamán, különböző időjárási 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 szorgalmazzuk. A nap- és szélenergia kiaknázásának egyik problémája, hogy térben és időben változóan és előre csak részben meghatározható mértékben áll rendelkezésünkre, s nem esik
1.2. ábra. A föld felszínén elnyelt sugárzás átalakulása
a)
É
b)
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
� ;:.:; c
-<ll E � -� �
Erősen felhős Felhős Napsütéses 50 ... 200W/m2 200 ... 700W/m2 700 ... 1000W/m2
1.4. ábra. Egy adott napelemtábla-mezőből nyerhető pillanatnyi teljesítmény alakulása napkeltétől nap
nyugtáig, különböző időjárási viszonyok esetén
egybe a kínálat (a napsütés és a szél stb.) és az
igény (felhasználás) időpontja. Ezért az esetek túlnyomó többségében energiatárolásról is gondoskodni kell.
A napenergia-hasznosító berendezéseknél általában 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. zavartalan természet, tenger).
11
Passzív haszn. Üvegházhatás,
ventilláció, vízmelegítés
stb.
Tüzelőanyagcella
1.5. ábra. A napenergia-hasznosítás lehetséges módozatai
A napenergia-hasznosítás során a napsugárzást megfelelő szerkezetek révén többnyire hővagy elektromos energiává alakíthatjuk át. A napenergia-hasznosítás lehetséges főbb módozatait az 1.5. ábrán tüntettük fel.
1.4. A megújuló energiák hasznosításának módjai
A környezetkímélő, megújuló energiaforrások a következőket foglalják magukba: - napenergia (hasznosítás elektromos vagy
hőenergia formájában napelemek, ill. hőcserélős napkollektorok felhasználásával). szélenergia (szélmotoros vízszivattyú és áramfej l eszt ő, szélgenerátor); vízenergia (beleértve a tengerek hullámés árapály-energiájának hasznosítását is); biomassza (beleértve a biogáz és a folyékony 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 hegyvidéki vízerőmű, az árapály-erőmű. Egyes országok kiváltképp jó helyzetben vannak a napenergia kihasználásához, mások pedig különösen nagy szélenergiával rendelkeznek. Ez azt is jelen-
12
tené, hogy a megújuló energiák "elérhetőbb" árueikké válnának, amelyek nem állnának folyton a nemzetközi válság határán.
Hazánkban a megújuló energiaforrások közül különösen a nap- és szélenergiát kellene intenzíven felhasználni. Ezen túlmenően igen fontos, hogy lehetőleg minél kisebb fogyasztású, ener-
Elektronikus Energia-kapcsalóóráról � működtetett takarékos
fogyaszták fogyaszták
Szürkület- és
M mozgásérzékelő
� Irányfény-
kapcsolóról jelző, kertvi-működtetett lágítás stb. fogyaszták
Szürkületkap- Energia----+ csalóról � takarékos
működtetett világítás foqyasztók
Készenléti álla- Videó, --+ pot-ellenőrzésről f-+ Hi-Fi,
működtetett tv-készülék fogyaszták stb.
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 évszaktól, 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 szél generátorak 1 O .. . 30 m telepítési magasságban 2,5 ... 5 m/s éves átlag szélsebesség érték mellett 2600 ... 3100 üzemórával számolhatunk. A napsugárzás évi összenergiáját 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 szélgenerátorokból álló (egyenként 250 kW .. .4 MW
TerraSola r
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 pörgettyű re" (pl. 12 V /60 W-os, ill. 12 V/250 W-os Rutland MARLEC gyártmányú (Anglia) szélgenerátorra, amely terepi munkálatokhoz, kishajókhoz, jachtokhoz, s egyéb, mobil alkalmazásokra ajánlott termék (1. 1 O. ábra).
Kérdés, hogy hol célszerű igénybe venni ezeket a kis teljesítményű szélmctoros áramfejlesztőket? Különböző okok miatt, amelyeket a következőkben 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 szélgenerátoros 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.
l
- - - .l - - - - _l.
l l
kW · h/m'·év
- 1170 ... 1200 - 1200 ... 1230
1230 ... 1260 � 1260 ... 1290
- 1290 ... 1310
1.7. ábra. A napsugárzás évi összenergiája Magyarországon (TerraSolar, ATS) - 1310 ... 1330
13
TerraSola r
l Veszgrém1 o
-1�---
1 l
l Kaposvkr o l
l l Pcfs
---,-- --
Sokévi átlag, óra
- 1900 .. 1950 - 1950 .. 2000 - 2000 .. 2050
2050 .. 2100 - 2100 . .2150 - 2150 ... 2200
1.8. ábra. Az évi napsütéses órák száma Magyarországon (TerraSolar, RTB) - 2200 ... 2250
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 medulokat 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 csúcsteljesítményű napelemmodul "hibrid" rendszerként alkalmas pl. szőlőskert borospincéjének, vagy tanyasi vízszivattyú stb. "szünetmentes" áramellátására. Ugyanis így biztosítható a "folyamatos szünetmentes" áramellátás (ha nincs napsütés, többnyire van szél és fordítva). Míg a napelemmodulok elsősorban nyáron termelnek több elektromos energiát, az ősztől tavaszig szükséges energia nagyobb része szélgenerátorral állítható elő (1. 12. ábra).
Ugyanis a hazánkra jellemző kontinentális éghajlat 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-keresztmetszetének" megszüntetésére, a folyama-
% 100
80
60
40
20
o c ....:
� ....:
.o Q. ;«f c :s Ól ö. � > o ro Ql "" -<{ :2
-::::> -, ::::> Ql o -, u. :2 -, <{ N z
Cll
1. 12. ábra. A nap- és szélenergia lehetséges átlagos havi eloszlása
o Ql
o
tos áramellátásához célszerű a nap- és szélenergia együttes hasznosítása. A széirnotoros áramfejlesztőket 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-előállítással ellentétben, egy megosztott, decentralizált energiarendszer a megújuló áramforrások egész sorát egyesíthetné. Pl. kis áramtermelő 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 területeken szétszórt szélgenerátorokat, más szávai széirnotoros áramfejlesztőket (A nagy teljesítményű, 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 napelemmodul) együtt hibrid rendszert alkot.
A napelemtáblák elhelyezhetők pl. kertben, szabad területen is (1.17. ábra). Külföldön az autópályák, ill. gyorsvasutak települések melletti szakaszainak zajvédő falai egyre több esetben szalgálnak napelemes modulok tartószerkezeteként
A decentralizált rendszer több millió egyedi alternatív áramforrást hangolna össze az internet jelenlegi működéséhez nagyon hasonlóan, amelyben az elektromos energiát az igények ingadozásához igazodva "raktároznák", ill. osztanák el. E módon nem lenne egyetlen fogyasztó sem nagyon távol valamelyik másik
1.13. ábra. Déli tájolású nyeregtetőre sze re It 3 kW csúcsteljesítményű (3 kW p) napelemtábla-mező
16
1.14. ábra. Nyeregtetőn, optimális déli tájolással állványzatra szerelt 100 Kw csúcsteljesítményű (100 kWp) napelemtábla-mező (Hamburg, RT1)
1.15. ábra. 100 W csúcsteljesítményű (1 00 W p) Kaneka a-Si medulokból felépítet1 napelemtábla-mező.
A napelemtáblák a közelben lévő 120 kW-os szélgenerátor képét tükrözik vissza (Wischafen, RT1)
17
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)
egyedi áramforrástól, így a hálózati feszültség értéke viszonylag kis tűrésmezőben lenne tartható. Gyakorlatilag egyetlen fogyasztó sem lenne a "hálózat legvégén", s az áramkimaradás kevésbé ismert fogalom lenne. Az áramellátás 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) kielégítsék saját elektromosenergia-szükségletük kisebb-nagyobb részét a házra, ill. háztetőre szerelt napelemmodulokkal, sőt energiatermelőkké válhatnának, s a pillanatnyilag fel nem használt, felesleges energiát a közüzemi táphálózatnak adhatnák át.
A megújuló energiaforrásokkal üzemelő áramtermelő 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 � �-
Energetikai célú víz
l l
Alsó víztározó
....___ ___ _.,
1.19. ábra. Rásegítő vízturbinás energiarendszer vázlatos felépítése
szetéhez. Ezért kisegítő (rásegítő), vésztartalékenergiaforrásokról, 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 hajtású villamos generátor, lendítőkerék-tárolás energiakiegyenlítő stb.).
Az 1.19. ábrán egy napelemmodulos hidrarendszer vázlatát láthatjuk. Az energiatárolási itt felszivattyúzott vízzel oldják meg. Azokon a napokon, 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 visszatápláló nap- és szélgeneráloros hibrid rendszer vázlatos felépítését láthatjuk.
Összefoglalásui elmondható, hogy a jövő épületei, házai olyanok lesznek, ahol napelemmodulok, sőt elektromos áramot termelő "cserepekkel" 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
���& eJ
Szélgenerátor
Napelemmodulok
1.20. ábra. Közüzemi hálózatra visszatápláló ,.hibrid" rendszer főbb egységei: napelemmodulok, szélgenerátor, 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 elektromos. hálózat. A kis és közepes teljesítményű napelemes tápellátó rendszerek kiválóan alkalmasak elektromos hálózat nélküli (elektromos hálózathoz nem csatlakozó) hétvégi házak, kis nyaralók, vadászházak, erdészházak, borospincék, istállók, horgásztanyák, egyéb épületek, pl. hegyvidéki kis házak, tengerben lévő szigetek házai, lakókocsik, vitorlások, kitelepült rádióamatőr-állomások stb. elektromos fogyasztóinak (pl. világítás, rádió, tv, hűtőszekrény, riasztókészülék 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 váltakozófeszültségről egyaránt. Nézhetünk tv-t, videót, olvasgathatunk a lámpa fényénél és még meg is borotválkozhatunk.
A napelemes áramtermelés kiválthatja a közüzemi elektromos hálózattól távol lévő hétvégi házunk, borospincénk stb. eddig használt 230 V-os aggregátoros, ill. a 12 V-os akkumuláloros 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 legmegbízhatóbb, szünetmentes áramellátást biztosító rendszerekben három áramtermelő egység használata célszerű (napelemmodul(ok), szélgenerátor(ok) és kiegészítő - rásegítő - belsőégésű motorral hajtott vésztartalék-áramfejlesztő generátor). A megtermelt elektromos energia tárolása a töltésszabályazón keresztül az akkumulátortelepbe (akkumulátorbank) kerül. A 12 Vos egyen-feszültséget (DC) adó rendszerek tömbvázlatai a 2.2., ill. a 2. 3. ábrán láthatók. Itt
a napelemmodul (és a szélgenerátor) által termelt áram a töltésszabályozóra (a szélgenerátor esetében egy további különálló töltésszabályozóra) kerül. Ez utóbbi gondoskodik a szalárakkumulátor maximális teljesítményű munkapontban való töltéséről, s megakadályozza a túltöltést és az akkumulátor mélykisütését. A szélgenerátorral 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
12 Voc
(12 V-os fogyaszták szünetmentes áramellátásal
2.2. ábra. 12 V egyenfeszültséget szolgáltató napgenerátoros rendszer tömbvázlata
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 kívánunk táplálni, akkor egy a 12 V egyenfeszültségből 230 V váltakozó feszültséget előállító feszültségátalakítót (egyenváltakozó feszültség átalakító-, DC-AC inverter) is kell használnunk. Egy ilyen napgeneráloros (napelemmodul) kialakítás tömbvázlata, ill. vázlatos felépítése látható a2.4., ill. 2.5. ábrán.
12 V-os egyenáramú fogyasz1ók
230 V-os váltakozóáramú fogyaszták
("szünetmentes üzem")
2.4. ábra. 12 V egyen- és 230 V váltakozófeszültséget szolgáltató napgenerátoros rendszer tömbvázlata
Napelemmodul Szolárakku
Feszültségátalakító
ml!l 4
Az ábrázolás nem méretarányos!
2.5. ábra. 12 V egyen- és 230 V váltakozó feszültséget szolgáltató napgenerátoros rendszer vázla
tos ielépítése (napelemes "csomagokból" összeállítható rendszerek: F1, F2, F4)
A kereskedelemben a 12 V-os és 230 V-os 60 W ... 3 kW teljesítménytartományba eső változatok teljes készletválasztéka (különböző mintaválasztékok) megvásárolható (F1, F2, F3). A kisteljesítményű napelemes készletválasztékek (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 rendszertervezőktől tanácsot kérni (RT1, RT3, F1 és F2).
2.6. ábra. Kereskedelemben kapható 45 W-os napelemes készlet hajókra és jachtokra (F1)
23
Kaphaták "tanyák villamosítására" alap, takarék és komfort kivitelű változatok, mintegy 900 E Ft ... 3,8 M Ft közölti áron (F1, RT1). Vásárolhatunk szélgeneráloros készletcsomagot is. Pl. Air X, Whisper 100, ill. 200, és 500 típus (1. az 1.11. ábrát, RT1).
Egy horgászházikó 12 V-os fogyasztóinak tápfeszültség-ellátásához elegendő egy darab 80 WP csúcsteljesítményű napelemmodul, egy darab 20 A-es töltőszabályozó és egy darab 130 A · h tárolóképességű szolárakkumulátor (pl. PB Solar SET-PV80 alapkészlet, F4). Segítségével 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 tárolóképességű (helytelenül: kapacitású) szalárakkumulátort használunk, úgy a nyári, a tavaszi
Párhuzamosan kapcsolt napelemtáblák (4x 80, ill. 85 W)
3 db párhuzamosan kapcsolt 130 A · h-ás akku
2. 7. ábra. Napgenerátoros, max. 0,6 kW · h/nap energiaigényt kielégítő 12 V-os tápfeszültségellátó rendszer (Siblik Elektrik, BP solar, F4)
24
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 energiaigényt kielégítő alapkialakításának főbb költségösszetevői 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/1 05, 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 termelő 12 V-os napelemes táprendszer - az alapkiépítéshez képest - a fentieken felül még 3 db 85 W-os napelemmodult és két további akkumulátort igényel, amely így összesen: 165 E Ft + 3 x 11 O 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 szolárakkumulátorokhoz 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 energiakeresztmetszetének megszüntetésére a napgeneráloros kiviteleknél célszerű a szélenergia hasznosítása is (1. a 2.8. ábra tömbvázlatát, és a Szakkifejezések, fogalmak A-tól Z-ig, 6. old.).
A 2. 9. ábrán látható egy önálló zárkörű üzemre, más szóhasználattal szigetüzemre (némely gazdaság, birtok stb.) kialakított kombinált (folyamatos szünetmentes áramellátásra alkalmas) napelemmodulos, szélgeneráloros és kiegészítő, vésztartalék-áramforrással ellátott rendszer tömbvázlata. Megjegyezzük, hogy e
l Töltésszabályozó l és védő ák.
l Napelem-l modulok
12 Voc
l 1
generátor
+ r l
- l
1
DC/AC 1 inverter l 230 V AC
230 V-os ener--
giatakarékos fogyaszták
12 V-os ener-l Szél- �
:l l l l+ 12 v -l
12 Voc giatakarékos fogyaszták
Akkumulátorbank
2.8. ábra. Nap- és szélgenerátoros szigetüzemű szünetmentes tápellátó rendszer tömbvázlata
Vésztartalékáramforrás
(aggregátor)
Tartalék jelleggel
12 v 24 Voc
12 v. 24 Voc
230 V Ac
Uk,1 = 230 V AC
max. 14.4 Voc ill. 28,8 Voc
\
uk,2
12 v. 24 Voc
Uk;3= 230 V Ac
2.9. ábra. Szigetüzemű, szünetmentes tápellátásra alkalmas kombinált hibrid rendszer tömbvázlata
megoldás raGionalitását azon körülmény támasztja alá, hogy a legtöbb megújuló energiaforrás teljesítményhozama a körülményektől függően ingadozó és előre nem kalkulálható. Az intelligens rendszer ilyenkor automatikusan kapcsolja be a vésztartalék áramforrást (az aggregátort), ha az akkumulátorbank kis feszültsége és a fogyasztás ezt indokolja. Egy további hibrid rendszer vázlatos felépítési rajzát a 2.10. ábrán szemléltetjük.
Mint már említettük az összegyűjtött elektromos energiát kémiai úton akkumulátorokban (több akkumulátortelepben vagyis akkumulátorbankban), ill. más módon, pl. sűrített levegő-
ként (kompresszor), vagy a víz helyzeti energiájaként tárolhatjuk, majd azt az igény esetén (pl. nap- és szélmentes időszakban vagy éjszaka) használhatjuk fel a 2. 11. ábrán látható tömbvázlat szerint. Az elektromos energia az elektromos vízszivattyú (ill. pumpa) működtetésével magasan elhelyezett víztároló tartályba kerülve (1. az 1.19. ábrát) a víz helyzeti energiájává alakul. Erősen borult szélcsendes időben, a szükséges energiát a vízturbinás áramfejlesztő segítségével nyerhetjük a víztároló tartály (tározó) vízének leeresztése révén. Azokban az esetekben, amikor pl. egy öntözőrendszerről van szó, akkor felesleges a "begyűjtött" elektromos energia kémiai akkumulátorokban való tárolása.
25
Szélgenerátor
Akkumulátorbank
12 V-os egyenáramú fogyasztók
230 V-os váltakozó áramú fogyasztók
Benzinmotoros áramfejlesztő
(opcionális)
2.10. ábra. Szigetüzemű, szünetmentes tápellátásra alkalmas kombinált hibrid rendszer felépítése (RT1, RT2, ATS, RT9)
v Energiataka-
r-----1-2---"'0"'c-----� rékos fogyasztók (12 v )
2.11. ábra. Nap- és szélgenerátorral és két kiegészítő vésztartalék-áramfejlesztővel felépített tápfeszültség·
ellátó rendszer tömbvázlata
26
Végezetül megemlítünk, ill. bemutatunk néhány olyan önellátó, szigetüzemű, autonóm alkalmazási területet, ahol más tápfeszültség- ellátás szinte kizárt. Ilyenek többek között hálózati árammal nem rendelkező vidéki települések, tanyák (l. 2. 12. ábra), vadászerdészházak, hegyi üdülőtábor horgászlak, kunyhó, folyók által körbezárt szigetek, tengerben lévő szigetek (l. a 2. 13. ábra).
2.12. ábra. 4,7 kW csúcsteljesítményű napelemtábla-mező déli tájolású háztetőn (Moore, RT1)
Vízszivattyúk, vízlevegőztetők áramellátása. A nap- és szélgenerátorokkal működtetett vízszivattyúzásnak és -levegőztetésnek számos lehetősége és megoldási módja van.
Tipikus alkalmazás pl. hétvégi telkek, vidéki gazdaságok, kempingek, állatitatók, ill. olyan helyek gazdaságos vízellátása, ahol nincs vezetékes víz- és áramellátás.
Gyakorlatilag egyszeri beruházással "ingyenessé" tehető a további vízfogyasztási költségünk. Az ilyen rendszerek igen alkalmasak mezőgazdasági övezetekben víztározók feltöltésére, forrásvízkiemelésre, halastavak vízének levegőztetésére (oxigéndúsítására) és vízpótlásra, medencék vízforgatására (pl. napkollektoros medencevíz melegítés), szennyvíztavak oxigéndúsítására, kis kertek, kertészetek, magángazdaságok, állattenyészetek, vadászterületek vízellátására, legelőkön itatóvíz biztosítására (villanypásztorok üzemeltetésére) stb.
2.13. ábra. 1,7 kW DC oldali teljesítményű autonóm táprendszer 10 db 175 W csúcsteljesítményű (10x 175 W p) 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, Budapest, 2005). Kaphaták különböző teljesítményű egyen- és váltakozó feszültségről működtethető elektromos szivattyúk. A nap vagy/és szélgenerátor a szabályozóelektronikán (szükség esetén az egyenfeszültséget váltakozó feszültséggé átalakító inverteren) keresztül látja el tápfeszült-
Napelem modul(ok)
Szélgenerátor
Szabályozó elektronika
séggel az elektromos vízszivattyút (2.14. ábra). Itt nincs szükség akkumulátoros energiatárolásra. Az ilyen szolárakkumulátor nélküli megoldásoknál vízszivattyúzás akkor van, ha süt a nap vagy fúj a szél.
A legelterjedtebb vízszivattyútípusok a következők: a felszíni szivattyú (pl. úszó motorszivattyúegység), a centrifugális felszívószivattyú és a búvárszivattyú (2. 15. ábra).
Elektromos vízszivattyú Víztároz'
2.14. ábra. Nap- és szélgenerátorról működtetett elektromos vízszivattyúzó rendszer tömbvázlata
Szélgenerátor
Tartóoszlop
Szivattyú és rendszerszabályozó
D
2.15. ábra. Szélgenerátorról működtetett vízszivattyútípusok
28
Felszíni szivattyú
Centrifugális szivattyú
Búvárszivattyú
Hétvégi házak vízellátására kiválóan alkalmasak 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 minibúvárszivattyúk is. Ezek pl. csónakban, lakókocsiban, konyhakertben, víztartályok töltésére, ürítésére alkalmasak (F1, F2).
A Kyocera SD, ill. SC sorozatú búvárszivattyúi 9 ... 162 Um in vízszállítást tesznek lehetővé O ... 70 m, ill. O ... 167 m emelőmagasság mellett. Az SD sorozatú egyenáramú membrános búvárszivattyúk 12 ... 30 V egyenfeszültség-tartományban üzemeltethetők. Működtetésükhöz akár 35 W
teljesítmény is elegendő. Semmilyen karbantartást nem igényelnek, helyben szerelhetők. Alkalmasak mind nyitott víztárók, mind pedig zárt hidrofortartályok feltöltésére. Az SD 370/6-35, ill. SD 12-30 típus akár 127 mm, ill. 152 mm átmérőjű fúrt kutakba is telepíthető. Vízszállítási értéke 9 Umin, max. emelőmagassága 70, ill.30 m.
Az SC sorozatú búvárszivattyúk vízszállítása max. 162 Umin, emelőmagasságuk O ... 167 m. A 30 ... 120 V feszültségtartományban teljesítményfelvételük 140 ... 1 OOO W Ez lehetővé teszi a széles körű napelemmodulos üzemeltetésüket Nem szennyezik a környezetet, korrozióállóak, csendes működésűek és rendkívül hosszú az
élettartam uk.
A különböző szivattyúrendszerek méretezésével és telepítésével több cég foglalkozik (pl. RT1, RT2, RT 4, RT 8 és RT9).
Aszivattyúk adatlapjain többnyire megtalálhatók a számunkra legalkalmasabb szivattyúrendszer méretezési lépéseihez szükséges diagramok. A méretezés a helyi adottságok (átlag napsütöttségszint, szélgenerátor esetén átlag szélerősség), meteorológiai, topográfiai, valamint egyéb adatok figyelembevételével történhet. Kaphaták 230 V/400 V-os háromfázisú vízszivattyú-rendszerek is (RT1, RT8).
A 2. 16. ábrán állat itatóhely vízellátására alkalmas, napgenerátorról és kiegészítő vésztartalék áramforrásról táplált szivattyúrendszer felépítését láthatjuk.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
3-------
4 -tll 5 ---�-
2.16. ábra. Itatóhely vízellátására alkalmas, napgenerátorról és kiegészítő vésztartalék-áramfejlesztőről táplált vízszivattyú (Grundfox SOFlex Solar) 1 SQF szivattyú; 2 kábel; 3 kábelszorító; 4 feszítőhuzal;
5 huzalrögzítő; 6 napelemtáblák; 7 tartóváz; 10 áramfejlesztő; 13 10 101 kapcsolószekrény
Azon ritka esetekben, amikor napokig nincs napsütés, a zökkenőmentes vízellátáshoz a berendezés működtethető aggregátorról is. Ez utóbbinál biztonságosabb, felügyelet nélkül is működő megoldást tesz lehetővé a nap- és szélenergiát együttesen hasznosító, a 2.17. ábrán látható elrendezés.
Még előnyösebb a 2. 18. ábrán látható elrendezés. Itt a nap- és szélenergiából nyert elektromos energia egy magasan elhelyezett tárolótartályba szivattyúzott víz helyzeti energiájává alakul. Ez esetben teljesen szükségtelen az·
elektromos energia akkumulátorbankban is történő tárolása. A megépített berendezés érzékeli a kút vízszintjét, kikapcsol, ha a kútból esetleg elfogy a víz. Kiegészül még egy vízszintérzékelő kapcsolóval (15), amely a berendezést kapcsolja ki és be a víztároló vízszintváltozásának megfelelően [2].
29
8
2 _ _.....
3----"
4---__....�
5---...--;
. . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .
.. .. . . . :·:·:·: . " . . . ·.·.· . . . .
� . . .
