Napelemes rendszer tervezése

Egy napelemes rendszer tervezésének első lépése a telepíteni kívánt hely feltérképezése. Területi adottságok megvizsgálásra kerülnek, hova helyezhetőek el a napelem panelek. Itt figyelembe kell venni, hogy földre, vagy tetőre történik a telepítés. A legtöbb esetben tetőre történő kiépítés valósul meg. A tető adottságait figyelembe kell venni a tervezés során, melyek befolyásolják a rendszer éves hozamát. Ilyen befolyásoló tényező a tető dőlésszöge, ami ideális esetben kb. 30-35°, valamint a tájolása, ahol a déli tájolás esetén nyerhető ki legnagyobb teljesítmény rendszerünkből. A tető mérete szintén korlátozhatja az elhelyezhető napelem panelek darabszámát. Továbbá figyelembe kell venni a tető környezetét is, nincsenek-e esetleg árnyékoló tényezők, mint például egy fa lombkoronája vagy a szomszéd épület tetőszerkezete.

A helyszín megvizsgálása, és az elhelyezni kívánt terület ismerete után elkezdhető a rendszer méretezése. Ebben a szakaszban kerül meghatározásra, hogy mekkora az a napelemes rendszer, amely megfelelően el tudja látni az adott lakást villamos energiával. Ezt legegyszerűbben egy éves villanyszámla alapján lehet meghatározni.

Egy példán keresztül a bemutatása:

Tegyük fel, hogy a villanyszámlák alapján 5000kWh a lakás éves fogyasztása. 1kW teljesítményű rendszerrel általánosságba elmondható, hogy 1200kWh energia nyerhető ki éves szinten. Akkor az éves fogyasztást, az 1kW-os rendszer nyújtotta energiájával megbecsülhető, hogy hány kW-os rendszerre van szükség:

Ebből adódóan egy 4,2kW-os rendszerrel nullára kihozható a villanyszámla.

Az egyes napelem panelekből kinyerhető teljesítmény alapján pedig könnyen meghatározható, hogy hány napelemre van szükség. Leggyakrabban használt panelek esetén teljesítményük 280-350 W közé esnek.

Így például ha 280 W-os paneleket alkalmazunk, a rendszerhez teljes teljesítményt elosztva egy panel teljesítményével megkapható, hogy hány panelre van szükség:

Ebből látható, hogy 15 db napelem panel elhelyezésére van szükség a kívánt energia biztosítására.

A megvalósítás előtt meghatározásra kerül, hogy milyen típusú legyen az adott rendszer:

• Hálózatra csatlakozó rendszer,
• Szigetüzemű rendszer.

Leggyakrabban alkalmazott a szolgáltatói hálózatra csatlakozó rendszer típus. Ekkor a megfelelő engedélyeztetési folyamatok után egy ad-vesz mérőóra kerül beépítésre, mely képes mérni a fogyasztott, és termelt energiát. A szolgáltató egy éves szaldós elszámolást biztosít, ami azt jelenti, hogy a fogyasztott és a termelt energia különbségét kell megfizetni. Három lehetséges eset van. Első esetben a fogyasztás több, mint a betáplált mennyiség, ekkor a kettő közötti különbséget kell fizetni a szolgáltató irányába. Második esetben a fogyasztás megegyezik a betáplálással, ekkor a villanyóra áll, nincsen forgalom. Harmadik esetben a fogyasztás kisebb, mint a betáplálás, ekkor a szolgáltató fizet a betáplált mennyiség függvényében.
Nagy előnye ennek a típusú rendszernek, hogy működéséhez nincs szükség akkumulátorokra. Ez által a rendszer költsége lényegesen alacsonyabb.

A szigetüzemű rendszer teljesen függetlenül működik a szolgáltatói hálózattól, csak a napelemmel megtermelt energiára hagyatkozik. Működéséhez akkumulátortelep szükséges, melyet egy töltésszabályzó vezérel. Az akkumulátorok miatt a rendszer költsége igen nagy, valamint az akkumulátorok élettartalma is rövidebb a napelemek élettartamához képest. Telepítése olyan helyekre ajánlott, ahol nincsen kiépítve közcélú villamos hálózat, például tanyákon, vagy akár hajókon.

Ezután történik meg a rendszer elemeinek összeállítása.

Kiválasztásra kerül a napelem panelek típusa. Két legelterjedtebb típus:

• Monokristályos napelem,
• Polikristályos napelem.

Köztük legfőbb különbség a gyártási technológiájukban rejlik. A monokristályos cellákat szilícium olvadékba egy vékony henger alakú rudat mártogatással növesztenek, és ez egy tömbben dermed meg, amelyet nyolcszögletűre csiszolnak, és később korongokra szeletelnek így kialakítva formáját. A polikristályos cellát pedig egy grafitformába öntenek, és több kisebb kristályban dermednek meg, melyeket később lapokra vágnak, így kapva végső formájukat.

Monokristályos napelem előnye, hogy a hatásfoka valamivel magasabb kb. 15-19 % közötti érték. Viszont a szórt napfényt kevésbé tudja hasznosítani, mint a közvetlen napfényt, szemben a polikristályos típussal.

A polikristályos napelem hatásfoka habár valamivel alacsonyabb (csupán 1-2 %-al marad el) a monokristályos társától, viszont a szórt fényt is jól hasznosítja. Hazánkban legelterjedtebb cellatípus.

A következő egyik legfontosabb egysége a rendszernek az inverter.

Feladata, hogy a napelemek által termelt egyenáramot használható váltakozó árammá alakítsa, továbbá a panelek által termelt energia maximumának kinyerése. Az invertereket a következő szempontok szerint célszerű csoportosítani:

• Üzemmód szerint (Sziget üzemű, hálózatra csatlakozó),
• Teljesítmény szerint,
• Fázisok száma szerint (1 fázisú, 3 fázisú).

Ezt követően kell meghatározni a megfelelő védőeszközöket megszakítókat, túlfeszültség védelmet, mind az egyenáramú, mind a váltakozó áramú, tehát az inverter előtti és utáni oldalon. Továbbá méretezni a rendszerhez szükséges kábeleket, kiválasztani az egyenáramú, és váltakozó áramú oldalra használható kábeltípusokat.