2.17. ábra. Állat itatóhely nap- és szélgenerátoros vízellátó rendszere (Grundfos SOFlex Combi) 8 szélgenerátor; 9 10 102 kapcsolószekrény, lásd előző
ábra megnevezéseit is
2.18. ábra. Vidéki település nap- és szélgenerátoros vízellátó rendszere (Grundfos SOFlex Combi) 11 eu 102 szabályozóegység; 14 víztároló; 15 vízszint
kapcsoló, lásd az előző két ábra megnevezéseit is
30
A bemutatott berendezések többségénél a szervizigény minimális. A napgenerátornak közel kell lennie a szivattyúhoz, a szélgenerátor (a kiviteltől függően) akár 1 .. . 3 km-re is telepíthető a szivattyútól. A nap- és szélgenerátoros rendszerek gazdaságosságukban versenyképesek a
dízel-/benzinmctoros áramellátó egységekkel (agg regátorokkal).
Közlekedési eszközök áramellátása.
A megújuló energiaforrások használhaták közlekedési 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 napelemmadul ad elektromos energiát. A b ábrán (lakókocsis kempingezésnél, hajózásnál használt mobil) max. 2 kW teljesítményű, kiegészítő vésztartalék benzinmctoros áramfejlesztő látható.
2.19a ábra. Nap- és szélgenerátor a hajón
2. 19b ábra. Kiegészítő vésztartalék-generátor
2.20. ábra. Lakóautóra szerelt napelemmodulok (F1)
A 2.20. ábrán kempingezésnél használt, lakóautóra szerelt, állítható dőlésszögű napelemtáblákat láthatunk. Segítségével pl. hűtőszekrényt és egyéb fogyasztókat láthatunk el árammal ott, ahol nincs vezetékes hálózat. Környezetvédelmi okokból egyes tavakon csak villamos maloros hajtású kishajók használata engedélyezett (pl. ausztriai tavak). Az ilyen kishajóknál árnyékolótetőként szereplő napelemtáblák állítják elő az villamos motor hajtásához szükséges "kiegészítő" energiát. Újabban vitorlázórepülők fedélzeti áramellátását is napelemrr10dulokról oldják meg (a hajlékony napelemek).
Szellőztető- és hűtőberendezések áram
ellátása. A mélyhűtés, klímatizálás, szellőztetés tipikus napelemmodulos alkalmazási terület, mivel a hűtéshez megbízható áramellátás szükséges. Itt gyakorlatilag "egybe esik" a kínálat (a napsütés) és az igény (pl. a hűtés) időpontja. Pl. szolárventilátoros szelláztető rendszer gondoskodik a szükséges levegőcseréről gyümölcsszárító-aszaló berendezések, fóliasátrak, télikertek, !előterek, magukra hagyott gépjárművek, lakókocsik stb. levegőcseréjéről. E berendezéseknél a ventilátor a napsugárzás hatására automatikusan lép működésbe.
2.21. ábra. Napgeneráloros szenőztetőrendszer fóliaházakhoz, 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 tápfeszültséggeL A levegőcsere erős napsugárzásnál max. 61" m3/h.
A kereskedelemben egyre jobban terjed a napgenerátorról működtetett kis térfogatú, hordozható 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 csatlakoztatható (az átkapcsolás automatikus). Teljesítményfelvételük kb. 35, ill. 45 W; hűtési tartományuk +5 ... -15 oc. tömegük 1 0,5, ill. 17 kg. A 35 L-res típus a 12/24 V egyen-tápfeszültség mellett 11 O ... 240 V-os váltakozó feszültségről is működik (F1).
2.22. ábra. Minimális energiafelhasználású kompresszoros mélyhűtődobozok (F1)
Egyéb más helyhez kötött berendezések áramellátása. Néhány további, olyan ökologikus alkalmazást mutatunk be, amelyekben a napelemes tápfeszültség-ellátás energia-,
32
anyag-, ill. munkamegtakarítást hoz. Itt említhetök pl. az átjátszóállomások, mikrohullámú adattovábbító rendszerek stb. energiaellátása ott, ahol a létesítmény megközelítése nehézkes vagy pl. helikopter nélkül lehetetlen. Ide sorolhatók még a nehezen megközelíthető helyeken, a nagy üzembiztonságú, ill. minimális karbantartási igényű LED-es jelzőfények. Ezekre a helyekre történő kiépítés (pl. napelemes jelzőfények 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 megtakaríthatjuk a költséges elektromos hálózat (táwezeték) kiépítését (ha egyáltalán lehetséges is az pl. tengeri, folyami, magas hegyvidéki településeken).
Tipikusan alternatív üzemben működnek a különböző világítóberendezések, amelyek a nappal begyűjtött elektromos energiát eltárolják, majd este világítanak. E berendezéseket mozgás- és/vagy alkonyat-érzékelőkkel teszik intelligenssé, 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).
Energiatakarékos fényforrás
2.23. ábra. Energiatakarékos kültéri napelemes fényforrás tömbvázlata
2.24. ábra. "Energiaköltség nélküli" napelemes kerti lámpatestek (F1)
--J.-.. -'
-
' --� -
2.25. ábra. Térmegvilágító lámpák egyedi áramellátása 100 W nap- és 400 W teljesítményű szélgenerátoros hibrid rendszerről (alsó, ill. felső kép: nappali, ill. éjszakai felvétel)
Mint már említettük, a vezetékes úttest-világítás kiépítése helyett egyre jobban használnak intelligens, nap- és szélgenerátorokkal működtetett térmegvilágító ostorlámpákat (1. 2.25. ábra).
A kültéri napelemes világítástechnikai eszközök legkorszerűbb változatainak tömbvázlatát a 2.26. ábrán tüntettük fel. Ezeknél az útjelző
2.26. ábra. Energiatakarékos kültéri világító és irányfényjelző (világítástechnikai) készülék
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 mozgásérzékelő mozgást észlel, akkor az egy beállítható időtartamra bekapcsolja a fényforrást az éjszaka során. Az infravörös mozgásérzékelővel egybeépített kültéri világítótestek használata igen kényelmes - a legfontosabb azonban az, hogy e módon energiát takarítanak meg.
2.2. Hálózatra visszatápláló áramellátó rendszerek
Hálózatra visszatápláló napelemes rendszerek. A napelemek alkalmazásai az autonóm, önellátó, szigetüzemű (Stand alone) "villanypótló" megoldásoktól az úgynevezett hálózatra visszatápláló (Utility Interactive) napelemes rendszerekig terjednek. Ez utóbbi rendszerek nem tartalmaznak energiatároló szalárakkumulátorokat (így a veszteségek is csökkenthetők), s a napsugárzásból nyert elektromos energia fel nem használt részét egy erre a célra
U10c = 12V U,AC =230 V
2.27. ábra. Háromfázisú hálózatra visszatápláló rendszer tömbvázlata
33
szolgáló hálózatra szinkronizáló inverteren keresztül közvetlenül a kiépített közüzemi elektromos hálózatba juttatják. Egy ilyen háromfázisú visszatápláló rendszernek a tömbvázlatát a 2.27. ábrán láthatjuk.
ter ez esetben a napelemek és a szolárakkumulátor-bank által leadott energiát visszatáplálja a hálózatba a csatlakoztatott fogyasztók által felvett teljesítmény bizonyos mértékéig. Az ilyen rendszer közüzemi áramszolgáltatói áramszünet esetén szünetmentes, 230 V-os váltakozó feszültségű áramforrásként üzemel.
Ezeknek a visszatápláló rendszereknek lényege az, hogy a napelemes rendszerrel felszerelt családi ház, irodaház stb. egy kis energiaszolgáltatóként 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 pedig a közüzemi szolgáltatótól vételezzük az áramot. Lehetőség van a két rendszer, vagyis az önellátó szigetüzemű és a hálózatra visszatermelő változat kombinációjára is (1. 2.28. ábra). A hálózatra visszatápláló OC-AC inver-
A hálózatra visszatápláló, szolárakkumulátor nélküli rendszereknél a napelemmel megtermelt energiánkkal "ugyanolyan energiaszolgáltatóvá válunk, mint egy kis erőmű". Az általunk megtermelt nappali energiafelesleg a közüzemi hálózatba kerül, így azt rajtunk kívül más fogyaszták is használhatják (képletesen szólva: ez esetben a "villanyóránk" visszafelé forog) és ezért az elektromos ener-
Uwc u2DC = 12 v u1AC =230 v 230 V AC egyfázisú közüzemi hálózati
tápfeszültség
12/230 V-os HálózaVPV DC/AC átkapcsoló-inverter automatika
2.28. ábra. Hálózatra visszatápláló kombinált energiahálózat tömbvázlata
r--------------------, r------------------------------, r-----------------,
PV illesztő : : Hálózatra kacsolai PV inverter AC vonali illesztő l : : lnverter
� Ll-·�· �--�--�
R, MK1 Bemeneli
szúrő RF
szúrő
1 1 1 '-----' '------' Fesz.visszacsatolás
Földáramvisszacsatolás
1 1 1 1 : : rO- pc-- io-n
-'ál
._is - s-za_b _á,- :,Fázistolás"'
EIIenőrző- 1 • lozó vagy compu- visszacsatolás, egység i i tertartozék : 1 1 '--__;.__;.__;..:____J 1
--------------------------- � L-----------------------�
1 1 : 81 1 L-------------
Háromfázist 1
leválasztótranszformátor
U Ac= 3x 230 V (ki- és bemenet, L1; L2; L3 és N)
___ .J
2.29. ábra. Napgenerátoros hálózatra visszatápláló háromfázisú energiarendszer tömbvázlata (TerraSolar)
34
giaszolgáltató nekünk fizet. Ha nem termelünk áramot, de fogyasztunk, akkor mi fizetünk az energiáért
A 2.29. ábrán napelemes, a háromfázisú 3 x 230 V-os hálózatra visszatápláló energiaátalakító rendszer egy lehetséges tömbvázlatát tüntettük fel (Terra Solar Kft.). Az energiaátalakító rendszer a napelemtáblák adta egyenfeszültségű elektromos energiát alakítja át és táplálja a háromfázisú hálózatba egy leválasztó transzformátoron keresztül. A teljes hálózatra dolgozó rendszert egy PV (PV = Photovoltaikus, fényelektromos) illesztő, egy háromfázisú hálózatra kapcsolt inverter és egy AC vonali illesztő- és a háromfázisú leválasztótranszformátor alkotja, természetesen a napelemtáblákkal 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-
Biztonsági kapcsaló
gens szaftvere által, így keresve meg a napelem lábiából a mindenkori maximálisan kivehető elektromos energiát (Gy4, RT5).
Hálózatra visszatápláló nap- és szélgenerátoros rendszerek. A kevésbé napsütéses évszakok szűk energia-keresztmetszetének megszüntetésére - ahol elég szeles a helyszín - célszerű egyúttal a szélenergia hasznosítása is. T ény, hogy a szél előfordulása véletlenszerű. Magyarország ugyan nem számít szeles országnak, de annak nagy részén használható széirnotoros áramfejlesztő, vagyis szélgenerátor a kisebb feladatok ellátására, ill. "rásegítésre".
A 2. 30. ábrán látható közvetlen hálózatra visszatápláló rendszer jó példa a decentralizált áramtermelésre. Itt változó sebességű szélgenerátor (400 W ... 50 kW) és napelemmodulok (160 W . . . 1 O kW) termelik az áramot. Az inverter alakítja át a termelt áramot 230 V-os
Fogyasztásmérő
Vezérelt inverter
G AC terheléselosztó
központ
---
2.30. ábra. Akkumulátor nélküli nap- és szélgenerátoros hálózatra visszatápláló rendszer (RT1)
35
váltakozó feszültséggé. Az interaktív kapcsolatot biztosító, a 230 V-os váltakozó áramú hálózatra visszatápláló rendszerben a szélgenerátor és a napelemmodulok által előállított energiával csökkenthetjük a közüzemi hálózatból vásárolt energia költségét (mivel az áramfelesleg eladható a közüzemi hálózati szolgáltatónak). Mivel e rendszerkialakítás nem tartalmaz szolárakkumulátorokat (akkumulátorbank), ezért költségkihatása és veszteségei is kisebbek. További előny, hogy könnyen hozzáilleszthető a meglévő rendszerhez. Közüzemi áramkimaradásnál a rendszer kikapcsol.
A 2.31. ábra egy szünetmentes 0,6 ... 30 kW között megépíthető hálózati rendszert mutat, ahol az áramot szélgenerátor és napelemmadul termeli. A kis akkumulátorbank (kb. 50 kW, back-up) bármikor szünetmentes energiaellátást tesz lehetövé, így képes a völgyidőben (a minimális terhelési időszakban) termelt energiát a csúcsidőben leadni. Az akkumulátorok
u
- 230V-
- Tranziens jelenség-
_", .. _"_""_, ___ ... ___ ,_, _____ "", __ "_ ·---
Feszültségingadozás JV\r.. Zavar
2.32. ábra. A váltakozófeszültségű hálózat lehetséges 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.
Természetesen az energiaellátás biztonságának (szünetmentességének), a hálózatról érkező tranziens jelenségek, feszültségingadozás és egyéb zavarjelek (2. 32. ábra) kivédése céljából online üzemmódot célszerű alkalmaznunk. Itt az esetek többségében a vezetékes elektromos energia csak biztonsági tartalék.
A:z. ilyen hálózatra visszatápláló nap- és szélenergiát hasznosító rendszert egy vagy több napi áramszünetet elviselő áramtartalék akkumulátorbankkal is el kell látni. Így a közüzemi áramellátás kimaradásakor sem maradunk elektromos energia nélkül (szünetmentes áramellátás).
A legkorszerűbb, legmegbízhatóbb szünetmentes áramellátó rendszereknél a betáplálási lehetőségek: 1. egyenáram napelem modulokról, 2. egyen- (ill. váltakozó áram) szélgenerátorról,
3. váltakozó áram az áramszolgáltató hálózatról (ha van),
4. váltakozó áram vésztartalék áramforrásról (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 csúcsteljesítményű napelem modulos rendszer napelemtábláinak déli, ill. északi tájolású háztetőn történő elhelyezését láthatjuk.
A forgalmazók, rendszerfejleszlők és telepítők különböző teljesítményhozamú hálózata visszatápláló napelemes és hibrid terméklista összeállításokat kínálnak (F1 . .. . F5 és RT1 .... RT6).
2.33. ábra. 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 teljesítmény felett engedélyezik, ill. lehetséges a közüzemi hálózatra való visszatáplálás. A legegyszerűbb (legolcsóbb) felépítésű megoldások 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 elszámolás. 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).
A Pannon Solar Kft. (RT6) öt különböző energiahozamú hálózatra visszatápláló változatot
kínál (l.a 2.1. táblázatot). Ezek polikristályos (edzett üveghordozón, erős, ötvözött aluminiumkeretben, 20 éves szavatossággal) napelemtáblákból és egy hálózatra szinkronizáló visszatápláló DC-AC inverterből állnak. A táblázatban lévő összeállításokat 50 %-os energiakivállásra méretezték.
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 A berendezés l jelölés energia- energia- típus, teljesít- összteljesítmény, invertertípus neHó ára, Fl
termelés, fogyasztás, mény, WP méret (HXSZXV), kW ·h/év kW ·h/hó mm l
PS-PVH-1 1050 150 ... 200 KCB5T-1, 10 db, B5o w P SMA Sunny Boy 700 1 215 OOO l 85 +10/-5% 1000 x 652 x 36
PS-PVH-2 1727 250 ... 300 KC130GHT-2, B db, 1400 WP SMA Sunny Boy 11 OOE 1 813 OOO
130 +10/-5% 1290 x 990 x 36
PS-PVH-3 2 590 350 ... 500 KC130GHT-2, 12 db, 2100 wP SMA Sunny Boy 1700E 2 626 OOO
130 +10/-5% 1290 x 990 x 36
PS-PVH-4 3 454 550 ... 700 KC200GHT-2, 14 db, 2800 Wp SMA Sunny Boy 2500 3 328 OOO
200 +10/-5% 1425 x 990 x 36
PS-PVH-5 4 934 750 ... 900 KC200GHT-2, 20 db, 4ooo w P SMA Sunny Boy 3000 4 646 OOO
200 +10/-5% 1425 x 990 x 36 l
38
3. Nap- és szélgenerátoros áramtermelő rendszerek főbb egységei
A nap- és szélgeneráloros táprendszerek energiagyűjtő, ill. áramtermelő egységeiként említhelők (1. előbb 2.9. és 2.10. ábrát) a napgenerátorok (napelemmodulok, napelemtáblamezők), a szélgenerálarak ( szélmaloros áramfejlesztők) és a kiegészítő (rásegítő) vésztartalék- áramfejleszlők (benzin-, ill. dízel- vagy gázmotorral hajtott áramfejlesztő generátorok, más szóhasználattal aggregátorok).
További egység az akkumulátortöltés-szabályozók, a szolárakkumulátorok, a DC-AC inverterek, az energiatakarékos fogyasztók, továbbá az
egyéb tartozékként szereplő elektromos szerelési anyagok, s kiegészítő egységek. Ez utóbbihoz tartoznak pl. a kapcsolószekrények és túlfeszültségvédő 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 hozzánk érkező fényét, de akár a mesterséges fényt is fényelektromos cellákkal elektromos egyenárammá alakíthatjuk át. A napelemek alapanyaga félvezető. Az energiaátalakítás a félvezető alapanyagban játszódik le. Ha a fényforrás a Nap, a fényelektromos cella, vagyis a fényelem neve napelem. Egy napelemcella hatásfoka típustól függően 6 ... 21 ,5 %.
Az egyedi napelemcellák elektromos és mechanikai jellemzői általában nem felelnek meg a felhasználási 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,
25 oc környezeti hőmérséklet esetén. Egy szokásos kristályos szilícium napelem felülete 50 ... 200 cm2• A célból, hogy nagyobb teljesítményt érjenek el, az egyedi napelemcellákat nagyobb egységekbe szerelik. Az ilyen tokzott, egybeépített cellákat (3. 1. ábra) napelemmoduloknak (napelemtábla, napelempanel, fényelektromos modul, PV (PhotoVoltaik) modul, szalármadul stb.) nevezzük. A felhasználás, vagyis a telepítés során a sok napelemmodul egybefüggő "napelemmezőt, szolárszőnyeget" alkothat.
3. 1. ábra. Szemmel láthatóan külsőleg is jól elkülöníthető napelemcellák egy napelemtáblában
A napelemmodulokban az egyes cellákat elektromosan sorosan, párhuzamosan, ritkábban vegyesen kapcsolják (összefémezik). Az ilyen módon kapcsolt cellák l = f(U) jelleggörbéjének alakulását a 3.2. ábra mutatja.
Mint már említettük a napelemmodulok specifikáll adatait többnyire 1 OOO W/m2 AM1 ,5 sugárzási feltétel mellett, 25 oc környezeti hőmérsékletre adják meg. A föld légkörén kívül az optikai levegőréteget 0-val és a sugárzást AMOval jelölik (Air Mass O, AMO). A Föld felszínére a tengerszínt magasságában merőlegesen,
39
a)
b) l
3 A 2
o
l
1!0�®) o 0,4 0,8 1,2 1,6 v
c) l l eiD
2 -=- -=- -=-
� � � 1
� � � +
0,4 v u o 0,4 0,8 1,2
.
u
1,6 vu
3.2. ábra. A napelemmodul áram-feszültség karakterisztikájának alakulása napelemcellák esetében a) sorosan kapcsolt; b) párhuzamosan kapcsolt; c) vegyesen kapcsolt
tiszta, felhőtlen időben beérkező sugárzást AM 1-el jelölik (3.3. ábra). Túlzott leegyszerűsítéssel az optikai légréteg a földön lévő tengerszínt magasságában 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
Rs
í\ +Uo
��l
U R
a)
�10
l, t=.\!_ Rs
lm
b)
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; R b 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 áramnak szorzatából kapjuk. Ahhoz, hogy a napelemből 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 területnek 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 teljesítmény 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 kitöltés i tényező értéke 1 volna (nulla értékű soros és végtelen ellenállás-értékű párhuzamos ellenállást és ideális karakterisztikát fel· tételezve).
A napelemek töltésszabályozói a beépített MPPT (maximális teljesítményű munkapontkeresés) rendszernek köszönhetően a napelemmodulokból nyerhető legnagyobb kimeneti teljesítményt hasznosítják.
A napelemmodulok többségének névleges feszültsége 12 V, de készülnek kisebb és nagyobb (a szabvány 6, 12, 24, 48 V feszültségsorhoz illeszkedő, vagy átkapcsolható) névleges feszültségű modulok is. Példaként említjük, hogy egy 12 V névleges feszültségű modulban mintegy 30 ... 40 db egyedi kristályos szilícium napelemet kapcsolnak sorba.
A szokásos 12 V-os névleges feszültségű egykristályos (monokristályos) és a polikristályos napelemmodulok kiválóan illeszkednek a 12 Vos rendszerekhez. Ellenben az amorf szilícium vékonyréteg napelemmodulok feszültsége nem mindig igazodik a 12 V-os névleges szabványos feszültség hez, annál nagyobb: 40 ... 50 V.
A gyártás során, hogy a napelem energiabefogása minél kedvezőbb legyen, különféle műszaki megoldásokat alkalmaznak. A felületet különböző eljárásokkal
"rücskösítik", tükrözés
mentesítik vagy "lencsésítik". A napenergia minél jobb hasznosításához ugyanis szükséges a felületi reflexió csökkentése.
A 3.5. ábra felső részén egy tipikus monokristályos szilícium napelemmodul l = f(U) jelleggörbéje látható, szabahőmérsékleten ahol a paraméter a napsugárzás erőssége. Ezen ábra alsó részén viszont az l = f(U) jelleggörbét különböző környezeti hőmérsékleteken látjuk. A 3.6. ábrán pedig egy ilyen tipikus napelemrnodul %-ban kifejezett teljesítményének a környezeti hőmérséklettől való függését láthatjuk.
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-
a)
b)
t= 25°C-on ? r---�------------�--�
l, A l l KVV/fTI' I\\\\H l l 6 · : .;n� . .
si l l '�"'"""'N no "' l
41 l l l"'lY..""""' opu l
3 1 0,5 r
w/m' l l ' ' l hö w l - n
21 l l l t\ \1
o 5 10 15 20 U, V 25
7 l, A l 1 kW/m'
6
5
4
3
2
o 5 10 15 20 U, V 25
3.5. ábra. Egy tipikus monokristályos napelemmadul jelleggörbéi
:�i tttaa@. -60 -40 -20 o +20 +40 +60 oc
3.6. ábra. Egy tipikus szilícium napelemmodul teljesítményének hőmérsékletfüggése
41
mény "kitermeléséhez" amorf szilíciun napelemből 2,5 ... 3-szor nagyobb napelemmodulfelület alkalmazása szükséges, mint a monokristályos napelemmodulok esetében. Előnyük azonban, hogy kis energia- és anyagráfordítással gyárthatók, viszonylag olcsók. Hátrányuk, hogy teljesítmény élettartamuk rövid (többnyire 10 ... 15 év).
Nagy tételben vásárlásnál a monokristályos napelemmodulok 4 ... 5 EuroNI/, a polikristályos táblák 3 .. .4 EuroNI/, az amorf szilícium vékonyréteg táblák pedig 2 ... 3 EuroNI/ áron vásárolhaták. (1. F és RT, 2007. évi adatok). A nagy teljesítményű modulok többnyire alumínium keretben, csatlakozódobozzal, 2 db bypassdiódával kerülnek forgalomba.
Monokristályos "merev" napelemtáblák. A
monokristályos napelemtáblák mérete a né-
y y --.......--
• • • • •
• • • • •
• • • • •
• • • • •
• • • • •
.... .... t .... .. ... ...
• • • • •
• • • • •
• • • • •
• • • • •
• • • • •
.... ....
BP-5170S
hány száz négyzetcentimétertől a néhány négyzetméteres tartományba esik. A kereskedelmi készletválasztékuk többsége a néhány watt teljesítményű típustól a közel 250 W-os típusig terjed. Élettartamuk legalább 30 év (25 év teljesítménygarancia). Figyelemre méltó, hogy a BP Saturn technológiával gyártott változatok, pl. a BP5175S típusjelölésű 175 W csúcsteljesítményű napelemmodulja (1. 3. 7 a ábra) 2 x 36 db, külsőleg szemmel jól elkülöníthető sorosan kapcsolt cellából épül fel. Munkaponti feszültsége, ill. árama 36 V, ill. 4,9 A. E napelemmodulok kissé felhős időben is kielégítően működnek. Már kis megvilágításnál (3.8. ábra), vagyis a reggeli és esti, valamint a nappali kissé felhős időszakokban is több energia begyűjtésére képesek, mint a hagyományos technológiával előállított monokristályos típusok. Spekirális érzékenységi tartományuk ugyanis (az emberi szemhez hasonlóan) a látható tartományba
v
�
b)
894
�re .. ��·-� kozó
-v + 900 mm-es
kábel MC ��
csatlako�� r-<
,_0 -� A
_j
35
f--m c;; �
j
A
3.7. ábra. a) A BP-cég BP5175S 175 W-os; b) a Sanyo HIP-191 BE3 190 W-os napelemtáblája
42
Y. o Ul
� .r:
-� «í Q; a:
% 100
90
80
70
60 o
l l l -
/ .... -, T l
� l fo-l �
,
l l
l
200
Hagyományos lech.
l l l l l l
Saturn lech.
l l l
400 600 Fényerősség
800
1
1000 Wim'
3.8. ábra. A hagyományos- és s Saturn technológiájú BP monokristályos napelemmodulok relatív hatásfoka a fényerősség függvényében
% 100
Ol •Q) � 80 c Q) � 60 t!
•Q)
!!l 40 ;ro � 20 Q) c. C/) o
0,35
Saturn tech.
0,55 0,75 0,95
Hullámhossz
1,15 �-tm
3.9. ábra. A BP monokristályos napelemmodulok
spektrális érzékenysége a hullámhossz függvényében
esik, de kissé a kék szín felé tolódva. A 3. 9. ábrán látható a (0,3 ... 0,55 11m) hullámhossztartományba eső kiemelkedő spekirális (kék szín) érzékenység. A napsugárzásból nyerhető elektromos energia ugyanis a Nap által kibocsátott 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 (Heterojunction with lntrisic T hin layer) napelemmoduljának a képét láthatjuk. Teljesítménye 190 W, tömege 14 kg, mérete 1319 x 894 x 35 mm. Hatásfoka viszonylag nagy (18,5 % cellahatásfok), nagy környezeti hőmérsékleten is.
Látható UV tart. fény tart. Infravörös tartomány
kW/m'--��--��-----------------
Ul -«!
·� c
.� "üi -ra
2,5 Intenzitás a légkör határán
Allagos sugárzásszint a földfelszín közelében
-�
l l
o
'· .. � 0,51 lll ! L --
o 0,5 1,9 1,5 Hullámhossz
2,0 2,5 �-tm
3.10. ábra. A napsugárzás erősségének spektrális eloszlása a hullámhossz függvényében [2]
A monokristályos táblák fekete színezetűek, külsőleg jól elkülöníthetők. Ezek a legköltségesebb, a legnagyobb fajlagos teljesítményt adó, kiváló minőségű típusok.
A 3. 11. ábrán a SUNSET monokristályos napelemtáblák főbb típusainak képét, a 3. 1. táblázatban pedig azok legfontosabb jellemzőit tüntettük fel (F1.).
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. Névleges Névleges
telj. WP fesz., V áram, A
1 SM 1 0/36 10 1 7,2 0,58 2 SM 30/36 30 1 7,3 1 ,74 3 SM 45/36 45 17,6 2,55 4 AS 55 55 1 6,9 3,3 5 AS 65 65 1 7,3 3,75 6 AS 80 80 1 7,3 4,6 7 AS 120 1 20 1 6,9 7,1
Polikristályos "merev" napelemtáblák. A polikristályos napelemtáblák többnyire kékeslila színezetűek. Hazánkban a KYOCERA, ill. MITSUBISHI által gyártott termékek 40 ... 200 W teljesítménytartományban kaphatók. Hatásfokuk kisebb, 13 ... 15% a 15 ... 21,5 %-ot elérő monokristályos típusokhoz képest.
A Kyocera KC167G-2 és KC125G-2 napelemes moduljainak cellái az optikai hatásnak köszönhetően csaknem feketék. A KC125G-2 modul 9 x 4 = 36 cellát tartalmaz és 125 W csúcsteljesítmény leadására képes. A KC167G-2 modul 167 W csúcsteljesítményű.
Példaképpen megemlítjük, hogy a Mitsubishi cég PV-MF165EB3 típusjelölésű 165 W csúcsteljesítményű polikristályos napelem modulja
l, A 1 kW/m' t=25°C 8 200
7 0,9 kW/m' P, W
6 1 50
5
4 100
3
2 50
o E-----�----�----�----� O 10 20 30 40 U, V
3.12. ábra. A PV-MF 165EB3 165 W-os polikristályos napelemtábla l = f(U), ill. P = f(U) jelleggörbéje,
ahol paramérer a napsugárzás erőssége
44
Üresjárati Rövidzárlati Tömeg, Méret, mm fesz., V áram, A kg
20,8 0,64 1 ,3 434 x 234 x 20 20,8 1 ,93 2,7 685 x 340 x 20 20,9 2,78 4,2 640 x 530 x 20 21 3,65 7,5 877 x 660 x 35 21 ,2 4,1 7,5 778 x 660 x 35 21 ,5 4,95 8,2 1 200 x 526 x 35 21 7,7 1 1 ,9 1 476 x 660 x 35
50 db (5 x 10 db) sorosan kötött cellából épül fel. Munkaponti feszültsége, ill. árama: 24,2 V , ill. 6,83 A.
A 3. 12. ábrán e napelemmodul szobahő· mérséklet és AM 1 ,5 sugárzási feltétel melletti l= f(U), ill. P= f(U) jelleggörbéje látható, ahol a paraméter a napsugárzás erőssége.
A 3. 13. ábrán az lsc rövidzárási áram ( +0,057 %fC). az Uoc üresjárási feszültség (-0,346 %fC) és a Pmax maximális teljesítmény (-0,478 %;oC) cellahőmérséklettől való függését láthatjuk.
A 3. 14. ábrán, az előző ábráéval azonos jellemzőket, a napsugárzás erősségének függvényében adjuk meg.
% 140
� 120 c.. lll
·O> " o
::> " -"'
;;a .t:! ca E o
z
100
80
60
40
20
o -25
...
� ' l sc
� ::::--........ U oc
............. l' P max
o 25 50 75 100 Cella hőmérséklet oc
3.13. ábra. A PV-MF165EB3 165 W-os polikristályos
napelemtábla főbb jellemzőinek a cellahőmérsék
lettől való függése
% 140
� 120
a.. Vl
-<ll 100
g 80 :::>
ö -"' 60
'<ii -� ro 40 E o 20 z
o
t= 25 oc
O 200 400 600 800 1 OOO 1200
Fényerősség Wtm•
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 polikristályos 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
8
9
10
Típus Max. Névleges Névleges Üresjárati Rövidzárlati Tömeg,
telj. WP fesz., V áram, A tesz., V áram, A kg
PX50, 12 V 50 17,2 2,90 3,30 21,1 5,5
PX55, 12 V 55 17,1 3,20 3,50 21,3 5,5
PX85, 12 V 85 17,5 4,85 3,50 21,5 11,9
max. 7
j -�-- i �---· -�
---+-----i-:��,
�--� 85 108 � � fa-"-. z�
-�-- ! _r=b _____ .
! l l i
max. 19,35 -
Méret, mm
980 x 450 x 35
980 x 450 x 35
1477 x 660 x 35
3.16. ábra. A BSC cég által gyártott 40 ... 50 V/40 W-os a-Si napelemtábla a felerősítősínekkel
45
(]) N
Napelemtábla
Műanyag tartóbetét
Műanyag takarólap
3.17. ábra. Felerősítési lehetőségek a bal oldali képen látható alumíniumprofillal
Amorf szilícium "merev" napelemtáblák. A vékonyréteg többátmenetes amorf szilícium (a-Si) napelemmoduloknak a kis gyártási költségei révén kedvező a költség/teljesítmény arányuk. Azok 5 . . . 120 W teljesítménytartományban kaphatók. Legelterjedtebbek a 40 W csúcsteljesítményű, 40 . . . 50 V-os munkapontfeszültségű változatok, pl. a 0840 típus, amely ma BSC40 jelöléssei (Bangkok Solar Company, T haiföld) kapható.
Ezeknél a típusoknál nincs szükség a stabilitás növeléséhez erősítőkereire (1. 3.16. ábra), azt maga a napelemmodul (két 3 mm vastag üveglap közé felvitt szilíciumréteg) tömege biztosítja, amely 13,5 kg. Felszerelésükhöz különleges alumínium profilidomct fejlesztettek ki (3. 17. ábra), amellyel a különböző napelemtábla-mezők könnyen kialakíthatók.
E 40 W csúcsteljesítményű amorf szilícium napelemmadul jellemző karakterisztikáit a 3. 18. ábrán láthatjuk.
A napelemtáblák külsőleg egy fekete sávokat tartalmazó keretezetlen (megrendelésre keretezett) üveglap benyomását keltik.
A 3.19. ábrán láthatóan a modul Pmax maximális teljesítményéhez tartozó Umax munkaponti feszültségellmax munkaponti árama
46
44 V/0,9 A. Üresjárási feszültsége/rövidzárási árama 61 V/1 ,1 A. Az FF kitöltési tényező értéke 60%. Mérete 635 x 1245 mm. Felülete 0,79 m2.
Összehasonlításképpen egy-egy 40 W-os amorf szilícium, monokristályos és polikristályos napelemmadul felülete/tömege átlagosan rendre 0,79 m2/13,5 kg ; 0,31 . . . 0,38 m2/5 kg, és 0,35 . . . 0,4 m2/4 . . . 4,9 kg. Látható hogy az amorf szilícium napelemtáblák telepítésénél 2,7 . . . 3,5-ször nagyobb tömegterheléssei kell számol nunk, mint a mono- és polikristályos napelemmodulok esetében.
Vannak azonban előnyös tulajdonságaik. A kedvezőtlenebb hatásfok, rövidebb teljesítménygarancia (1 O . . . 15 év), nagyobb telepítési helyszükség let, nagyobb tömegterhelés mellett figyelembe kell vennünk, hogy érzékenységi tartományuk az emberi szem által látható színtartományon belül a sárga színhez esik közelebb. Ez alkalmassá 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 utóbbiaknak szinte egyetlen "porcikája" sem kerülhet árnyékba, mert már egyetlen falevél árnyéka is leblokkolhatja a teljes rendszert (1. később!).
� :>. c � E 50 'E 40 Ql 2 30 :g 20
10 -g o Ql _j
1,2 <( 1,0 E 0,8 � 0,6
·<( 0,4
o
Maximális teljesítmény a megvilágítás függvényében
200 400 600 800 1000 Megvilágítás, Wim'
npikus 1-U karakterisztika 1000 Wim' besugárzásnál, AM 1 ,5-nél, t = 25° C
O,� L-+-----i---+::----:::--:;;---;�70 --o 1 o 20 30 40 50 60 70
Feszültség, V
1,2 <( 1,0 E 0,8 � 0,6
-<( 0,4
>
0,2 o
g 80 2 3 60 :;l 40 Ql lL 20
o
o
o
Maximális teljesítményű munkaponti áram a megvilágítás függvényében
200 400 600 800 1000 1200 Megvilágítás, Wim'
Az üresjárati feszültség változása a megvilágítás függvényében
200 400 600 800 1000 1200 Megvilágítás, W/m'
3.18. ábra. A BSC cég által gyártott 40 W-os a-Si
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 munkaponti áram a megvilágítás függvényében; d) az üresjárási feszültség változása a megvilágítás függvényében
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 naplemmodulok 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 melegben. Természetesen nemcsak a megvilágítás
45 40 35 30
Sz;rá�-r- 1000 N
�- 25 � 20 ll..
800
600
15 10
5 o
J ll
400
200
o 5 1 o 15 20 25 30 35 40 45 50 Modulfeszültség, P max munkapontnál, V
<l: t = 25 °C, AM1 ,5, 1000 Wim' ....: � �:�+ ,--- --� .� 0,8 (i; 0,6 � 0,4
-� 0,2� l \ Uoc 1 1 1 1 r ..
1 o 20 30 40 50 60 u v U oc = 61 V, lsc = 1,1 A, FF = 60 % P max = 40 W, U max = 44 V, l max = 0,9 A
R +
l sci D �lo AbD �Uo
Helyettesítő kép
3.19. ábra. A 3.18. ábra napelemmoduljának a P max teljesítményéhez tartozó munkaponti
adatok, s a modul helyettesítő képe
E � vi � Ö> � '5 Ol <ll :2;
47
erossege, hanem a napelemtábla felületének tisztasága is döntő tényező. Igen fontos továbbá, hogy maximális teljesítményű munkapontot kereső töltésszabályozókat és nagy hatásfokú, kis önkisülésű, jól ciklizálható szolár szolárakkumulátorokat használjunk (1. később!).
"Áttetsző", építészeti célú "merev" napelemtáblák. Epületek kialakításánál, bővítésénél, utólagos árnyékolási feladatok megvalósításer a beruházókat, építészeket és "barkácsolókat" elektromos energiát is termelő korszerű megoldások megalkotására ösztönözhetik a közelmúltban megjelent, építészeti célokra kifejlesztett, "áttetsző
" amorf szilícium
vékonyrétegű árnyékoló napelemtáblák.
Az RWE SHOTI Solar-termékek 12 színben kaphatók, amelyekkel különböző belső térhatások alakíthatók ki. A helyiség belső világítását a napelemtábla áramvezető aluminiumfelületei visszaverik, amelyek igen kellemes benyomást keltenek. E termékek többségének fényáteresztő képessége 1 O %. A napelem és hordozója két igen vastag (6 . . . 8 mm) üveglap között
helyezkedik el, amelynek így igen jó a hőszigetelő képessége és igen jól alkalmazhatók árnyékolástechnikai feladatokhoz sötétített üvegtáblák helyett. Felhasználhatók pl. épületfalak, folyosók, tetőterek beltérkialakítások stb. hőszigetelő biztonsági 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 elsősorban biztonsági berendezések (riasztó, vészvilágítás stb.) áramellátására alkalmazzák.
Hajlítható vékony-fémlapos és feltekerhető napelemek. Kaphaták hajókra, jachtokra, tengeri vitorlásokra, s egyéb járművekre (pl. autó, lakókocsi stb.)alkalmas felhasználásra készített (F1, F2, F4) napelemmodulok is (3.20. ábra). Az
igen vékony, tengervíznek ellenálló napelemmodulok speciális ragasztóval egyszerűen fel-
3.20. ábra. Járműveken felhasználható, hajlitható vékony fémlapos napelemek (F1)
48
ragaszthaták egy adott felületre. Igen könnyű, flexibilis, törés- és járásbiztos és nagyon vékony változatok is kaphatók. Ezek egyenetlen felületre is felragaszthatók. E sérülésálló modulok jól rásimulnak az alapfelületre (pl. a járműfedélzetre), s járható és csúszásmentes felületet képeznek.
A BP cég gyártmányai között (1. 3.21. ábra) BP-MSX5L-, 10L-, 20L- és 30L- típusjelöléssei 5, 1 O, 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).
,.._ (() N
,--
'--
�l
f+l
445 2
l' l� l í
o ) l l *
3.21. ábra. A BP cég 12V-os, hajlítható vékonyfémlapos, polikristályos napelemmoduljai
A 3.22. ábrán Triple-junction vékonyréteg-szilícium technológiával előállított típusok láthatók (F1, F4), amely flexibilis, hajlítható (keret és üveg nélküli), időjárás- és tengervízálló, kiemelkedően árnyéktűrő, a cellákhoz tartozó bypassdiódáknak köszönhetően. Nagy az érzékenységük, kis besugárzás, és diffúz fény esetén is. Főbb jellemzőiket a 3.3. táblázatban foglaltuk össze.
3.22. ábra. Flexibilis vékonyréteg szilícium napelemmodulok (12, 13 és 11 kép, F1)
Az ilyen napelemekkel különböző szabadidőkészletek is összeállíthaták (napelem, töltésszabályozó, szolárakku, DC-AC inverter (1. később!).
Egyre jobban terjednek a pillekönnyű hajlékony feltekerhető rugalmas, tengervíznek is ellenálló napelemek, más néven felcsavarható szolárcellaszőnyegek, amelyek pillanatok alatt bárhol használhatók. Használat után pedig egyszerűen feltekerhetők, így könnyen tárolhaták a legkisebb helyen is. A kereskedelemben 5, 1 O W csúcsteljesítményű 12 és 16,5 V névleges feszültségű típusok kaphaták (F1, F2 és F4). Tömegük 0,36, ... 0,45 ill. 0,7 ... 0,9 kg. Úgy az 5, mint a
3.3. táblázat. Flexibilis vékonyréteg szilícium napelemmodulok (F1)
Kép Típus Max. Napi energia- Névleges Névi. Rövidzárlati Üresjárati Tömeg, Méret, mm
telj. WP term., wh áram, A fesz., V áram, A fesz., V kg
11 FLX5 5 20 0,30 16,5 0,37 23,8 0,54 540 x 246 x 6
12 FLX11 10,3 40 0,62 16,5 0,78 23,8 0,91 540 x 424 x 6 13 FLX32 32 120 1,94 16,5 2,40 23,8 2,14 1416x424x6
49
3.23. ábra. Felcsavarható szolárcella-szőnyeg (5 és 10 W-os kivitelben, F1)
10 W-os kiviteli kompletten (1. 3.23. ábra), műanyag 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 hengerben jól szállíthatók. Mivel tökéletesen vízhatlanok, így kiváló napelemes tápforrásként szalgálhatnak vitorlázás, vizitúrázás, s amatőr rádiózás során is. Kaphaták továbbá olyan, igen hajlékony műanyafóliás változatok is, amelyek úszásképesek.
Napelemek kis készülékekhez, energiakondicionáláshoz. Egyre jobban terjednek a kis készülékekhez használható napelemes áramforrások. A kereskedelemben kapható (zsebbe tehető) univerzális napelemes generátorok (F1, F2) intelligens töltőelektron i kával 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 feltölthetjük. Segítségükkel a feltöltött, ill. a napgeneráloros töltés alatt álló akkumulátorokról kis készülékek és mobiltelefonok bárhol hálózat nélkül üzemeltethetők, ill. tölthetők. A készülékekhez megfelelő összekötőkábelek, univerzális adapterdugók és mobiltelefon-csatlakozók a különböző telefontípusokhoz tartozékként szerepelnek.
Egyre jobban terjednek a járműakkumulátorok kondíciójának karbantartására szolgáló napelemmodulos töltők (3 .25. ábra). A forgalmazák (F1, F2, F4) 2 és 6 W teljesítményű típusokat kínálnak. Ez utóbbi nemcsak autókhoz, hanem erősen igénybe vett teherautó, lakókocsi és motorcsónak-akkumulátorokhoz is hasznáható. Az időjárásálló napelempanel nappal tartós, kíméletes töltést biztosít. A kondicionáló töltőáram kb. 400 mA, amely megakadályozza, hogy a jármű akkumulátora lemerül jön, azt állandóan feltöltött állapotban tartja.
Komplett napelemes készletválasztékok. Akár villamos hálózat nélküli vidéki házba (hétvégi ház, nyaraló, vadászház, borospince, horgászházikó stb.), akár lakókocsiba vagy hajóba kívánunk napelemes táprendszert készíteni, a forgalmazák és rendszertervezők- és telepítők között minden teljesítmény-igényhez találhatunk megfelelő komplett napelemes készletei. A kereskedelemben kapható rendszerkészletválasztékok (12 V-os egyenáramú és 230 V-os váltakozó áramú kis és közepes teljesítményű szettek) 40 W-tól több mint 3 kW-ig vásárolhatók, amely utóbbi már nyaraló, családi ház áramellátására is alkalmas. A készletbe a következő elemek tartozhatnak a 3.26. ábrán láthatóan: napelemmodul(ok), töltésszabályozó, 230 V-os rendszernél 12 vagy 24 V/230 V-os DC-AC inverter, esetenként akkumulátor(ok), csatlakozókábelek, akkumulátorcsatlakozók, napelemmodul-felerősítő alumíniumprofilok stb. Külön kaphatók hálózatra dolgozó rendszerekhez, az erre az üzemmód ra kifejlesztett inverterek.
3.25. ábra. Járműakkumulátorok kondícióját karbantartó napelemmodulos töltők (F1)
51
12 V vagy 24 V DC 12 V vagy 24 V DC és 230 V AC
Napelemmodulok
Fogyaszlók
ill
Töltésszabályozó
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. terveztetnünk, amely teljesen feltöltött akkumulátor(ok) esetén, névleges napi fogyasztást feltételezve, legalább négy napig üzemképes napsütés hiányában is. Nyáron, ill. télen begyűjtött napenergia mennyisége közötti arány hazánkban 6 : 1. Ennek figyelembevételével nyáron lényegesen hosszabb ideig használhatjuk a fogyasztóinkat vagy több nagyobb tel-
52
jesítményfelvételű készüléket működtethetünk. A gyártók, forgalmazák különféle egyéb alkalmazásokra kifejlesztett komplett szetteket is kínálnak (pl. hálózatra dolgozó napelemes energiarendszerek, távközlési rendszerek, folyami és tengeri bóják, segélykérő telefon, nagyfeszültségű oszlopokon elhelyezett jelzőfények 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
3.2. "Kis teljesítményű"
szélgenerátorok
Szélgenerátorok, szerkezeti felépítésük. A szél kinetikai energiáját mozgási vagy elektromos energiává alakíthatjuk. A szélerőmű lényegében egy szélmotor, amely szivattyút vagy áramfejlesztő generátort hajt (3.27. ábra). A szélgenerátor tehát nem más, mint egy széirnotoros áramfejlesztő. A 3.28. ábrán egy "nagyobb teljesítményű
" szélgenerátor általános felépíté
se látható. Hazánkban többnyire 60 W . . . 20 kW "kis teljesítményű" változatok kaphatók. Kimeneti 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: rugalmas műanyag lapátkerékkel, közvetlen hajtású, neodímium-boron-acél állandó mágneses kefe nélküli generátorral, automatikus fékrendszerrel és széliránykövetéssei látták el. Rozsdamentes alapanyagokból és tartós bevonatokkal készülnek. Halk működésűek (a szél háttérzajától 3 ... 10 dB-lel zajosabbak), kis szélsebességeknél is jó teljesítményt nyújtanak Ezek viharos
l SZÉLERŐMűi
l Szivattyúk l
Szárnylapát
Fék Hajtómű Generátor
�m����4.J- villamos vezérlés
3.28. ábra. A "nagyobb teljesítményű" szélgenerátorok általános felépítése [4]
szélben mechanikusan és elektromosan letékezve működő, megbízható, változó teljesítményt adó egységek.
Villamos generátorak l Az. energia l előállítása l Hidrolízis l
-- -------- ----------------1---- ---------- ----------- -------- --------------
L Víztároló l Sűrített- ,j leveQő tároló l Lendkerék l l Akkumulátor l l Hidra� éntárolól l Az, en�rgia l
tarolasa --- -------- ------- ----------- ----------- ----------- -------- --------------
lülajmotorl l Belsőéc ésű motor
IVízturbinal [Légmotor[ l Az. energia l átalakítása
l Villamos generátor --- -------- - --------- ----- --------------- -- ----- -
J--- - --------------
+ '-;;--; l MECHANIKAI HAJTÁS l l VÍZELLÁT ÁS FUTES !ÁRAMSZOLGÁLTATÁS[
3.27. ábra. A szél kinetikai energiáját felhasználó szélerőmű (szélmotor) energiatermelés szerinti felosztása [4]
54
Többségüknél az előállított nem szinuszos váltakozó áramot a bennük lévő elektronika egyenirányítja, amely egyben túltöltés-védelemmel ellátott automata akkumulátortöltőként is szolgál. Így az ilyen szélgenerálarak kimenetéről közvetlenül a töltendő akkumulálorbankra csatlakozhatunk. A 230 V-os fogyasztékhoz a váltakozó feszültséget az akkumulátorbankhoz csatlakoztatott DC/AC inverterrel állíthatjuk elő.
A szélgenerátorok indítási szélsebessége típustól függően 1 ,8 ... 3,5 m/s. A kis teljesítményű szél generátorak 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 1 O ... 12, ill. 18 ... 20 m/s szélsebességnél érik el, ekkor már valamennyire letékeznek és kb. 50 ... 65 m/s sebességű szélviharban, a túlélési szélsebességnél leállnak vagy kifordulnak a szélbőL
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 csak bejelentési kötelezettség van, s nincs szükség 17 további engedélyre, mint a 100 kW feletti szélgenerálarak telepítéséhez.
Mint már említettük a szélgenerálarak állandó mágneses, kefe nélküli szerkezetek. A 3.29. ábrán látható radiális légrésű állandó mágneses gépeknél az első kép héj-mágneses, míg a második és harmadik kép belső mágneses megoldásokat mutat.
©S'@m(® Forgore sz
3.29. ábra. Radiális légrésű állandó mágneses
(áramfejlesztő) generátorak
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 ragasztják a forgórésztárcsákra.
A 3.30b ábrán szemiéiletett egyszerűsített metszet olyan megoldást ábrázol, amikor két állórész fogja közre az állandó mágneses tárcsa alakú forgórészt Az állórésztekercs az állórész-vastest sugárirányú hornyaiban helyezkedik el.
Főbb szélgenerátor-típusok. A leggyakrabban alkalmazott 12, 24, 36, 48 V egyenfeszültségű Air X 400 W, Whisper 100 (H-40) 900 W, Whisper 200 (H- 80) 1 OOO W és Whisper 500 (H-175) 3000 W-os szélgenerálarak főbb adatai sorrendben a következők: 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
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 változatai is vannak.
Könnyen költöztethető, házilag felszerelhető, kézben kis csomagként elvihető, mobilizálható esetekre (lakókocsi, hajó, hétvégi ház, horgászlak stb.) kínál az Atys-Co Irányítástechnikai Kft. (F6) és a Conrad Vevőszolgálat (F1) 60 ... 250 W
55
3.31. ábra. Air X 400 W teljesítményt leadni képes szélgenerátor képe
teljesítménytartományba eső kis szélgenerátorokat. 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 kihasználását teszik lehetövé a kevesebb lapáttal épített berendezésekhez képest. Ezek igen alkalmasak lehetnek pl. világítási, mérés-adatgyűjtési, s biztonságtechnikai (pl. riasztó, GSM interaktív távjelző stb.) rendszerek minimális energiaigényű tápfeszültség ellátásának biztosítására.
A 3.31., ill. 3.32. ábrán az AIR X 400 W névleges teljesítményű szélgenerátor képe és főbb méretei láthatók.
A 3.33. ábrán e szélgenerátor "robbantott" rajzát is bemutatjuk. E termék neodímium-vasboron állandó mágneses forgórésszel (Rotor), aerolasztikus karbon szárnylapátokkal (Biade), alumíniumötvözet gépházban helyezkedik el. Csak két mozgó alkatrésze van! A mikroprocesszoros szabályozóelektronika (amely magában a generátorházban helyezkedik el) optimali-
56
---
/ '
' Felülnézet '
3.32. ábra. Az Air X 400 W-os szélgenerátor főbb
méretei
zálja az akkumulátorok feltöltését, s megakadályozza, hogy nagy szélben hangos legyen a szélkerék. Az akkumulátorbank feltöltődésekor az elektronika lecsökkenti a töltőáramot, megvédve az akkumulátort a túltöltéstől és lelassítja a szárnylapátol egy csendes forgású üzemmódra. Az akkumulátorcsatlakozás megszakadásakor a szabályozó úgy érzékeli, hogy az
akkumulátor maximális feszüliségre van feltöltődve 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 teljesítményhatárát. Ez túlhúzást okoz, a generátor fordulatszámát csökkenti és védi az egységet a sérüléstől erős szél esetén.
Ez az automatikus fékezésű széliránykövető generátor egyszerűen a tetőre (vagy a ház oldalfalához) szerelhető, kipányvázott tartóoszlop nem szükséges. Napelemmodulokkal hibrid rendszert alkothat.
A 3.34. ábrán ezen AIR X 400 W-os szélgenerátor 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 energiaellátására (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 lead ni
3 6 7 9 10 21
",-15 4 l
{!_) j-17 lJ/ 1!----18
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
Turbulenciamentes telepítési helyszín
n >- w �500 E \
, ·ij5 400 Q) 2 300 �200 c � 100 � o
L J
y /
// ll'/
"""__"" � 5 10 15 20 25 30 35 40 mérf/h 2,3 4,5 6,8 9 11 ,3 13,5 15,8 18 20,3 m/s
Pillanatnyi szélsebesség
3.34. ábra. Az Air X szélgenerátor kimeneti teljesítménye a pillanatnyi szélsebesség függvényében
képes szélgenerátorok képe látható. A szóban forgó két típus P = f(v) jelleggörbéjét a 3.37. ábrán szemléltetjük.
E generátorak szélviharban a túlélési szélsebesség elérésekor kifordulnak a szélből (3.38. ábra). 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 kiegészíthető napelemmodulokkal hibrid rendszerré.
Végezetül példaként a 3.39. ábrán a Whisper 200, 1 kW-os szélgenerátornak az építmény falához bilincselt tűzi tűzihorganyzott acélcső oszlopra történő szerelését szemiéitetjük (RT1).
57
s: 600
� 500 �
E 400 '� .Q!. 300 2 � 200 c
� 100 :,z o v
/ j
1/ J
�Y
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
a) Pillanatnyi szélsebesség
<X;_ 595
476 Ol
� cn
� >. § 357 Q)
� 238 � g 110
o
/ v
/ v
./ ---v
o 8,7 13,0 17,4 21,7 o 10 15 20 25 o 4,5 6,8 9 11,3
mérf./h = 0,447 rnts = 0,87 csomó b) Napi átlagos szélsebesség
csomó mérf./s rnts
3.35. ábra. Az Air X Marine szélgenerátor kimeneti teljesítménye, ill. napi töltésmennyisége a pillanatnyi 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
w 1000
>. c 800 •Q)
E � 600 Q)
2 � 400 c Q)
E 200 :,z
o
boo / t-l ::::: ["....
l ll .........
J 100
v l J J
� � 5 10 15 20 25 30 35 40 45 mérf./h 2,3 4,5 6,8 9,0 11 ,3 13,5 15,8 18,0 20,3 m/s
Pillanatnyi szélsebesség
3.37. ábra. 3.36. ábra szélgenerátorainak kimeneti teljesítménye a pillanatnyi szélsebesség (mérf./h,
m/s)függvényében
3.38. ábra. A Whisper 100 típusú szélgenerátor alapállapotban és szélviharban a szélből történő kiforduláskor
3.39. ábra. A Whisper 200, 1 kW-os szélgenerátor szerelése (RT1)
3.3. Kiegészítő aggregátoros vésztartalék áramfejlesztök
A napelemmodulos és a szélgenerátoros hibrid áramtermelő rendszerek kialakításánál a szünetmentes áramellátás céljából a napfény- és szélszegény időszakok minimális energiatermelésének áthidalására szükség-, vagyis vésztartalék-áramforrásként kiegészítő (rásegítő) aggregátorokat használhatunk.
A megbízható folyamatos, szünetmentes áramellátáshoz tehát a tartalék jellegű "vésztartalékot"
az aggregátoros áramfejlesztő biztosítja, amely gyakorlatilag "nincs aktív használatban". A legkorszerűbb rendszereknél azok vezérlő-szabályozó 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 felépítésű, kétütemű benzinmctoros áramfejlesz-
KOLLEKTOROK, NAPELEMEK, SZÉLTURBINÁK, INVERTEREK •••
BEMUTATÓTEREM • DÍJMENTES SZAKTANÁCSADÁS RENDSZERTERVEZÉS • FELSZERELÉS
ACCUSEALED Kft. 1158 Budapest, Késmárk u. 14/B
Telefon: 417-3469 • Telefon/Fax: 417-3449 E-mail: [email protected] • Honlap: www.napelem.hu
59
3.40. ábra. 650 W, tartós terhelhetőségű benzinmctoros vésztartalék áramfejlesztök (ENDRESS, 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). Egyes típusváltozatainak: a 950-es típusnak 12 V/8,3 A-es egyenfeszültségű kimenete is van.
3.41. ábra. 230 V/50 Hz, 1100,2000, ill. 4000 V· A
A 230 V-os váltakozó feszültségű kimenetről megfelelő töltőberendezéssel értékes szolárakkumulátorainkat 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 töltésének időtartama alatt további elektromos, elektronikus fogyasztóinkat is használhatjuk, a
névleges kivehető tartós üzemű teljesítményhatárig (650 W).
A generátort hajtó benzinmotor egyhengeres, szinkron léghűtéses kétütemű motor. Legnagyobb teljesítménye a gyártó által beépített hajtómatortól függően 1 ... 1 ,5 kW (1 ,36 ... 2 LE). A motorfordulatszám: 3000 1/min. Az üzemidő egy tanktöltéssel (4, 1 L) kb. 6 ... 8 óra. A fogyasztás 3/4 terheléssei 0,4 ... 0,5 Uh. Üzemanyag: kétütemű keverék 1: 50 (2%). Védettségi foka IP 23. Az egységben beépített AC (ill. DC) túlterhelés elleni védelem is van. A legnagyobb kimeneti generátoráram 2,8, (ill. 3,1 A) 230 V esetén, a 900, (ill. a 950-es) típusnál. A működési zajszint, LWA: 85 dB(A). A hangnyomásszint 7 m-es távolságból, LPA: 60 dB(A). Tömege: kb. 20 kg.
(1., 2., 3.) és 900 V· A (4.) tartós teljesítmény leadására képes ENDRESS áramfejlesztő (F1)
60
3.42. ábra. Az ENDRESS-cég hagyományosés elektronikus szabályozású áramfejlesztője és kimeneti jelalakjuk
3.43. ábra. Az ENDRESS-cég duplex G4 generáto
rának felépítése
% 20 r---H-ra-g y_o_m-á n_y.,..o_s _g_ e_n _e....,r á-to_r_o _k---,
'() 151 l lll
A J._...-
�
=- l
-<ll i 101<1 <l �l �
l � 5
5 10 Terhelóáram
15 20 A
3.44. ábra. A hagyományos és az ENDRESS szinkron generátor (IP54) torzítási tényezőjének értéke a terhelőáram függvényében
E típus utángyártott távolkeleti változatai a hazai szuper-, ill. hipermarketekben időnként már 20 E Ft-os akciós áron is megvásárolhaták (200 7. évi adat).
Nagyobb teljesítményigények eselén célszerűbb 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 terhelhetőségű, kerekeken gurítható változat látható.
Korszerű, új technikájú aggregátorok. Az elmúlt években egyre jobban "elektronizálódtak" az aggregátarak is. A HON DA 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 tökéletes szinuszos lefolyású kimeneti jelalakjuk van. Jellemzőjük a mikroszámítógép által vezérelt szinuszhullám, s feszültség és frekvencia, valamint a terhelésfüggő, elektronikusan vezérelt motorfordulatszám.
E típusok előnye a viszonylag kedvező fogyasztás és a kis zajszint (52, ill. 49 dB). Viszonylag könnyűek (1 kVA: 1 4 kg, 3 kVA: 61 kg önindítóval). Rendelkeznek elektronikus olajszint ellenőrzővel és túlterhelés elleni védelemmeL Két azonos típusú áramfejlesztő összekapcsolásával kétszeres kimeneti teljesítmény érhető el.
A hagyományos technológiájú aggregátoros áramfejleszlők kimeneti feszültsége a terheléssei arányosan változik. Értéke a 3.42. ábra felső szinuszgörbéjén láthatóan ±1 O %-os ingadozást 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 időbeni lefutása "tiszta
" szi
nuszos jelalakú (1. a 3.42. ábrán az alsó jobb oldali képet).
Az ENDRESS duplex G4/G5 generátorak kefe nélküli, teljesen elektronikus szabályozású szinkron gépek (3. 43. ábra). Itt a generátor "megtanulja", hogy milyen motor hajtja, és ennek megfelelően működik. Így hihetetlen teljesítménytartalék 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 feszültség mindig .,tiszta" marad.
Ezek a generátorak elviselik az egyoldali túlterhelést, 1 00 %-osan zárlatmentesek, kefe nélküliek és ezáltal .,teljesen szikrázás és súrlódásmentesek".
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 technológiájú, duplex generátorral felépített ENDRESS áramfejlesztők
62
3.47. ábra. Kiegészítő vésztartalék "erőmű" családi házakhoz
A 3.44. ábrán a hagyományos és az ENDRESS szinkron generátor (IP 54) torzítási tényezőjének (klirr faktor) értékét láthatjuk a kimeneti terhelőáram függvényében. A 3.45. ábrán alul az elektronikus szabályozóegység, felül pedig a hagyományos és a duplex generátor forgórészének a képe látható.
Ma már a múltbéli technikát elfelejthetjük. Az
állandó mágnesű áramfejlesztöknél a forgórészen nincs csúszó, szikrázó szénkefés kommutátor, ill. csúszógyűrű. Az állandó mágnesű torgórész esetleges mágneses térerejének korosodással együtt járó időbeni csökkenésére is gondoltak. A forgórész igen nagy keresztmetszetű, 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 szolárakkumulátor-bank kimerülésekor (vagy hálózat kimaradáskor) automatikusan indul, s mintegy 14 áránál is hosszabb folyamatos üzemidőt tesz lehetövé (pl. ENDRESS ESE 4000 típus).
Az aggregátor kiválasztásának főbb szempontjai. A megfelelő terhelhetőségű és elrendezésű áramfejlesztő kiválasztása nemcsak műszaki, hanem árkérdés is. Kérdés, hogy a szolárakkumulátoraink utántöltésén túlmenően milyen egyéb fogyasztékhoz kell az áramfejlesztő? 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 szolárakkumulátorainkhoz, mctoros barkácsgépek és egyéb villamos mctorral hajtott gépek, pl. fűnyírók, mosógépek stb.);
- különleges fogyaszták (szivattyúk, kompresszorok, betonkeverők stb.).
Ha az akkumulátor-töltésszabályozón kívül csak ohmos fogyasztókat üzemeltetünk esetleg kis teljesítményű barkácsgépeket, akkor választhatunk aszinkron generátorú áramfejlesztót is. Minden más esetben szinkron generátoros áramfejlesztő javasolt.
Kérdés továbbá, hogy milyen hajtómotorral ellátott (felépített) típust válasszunk? Ha csak vésztartalék jelleggel kell az aggregátoros áramfejlesztő, ha annak csak az időnként lemerült szolár szolárakkumulátorok kisegítő (rásegítő) utántöltéséről kell gondoskodni, továbbá 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 URA és egyes távol-keleti
"utángyártott" típusok stb.).
Ha az áramfejlesztót nemcsak időszakos, vésztartalék 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, golyóscsapágyazott, igen könnyen szétszerelhető, felújítható motor van. (Ilyen motorok az európai 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 VANGUARD-, T ECUMSECH GEOT EC típusok.)
Kérdés, hogy mekkora teljesítményű áramfejlesztót vásároljunk? Amennyiben több fogyasztót kívánunk egyidejűleg használni, amikor a szolárakkumulátorainkat feltétlenül töltenünk szükséges (pl. az akkumulátortőltőn túmenően, mosógép, fűnyíró stb.), akkor a fogyaszták teljesítményfelvételét differenciáltan kell figyelembe vennünk.
Az "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-
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 teljesítményének.
Gyakorlati példa az aggregátortípus kiválasztásához. Tegyük fel, hogy az aggregátoros áramfejlesztől pl. a hétvégi házunkban napelemmodulos és szélgeneráloros hibrid áramtermelő rendszerünk esetében elsősorban a napfény- és szélszegény időszakban lemerült szolárakkumulátoraink feltöltésére használjuk. Azonban ezen időszakokban célszerűségből egyidejűleg működtetünk pl.: - 1 OOO W-os villanyrezsót:
1 OOO x 1 = 1 OOO V · A; - 600 V· A-es 12 V/40 A töltőáramú akkutöltőt:
600x2=1200V·A; - 900 V · A-es fűnyírógépet
900x2=1800V-A; - 500 V · A-es házi vízellátó szivattyúegységet:
500 x 3 = 1500 v . A.
Ez összesen 5500 V · A teljesítményigényt jelent. Ennek a feltételnek tehát egy 5500 V · A névleges teljesítményű benzinmctoros áramfejlesztő felel meg. Egy ilyen egyfázisú, szinkrongenerátoros áramfejlesztő beszerzési költsége nagyságrendileg 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 akkumulátortöltő, max. egy további fogyasztó tápfeszültség-ellátásával, akkor ezek közül a legnagyobb teljesítményfelvételű fogyasztó és az akkutöltő teljesítményfelvételének összege határozza meg döntésünket (1800 + 1200 V · A).
Vagyis ekkor megfelelő lesz egy 3000 V · A névleges 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 hajtómotort, vagyis komplett áramfejlesztő aggregátot, akkor biztosan nem csalódunk.
64
3.4. Akkumulátor-töltésszabályozók
Soros- és sönt szabályozású töltőkészülékek. A napelemes töltésszabályozó megakadályozza a szolárakkumulátor túltöltését és annak mélykisütését, s ellátja a rendszer felügyeletét A töltésszabályozónak biztosítania kell, hogy a napelemmodul mindig a maximális teljesítményű munkapontjában működjön. A korszerű töltésszabályozóknál a beépített MPPT
(maximális teljesítményű munkapontkeresés) kialakításnak köszönhetően, azok a napelemmadu lokból nyerhető legnagyobb kimeneti teljesítményt hasznosítják (1. előbb a 3.4. és 3. 19. ábrákra vonatkozó kat). A napelemes töltésszabályozók többségén a 3.48. ábrán láthatóan hat csatlakozópont található. Ezen SCD sorozatú töltésszabályozó LC kijelzővel RS232 interfésszel, 10, 20 és 30 A-es változatban kapható (F1).
A soros szabályozás elvén működő töltésszabályozónál az áramkör gyakorlatilag megszakad, amikor az akkumulátor eléri a töltési végfeszültségét. Figyelembe veendő, hogy a gyártók az akkumulátoraikra (ha minimális mértékben is) eltérő töltési végfeszültséget adnak meg, amit a töltésszabályozó kiválasztásánál figyelembe kell venni (vagy állítható töltési végfeszültségű készüléket kell beszerezni).
A sönt szabályozás elvén működő töltésszabályozóknál, 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 teljesítményigény lehetséges jövőbeni növelése érdekében a kiépítendő berendezésekhez már a tervezéskor nagyobb áramterhelhetőségű töltőszabályozót célszerű választani. A napelemtábla kimeneti kapcsainak rövidre zárása ugyanis nem jelent problémát, mivel azoknak nagy a belső ellenállása, ami korlátozza az áramot. A napelemek áramgeneráloros jellegűek (l. előbb a 3.2.
és 3.4. ábrára és az egyes típusok l = f(U) jelleggörbéire vonatkozókat). Nagyon fontos, s nem kerülheti el a figyelmünket, hogy a
napelemes töltésszabályozók semmiképpen sem alkalmazhatók szélgenerátorral együtt. Ez utóbbiak kimenele feszültséggeneráloros jellegű, annak belső ellenállása minimális (hacsak nem magába a szélgenerálorba beépített töltésszabályozója van, s így az közvetlenül csatlakoztatható a szolárakkumulátorra).
A szolárakkumulátorok a káros mélykisütés ellen védettek. Ezek a készülékek ugyanis lekapcsolják a fogyasztói, ha az akkumulátor feszültsége eléri az akkumulátor mélykisütési feszültségértékét
Korszerű mikrokontrolleres töltésszabályozók. Az egyszerű szabályozástól a praeeszszarvezérlésű töltési siratégiáig a legkülönbözőbb rendszerek használatosak, amelyek legtöbb forgalmazó terrnéki között megtalálhatók (F1 ... F9 és RT1 ... RT8). Az impulzusszélesség modulált sönt szabályozók pl. jól használhaták kicsi és közepes (max. 20 A-es töltőáramú) szolárberendezéseknél. Ezek és az összes "igényes
" szabályozó optimalizált töltést
tesz lehetővé, amely a lehető legjobban illeszkedik a töltendő szolárakkumulátorhoz és különleges egyéb funkciói révén a lehető leghaszszabb akkumulátor élettartamot teszi lehetővé.
A korszerű gyártmányok, pl. TSBC 1212 és TBSC 1220, 12 és 20 A-es töltőárammal és 12 V névleges feszültség mellett 13,5 ... 15,0 V állítható töltőfeszültséggel rendelkeznek (Gy4, F2, F4, F9, RT1, RT5 és RT8.), 18 ... 65 V DC bemeneli feszültségtartományban üzemelnek. Mivel képesek arra, hogy megkeressék a maximális teljesítményű munkapontot (1. előbb 3.4. és 3.19. áb-
,,,
Mélykisüléselójelzóvel
3.48. ábra. Mikrokontrolleres intelligens napelemes töltésszabályozók (F1)
rát), így kiválóan alkalmazhatók mind amorf szilícium vékonyréteg, mind mono-, ill. polikristályos modulokhoz. A kimenet mélykisütés elleni védelemmel, túláramvédelemmel, valamint a kimeneti terhelés (fogyasztó) bekapcselását érzékelő fokozattal van ellátva. Változó megvilágítási viszonyok eselén a készülékek automatikusan megkeresik a maximális hatásfokú, legnagyobb teljesítményt nyújtó munkapontot. A kimenetnek intelligens terhelésfelismerő áramköre van, amely biztosítja, hogy pl. 5 W-nál nagyobb terhelés eselén a készülék bekapcsol (Gy4). Ha a terhelést lekapcsalj uk, akkor a töltésszabályozó is stand-by (készenléti), népiesen mondva "alvó" állapotba kerül, ezzel is csökkentve a fogyasztást.
A kis teljesítményű szélgenerálarak többségénél magában a generátortestben van beépített töltésszabályozó. Ez esetben egyszerűen csak a szolárakkumulátorra kell csatlakozni. A szélgeneráloros töltésszabályozó egyik igen fontos feladata, hogy szélerőcsökkenés eselén csökkentse a töltőáramot, hogy az "ne fajtsa le" a légcsavart, vagyis az ne álljon meg, hanem folyamatosan forogjon a szélerőtől, az akkumulátor töltöttségétől és a terhelési (fogyasztói) viszonyoktól függően.
Végezetül megjegyezzük, hogy jelenleg az egyik legkorszerűbb típussorozatként említhelők az OutBack Power Sytems által gyártott 90 %-nál nagyobb hatásfokkal dolgozó, max. teljesítményű munkapontkövető (MPPT) MX 60 és FX, ill. VFX sorozatjelű egységek. Az utóbbi kettő egy egységben tartalmaz töltésszabályozó! és DCAC invertert, amely 230 V-os tiszta szinuszos jelalakú tápfeszültséget állít elő (RT1).
3.5. Szolárakkumulátorok
SzeJár savas ólomakkumulátorok. A szélgenerátoros és napelemes rendszerekhez speciális, ún. ciklusálló szolárakkumulátorok a legalkalmasabbak (3.49. ábra.). Ezek az akkumulátorok képesek hosszú időn keresztül jó hatásfokkal feltöltődni, majd kisülni a tárolóképességük 20 %-áig is. A ciklusállóságot jóval nagyobb tömegű ólommal tudják elérni, így ezek nehe-
65
3.49. ábra. Kis önkisülésű, túltöltésálló, mélykisü
tés-biztos, nagy ciklusátlóságú Sonnenschein
dryfit szolárakkumulátor (F1, RT1)
zebbek az azonos tárolóképességű gépjárműindító savas ólomakkumulátoroknál és költségesebbek is. A gépjárműindító savas ólomakkumulátorok nem alkalmasak igazán a ciklikus töltés-kisütés üzemmódra-, még a drágább kivilelek sem. Ezeket az igen kis belső ellenállású indítóakkumulátorokat arra tervezték, hogy rövid időtartamra több száz arnpert leadva elindítsák a gépjármű motorját, majd az indulást követően annak áramfejlesztője azonnal tölteni kezdi az akkumulátort.
Az autóakkumulátorok 1 . .. 1 ,5 év alatt tönkremennek a nap- és szélgeneráloros használatban. Ez idő alatt is nagyon rossz hatásfokkal és nagy energia-veszteséggel (önkisülés) üzemelnek. 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 akkumulátoroknak csak 200 napot követően csökken a töltöttségi állapotuk 50 %-ra. A szélgeneráloros és napelemes rendszerekhez használható korszerű szolár savas ólomakkumulátorok 6 . . . 1 O ével bírnak ki. A szolár akkumulátorokon nem tüntetnek fel indítóáramot, így a legkönnyebb felismerni azokat.
Abban az esetben, ha igen olcsón hozzájuthatunk gépjárműindító savas ólomakkumulátorhoz, akkor a szükséges szolárakkumulátor (ciklusálló akkumulátor) tárolóképességének mindenkor a kétszeresét meghaladó tároló-
66
% v 1 DD 2,72
- 90 2,61 Ol g_ 80 2,50 ]l áll 70 2,40 o �60 2,29 � g 50 2 18 2 �40 2:07 E ;g 30 1,96 � ;o 20 1,86 s;, 1- 10 11,75 z
o 11,64 O 50 1 DO 150 200 250 300 350 400 nap
Időtartam
3.50. ábra. Különböző technológiájú savas ólomakkumulátorok töltöttségi állapotának és nyugalmi feszültségének alakulása a tárolási időtartam függ
vényében
képességű autóakkumulátort vásároljunk, tehát pl. 1 00 A · h-s helyett pl. 2 db 1 00 A · h-s akkumulátort, amelyeket párhuzamosan kell kapcsolnunk. 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 elektromos 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 Vos 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 cellák 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 érdekében még a kisebb teljesítményű rendszereknél is előnyben részesítik pl. a 6 V-os akkumulátortelepek alkalmazását.
Több akkumulátortelep együttesen akkumulátorbankot alkot. A 3.51. ábrán látható 12 V, ill. 24 V névleges feszültségű akkumulátorbankot 8 db 6 V-os akkumulátortelepből állították össze.
Szabályozóhoz lnverterhez
Szabályozóhoz l nverterhez
Szabályozóhoz lnverterhez
Szabályozóhoz lnverterhez
3.51. ábra. 6 V-os akkumulátortelepekből kialakított 12 V-os és 24 V-os akkumulátorbank
Az ólomakkumulátorok töltési szabályai. A légmentesen lezárt, kocsonyásított (gélesített, zselatinált) elektrolitú, 2 V névleges feszültségű savas ólomakkumulátor-celláknál a gázképződés elkerülése végett a töltőfeszültséget a 2,4 V gázképződési feszültség alatt, gyártmánytípustól függően 2,28 ... 2,35 V/cella értékben határozzák meg (1. 3.52. ábra felső jelleggörbéjét). Ezek töltésére olyan automatikus töltőkészülék, más szóval töltésszabályozó használatát javasolják, amely 2,28 ... 2,35 V/cellafeszültség elérésekor a töltést megszünteti és csepptöltésre áll át. E cellafeszültség esetén nem szükséges korlátozni a töltőáramot, ugyanis e feszültség mellett az akkumulátorcella nem tölthető túl. Az ilyen soros töltőszabályozóknál a töltés állandó áramerősséggel kezdődik (ha süt a Nap), majd a megadott kapocsfeszültség elérésekor közel nullára, vagyis a csepptöltési értékre csökken.
A maximális töltőfeszültség a 12 V névleges feszültségű, 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 többségénél) 6 x 2,4 V = 14,4 V. Ezt a feszültségértéket az akkumulálorra kapcsolva lehet hagyni, így az állandóan feltöltött állapotban tartható.
A 3.52. ábra alsó jelleggörbéjén a savas ólomakkumulátor cellafeszültségének változását l = C2Qi'20 értékű kisütőáram mellett a kisütési
V/cella, U '""""u""""' 2,8
Végső töltő-2 ,4 tesz.
1,6 l l l l l l l l l l l l l
o 4 8 12
V/cella, U Kisütés 2,8
2,6
2,4
2,2
2,0
1,8
1,6
1,4
16 20 24 t, h
o 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Kisütési idő t, h
évges sz.
gső ütő
sz.
3.52. ábra. A hagyományos "nyitott" savas ólomakkumulátor cellafeszültségének változása a
töltési időtartam és a kisütési időtartam függvényében l = C2of20 kisütő áram esetén
időtartam függvényében tüntettük fel. Egy 12 V névleges feszültségű akkumulátor megengedett 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 átalakíták, váltóirányítók, inverterek, hálózatpótlók) az egyenfeszültségből meghatározott értékű és frekvenciájú (és fázisszámú) váltakozó feszültséget előállító elektronikus egységek. Többnyire 12 V, 24 V vagy 48 V akkumulátorfeszültségből 11 O V, 230 V, 50 Hz (60 Hz)-es "hálózati feszültséget" állítanak elő. Az önálló szigetüzemű (stand alone) inverterek alkalmazási területe, minden olyan hálózati feszültséget igénylő fogyasztó áramellátása, amelynek egy adott időben vagy helyen hálózatból történő áramellátása nem lehetséges. Az inverter a tárolóakkmulátor egyenfeszültségét alakítja át többnyire 230 V/50 Hz-es "váltakozófeszültséggé". Az átalakítás során az akkumulátorból (akkumulátorbankból) kivett energia visszatöltése, ill. pótlása a szigetüzemű rendszereknél a nap- és szélgenerátor, ill. a kiegészítő (rásegítő) vésztartalékáramforrás (benzin-, ill. dízelmotoros áramfejlesztő generátor) által termelt árammal történhet (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. Alkalmazhatók pl. kempingezésnél, szolártechnikánál és minden olyan esetben amikor autóban, hajón stb. akkumulátorról mobil körülmények mellett, és szabad terepen pl. napelemmodulok felhasználásával 230 V-os váltakozó feszültségű készülékek (pl. kompresszoros hűtőszekrény, tv, villamos motor, elektromos szerszámok, mobil irodák, pl. laptop, számítógépes berendezések, lámpa stb. ) üzemeltetése válik szükségessé. A gond akkor jelentkezik, amikor egy inverterre többnyire "mindenfajta fogyasztót rá szerelnénk kötni"! Az inverter kimeneti feszültségének jelalakja, terhelhetősége, a fogyasztó bekapcsalási áramlökése és egyéb jellemzői határozzák meg, hogy mely fogyaszták üzemeltetésére alkalmas az.
A különböző működésmódú inverterek többnyire a kimeneti feszültség alakjában térnek el ["modifikált" szinuszos (négyszög, trapéz), kvázi szinuszos és valós, tiszta (true, pure) szinuszos, l. 3.53. és később a 3.55. ábrára vonatkozókat].
Feszültség, V
+ 325 y .. . .... V ""'""'1 .... . "Modilikált" szinuszhullám
/' .. "Tiszta" szinuszhullám
-325 � .................. .... ..... ........ ....... .... ... -................... 1>-- A . .... . -...... �' O 5 10 15 20 ms
o o go o 180° 2 70° 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 3 a; -E 2,5 2 2 � 1,5 -al 1 a:
o
f\ ..........
.......... ...............
-
1 s 10 s 1 min.10 min. 1 h Időtartam
3.54. ábra. Egy adott inverter relatív terhelhetősége az idő függvényében
A négyszög és trapéz kimeneti jelalakot szalgáltató inverterek a legolcsóbbak, igen gazdaságosak és a legtöbb alkalmazásra megfelelőek. Elektronikus fordulatszám-szabályozással (fázishasítással, vagyis gyújtásszögvezérléssel) rendelkező motorok (pl. fúrógép stb.), dimmeres fényerő-szabályozók, kedvezőtlen cos<p-vel rendelkező fogyasztók, pl. fénycsövek, mikrohullámú készülékek üzemeltetésére viszont alkalmatlanok. Példaképp említjük, hogy egy 700 W/3000 W tartós/csúcs kimeneti teljesítményű trapéz inverter csak max. 120 W teljesítményfelvételű kompresszoros hűtőgép működtetésére alkalmas. A csúcsminőségű invertereknek rövid időtartamra igen nagy bekapcsalási áramlökéseket is el kell viselniük. Egy ilyen inverter relatív terhelhetőségét az idő függvényében a 3.54. ábrán láthatjuk.
A kvázi-szinuszos inverter szaggatás üzemmódban működik. A bemeneli egyenfeszültséget nagyfrekvenciás váltakozó feszültséggé alakít-
69
a) .... t
b) .... t
3.55a ábra. A tiszta szinuszos; b) a kvázi-szinuszos DC-AC inverter kimenetén - az oszcillosz
kóp képernyőjén - látható jelforma az idő függvényében
ják úgy, hogy az egyes impulzusok amplitúdóját korlátozzák. Ezek egymás után következve szinuszos jellegű, lépcsős kimeneti jelalakot szalgáltatnak (1. 3.55. ábra alsó görbéje). A trapézinverterekhez képesti kisebb torzításnak köszönhetően csaknem mindenfajta méréstechnikai készülékek, számítógépes berendezések,
* .:,[
.E (/)
•<ti
ro I
100 90 80 70
tpikus hatásfok görbe
60 50 40 30 20 10
o o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Az inverter névleges kimeneti teljesítménye, %
3.56. ábra. DC-AC inverterek tipikus hatásfokjelleggörbéje
audio- és tv-készülékek, továbbá induktív terhelések is működtethetők velük. Hatásfokuk jobb a valós szinusz hullámú jelalakot adó inverterekhez képest (1. 3.56. ábra). A kedvezőtlen cosq>-vel rendelkező terhelések (pl. fénycsövek, mikrohullámú készülékek stb.) is jó hatásfokkal üzemellelhetők velük.
A valós (tiszta) szinuszhullámú jelet adó invertertípusok a csúcskészülékek. Ezek még az eredeti felharmonikus-mentességet és a frekvencia 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.
3.57. ábra. 12V/230 V, 1000, ill. 1500 W tartós terhelhetőségű Mascot trapéz inverter (F1)
70
Az inverterek lehetséges bemeneti feszültségtartományai a következők: 12 V (1 O . . . 15 V), 24 V (20 ... 30 V), ill. 48 V (43 ... 60 V). Kimeneteiken-típustól függően -négyszög, trapéz, kvázi- vagy valós szinuszhullámú jelet szolgáltatnak. Tartós kimeneti teljesítményük a 1 00 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 akkumulátorfeszültség meghatározott szint alá esésekor automatikusan kikapcsolnak. Túlterhelés, túlmelegedés, rövidzárlat, mélykisülés és túl kis feszültség ellen védettek. Kaphaták olyan változatok 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 kapcsolóval 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).
Párhuzamosan kapcsolt
napelemtáblák
A gyártók a töltésszabályozót és az invertert több esetben egy egységben helyezik el (1. 3.58. ábra). 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 terhelhetőségét az idő függvényében a 3.58. ábra jelleggörbéjén 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 szünetmentes áramellátást adó biztonsági üzemmódra tUPS=Uninterruptiple Power System) egyaránt használhatók. Ezeknek a "nagy tudású" töltésszabályozóval egybeépített, hálózatra is visszatáplálni tudó 90 ... 99 % hatásfokú invertereknek a jellemzői a következők: maximális teljesítményű munkapontkeresés (MPP-Tracking), hőmérséklet-kompenzált töltésszabályozás, stabilizált, valós, tiszta szinuszos kimeneti jelalak, Mester-Szolga (Master-Siave) üzemmód (1. később), hálózatra visszatápláló üzemmód-
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 generátorhoz (ATS=Automatic Transfer Switch), akkumulátortöltés a vésztartalék generátorról, töltésszabályozó bemenet szélgenerátorhoz (opcionális), RS232 interfész port, amely kapcsolódik a számítógép soros partjához.
Ilyen sok szolgáltatású egység több gyártó termékei között megtalálható. Külön említésre méltó az egyik legmegbízhatóbb, legsokoldalúbb OutBack FXNFX moduláris "építőkocka" rendszerű, közel 99,4 %-os hatásfokú egységkomplexum, amely valódi szinuszos inverterből, töltésszabályozóból és AC transzfer kapcsolóból áll (3.59. ábra). Egyaránt alkalmas kicsi (2 kW) és nagy teljesítményű háztartási és ipari rendszerekben (2 ... 30 kW) való alkalmazásra. Az egységek párhuzamosan kapcsolhatók, vagy három fázisú kialakításban is felépíthetők. Gyakorlatilag 10 db egység (a 3.59. ábrán 4 db látható) kapcsolható össze 230 V 30 kW összteljesítményig. 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 dolgoznak (energiatakarékos üzemmód, kb. 2 W teljesítményfelvétel 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 (RT1)
72
3.60 ábra. Telepített Sunny Boy DC-AC inverter
(KLNSyS, Vecsés)
Az FX széria teljesen zárt (tengervíznek, párás kiírnának bogaraknak, apró élőlényeknek, rágcsálóknak ellenáll), vízsugárral lemosható! Hajókon, sivatagban, vagyis minden mcstoha körülmény között használható. A rendszer az
összes beprogramozott beállítást megőrzi (NOV-RAM), ezzel védve a programot az egység kikapcsolásakor vagy akkumulátorcserénél.
A 3.60. ábrán felszereJt Sunny Boy DC-AC invertert láthatunk, amely szigetüzemű és hálózatra visszatápláló kialakításban is kapható.
A hazánkban kifejlesztett (RT5) és gyártott (Gy4) hibrid invertercsalád (PC2000 ... PC8000 a felhasznáJók legkülönbözőbb igényeit kielégítő rendszerek kialakítására alkalmas. A készülék üzemmódjának áltállításával választható ki a megfelelő működési beállítás. Üzemeltetés közben is lehetséges az üzemmód álváltása az
igényeknek megfelelően. A különböző üzemmódok variálhatóak, a kiválasztott üzemmódban lehetőség van a különböző paraméterek változtatásával az adott rendszer leghatékonyabb, legoptimálisabb beállítására.
Mindegyik inverter típus(PC8000, PC5000, PC3000 és PC2000) rendelkezik egy beépített napelem modulról vagy szélgenerátorról működtethető intelligens töltésszabályozó egységgel. A töltésszabályozó automatikus maximális munkapontkereső algoritmussal működik (MPPT), amely minden pillanatban biztosítja a
rendelkezésre álló nap- vagy szélenergia maxi-
75 W-os napelemmodul jelleggörbe 25°C, 1000 W/m2
51, A r
MPPT töltés szab. 100 4 �+::�80
60 � lYHS()j)?LdU. �' l ' .... t'f'+ yv 40 0.:
10 15 a)
20 25
20 o
U, W
Töltés kezdete
Töltő feszültség
Töltő áram
Feltöltési" "El nyelető"
"Csepptöltési" fázis
fázis fázis
��yeletó fáziJ : időtartama : l l : Állandó :
, --� kieszültség :
b)
l l l l
Csepptoltés feszullségének beállítása
Csekkeniett leszuliség
3.61. ábra. Töltésszabályozóval egybeépített "ZERO POWER" megnevezésű invertercsalád: a) automatikus töltőteljesítmény optimalizálás; b) a három fázisú töltési folyamat (RT5, Gy4)
48 V-os akkumulátorbank
PC-5000
BATT PV - +
........ l 'c·•••• l - . . .
N U
V\. D � v
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 megfelelően tölti az akkumulátortelepeket
48 V-os akkumulátorbank, mint energiatároló, a napelemmodulok vagy szélgenerátor, mint energiaforrás, valamint a fogyasztók.
A "szigetüzemmódban" (1. 3.62. ábra) a PC5000 típusú inverterhez csatlakozik a
Ha az akkumulátorbank feszültsége a műszaki adatokban leírt normális működési tartomány-
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 szélgenerátor energiája közvetlenül a fogyaszták üzemeltetésére fordítódik.
Ha a nap- vagy szélenergiából nyert energia több, mint amennyi a fogyaszták ellátásához szükséges, akkor a többletenergia az akkumulátorbankba kerül.
Ez az üzemmód akkor használható, ha nem áll rendelkezésre elektromos hálózat, vagy akkor, ha a fogyaszták egy részét a hálózattól függetlenül kívánjuk üzemeltetni.
A ZERO POWER invertercsalád ugyanakkor képes a hálózattal együttműködő üzemmódokra is (3.63. ábra).
Ezekben az üzemmódokban az inverterhez csatlakozik az akkumulátorbank, mint energiatároló, a napelemmodulok vagy szélgenerátor mint energiaforrás, a közüzemi elektromos hálózat mint energiaforrás és a fogyasztók. A K1 váltókapcsaló 1-es állásában a fogyaszták a PC5000-en keresztül kapnak energia-
74
ellátást az akkumulátorról vagy a hálózatról, vagy mindkettőről egyszerre. A kapcsaló 2-es állásában a fogyaszták a hálózatra vannak kapcsolva, míg középső állásban a fogyaszték árammentesek.
A hálózattal együttműködő üzemmódok egyik formája a "szünetmentes" üzemmód. A napelemmedulak által begyűjtött energiát az akku-
> Áramkimaradás
3.64. ábra. A hálózati áramkimaradás "lekezelésé
nek", vagyis az átkapcsolási folyamatnak a jelleggörbéi
mulátorokba töltjük. Amíg a hálózati feszültség értékei megfelelőek, addig a fogyaszták a hálózatról kapnak tápellátást Ha a hálózati feszültség valami ok miatt megszűnik, vagy a paraméterei egy beállított tartományon kívül esnek, akkor a fogyaszták energiaellátását az
inverter az akkumulátorbankból fedezi. A közüzemi hálózati energiaellátás tartós helyreállása után az inverter a fogyasztókat ismét visszakapcsolja a hálózatra.
Az átkapcsolás két működésmódban lehetséges. Az UPS 1 üzemmódban a fogyaszták vagy a hálózatról, vagy az inverterről kapnak energiaellátást, az átkapcsolás időtartama kb. 1 ... 2 s. A hálózati tápellátás ideje alatt az inverter készenléti állapotban várakozik, áramfelvétele minimális.
Az UPS 2 üzemmódban a hálózat és a készülék egyidejűleg rákapcsalódik a fogyasztékra és
Napelemmodulok INVERTER 3.
PV1
PV 2
PV 3
48 V-os akkumulátorbank
v
l!) CX) � (/) a:
PI:·5DDD ....... . �
l!)
� (/) a:
rPI:·5DDD ....... . = 'o;-;T
BATT PV
.....:.--:...,;,..v .
N U
l
�l
:J
� "'
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 napelemmodulok összteljesítményét a hálózat kimaradások várható időtartama és az üzemeltetni kívánt fogyaszták teljesítményfelvétele alapján kell meghatározni.
A hálózattal együttműködő második üzemmód: a "hálózatra visszatápláló" üzemmód. A napelemmodulok által begyűjtött energiát a készülék átalakítás után a közüzemi hálózatba, mint egy végtelen tárolába táplálja, vagy a töltöttségüktől függően az akkumulátorbankba tölti. Ha a pillanatnyi napelemmodul teljesítmény nagyobb, mint a fogyaszták teljesítményfelvétele, akkor az energia a hálózatba is áramlik. Ha a hálózat megszűnik, akkor a készülék automatikusan leválik a
I
PC-IiDDD
BATT PV
� �
Idő, h
o 1 2 3 4 5 6 7 8 91011121314151617181920212223
Idő, h
3.66. ábra. Számítógépes manitorozó rendszer
76
hálózatról és a fogyaszták tápellátása is megszűnik. Ebben az üzemállapotban az akkumulátorbank tárolóképességét kisebbre lehet választani, hiszen nincs áramellátás az akkumulátorokról, az akkumulátorok szerepe a fellépő energiacsúcsok átmeneti tárolására korlátozódik, amelyre főleg szélgenerátorok esetén van szükség.
A hálózattal együttműködő harmadik üzemmód a "nulla hálózati teljesítményű" üzemmód, máS,képpen
"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 teljesítményt, akkor a közüzemi hálózatból is történik energiafelvétel, vagyis fogyasztás.
Gnd 92 101
58.11 59.31
SD.OlHz
01*-.modo.OlNTINUOUS No--
55 C.l•ou•
kz akkumulátorbank tárolóképességél itt nagyobbra célszerű választani, hiszen amikor a napelemmodul pillanatnyi teljesítménye nagyobb, mint a fogyasztás, akkor a többletet az akkumulátorbankban tudjuk tárolni. Ez az üzemmód minden esetben alkalmazható ott ahol az áramszolgáltató nem akar együttműködni a fogyasztóval az alternatív energiák hasznosításában. A hálózat szempontjából nem jelent semmilyen új műszaki igénybevételt a rendszer kiépítése, egyszerűen a fogyasztó által igénybe vett hálózati energia mennyisége, vagyis a ;o-gyasztó villanyszámlája csökken. /
A gyártó a 230 V /6000, 3800, 2500 és 1500 VA névleges kimeneti teljesítmény leadására képes
"ZERO POWER" megnevezé
sű töltésszabályozóval egybeépített inverterei PC8000, PC5000, PC3000 és PC2000 típusjelöléssei kerülnek forgalomba. A készülékek inverterei típustól függően 48 V, i ll. 24 V-os névleges akkumulátorbank feszültségről működnek.
kz inverterek kimeneti jelalakjai: "szinusz"
(360 lépés/ciklus). Töltésszabályzójuk bemeneli mű-
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 -Vízvezeték-szerelvények - Vízellátás saját forrásból
-A meleg víz készítése és melegvíz-ellátás -Berendezési tárgyak a lakóépületben -A lakások higiéniai helyiségei - 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
köd és i feszültségtartománya 50 ... 120 V, ill. 25 ... 1 00 V (48 V, ill. 24 V-os akkumulátorbank alkalmazása esetén). A készülékek folyamatos maximális teljesítmény-munkapontkeresés (CMPPT) mellett max. 6000, 4000, 4000 ill. 2000 W bemeneli napelemmodul-teljesítmény kezelésére képesek.
A "ZERO POWER" invertercsaláddal háromfázisú 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 egymással. Ekkor a három készülék szimmetrikus háromfázisú feszültségrendszert alkot, de működésük független egymástól. Lehetőség van a PC5000-ek összekapcsolására egy RS485 vonal segítségéveL Lehetőség van ugyanezen az RS485 vonalon egy adatgyűjtő csatlakoztatására is, amelyen keresztül számítógépes manitorozás is megvalósítható (3.66. ábra).
77
78
r 1 L-�
ÁRAMTERMELÉS NAP-/ /
/" -�/i /
r \SZELEN
Az Ön saját erőműve! Alternatív energiák. ..
-ftitARr \� eJ
ÉS / /
RGIABOL
SOLAR ELECTRONIC KFT. 7400 Kaposvár, Jutai út 45.
Tel.: 82/526-524 • Fax: 82/510-498 • Mobil: 30/947-4052 E-mail: solarelectronic@t-online. hu • Honlap: www.napenergia.info
3. 7. Egyéb tartozékok, kiegészítőegységek
A komplett nap- és szélgeneráloros kereskedelmi készletválasztékok többnyire rendelkeznek teljes villamos szerelési anyaggal s az esetleges kiegészítőegységekkeL Ertelemszerűen ezek között említhetők: az összekötőkábelek, napelemtábla-tartószerkezetek, akkumulátortároló-doboz (állvány), akkumulátorsaruk, megfelelő sorkapocslécek, be- és kimeneti kapcsolók és biztosíták (pl. kismegszakítók), továbbá a szélgenerátorkittben lévő felerősítőbilincsek, lehajtható oszloptartozékok (pl. kipányvázó kötelek), az oszlopemeléshez emelőrúd (szolgarúd), központi kapcsolóegység-doboz, túlfeszültségvédő, villámvédelmi és érintésvédelmi megoldások, ill. egységek.
A napelemtáblákat célszerű sorosan kapcsolni, ha a rendszerközpont attól távol helyezkedik el. Így kisebb keresztmetszetű bekötőkábeleket használhatunk. Minél rövidebbek azok, annál kisebb rajtuk a feszültségesés.
i :J
€lN RAD EINSCHAL TOPnMIERUNG
FOR GROSSVERBRAUCHER
3.67.ábra. A nagy bekapcsalási indulóáramok
ellen védő, áramkorlátozó egység (F1)
Ugyancsak elengedhetetlen fontosságú a villámvédelemről való gondoskodás. A napelemmodulokat 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 alkalmazásakor gyakran előfordul, hogy a nagy bekapcsalási áramot felvevő fogyaszták ( pl. sarokcsiszoló, fűrészgép stb.) az inverter védőáramkörét 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.
3.8. Energiatakarékos fogyaszták
Az energiatakarékosság átgondolt elektromosfogyasztó-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, időszakos működtetésű) készülékeket és berendezéseket használjunk.
Energiatakarékos fényforrások. Az energiatakarékos kompakt fénycsövek élettartama a hagyományos izzólámpákkal szemben 8 . . . 1 0-szeres, s ötször jobb a fényhasznosításuk, s mintegy 80 %-kal kevesebb energiát fogyasztanak.
A LED-es világítótestek kis diódái a jó hatásfokú fényhasznosítás és a megbízható működés mellett rendkívül hosszú élettartamúak. A 3.68. ábrán látható fényforrások energiafelhasználásának összehasonlítását a 3.4. táblázatban mutatjuk be. Látható, hogy a 11 W-os, 15 W-os, ill. 23 W-os kompakt fénycső egyen-
79
3.68. ábra. Különböző technológiájú fényforrások
3.4. táblázat. Fényforrások energiafelhasználásának összehasonlítása
IZZÓLÁMPA KOMPAKT FÉNYCSŐ LED-ES LÁMPA
Teljesítmény, Energiafogyasztás
Teljesítmény, w
1000 óra alatt, w
kW· h
25 25 5
40 40 7 . .. 9
60 60 11
75 75 15
100 100 20
120 120 23
értékű egy 60 W-os, 75 W-os, ill. 120 W-os izzóláma fényerejével.
A 3. 69. ábrán ingenium előfűtésű 230 V-os kompakt 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 ).
Kaphaták a kisfeszültségű rendszerekhez cserélhető fejű, 12 V-os kompakt fénycsövek is (F2). Ha kiégett a fénycső, ezeknél nem kell
80
Energiafogyasztás Teljesítmény,
Energiafogyasztás 1 OOO óra alatt,
w 1000 óra alatt,
kW· h kW ·h
5 0,5 0,5
7 . . . 9 1 1
11 2 2
15 3 3
20 4 4
23 5 5
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 gyertyafoglalatot E-27 normál foglalattá alakítja.
A 3. 70. ábrán 18 LED-ből kialakított energiaköltség-kímélő 12 V, ill. 230 V-os GU5,3 fejű, ill. GU 1 O fejű, 50 OOO óra élettartamú, 240 lux megvilágítást adó LED-es fényforrás látható.
3.69. ábra. Ingenium előfűtésű energiatakarékos kompakt fénycsövek (F1, F3)
� SOOOOh GUSJ
EmCUJ SO OOO h GU 10
3. 70. ábra. 18 db. LED-ből álló energiaköltség
kímélő világítótestek (240 lux, F1)
Előnyük a minimális energiafelhasználás melletti igen nagy fényerő és az extrém hosszú élettartam. Sugárzási szögük 15°, átmérőjük 5 cm {F1). Az E-27 fejű 230 V-os típusok a hagyományos 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
3.71. ábra. 3 W-os LED-Spot GU10/E27 lámpák
81
A csavarozás normál E-27 foglalatnak köszönhetően illeszkednek a hagyományos izzófoglalathoz. Így megtehetjük, hogy izzóinkat hosszú élettartam ú LED-es technikára cseréljük (F1).
Energiatakarékos fogyaszták vezérelt és szabályozott működtetése. Az időkapcsaló órák lehetövé teszik, hogy elektromos készülékeink időben kapcsoljanak be, illetve ki.
Kapható kisfeszültségű rendszerekhez, ill. mobil használatra alkalmas, 12 V-os fogyaszták beés kikapcsolására, szivargyújtóhoz csatlakoztatható típus is (3.72. ábra, F1, F2), amely 10 A terhelhetőségű. A hét napjaira két be- és kikapcsolási időpontot lehet vele beprogramozni.
Vásárolhatunk 230 V/10 A terhelhetőségű kettős időkapcsaló órát is (3.73. ábra felső képe), napi és heti programozási lehetőséggel (F1). Áramkimaradás esetén egy "pufferakku" gondoskodik a program további futásáróL Amenynyiben másodperces pontossággal kívánunk kapcsolni, vagy nem akarunk bajlódni a télinyári 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 takarékos fogyasztóműködtetést tesznek lehetövé. Automatikusan kapcsolják be a világítást (vagy pl. a riasztókészüléket stb.), ha valaki belép az
általa figyelt tartományba. Praktikusak a házban
3.72. ábra. 12 V-os, 10 A terhelhetőségű, szivargyújtóhoz csatlakoztatható időkapcsaló óra (F1, F2)
82
�AD/O CONT�K>t.LfO
3. 73. ábra. Kettős, egymástól függetlenül programozható 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. 7 4. ábrán látható mozgásérzékelő (F1) beállíthatósági késleltetési időtartama max. 10 perc, érzékelési tartománya 180°.
Nappal felesleges a költséges világítás. Erre a célra különböző gyártmányú szürkület- (alkonyat-, sötétedés-, naplemente-) kapcsolók kaphaták (pl. a szupermarketekben). Ezek alkonyatkor a hozzákapcsolt világítást be-, reggel pedig kikapcsolják.
Igen hasznosak a fényerőszabályozás (dimmer) világítások is. A fényerő csökkentésével ezekkel is jelentős energiát takaríthatunk meg.
----
::::---_______
3.74. ábra. 1000 W terhelhetőségű passzív infravörös mozgásérzékelő (F1, F2)
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 készenléti állapotban tartása teszi ki teszi ki.
Újabban már kaphaták készenléti állapotot ellenőrző egységek, amelyek automatikusan érzékelik az üzemi állapotot, és ha a távirányítású készüléket ki kapcsoljuk, akkor azok egy késleltetési időtartam után automatikusan lekapcsolják a készüléket a hálózatról (pl. a tv készenléti állapotát ellenőrző készülék, Conrad Elektronika).
A CSER Kiadó Padlóburkolatok című könyve (ára 3998,- Ft)
ismerteti a padlóburkolatok közismert és különlegesebb típusait, azok előnyeit és hátrányait, és lerakásuk módját. Utóbbi bemutatását
a beépítést 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
C S E R CSER Kiadó 1114 Budapest, Károli Gáspár tér 3.
���� Tel.: 386-9019, 209-2982, 209-3909 • Fax: 385-6684 • , -;. o o E-mail: [email protected] • Honlap: www.cserkiado.hu
83
4. Telepítési, tervezési meggondolások, kivitelezés
4.1. Napelemes rendszerek telepítési meggondolásai
Napelemtáblák energiahozamának optimalizálása. Igen fontos, hogy a napelemtáblákból minél több elektromos energiát vehessünk ki.
A maximális napenergia-begyűjtés lehetőségeit egy négy darab, egyenként 40 W csúcsteljesítményt leadó, hazánkban kapható amorf szilícium vékonyréteg napelemmodulokkal (F2, F8 és RT1) kialakított (tanyán felszerel!) áramellátó rendszeren mutatjuk be. A négy napelem madul 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
/ \ �\1/ \ - - ,
....... \ (;l/' , \
\ '
\ \ \ \
\ �l 1"----'
\ --�
\
--
! '�------- ',
........
\ --"; �-�---
\, � -
-- \ - .... ____ ,
Napelemrnod ul
4.2. ábra. A napelemtábla energiahozama akkor optimális, ha a napsugár azt mindig merőlegesen éri
A rendszerkialakítás tömbvázlatát a 2.4. ábrán (/. 2. fejezet), vázlatos felépítését pedig a 4. 1. ábrán mutatjuk be.
Tudvalévő, hogy a megtermelt elektromos energia mennyisége a napelemmodul fajtájától, típusától, annak munkafelületére eső megvilágítás erősségétől és a napelemmodulok elhelyezésétől függ. Az optimális elhelyezés az lenne, ha fény a nap folyamán a lehető leghosszabb időtartamig és mindig merőlegesen érné a napelemmodulokat (4.2. ábra). A Nap alacsony állása eselén a napsugaraknak lényegesen 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 féltekén déli irányba állítva célszerű felszerelni. Amennyiben erre nincs lehetőség, akkor azok csak csökkent hatásfokkal termelnek elektromos energiát.
A 4.3. ábrán egy amorf szilícium napelemmadul ideális iránytól való eltérésének hatása látható az energiatermelésre. Az északi irányba fordítva a napelemet-, csak a szórt fény hatása látszik.
A 4.4. ábrán a dél felé fordított, de különböző dőlésszögben elhelyezett 40 W-os amorf szilícium napelemmel termelt átlagos napi energiamennyiség látható. A dőlésszög a vízszintessel bezárt szöget jelenti. A vízszintes elhelyezés azért
1,0 / \
Ol 0,9 -Ql Ul ."._ 0,8 c c Ql l \
l \ E <ti
0,7 .e> 0,6 Ql c l \ 0,5 Ql ,<!: ro 0,4 �
l \ ll \
Q3 0,3 E 0,2 � v '-..
0,1 o
É K D NY É
4.3. ábra. Az amorf szilícium napelemmodulok átlagos relatív energiatermelésének irányfüggősége
500
450
400
350
a. 300 <ti c :c 250
:s: 200
150
100
50
o
Függőleges felületen (mindig a Nap felé fordulva)
l. ll. lll. IV V VI. VII. VIli IX. X XI. XII. p = oo vízszintes Hónapok
p = 90° függőleges
4.4. ábra. Egy 40 W p-os a-Si napelemmodul átlagos
napi energiatermelése havi bontásban, különbözó
dőlésszögek esetén
sem lenne célszerű, mert a napelem öntisztulása ez esetben nincs megoldva. Az ideális dőlésszög 30 .. .45°, attól függően, hogy télen vagy nyáron akarunk-e több energiát a napsugárzásból "befogni".
85
W· h/nap 250
200
150
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 megtermelhető elektromos energia havi bontásban (RT8)
A 4. 5. ábrán látható grafikonon az egy darab 40 W-os amorf szilícium vékonyréteg (pl. 0840, TS40, BSC 40) napelemmodullal Magyarországon egy nap alatt átlagosan begyűjthető (megtermelhető) elektromos energiamennyiség 0N · h/nap) látható havi bontásban. A grafikonból leolvasható, hogy nyáron egy 40 W-os amorf szilícium napelemmel begyűjthető energiamenynyiség 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. 1. ábrán látható 4 db 40 W-os napelemmadult párhuzamosan kapcsoltuk, így az 80 A · hás töltésnek felel meg. Itt figyelembe kell vennünk, hogy a közös ágakban nagyobb áram folyik, tehát nagyobb keresztmetszetű (6 mm2) bekötővezetéket kell használnunk. Mint a 4.5. ábrából látható, a télen begyűjthető elektromos energia a nyárinak kb. 1/6 része. Így egy 40 Wos napelem esetében naponta átlagosan mintegy 40 ... 50 W· h energiával számolhatunk (4.1. táblázat).
Az évi napsütéses órák számát Magyarországon, vagyis az évi napfénytartamal az 1. fejezet 1.8. ábráján, a napsugárzás évi összenergiáját pedig az 1. 7. ábrán már feltüntettük.
A meteorológiai táblázatokból származó és számított adatok alapján az 1 db 40 W-os amorf szilícium napelemmodullal egy év alatt begyűjthető energia várható értéke az ország különböző pontjain 48 ... 53 kW · h/év, az energiahozam egy évre vonatkoztatott átlaga pedig 132 ... 145 W · h/nap (4. 1. táblázat).
A napelemtáblák elhelyezése, tájolása. Mint már említettük igen fontos, hogy a napelemmodulok megfelelő irányban és szögben álljanak 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 következő: - 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 energiatermelés 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 részlegesen sem árnyékot vetnie a napelemmodul munkafelületére. A monokristályos napelemmoduloknál már egy közepes méretű falevél árnyéka is képes az egész rendszert blokkolni. Mivel az ilyen napelemmodulokban a cel-
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 p t. Okt. Nov. Dec. Eves átlag, W · h kW ·h/év
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
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. ábrát), így egyetlen cella leárnyékolása (pl. falevél, kémény, tetőtéri ablak stb.) is meggátolhatja az energiatermelést Az amorf szilícium modulok esetében ez kevésbé jelent gondot, mivel ezeknél csak a leárnyékolt felület arányában csökken az energiatermelés.
Tudnunk kell továbbá, hogy a napelemek esetében 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 teljesítménynek (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 hidegben 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-
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 energiatermelésük a kissé kedvezőtlenebb keleti, illetve nyugati irányokban is, ezért alkalmazásuk esetenként előnyt jelenthet. Éves átlagban 21 ... 22 %-kal több energiát termelnek a hagyományos 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. tartószerkezetek is amelyek az adott évszakhoz lehetővé teszik a napelemmodulok dőlésszögének optimalizált beállítását (4.21. ábra).
A napelemtáblák meglévő épületek eselén (amennyiben a tájolás és a tetőfelület alkalmas rá), a tetőfelületen helyezhetők el. Északi tájolású 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 napelemmodulokat, vagy az öntözésre használt napelemmodulokat egyáltalán nem szükséges a tetőre szerelni. A jó irányban álló erkély, a puszta földön álló állványzat is (1. az 1.17. ábrát) kiválóan megfelel.
Napelemtáblák telepítése, szerelése. Az általános telepítési tudnivalók a következőkben foglalhatók össze: - a napelemmodulok nagy belső ellenállású
ak, nem érzékenyek a rövidzárlatra (áramgenerátoros jelleg). Ezért is alkalmaznak kisebb teljesítmények esetében töltésszabályozóként "sönt" szabályozót. A rövidzárlatot elviselik ugyan, de kivülről feszültséget nem szabad rájuk kapcsoini (a párhuzamosan kötött további modult kivéve), mert az károsodást okozhat; visszatáplálás ellen könnyen védhetők SCHOTIKY diódával; a felületükre rakódó hó, jég-, mivel diffúz réteg, 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 sorosan és párhuzamosan is összeköthetők. Az
azonos üresjárási feszültségű napelemmodulok párhuzamosan köthetők, de sorba csak azonos típusokat szabad kötni. Soros kapcsolással a feszültség, párhuzamos kapcsolással 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 érintésvédelmi problémák kerülhetnek előtérbe;
- a napelemtáblák a szelet, havat, jeget és a kisebb jégverést elviselik, de nagyobb kővel megrongálhatók;
- a napelemmodulokat a "vandalizmus"
kivédéséhez lehetőleg védett helyre telepítsük. Mint már említettük, amennyiben a tájolás és az épület tetőfelülete alkalmas rá, azok a te-
tófelületen helyezhetők el. Ott nincs útban, onnan nem lopják el, dőlésszöge hazai viszonylatban többnyire megfelel a kívánalmaknak, Kaphaták tetőszerkezetekre változtatható dőlésszögre beállítható tartószerkezetek is (l. a 4. 7. ábrát);
- a napelemmodulok és a csatlakozó elektronikus egységek közölt a lehető legrövidebb és megfelelő keresztmetszetű vezetékeket használjunk;
- mono- és polikristályos meduloknál a "benapozottságnak" teljes mértékűnek kell lennie, még részleges árnyékba sem szabad kerülniük. Részleges árnyék eselén megoldást jelenthet ez esetben (több modul esetén) a mono- és polikristályos modulok áthidalása, a bypass dióda. Ekkor a "kikapcsolódott" modul bypass diódáján keresztül tud a többi modul még áramot adni. (Sorosan kapcsolt napelemmodulok kimenetére záró irányban kötött áthidaló diódák!);
4. 7. ábra. "Kisebb teljesítményű" napelemmodulok rögzítési módjai családi házak, nyaralók tetőszerkezetén (SOLAREX)
88
az amorf szilícium modulok nem annyira érzékenyek a fentiekben említett "beárnyékolási" jelenségre. Itt csak a letakart felület arányában csökken az energiatermelés. Természetesen igyekezni kell úgy elhelyezni a modulokat, hogy azok ne kerüljenek részlegesen se árnyékba. Ha ez nem oldható meg, akkor az árnyék bármelyik modulon mindig merőleges legyen a vágásokra, azaz a napelemmeduion látható "csíkok" egyformán legyenek árnyékban, mint az a 4.8. ábrán
szemléltetett 40 W-os típus kész struktúráján is látható. Sorba kötött moduloknál, azok azonos része lehet árnyékban, ha az sehogy nem kerülhető el (RT12);
- a "nagyteljesítményű"
amorf szilícium napelem táblák felszerelésénél vegyük figyelembe, hogy fő alapanyaguk szinte kivétel nélkül üveg. Ezért ugyanúgy kell bánni velük, mint bármilyen más vastag üveglappal;
a napelemtáblákat rugalmasan kell felszerelni. A gyártók megfelelő felerősítő profilidomct tartozékként szállítanak. A felszereléshez mindenképpen a mellékelt speciális profilkialakítású, univerzálisan alkalmazható alumíniumtartó használata javasolt (1. pl. a 3. 17. áb
rán bemutatott tartóprofilt.); - a felerősítőpontoknak egy síkba kell esniük,
így nem alakulhat ki az üvegben olyan káros mechanikai feszültség, amitől az idővel berepedhet;
- feltétlenül figyelembe kell vennünk, hogy az a-Si meduloknál 2,5 ... 3-szor nagyobb telepítési felület szükséges és 2,7 ... 3-szor nagyobb tömegterheléssei kell számolnunk, mint a mono- és polikristályos napelemtáblák esetében. Háztetőre szerelésnél arra nemcsak a többletterhelés nehezedik, hanem a szélterhelés is megváltozhat, így a statikai 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 felülettel és 1080 kg, ill. 400 kg tömegterheléssei kell számolnunk az amorf, ill. a mono- és polikristályos napelemtáblák használatakor;
- amennyiben van a napelemek elhelyezéséhez megfelelően nagy telepítési helyünk (pl. a földön) úgy meggondolandó az amorf szilícium napelemtáblák használata.
A napelemtáblákat igen nagy gondossággal kell felszerelni (szélterhelés, tömegterhelés figyelembevétele, túlzott napelemtábla-hőmérséklet elkerülése a napelemtábla hátoldali szellőzési lehetőségének biztosításával stb., l. később).
A szerelés során a villámvédelemről is feltétlenül gondoskodni kell, a napelemtábláknak és a tartószerkezetüknek a földeléséveL Ugyanez vonatkozik természetesen a szélgenerátoros rendszerekre is.
4.10. ábra. Az első 100 WP teljesítményű a-Si napelemtábla lapos tetőn elhelyezett állványszerkezetre szerelése (RT1)
A gyártók egyaránt készítenek kis és nagy teljesítményű napelemmodul-tartószerkezeteket. Kaphaták hajókra, lakókocsikra felszerelhető napelem tartók is (4.9. ábra), amelyek a kiala-
4.9. ábra. Saroktartó és bővítő szerelőkészlet napelemmodulokhoz (F1)
90
4.11. ábra. 100 W P-os a-Si napelemtáblákból kialakított napelemtábla-mező telepítési munkálatai (Freiburg, Bruns 04, RT1)
kuló hátoldali szellőzés lehetőségeként a napelemmodulból a legnagyobb teljesítményt hozzák ki. Az ábra alsó részén látható két hosszprofil közbeiktatásával egy napelemtáblával bővíthető rendszer. A 4. 1 O. ábrán lapos tetőn lévő
tartószerkezet re elhelyezett 1 OOW-os amorf szilícium vékonyréteg technológiájú napelemtáblát láthatunk (RT1). A 4. 11. ábrán ugyancsak 100 Wos a-Si napelemtáblákból felépített napelemtáblamező telepítési munkálatai láthatók (RT1).
építés lakberendezés felúiítás karba n ta rt ás
www.lakasfelujitasok.hu soektrum
91
4.2. Szélgenerátoros rendszerek telepítési meggondolásai
A telepítés alapvető feltételeL A kis teljesítményű (50 W ... 5 kW) szélgenerátorok az egyik leggazdaságosabb, önállóan működő, kis szervizigényű, háztartásban is használható megújulóenergia-rendszerek, amelyek hozzájárulhatnának a hazánkban lévő háztartások áramigényének ellátásához környezetbarát módon. Jelenleg egy milliónál több magyar háztartásnak van megfelelő nagyságú külterületi telke, s azok közel felénél az éves átlag szélsebesség megfelelő lenne szélgenerátor használatához. Kérdés, hogy megvalósíthatjuk-e, melyek a gátlótényezők egy szélgeneráloros rendszer kialakításánál?
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 1 O ... 15 m magasságban); megfelelő hely áll rendelkezésünkre, vagyis elég nagy a helyünk külterületen vagy kertes ház övezetben; magas tartóoszlop telepíthető a helyszínen (12m-nél magasabb, 16 . .. 30 m az ideális, legalább 9 m-rel magasabb a 1 00 m-es körön belül lévő legmagasabb létesítménynél); az ingatlannak a közüzemi elektromos hálózathoz való csatlakozása annyiba, vagy többe kerülne, mint a megújulóenergiarendszerrel való áramellátása; a meglévő hálózati áramellátás nem tökéletes: gyakori áramszünet és feszültségingadozás miatt szünetmentes áramellátást akarunk; jövendőbeli felhasználóként már ta ulmányoztuk és értjük a szél- és naperrergiás rendszerek alapvető működését, és el tudjuk dönteni, hogy mennyi elektromos energiára van szükségünk (kW · h/hó) és mennyit óhajtunk a nap- és szélenergiás rendszerrel megtermel ni.
92
További igen fontos szempont - az energiatakarékosság lehetőségeinek vizs
gálata, vagyis az energiatakarékos fogyaszták lehetséges használatának felmérése; a jelenlegi és a várható energiafelhasználási igényt számítsuk ki a szükséges szélgenerátor (ill. napelemmodul "méret") eldöntéséhez; meg kell határoznunk az igényelt csúcsteljesítményt (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 használjuk. Egyidőben mennyi lehet a maximális fogyasztás, pl. egyszerre szerelnénk-e tv-t nézni és mosni stb. Ezek az adatok azért fontosak, mert egy túlméretezett rendszer telepítése sokkal költségesebb, az alulméretezett pedig kevésbé működőképes.
Felteendő kérdéseink a szigetüzemű hibrid rendszer telepítési lehetőségeinek a felméréséhez a következők: - milyen a háztető (lapos, nyeregtető), mekko
ra a beépíthető hasznos felület a napelemtáblák elhelyezésére, megfelelő tájolású-e a
nyeregtető? Ha nem, akkor hol helyezhetők el, pl. állványon, egyéb helyen a napelemmodul(ok);
- a telek, saját terület nagysága, 1 00 m-en belüli magas létesítmények (távolság, magasság);
- a szélgenerátor tartóoszlopa hol helyezhető el?
Mielőtt időt és pénz áldozunk, derítsük ki, lehete jogi vagy környezeti akadálya a (400 W feletti) szélgenerátor telepítésének. Építési hatóság magassági korlátozása, vagy valamelyik szomszéd nem óhajtja látni vagy/és hallani a mozgó szélgenerálort (pedig az a szél háttérzajától mindössze csak 3 ... 10 dB-lel zajosabb). Előfordulhat, hogy esetleg faültetvényt vagy magas épületet terveznek a közeli jövőben a
szomszédban létesíteni. Ha hálózatra visszatápláló rendszert óhajtunk, tudakoljuk meg a
szolgáltatótól a csatlakozás feltételeit, költségvonzatát és az áram kW · h-kénti átvételi árát.
További igen fontos kérdés hogy megfelelően szeles-e a helyszínünk? A telepítés megfontolásához iránymutatóak lehetnek a környéken működő nagy szélgenerátorok széladatai és a meteorológiai szolgálaté (szélenergia-térképek) vagy a közeli reptéré, továbbá a szélgenerátorokat forgalmazák tapasztalatai, iránymutatásai. Az egy év időtartamú tudományos szélmérés kis teljesítményű rendszereknél nem gazdaságos.
Egy szélgenerátor teljesítménye arányos a lapátkerék 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
�� �����
Nagy turbulencia / 15H
2 H
� 10H
H= távolság �� � SH
T"<b"looda � � � � 15H
3%
l 5% l 2%
17% l 9%
4.13. ábra. Létesítmények és turbulencia (Windenergy: RT1)
93
4.14. ábra. A szélgenerátor ajánlatos elhelyezési
helye egy adott H magasságú létesítmény előtt,
ill. mögött (RT1)
A levegőáramlást a hegyek, dombok, fák, bokrok és házak akadályozzák, fékezik. Míg a hegyek és a dombok, valamint a helyszín magassága a hasznosítható szélsebességet előnyösen befolyásolja, addig a fák és házak a talaj menti levegőrétegekben gyakran széllökéseket és örvényeket idéznek elő, ami a szélenergia hasznosításában kifejezetten hátrányos. A legkedvezőbb teljesítmény eléréséhez igen fontos, hogy a szélgenerátor a fák és épületek örvényzónájából kiemelkedjen (4.12. ábra).
A 4. 13. ábrán a létesítmények okozta szélsebesség, szélerő és turbulencia változásainak az
értékeit láthatjuk különböző távolságokban. Mint már említettük, a 100 m sugarú körben lévő legmagasabb létesítmények figyelembevételével határozható meg a telepítés helye és
Szél
o
Wim'
4000
3 500
3000
250 0
2000
1500
1000
500
O 2 4 6 8 1 O 12 14 16 m/s
4.16. ábra. A fajlagos szélenergia a szélsebesség
függvényében [4]
magassága (4.14. ábra). Ha a létesítmény magassága H, akkor előtte 2H távolságban a tartóoszlop legalább H magas legyen. Mögötte legalább 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).
4.15. ábra. A szélsebesség növekedése dombtetőn, ill. ferde háztetőn (RT1)
94
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 turbulenciával (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 egyben kisebb az esélye, hogy ellopják. Példaként említjük, hogy egy 5,6 m/s éves átlagsebességű helyen kétszer annyi energiát termelhetünk, mint egy alacsonyabban telepített generátorral a 4,5 m/s átlag-szélsebességű helyen.
4.2. táblázat. Beautort-féle szélerősségskála
Szélerősségi Szélsebesség osztály,
m/s km /h mérföld/h B ft
o O .. . 0,2 O . .. 0,8 0 ... 0,6
1 0,3 .. 1,5 0,9 ... 5,5 0,7 ... 3,5 2 1,6 .. 3,3 5,6 ... 12,1 3,6 .. .7,5
3 3,4 ... 5,4 12,2 ... 19,6 7,6 ... 12,2
4 5,5 ... 7,9 19,7 ... 28,5 12,3 ... 17,8
5 8,0 ... 10,7 28,6 ... 38,8 17,9 ... 24,0
6 10,8 ... 13,8 38,9 ... 49,8 24,1 ... 31,0
7 13,9 ... 17,1 49,9 ... 61,7 31,1 ... 38,3
8 17,2 ... 20,7 61 ,8 .. .7 4,6 38,4 ... 46, 4
9 20,8 ... 24, 4 74,7 ... 88,0 46,5 ... 54,7
10 24,5 ... 28 ,4 88,1 ... 102,4 54,8 ... 63, 6
11 28,5 ... 32,6 1 02,5 ... 117,0 63,7 ... 73,0
12 ... 32,7 ... 117,1 ... 73,1 ...
A szélgenerátor megfelelő telepítési helyének kiválasztásakor ne feledjük, hogy kétszeres szélsebesség 7 ... 8-szaros fajlagos energiatermelés-növekménynek felel meg (4.16. ábra). Vegyük figyelembe továbbá a 4.2. táblázatban lévőket is. A szél áramlásának útjában lévő akadályokról se feledkezzünk meg (lásd előbb!).
Az akadályok mögött a kiegyenlítődés csak nagy távolságokban következik be. A szélgenerátort a nagyobb akadályoktól minél meszszebb 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).
Látható
Csomó Megnevezés
jelenségek
0 ... 0,5 Teljes szélcsend A füst egyenesen száll fel
0,6 ... 3,0 Alig érezhető szellő A füst jelzi a szél irányát 3,1 ... 6,5 Könnyúszellő A fák leveleit megmoz-
gatja, arcunkon érezhető 6,6 ... 10,5 Gyenge szél A levelek és a vékony
ágak mozognak
10,6 ... 15,5 Mérsékelt szél Felkavarja a port, felemeli a papírdarabokat
15,6 ... 20,9 Élénk szél A kisebb fák hajladozni kezdenek, a tavakon tara-jos hullámok képződnek
21 ,O ... 26, 9 Erős szél Az erősebb ágakat is megmozgatja, az ese r-nyót nehéz használni
27,0 ... 33,3 Igen erős szél Egész fatörzseket meghaj lit, a járást érezhetően gátolja
33,4 .. .40,3 Viharos szél Fák ágait letöri, a járást jelentősen akadályoua
40,4 ... 47,5 Vihar A fákon kisebb károkat okoz, a tetőcserepeket lehord ja
47,6 ... 55,3 Szélvész A fákat gyökerestól kitépi, a házakon súlyos károkat okoz
55,4 . . 63,4 Orkánszerú szélvihar Jelentős viharkárok, a szárazföldön nagyon ritka
63,5 . .. Orkán, hurrikán 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
Nyár ----Tél
6,0
5,0
VJ
E 4,0
Ól -Q) VJ VJ Q)
.o 3,0 Q) VJ
;a; N Cf)
2,0
� P""" ' .." """" r--""'
J .... � / � r:::: r=:::
' r--. � � � --
� ",_ .........
� � ......",
.......!!!� "" � "l' /
1,0
0,0
1 3 5 7 9 11 13
Idő, óra
15 17 19 21 23 24
4.18. ábra. Mért szélsebességértékek a telepítési helyen, az adott magasságszinten, óránkénti bontásban, évszakonként (2]
Nagyobb teljesítményű szélgenerátorok telepítési 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. 40
cii "" .!!l
o 30 -""' <ti >-(9
20
10
5 10 15 Szélsebesség, m/s
4.19. ábra. Példa egy adott helyen a különböző szélsebességek gyakoriságára
Telepítési előmunkálatok, szerelés. A gyártók többsége a kis teljesítményű szélgenerátorokat 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 kipányvázáshoz kihorgonyzókkal-, tartóoszlop nélkül!);
- beépítési készlet (ellenőrző egység, kapcsalódoboz a szélgenerátorhoz stb., kábelek nélkül);
- elektromos vezeték(ek) a szélgenerátortól a szabályozáig stb.);
- akkumulátorbank, töltésszabályozó, inverter (saját külön megrendelésre);
- telepítéshez, beüzemeléshez előmunkálatok (alapozás az oszlophoz és állványhoz stb.) saját erőből. Telepítési leírások minden mozzanata a többnyire beszerezhető CD-n nyomon követhető.
Opcióként - szaigarúd (emelőrúd) a telepítéshez és a
tartóoszlop leengedéséhez, továbbá csörlő pl. 1600 kg terhelésig;
- földfúrókészlet az alapozáshoz (a talajnak megfelelően).
Ne feledkezzünk meg a kiegészítő hibrid rendszer eselén a: - napelemmodul(ok); - állványok, ill. a modulokhoz szükséges fel-
szerelési 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 egybeépített egyenfeszültségű szélgenerátor egyszerűen a tetőre szerelhető (4.20. ábra). A gyártó a mellékelt készletben (A jelzésű készlet) minden szükséges alkatrészt biztosít a telepítéshez (esőelvezető szigetelőgyűrű a tetőre szereléshez, rozsdamentes kötőelemek, s egyéb alkatrészek, kivéve a 47,5 .. .48 mm átmérőjű tűzi horganyzott tartóoszlop acélcsövet.). Külön megrendelhető a falhoz vagy kerítéshez használható szerelési készlet.
Az 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 csúcsteljesítményű napelemtáblából épült fel.
Hasonló módon "falhoz erősített" tartóoszlopos, 5 db 400 W-os szélgenerátorból és nap-
97
4.20. ábra. Tetőre szereJt Air X 12 V/400 W-os szélgenerátor (Windenergy: RT1)
"..
,
4.21. ábra. Air X 400 W-os szélgenerátorból 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 energiaellátó rendszer látható a 4.22. ábrán.
Kapható 14 m magas kipányvázott tartóoszlophoz való egységcsomag (földfúrók és a tartóoszlopként szereplő 48 mm átmérőjű melegen hengerelt, varrat nélküli tűzi horganyzott acélcső nélkül), generátor kapcsolóval, DC oldali automata 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 emelőrúdhoz); kb. 15 m hosszút rézvezetéket a villámvédelemhez; 4 mm2 keresztmetszetű kábelt a szélgenerátortól 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 1 OOO W-os szélgenerátornak a ház oldalfalához való rögzítési módját láthatjuk (Óbuda). A 4.24. ábra a tartóoszlop szerelési előkészületeit mutatja. A 4.25. ábrán láthatók a gyártó által szállított, szereléshez szükséges kellékek.
A 4.26. ábrán egy Whisper 200 (H- 80) típusú, 1 OOO 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
4.25. ábra. A szereléshez szükséges kellékek
Mint Játhatjuk a szélgenerátor a tetőre vagy az
építményhez bilincselt, tűzi horganyzott (ill. rozsdamentes) acélesőre is felszerelhető.
100
4.26. ábra. Whisper 200 szélgenerátor a tetőn, az egységcsomagjának a dobozával (RT1)
Természetesen minél magasabbra tesszük a szélgenerátort, annak energiaszolgáltatása a harmadik hatvány szerint nő.
4.27. ábra. Szerszámok és kellékek az 1 kW-os szélgenerátor szereléséhez
4.29. ábra. Whisper 200 szélgenerátor kipányvázott
tartóoszlopon
24m
4.28. ábra. Pányvázott, lehajtható generátortartó oszlopok
Tartóoszlopként (1. 4.28. ábra) alkalmazhatunk daru nélkül felemelhető 24; 19,5; 15; 9; és 7,2 mes összeszerelhető, lehajtható oszlopokat. A saját, hazai beszerzésű oszlophoz vásárolhatunk oszlopszerelési egységcsomagot A 4.29. ábrán egy ilyen kipányvázott, lehajtható tartóoszlopon lévő 1 kW-os névleges teljesítményű szélgenerátort láthatunk. A telepítéshez szükséges a hozzá megfelelő szerszámkészlet, 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 felállított szélgenerátor csörlőzési előmunkálatai láthatók. A 4.31. ábrán egy szélgenerátor szalgarúddal (emelőrúd) történő "beemelési" munkálatait láthatjuk. A 4.32. ábrán kipányvázott, lehajtható tartóoszlopon lévő Whisper 200
(1 kW teljesítményű) szélgenerátor látható. Végezetül a 4.33. ábrán e szélgenerátor beemelési előmunkálata látható.
4.30. ábra. A szélgenerátor csörlőzés! előmunkálatai
101
4.31. ábra. Szélgenerátor felállítása emelőrúddal (szolgarúd) (RT1)
\
4.32. ábra. Kipányvázott tartóoszlopon lévő
1 kW-os szélgenerátor (Mede, Windenergy: RT1)
102
4.33. ábra. Az 1 kW-os Whisper szélgenerátor a "beemelés" előtt (Mede, Windenergy: RT1)
'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 Tervezés Gyártás
Kivitelezés Karbantartás Szarvizelés
HIBRID RENDSZER AER17G-080 villamos
álamtennel6 szélelOgép (c:a6Yézas oazlop) nap+IZél
,,
AER06 tipusú vlzszivattyúz6 szélerőgép Teljesítménye: 1200-1800 literlóra
SZÉLERŐGÉPEK JAVASOLT FELHASZNÁLÁSI TERÜLETEI:
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.
A villamos áramtermelő szélerőgépeink a következő energiamennyiséget tudják folyamatosan (szünetmentesen)
biztositani: 800 W; 1,5 kW; 3 kW; 4,5 kW
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 Mobil: +36 {70) 450-6503;
+36 {70) 450-6489; E-mail: [email protected]
web: nyirokowatt.hu
-- - -.. - ·-
.. -····" .....
��
103
5. Energiahozam, költségösszetevők, élettartam
5.1. Napelemmodulok
energiahozama
Az adott napelemmodul által begyűjthető elektromos energia az alkalmazás helyén lévő sugárzás függvénye. Hazánk területén a napból érkező sugárzási energia éves fajlagos átlagértéke 1200 ... 1330 kW/m2 tartományba esik (1. az 1.7. és 1.8. ábrát.).
Az 5.1. ábrán látható grafikonokon egy 1 kW csúcsteljesítményű, 30°, ill. 60°-0S dőlésszögben elhelyezett napelemtábla-mezővel Kecskemét környékén egy nap alatt "átlagosan" begyűjthető (megtermelhető) elektromos energiamennyiség (kW ·h/nap) látható havi bontásban (Forrás: Pálfy M., RT9, [2]).
30°-0S dőlésszög
60°-0S dőlésszög
5.1. ábra. 1 kW P
teljesítményű 30°-0S, ill. 60°-0S dőlésszögű napelemtábla-mezővel Kecskeméten egy nap alatt átlagosan megtermelhető elektromos
energia havi bontásban (Forrás: Pálfy M., RT9, [2])
104
A napelemmodulokkal begyűjthető energia a névleges teljesítményükből és a földrajzi helyszín sugárzási energia átlagértékeiből "viszonylag
" jól megbecsülhető. A példaként mutatott
1 kW csúcsteljesítményű napelemmező 30°-0S, ill. 60°-0S dőlésszög eselén egy évre vonatkoztatva átlagosan 1350 kW · h, ill, 1270 kW · h elektromos energia termelésére képes. Ezek átlagértékek, és éves szinten kb. ± 15 %-os hibahatár! nem lépik túl.
Ha az 1 kW csúcsteljesítményű napelemtáblamezővel évente kb. 1350 kW · h/év elektromos energiát gyűjtünk be, a 32,9 Ft/kW · h + 20 %"' 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 dőlésszögek melletti napi energiahozam eltérésének mértékét.
Az 5.3. ábrán a vízszintestől a függőlegesig terjedő felületekre érkező napsugárzás erősségét
Cl. 1 ,6 � 1A
. 1,2 � 1 .<1 0,8 � 0,6 � 0,4 � 0,2 � o
r;][} l• 60°
� 1--
.� .1 c: _c � c.. � � � ·<C
5.2. ábra. 240 WP (4 db 60 W p) teljesítményű napelemtáblával Budapest térségében begyűjthető
elektromos energia napi átlagértéke különböző dőlésszögek esetén, havi bontásban (Forrás:
Pálfy M., RT9, [2])
1250 � 1150��3�E��������E .; 1050 b �950 � 850 � 750 g, 650 i 550
450T��7�_r=r=t� c ,_; o (3_ �c& c ::s ci> -' -' > o .o • :J :J c. -"' o Q) ct! Q) ..(ö •<( � --, <( gJ o z o --, --, LL � (f)
Hónap
5.3. ábra. A vízszintestől a függőlegesig terjedő felületekre érkező napsugárzás erőssége délben, tiszta időben, ideális légkörben, havi bontásban
:€.1200 �[�=f=f:=:Ff=fii�EEJ s:_1000[����,........,t=tt1��[�
c ,_;
ct! .o Q) --, LL
o ,_; . ....:. � c. -<1l ·ct! ·<( � �
c ::s •:J --, --, Hónap
ci> ci :;;i > o :J o Q) gJ o <( z o
(f)
5.4. ábra. A 45•-os dőlésszögű felületre érkező napsugárzás erőssége a déli iránytól való eltérés függvényében, tiszta időben, ideális légkörben
0,8
0,6 'O ct! >. c
-<1l r. 0,4 cn � .N c Q)
� 0,2
o
v l
l l
v l
l l/ o 30 60 90
Napmagasság, fok 5.5. ábra. A napsugárzás intenzításeloszlása a napmagasság f üggvényében
80 :E 70 .gl 60 cn
� 50 Ol ct! E 40 c.
�30 20 10
f.--::: -�� b v -�
l-- 54 h � -·A?
h � / v ·32 -
� � / ./ v -h? � 0! / / /
./-� / / / 5 6 7 8 9 10 11 12 19 18 17 16 15 14 13
Idő, óra
Hónapok
Jún., Júl. Máj., Aug. Ápr., Szept.
Márc., Okt. Febr., Nov.
Jan., Dec.
5.6. ábra. A napmagasság alakulása Budapesten az idő függvényében (2)
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.
Az 5. 5. ábra a napsugárzás relatív erősségének eloszlását mutatja a napmagasság függvényében. Fővárosunkra, Budapestre vonatkozóan a fokokban mérhető napmagasság értékeit az idő függvényében az 5.6. ábrán tüntettük fel.
Végezetül az 5. 7., ill. 5.8. ábra az átlagos ("szennyezett városi") napsugárzás-erősséget,
�600 s:_ 500 cn
� .N fil 400 c '(ij tl 300 -<1l Ol
c7l 200 100
O 1 ft/ �'o o o'- \ '\ l o 4 8 12 16 20 24
Idő, óra
5. 7. ábra. A napsugárzás intenzításának átlaga az idő függvényében, a négy évszakban, Budapest térségében
105
25
20
)? 15
em"./" af :2
10 -<!) "' ,(D E
5 �-_:"'/ •o I Tavasz
o
-5�-+--�--�-+--+-� o 4 8 12 16 20 24
Idő, óra
5.8. ábra. A hőmérséklet átlaga az idő függvényében, a négy évszakban, Budapest térségében
ill. a hőmérsékletet mutatja az idő függvényében, a négy évszakban Budapest térségében. Ez utóbbiak segítséget nyújthatnak az energiahozam becsléséhez, mivel a besugárzás erőssége és a hőmérséklet jelentős hatással van a napelemmodulokra (1. előbb a napelemmedulak jelleggörbéinek alakulását a hőmérséklet függvényében).
5.2. Szélgenerátorok energiahozama 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 szélgenerátorok energiahozamát mutatjuk be az évi átlagos szélsebesség függvényében.
Az 5.1. táblázatban a napi, ill. havi energiahozamat 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).
1 kW-os névleges teljesítményű szélgenerátorral évente (az adott hely szélviszonyaitól függően) kb. min. 860 ... 1 OOO kW · h/év elektromos ener-
106
/ /
/ / /
./ ./ �
-
6 8 10 12 14 mérf!h 2,7 3,6 4,5 5,4 6,3 m/S
Évi átlagos szélsebesség
5.9. ábra. Az Air X 400 W-os szélgenerátorral termelhető havi energiamennyiség az évi átlagos
szélsebesség függvényében
:g 400 :c: �350 .,.,_300 O> �250 � 200 E ·� 150 � 100 � 50 =
� o
200 / /v
/ v -,...,_ /'
..,..
/ /
/ / /
/ v 100 -
l
S 4 6 8 1 O 12 14 16 18 mérf!h 1,8 2,7 3,6 4,5 5,4 6,3 7,2 8,0 m/S
5.10. ábra. A Whisper 100 (H-40), ill. Whisper 200 (H-80) szélgenerátorral termelhető 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 termelésére képes. Ez évente az igen szeles helyen meghaladhatja a 3700 kW · h/év értéket is, amely több mint 146,1 EF V év ELMŰ számlát válthat ki. Sajnos a szélenergia hasznosításának legnagyobb problémáját a szél teljesítőképességének az ingadozása jelenti. A szél szakaszosan hasznosítható, s nyolc napos folyamatos szélcsend is előfordulhat.
5.1. táblázat. Napi, ill. havi átlagos energiahozam a pillanatnyi szélsebesség függvényében, különböző teljesítményű szélgenerátorok esetében
l
Szélseb es-Napi átlag energiahozam, kW · h/nap
ség, m/s AIR X Whisper-200 Whisper-500 400 W 1000 w
4,0 0,5 3,4 4,5 0,7 4,5 4,9 1,0 5,7 5,4 1,3 6,9 5,8 1,5 8,0 6,3 1,8 9,1 6,7 2,1 10,2 7,2 2,5 11,2 7,6 2,8 12,0 8,1 3,2 12,8 8,5 3,6 13,5
5.3. Hibrid rendszerek energiahozama
3000 w
9,1 12,2 15,5 18,9 22,3 25,7 28,9 31,9 34,7 37,2 39,4
A hibrid rendszerekkel termelhető havi elektromos energia mennyiségére mutatnak példát az 5. 11. ábrán látható görbék.
Az energiahozamat többnyire az 1 kW-os teljesítményű rendszerekre adják meg. A legkedvezőtlenebb 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? T ény, hogy csak nyári használatnál (kisebb áramigénynél) a napelemes rendszer elegendő , egyébként mindenképpen a hibrid megoldás javasolt.
Szélgenerátor kiválasztásánál a szélsebességenkénti pillanatnyi és havi energiatermelési adatokat kell figyelembe vennünk.
5.4. Nap- és szélgeneráloros rendszerek főbb költségösszetevői, élettartamuk
A 12 V-os napgenerátoros autonóm rendszerek (1. a 2.2. ábra tömbvázlatát) beruházási költségösszetevőit a napgenerátor, az akkumulátor,
Szélsebes-Havi átlag energiahozam, kW · h/hó
ség, m/s AIR X W hisper-200 Whisper-500 400 w 1000 w 3000 w
a)
b)
c)
d)
4,0 4,5 4,9 5,4 5,8 6,3 6,7 7,2 7,6 8,1 8,5
15 103 22 136 30 171 38 206 46 241 55 274 64 306 74 335 85 361 96 385 107 406
2 3 4 5 Napi átlagos napfénytartam, óra
275 366 464 567 670 771 868 958 1041 1116 1182
<n-o O .c
g'? �� '9-""
"' --'=<O m·c;, E:;; �c:: �"'
WHISPER 100 és 300 W-os napelemmodul Átlagos szélsebesség, mérf/h, (m/s)
<n-o 6 (2,7) 9 (4) 12 (5,4) 15 (6,8) 18 (8) ��
........ 300 � . 200 '9� S
-zél .,............ Nap 100 5 .<.i "'=
o E :;; 2 3 4 5 6 ��
Napi átlagos napfénytartam, óra
WHISPER 200 és 400 W-os napelemmodul Átlagos szélsebesség, mérf/h, (m/s)
<n-o 6 (2 7) 9 (4) 12 (5,4) 15 (6 8) 18 (8) ��
�600 � . __.. 400 � �
-Szél ....".....- Nap 200 ,:: .<.i "'=
o E :;; 2 3 4 5 6 ��
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) ��
l liJd#1�!: �� 2 3 4 5 6 ��
Napi átlagos napfénytartam. óra
5. 11. ábra. Termelhető havi energiamennyiség
különböző teljesítményű nap- és szélgenerátoros hibrid rendszerek esetén
107
a töltésszabályozó és egyéb szerelési anyagok (mechanikus szerelvények, vezetékek, kapcsolók stb.) határozzák meg. A forgalmazók, rendszerfejleszlők és telepítők (lásd ott!) szinte minden teljesítményigény kielégítésére felkészültek. Kaphaták kis és közepes teljesítményű nap- és szélgeneráloros egységcsomagok.
Az 5. 12. ábrán példaként egy kempingezésre használt lakóautó 12 V feszültségű napelemmodulos tápellátó rendszere költségösszetevőinek megoszlását tüntettük fel. Az egység 160 W csúcsteljesítményű monokristályos napelemből, 160 A · h tárolóképességű akkumulátorból és 1 O A-es töltésszabályozóból épül fel. Beruházási összköltsége 1200,- Euro. A rendszer alkalmas 50 W teljesítményű 12 V-os kompakt fénycsövek, 12 V/60 W-os hűtőszekrény és 80 W-os ivóvízszivattyú üzemeltetésére.
A 2. fejezetben már bemutattunk egy 0,6 kW/nap energiaigényt kielégítő 12 V-os tápfeszültségellátó rendszert beruházási költségösszetevőivel együtt (1. 2.7. és 2. 8. ábrára vonatkozókat). A következő, 6. fejezetben további példákat mutatunk be.
Az 5. 13. ábrán példaként hétvégi ház áramellátására alkalmas nap- és szélgeneráloros
Egyéb 10%
5.12. ábra. 160 W teljesítményű napgenerátoros 12 V-os áramellátó rendszer költségösszetevőinek megoszlása
108
hibrid tápellátó rendszer költségösszetevőinek megoszlását láthatjuk. A teljes rendszer 1200 W csúcsteljesítményű napelemtábla-mezőből, 400 W-os szélgenerátorból, 650 W tartós teljesítményt szaigáitató benzinmaloros kiegészítő vésztartalék-generátorból (vagyis három különböző áramforrásból), 1000 A · h-ás tároló képességű 24 V-os akkumulátorból, nap- és szélgeneráloros töltésszabályozóból, 1 OOO W
tartós, 3500 W csúcsterhelhetőségű inverterből épül fel. A telepítési költségbe beszámítva a mechanikus szerelvényeket, vezetékeket, s egyéb villamos szerelvényeket, a teljes beruházási költség mintegy 20,- E Euró! tesz ki.
Nagyobb teljesítményű rendszerekre a következő, 6. fejezetben láthatunk példát.
Nap- és szélgeneráloros rendszerek élettartama. A nap- és szélgeneráloros rendszerek esetében 25 ... 30 éves élettartammal számolhatunk-, kivéve az akkumulátort. A felhasznált akkumulátor típusától függően a 30 éves élettartam során az akkumulátorcserére min. kétszer, legfeljebb hatszor kell sort keríteni. A kis teljesítményű szélgenerátorok működtetési és szervizköltsége elhanyagolható. Összesen kettő, három mozgó alkatrészből állnak (1. 3.2. fejezet).
Szalárakkumulátor
25% Benzinmaloros vésztartalék generátor 5%
5.13. ábra. Nap- és szélgeneráloros (1200 WP és 400 W) hibrid tápellátó rendszer költségösszetevőinek megoszlása
VILLÁMVÉDELEM A DEHN + SÖHNE BIZTONSÁGÁ VAL! ..-
DEHN + SÖHNE GMBH+ CO. KG HANS-DEHN STR. 1.
D-92306 NEUMARKT 1.
POSTFACH 1640
MAGYARORSZÁGI CÉGKÉPVISELET: H-2040 Budaörs, Bimbó u. 9. Tel.: 06-23-500-802 Fax: 06-23-500-803 Mobil: 06-30-914-4700 E-mail: [email protected]
TEL.: 00 49 9181 906 O
FAX: 00 49 9181 906 100
Sorszám: Védökészülék Típus Cikkszám
DEHNvenlil® TNC �
1. DV TNC 255 900 373 alternativ DEHNvent•IJ' TT DV TT 255 900 375
--•llernaliv DEHNvenul<& TNS DV TNS 255 900 374 2. NT Proleelor NT PRO 909 958 3. DEHNiall 230 FMl DR 230 FML 901 100 4. BLITZDUCTDR' CT ME 24 SCM MOD ME 24 919 523
i BLITZDUCTOR'00 CT Bázisrész BCT BAS 919 506 5. EPH SIO K12 563 200 6. : DE�Nguard®. TNS DG TNS 230 400 900 530
aliernailY DEHN9uard" TT DG TT 230 400 900 520 aliernalív DfBNguard & TNC DG TNC 230 400, 900 510
7. DEHNrarl 290 FMl DR 290 FML 901 100 8. DEHNirnk ISDN l OLIISDN l 929 024 9. BLITZDUCTOR" CT ME xx· BCT MOO ME XX 919 5)()(
: BLITZOUGTOR® CT Báztsresz BGT BAS 919 506 10. BLIZOUCTOR � CT ME XX· SCT MOO ME XX 919 5XX
BLITZOUCTOR1> CT Bázrsrész SCT BAS 919 506 11. S-Protector S PRO 909 821 12. - TV-�roleclor TV PRO 909 921 13. ISDN-Proleelor ISDN PRO 909 954
-
14. - UGKF BNC � UGKF BNC 929 010 15. DEHNsale DSA 230 LA 924 370 16.
- DEHNgale il 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
villámvédelem feladata változatlanul az, hogy a közvetlen
villámcsapást károkozás és gyújtóhatás-mentesen felfogja és a villámáramot, azaz a villámkisüléskor kiegyenlítődő
villamos töltéseket megfelelő keresztmetszetű és villamo
san jól vezető áramúton biztonságosan levezesse. Felfogó. Közvetlen villámcsapáskor a védendő épít
mény helyett minden esetben a felfogón képez biztonságos villámbecsapási talppontot, és ilyen módon megvédi
az épületet. Levezető. A felfogói összeköti a földelőveL Számuk
növelésével a páros számú és szimmetrikus elrendezésé
vel a Faraday kalicka hatás növelhető, mert ennek révén
a védett tér eredő gerjesztése csökken, és ezáltal a belső
tér elektromágneses zavarása is csökkenthető. Ezért a külső villámvédelem fokozatának növelése kívánatos!
Földelő. A villámhárító földelő berendezése a villám
hárítónak az a fémből készült vezetőtest része, amely vagy közvetlenül, vagy betonba ágyazott vezetők összes
ségeként érintkezik a talajjal, és a villámáramot levezeti a
földbe. A villámvédelmi földelőt és az érintésvédelmi földelőt az MSZ 172 és MSZ 274 előírásai szerint az EPH
főcsomópontban össze kell kötni! A földelő ellenállásának
rendszeres ellenőrző mérése céljából külön mérő-csatla-
kazó helyeket kell kialakítani, amelyek vizsgáló-összekötő
(bontható), vagy vizsgáló-csatlakozó (nem bontható) kell
legyenek.
Külső villámvédelmi szerelvények. A szigorított új
követelményeket az MSZ 274/1-4 szabvány és az EN
50164-1 szabvány együttesen írja a jövőben elő. Ennek
alapján csak szabványos és korrózióvédett villámvédelmi
szerelvényeket szabad beépíteni, amelyeknek a következő hatósági felülvizsgálalig (3, 6, ill. 9 évig) garantálni kell a
"villámhárító" megfelelő minőségét és megbízhatóságát!
Ezért a jövőben a helyszínen barkácsolt rozsdás beton
vasakat és egyéb korrózióvédelem nélküli villámvédelmi
szerelvényeket nem szabad beépíteni. Másodlagos veszélyek. Közvetett villámhatásokkal
szemben célszerű védeni az épületekben lévő elektroni
kus berendezéseket.
Az új MSZ 274 szabvány módosításai és a 2/2002 BM
rendelet az épület vagy építmény belső műszaki tartalma
és annak másodiagos villámhatás veszélyeztetettsége
(H1 ... H5) függvényében, ill. a várható másodiagos villámkár nagysága, a védelem létesítésének költségei és a
pénzben ki nem fejezhető villámkár következmények
figyelembevételével a belső villám- és túlfeszültség-véde
lem létesítésére öt fokozatot (BO ... B4) határoz meg!
6. Nap- és szélgeneráloros áramforrások a gyakorlatban
6.1. Kis teljesítményű szigetüzemű táprendszerek
Tervezési meggondolások. P éldaként tegyük fel, hogy 12 V-os tápfeszültségű elektromos fogyasztóink teljes fogyasztása 0,6 kW/nap, amelyeket alapvetően nyáron kívánunk működtetni horgásztanyánkon vagy hétvégi házunkban. Kérdés, hogy mekkora teljesítményű és hány napelemtáblával és mekkora tárolóképességű akkumulátorral tudjuk ezt a 0,6 kW/nap energiaigényt fogyasztóinknak (világítás, rádió, tv, kis házi vízellátó stb.) biztosítani? Felmerülhet továbbá, hogy ez a 0,6 kW/nap energiaigényünk négy felhős nap esetén is ki legyen elégítve. Az akkumulátornak elméletileg 4 nap x
600 W · h/nap = 2400 W · h energiát kell tárolnia. Ezért a 12 V-os névleges feszültségű akkumulátornak 2400 W · h/12 V = 200 A · h tárolóképességűnek kell lennie. A biztonságos,
"szü
netmentes" áramellátáshoz legalább 1 ,5-szeres szorzóval kell itt számolnunk. E szerint 300 A · h-s, vagyis 3 db párhuzamosan kapcsolt 100 vagy 130 A· h, tárolóképességű szolárakkumulátort kell használnunk.
A napelemmodulok közelítő számításánál abból kell kiindulnunk, hogy négy napsütéses nap alatt, a szokásos használat esetén fel kell tudnunk tölteni akkumulátorainkat még a négy nem napsütéses, vagyis felhős napra is. Felhasználásra 600 W · h, tárolásra 600 W · h, tehát összesen 1200 W · h energiára van szükségünk.
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 hatásfok miatt azonban a gyakorlatban 240 W/0,7 =
343 W összteljesítményű napelemmodul(ok)
110
alkalmazása válik szükségessé. Ez négy db 85 W (vagy 80 W), ill. 2 db 170 W-os (lásd még a 2. 7. ábra) teljesítményű párhuzamosan kapcsolt napelemtáblák használatával oldható meg.
A 85 W-os táblák 9 x 4 = 36 napelemcellából állnak, és max. 4,72 A leadására képesek. A BP-5170 típusú 170 W csúcsteljesítményű típusok 2 x 6 x 6 = 72 napelemcellából tevődnek össze (1. 3.7. ábra).
Ez a közelítő számítási eljárás a gyakorlatban jól bevált, a valóságban inkább egy kissé felültervezi 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 tápfeszültségellátó rendszer ismertetésekor bemutattuk (1. ott!).
A 4. 1. ábrán 12 V egyen- és 230 V váltakozó feszültséget szaigáitató napgenerátoros rendszert mutattunk be (lásd ott!).
6.2. Néhány kis teljesítményű autonóm áramellátó rendszer
A 6. 1. ábrán látható napelemes tápellátó rendszer 12 V-os kompakt fénycsövek és kisebb áramfelvételű fogyaszták (tv, villanyborotva stb.) tápellátására szolgálhat, pl. hétvégi házakban. Mivel csak 32 W-os napelemmodult használunk, ezért itt 2 db 64 A · h tárolóképességű akkumulátort kapcsoltunk párhuzamosan. Töltésszabályozóként 12 V /6 A-es típu st használtuk fel. Fontos, hogy a napelemtáblát feltétlenül földeljük le (villámvédelem).
-,-l
12 V-os kompakt fénycsövek
:B 12 V-os DC dugaszoló-l._l::::::====::::::(::llaljzat
230 V-os AC fogyasz-
l ""===' 'Y ' ' lókhoz
82,200 A
L Védőföld
Szolárrakkumulátorbank (12 V, 64 Ah)
12 V/230 V, 1000 W-os inverter (modifikált négyszöghullámú kimenet)
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 négy-
szöghullámú kimenet)
2,5 LE-ös aggre- Akkumulátorbank gátor (12 V-os 6 db (Exíde GC-2A 6 V-os savas DC kimenettel) ólomakkumulátor, 12 V, 660 Ah)
230 V-os energiaelosztó tábla kis megszakítákkal
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 használunk, mivel valamelyik akkumulátor meghibásodásakor (pl. cellazárlata stb.) csak egy db 6 V-os akkumulátor cseréje válik szükségessé. A napelemmodulokat feltétlenül földeljük le (villámvédelem!). Ugyancsak földelnünk kell a töltésszabályozót, invertert, az aggregátort és az elosztó tábla dobozát.
Az akkumulátorbank kimeneti kapcsaira egy szulfátoldó csatlakozik (F5), amely egyaránt szaigál a jó állapotú telepek jellemzőinek
l, A "'70 A
1 ... 2mA t, �s
6.3. ábra. Az elektronikus akkumulátoraktivátor
l töltő és 1 ... 2 mA-es kisütőáramának változása az idő függvényében 1 00 A · h tárolóképességű
akkumulátortelep esetén
111
javítására és a szulfátosság részleges megszüntetésére. E szulfátoldó visszatöltő impulzusainak és 1 . . . 2 mA-es kisütő áramának alakulása a 6.3. ábrán látható.
A 6.4. ábrán 4 db 85 W-os napelemtáblát alkalmaztunk, 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 tápfeszültséget 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)
24 V/12 V; 5 A-es DC/DC konverter
AC energiaelosztó tábla (15 A-es kismegszakítókkal, GFI hibaáram védőkapcsolóval)
6.4. ábra. 340 W DC oldali energiatermelésre képes 12V és 24 V DC, valamint 230 V AC feszültséget szel
gáltató napelemes rendszer
PV csatlakozódoboz
Szélgenerátor (Air 403, 24 V, 400 W)
;r::D
AC segédkapcsolótábla-mező (230 V, 15 A-es kismegsz.)
230 V-os fogyaszlókhoz
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 szolárakkumulátorbankból kialakított hibrid tápellátórendszerkialakítást szemléltetünk. A nagy tárolóképességű akkumulátorbank hosszú időtartamú áramellátási lehetőséget biztosít.
6.3. Tanyák, hegyvidéki települések önálló áramés vízellátása
Az önellátó, szigetüzemű, helyi energiafelhasználó gazdaságok, birtokok, tanyák és hegyvidéki települések ún. zártkörű rendszerében többnyire 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.
Bels6égésú mctorosi AC2 áramfejlesztő
Az energiaellátó hálózatra nem csatlakozó (autonóm) települések, pl. tanyák farmok, tengerben lévő szigetek településeinek stb. energiaellátása a szokásos elektromosenergia-felhasználáson (világítás, rádió, tv, hűtőszekrény stb.) túlmenően magában foglal egyéb igényeket is, mint pl. a használati meleg víz előállítását, szerszámgépek, darálók működtetését, vízszivattyúzást és még sorolhatnánk tovább. Megújuló energiaforrásokat használva, a rendelkezésre álló forrásokat optimális kihasználtság mellett oszthatjuk szét az egyes helyi felhasználék között. Ily módon csökkenthetjük a megtermelt energia szállításával, tárolásával kapcsolatos költség eket. A 6. 6. ábrán egy ilyen komplex energiaellátó rendszer tömbvázlatát tüntettük fel. Ennek főbb egységei a következők: 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 mértékben a változó nap- és szélenergiakínálattól függenek (l. előbb az 1. 4. és 1. 12. ábrát).
-� Ol Q)
a; �
Víz
Kút
6.6. ábra. Tanya, hegyvidéki település komplex energetikai rendszere
113
Egy ilyen, kb. havi 160 kW · h energiafogyasztás kielégítésére hazánkban 1500 W csúcsteljesítményű napelemtábla-mező és egy kisegítő, 400 W névleges (max. 630 W) teljesítményű szélgenerátor (1. 3.31. ábra) használata elégségesnek bizonyul. Szélgenerátorként AIR 400 Wos típu st választottunk (RT1), amely a szélerőtől függően kb. 15 ... 80 kW · h/hó elektromos energia termelésére képes. Ez a kis szélgenerátor egyszerűen a tetőre szerelhető, külön tartóoszlop 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 nyerik. Erre a célra hazánkban amerikai rendszerű, sűrű lapátozású vízhúzó szélmaiorokat használhatunk. Ezek a szélmalorak nem áramtermelő generátorokat hajtanak, hanem a lapátkerék (szélkerék) forgó mozgását kulisszás vagy excenteres hajtóművek alakítják át a mechanikus szivattyú által hasznosítható egyenes vonalú mozgássá. Membránszivattyú működtetésénél a hajtást közvetlenül a tengelyen kialakított excenterről viszik át.
A soklapátos típusok már 1 ,8 ... 1 ,9 m/s szélsebességnél indulnak és 2,2 m/s sebességnél már teljesítményt adnak le. Ez azt jelenti, hogy más gyártmányokkal összehasonlítva ugyanazon a helyszínen ezek az amerikai rendszerű, sűrű lapátozású szélmotorok éves szinten azonos névleges teljesítmény eselén is lényegesen több energiát tudnak termelni a nagyobb üzemóra következtében.
Hazánkban a NYÍR-ÖKO-WA TI Kft. (Gy?, RT11) AER 06, ill. AER 21 típusjelöléssei hordozható 12 1apátos, ill. 18 1apátos szélmotorral, közvetlen excenteres hajtással működteti a membrán szivattyúit (1. 6. 7. ábra). Ezek a vízhúzó szélmalorak egyedülálló megoldást kínálnak kistérségeknek, családi házak, mezőgazdasági kisvállalkozások, tarmak, tanyák, tulajdonosainak termőföldek 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 megépítésre. A szóban forgó két széirnotoros vízszivaltyú típus felhasználási területei: - víztárolók, csepegtető csöves öntözőrend
szer működtetése (fóliaházak, kiskertek, kertészetek); termőföldöntözés (többlet termést, jobb termékminőséget biztosít); legeltetéses állattartás fejlesztése (itatók, fürdők kialakítása, legelő öntözése); belvízvédelem, talajvízszint-szabályozás; szennyvízszállítás, tisztítás, levegőztetés (környezetvédelem); halastavak, holtágak, tározók, vizes élőhelyek életben tartása vízpótlással, levegőztetéssel; 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 szélsebességnél a szélből automatikusan kifordul, a mérséklődő 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 venni azt is, hogy ez a szélsebesség éves szinten 2600 ... 3100 óra időtartamban áll rendelkezésre. Ezek az adatok természetesen térben és időben jelentősen eltérhetnek egy-egy helyszínen.
A magyarországi vizsgálatok azt bizonyították, hogy ezen amerikai rendszerű, sűrű lapátozású, kis szélsebességnél (2,2 m/s) már közel a névleges teljesítményt leadni képes típusok az ország sík területein szinte bárhol eredményesen használhatók. Jó példák vannak arra, hogy eredményesen használhaták domb- és hegyvidéki körűlmények között is. Ekkor a lejtőn emelkedő, ill. a lejtőn felfelé irányuló szeleket használhatjuk fel.
6.4. Létesítmények önálló napelemes áramellátása
A napenergiás áramellátó rendszerek alkalmazhatók intézmények, termelőüzemek, családi házak 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 pályázatai segítségével a felére csökkenthető. Az EU irányelvei szerint Magyarországon a megújuló energiaforrások részarányának az energiamérlegben el kellene érnie a 12 %-ot. Ez az érték jelenleg 3,6 % alatt van. Ezért célszerű megismerni és kihasználni az Európai Uniós és a hazai pályázati lehetőségeket.
Ezek után kérdés, hogy mekkora beruházási költséget tesz ki pl. egy családi ház csupán napelemes rendszerrel történő elektromos áramellátása. A minél kisebb beruházási költségek céljából első közelítésként amorf szilícium modulok felhasználásával számoltunk. A 40 W csúcsteljesítményű, pl. BSC 40 modulok 1 kW/m2 energiájú nyári napsütés esetén max. 40 W elektromos teljesítmény leadására képesek. Egy ilyen napelemmodullal napi hat órás "napfénybefogás
" esetén mintegy
6 x 40 = 240 W · h elektromos energiát lehet naponta átlagosan megtermelni-, télen pedig
40 ... 50 W · h-t. Ezekből a napelemtáblákból több darabot összekötve, tetszőleges energiatermelő kapacitás érhető el.
A mintegy max. 3,2 kW DC oldali energiatermelés eléréséhez a rendszerkiépítés a következő 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 tárolóképességű akkumulátor),
- napelemmodulok felszereléséhez szükséges tartószerkezetek,
- elektromos kábelek, kapcsolók, biztosíták stb.
A rendszerkialakítással nyáron, napi 5 ... 6 órás napsütést feltételezve és a rendszerveszteségeket is figyelembe véve, naponta átlagosan mintegy 15 kW · h, télen pedig max. 3 kW · h energia termelhető meg. Az akkumulátorbankban 14 kW · h energia tárolható, a maximális terhelhetőség pedig 3 kW lehet.
Ezek az értékek kielégíthetik egy átlagos családi ház elektromosenergia-igényét, amennyiben nincs villamos fűtés vagy más extra fogyasztás. Megjegyezzük, nyáron igen előnyös lehet kisebb teljesítményfelvételű (pl. 2,6 kWos) 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.
T ény, hogy ezen napelemes rendszer termelte energia a téli hónapokban kevés lehet, ekkor vagy további napelemmodulokat kell telepíteni, vagy valamilyen kiegészítő áramforrást pl. szélgenerátort, dízelmotoros áramforrást (aggregátort) célszerű alkalmazni, amelynek teljesítménye 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 rendszerköltségnek 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 "napfénybefogás" érdekében. Mint már említettük a napelemtáblák dőlésszöge attól függően, hogy a nyári, a téli vagy egész éves időszakra optimalizáljuk az 30 ... 55° között változhat.
A napelemmodulok tetőre szerelésénél feltétlenül 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 szereléséhez 80 x 0,79 m2 = min. 65 m2 tetőfelület szükséges, amelynek teljes tömege szerelvényekkel együtt mintegy 80 x 13,5 kg = 1080 kg. A felszereléshez a gyártók speciális profilkialakítású, univerzálisan alkalmazható alumíniumtartót fejlesztettek ki (1. 3.17. ábra).
Amennyiben pl. BP585S vagy BP5170S típusú 85, ill. 170 W-os monokristályos napelemtáblákat 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, amelynek teljes tömege mintegy 418 kg.
A 3200 W DC oldali csúcsteljesítmény eléréséhez a 40 W-os napelemekből 80 db, a 85 W-os saturn technológiájú monokristályos napelemmodulokból már 3200/85 =38 db alkalmazása is elégséges, amelynek beszerzési költsége 38 x 11 O E Ft/ db = 4180 E Ft + 20 % áfa. A teljes rendszerköltség így mintegy kb. 4,8 millió Ft + 20 % áfa + telepítési, beüzemeltetési költség.
116
A kisebb költség érdekében, mint látható célszerűbb, ha amorf szilícium napelemmodulokat 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 hálózatra kapcsolt, arra visszatápláló napelemes, energiatárolás-mentes (akkumulátor nélküli) áramtermelő rendszerrel csökkenthetjük legjobban villanyszámlánkat A már ismertetett 80 db 40 W-os napelemmodullal felépített napelemes rendszerünk itt annyiban egyszerűsödik, hogy szolárakkumulátorokra és azok töltésére felügyelő töltésszabályozó áramkörre nincs szükség. A közüzemi hálózatra visszatápláló inverter 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 akkumulátorbankra nincs szükség, így a beruházási költség: 2,7 millió Ft + 20% áfa+ telepítési, beüzemelési költség. E rendszer fő előnye továbbá, hogy a szolárakkumulátorok hiányában, annak hatásfoka sokkal kedvezőbb.
Példaképp két további ilyen rendszert mutatunk 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 helyen foglalnak helyet. A legkedvezőbb "napfénybefogás" céljából a modulok négy fokozatban 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, 120 WP-os modulból kialakított napelemtábla-mező Csatlakozó
doboz
E:1EII1J=zs u:�sz
:�i
ó
:o
;30V -AA AA AA AA AA AA AA AA AA
-
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 kialakítások találhatók, l. pl. a 2.1. táblázatra vonatkozókat (F9, RT1, RT3, RT 4 és RT8).
Az ideális hálózatra visszatápláló, hosszú áthidalási idejű interaktív rendszer szolgáltatása: önellátás a kívánt mértékben a nap- és szélgenerátor (és a vésztartalék-áramforrás) által töltött akkumulátorbankról, a felesleges energia hálózatra táplálása.
A 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. A rendszer havi átlagban 900 kW · h energiát termel helyben fogyasztásra. A létesítmény teljesítményigénye max. 30 kW, áthidalási időtar-
tam 3 ... 24 óra. Az alsó képen hátul látható az 11 00 A · h tárolóképességű akkumulátorbank, a falon pedig a 30 kW-os OutBack töltésszabályozás inverter-rendszer. A 6. 11. ábrán szélgenerátor "beemelés" előtti, a 6.12. ábrán pedig daruval történő felemelési munkálatát láthatjuk. Végezetül a 6.13. ábra a már helyére felállított szélgenerátort mutatja.
A hálózatra visszatápláló rendszerek lelke a töltésszabályozóval egybeépített inverter. Legismertebb hazai típusai között említhető az előzőekben már bemutatott
"ZERO POWER"
megnevezésű invertercsalád (1. 3.61.ábra). A kaposvári Solar Electronic Kft. (RT5) a fenti 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
117
6.10. ábra. A budapesti Festo Irodaház nap- és szélgenerátoros szünetmentes áramellátó rendszere
(a felső képen a háttérben szélgenerátor és a lapos tetőn lévő napelemtáblák, az alsón pedig a "központ" látható, RT1)
6.11. ábra. A Whisper 500 3 kW teljesítményű
szélgenerátor a "beemelés" előtt (Festo Irodaház, Bp., lll. ker., Csillaghegyi út 37.)
118
6.12. ábra. A Whisper 500 3 kW teljesítményű
szélgenerátor daruval történő "beemelése"
(Festo lrodaház, Bp., lll. ker., RT1)
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 áramgenerátorként üzemel a töltésszabályozó és a beállított töltőárammal tölti az akkumulátorbankot A második fázis akkor kezdődik amikor az akkumulátorfeszültség 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 (kisülés) hatására az akkumulátor feszültsége 24,0 V alá kerül, akkor kezdődik újra az első ciklus. A teljes rendszert az automatikus munkapontbeállítású mikrokontroller (szabályozóegység) vezérli. A hálózati szinuszos feszültséget egy DC-DC és egy DC-AC átalakító állítja elő. A DCDC átalakító 24 V-ból 31 O V DC hídfeszültséget állít elő. Az átalakító a mikrokontroller által szabályozott, 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 szinuszos jelalak előállítása a kitöltési tényező szinuszfüggvény 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 félperiódusa alatt átkapcsol az inverter által előállított
Töltő
feszüliségre K2 SSR (Solid State Relay, szilárdtest-relé) kikapcsolásával és K1 SSR bekapcsolásával. A hálózati feszültség visszatérésekor a készülék szinkronozást végez, majd visszakapcsol a közüzemi hálózatra.
A szinuszos jelalak előállítása a kitöltési tényező modulációjával
mo,..- ��a; R!�a; ffiffig ,....NM COO>O> ,....,....,..... NNN MMM
++++ ++++ ++++ ++++ ++++
a) IUlJlJl 11l1l1lf IUlJlJl lf1flfU !UUlJl
A hálózatkimaradás lekezelése u,�
Uinverter
b)
6. 15. ábra. A szinuszos jelalak előállítása és a hálózatkimaradás lekezelése (RT5)
t•
Bs
Szabályozóegység
u_
� Napelem
modulokhoz, a-Si
'----y---" Akkubankhoz
(24 V)
·U· '-y-' �
Fogyasztékhoz Hálózathoz (230 V-)
6. 14. ábra. TPIN-1500 (ill. 3000) típusjelű 1 ,5 (ill. 3) kV · A-es töltésszabályozóval egybeépített inverter tömbvázlata (RT5)
119
Megjegyezzük, hogy a fogyasztói és a hálózati ágba iktatott 85 és 86 biztosíták közös kapcsolókarú kismegszakító-automaták. Túláram vagy zárlat esetén így mindkét vezetékág megszakad.
A közelmúltban jelentek meg a Dialog Center Kft.
(RT12) által fogalmazott W indslart szélgenerátor-rendszerek. Ezek a kínai gyártmányú rendszerek 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 szolgáltató feszültségátalakító) és meghatározott tárolóképességű akkumulátorbank ára is benne van. Példaképp említjük, hogy az 1 kW teljesítményű 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 energiatermelése 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 szélgenerátorak élettartama kb. 25 ... 30 év. Eközben az apróbb karbantartási munkák kivételével csak az akkumulátorokat kell 6 ... 8 évente kicserélni. A szélgenerátor esetében 25 ... 30 év után mindössze az állandó mágneses generátort kell cserélni. Megjegyezzük, hogy az elmúlt 1 O év alatt a villamos energia ára közel 360 %kal emelkedett!
6.16. ábra. 1 kW névleges kimeneti teljesítményű szélgenerátor (FDJ.0-1000, 1 kW-os modell) bemutató példánya, amely megtekinthető a Nádland Kft. telephelyén: Bp. VII., Jászberényi út 47/b.)
120
Egy 1 kW névleges kimeneti teljesítményű telepített szélgenerálort a 6. 16. ábrán láthatunk. Az említett komplett rendszerek rendelkeznek CE, valamint IS0-9001 tanúsítvánnyaL Hibrid rendszerként a nagyobb családi házak áramellátására az 1 kW-os szélgenerátor-rendszerek alkalmasak. A csak szélgenerátor-rendszerek esetében a min. 2 kW-os teljesítményű rendszerek ajánlatosak. A 200 W ... 1 kW névleges teljesítményű szélgenerátorok háztetőre telepítésénél építési engedélyt abban az esetben kell kérni, amennyiben a szélgenerátor 3 m-nél magasabbra nyúlik a tető fölé. Az ismertetett, komplett rendszerként szállított szélgenerátoros áramtermelő rendszerek megtérülési időtartama modelltől függően 5 ... 1 O év. Használhaták hálózatra visszatápláló és önellátó, autonom (szigetüzemű) rendszerként egyaránt.
Végezetül megemlítjük az egyik legkorszerűbb
"kis teljesítményű", 1 ,8 kW névleges teljesítményű, amerikai gyártmányú Skystream hátszélhajtású szélgenerálort (1. 6.17. ábra), amely hálózatra visszatápláló és szigetüzemmódra egyaránt alkalmas. Az igen nagy hatásfokú, csendes működésű hátszélhajtású generátor 5,4 m/s éves átlag szélsebességnél 400 kW · h/hó elektromos energia termelésére képes (RT1).
6. 17. ábra. 1 ,8 kW teljesítményű Skystream hátszélhajtású szélgenerátor és napelemmodulos hibrid rendszer (Skystream-lifestyle-baldino-solar,
RT1)
7. Gyártók, forgalmazók, rendszertervezők és -telepítők
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 lnvererek, komplett rendsJ'rek: 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]
F1 O 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: 1 085 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.
122
1211 Budapest, Jókai u. 32. Tel.: 06-1/420-9735 E-mail: [email protected]
F19 Stibel Eitron Kft. 1036 Budapest, Pacsirtamező u. 41. Tel.: 06-1/250-6055; E-mail: [email protected]
F20 Buderus Kft., 231 O 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: [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 (Vég hely Tamás) 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]
RT1 O 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