A napelem panel a napelemes rendszerek egyik meghatározó eleme. Ez az egység teszi lehetővé, hogy a Nap fényenergiáját, vagyis a fotonokat villamos energiává tudjuk átalakítani, ami így felhasználhatóvá válik a háztartási berendezések, vagy akár ipari gépek működtetésére. A napelemre, napelemes rendszerekre több szinonimát is használ a piac. Az angol photo-voltaic (PV) szóból eredeztethető a hazánkban is használt fotovoltaikus szó, illetve a PV-module jelenti magát a napelem panelt. Amennyiben befektetésként tekintünk erre az eszközre, akkor fontos tisztában lennünk azzal, hogy háztartásunk fogyasztásának kielégítéséhez mekkora teljesítményre, vagyis hány darab napelem összekötésére van szükségünk. Ezen tényezők ismeretében pedig már egyszerűen meghatározható a megtérülési idő is.
A napelem panel felépítése
Még mielőtt a napelemek felépítéséről szót ejtenénk, fontos tisztázni, hogy a háztartásoknál leggyakrabban használt napelem panel két fő csoportba sorolható: monokristályos és polikristályos. Mindkét típusnak megvan a maga előnye, melyről a Napelem fajták bemutatása és összehasonlítása cikkünkben számoltunk be. Magyarországon és a világban általánosságban ezek a szilíciumkristályos napelemek terjedtek el.
A napelem panel 15x15 cm-es, 0,25 mm vastag cellákból épül fel. Ezek a napelem cellák két különböző, de egymással szorosan összekapcsolt, vékonyrétegű félvezető anyagot tartalmaznak. Ezek közül az egyik úgynevezett p-típusú (pozitív), a másik n-típusú (negatív) szennyezést kap. A félvezetők leggyakrabban szilíciumból készülnek, de folyamatos kutatások zajlanak a perovszkit nevű anyaggal is a jobb teljesítmény és hatékonyság elérése érdekében. Az n-típusú félvezető réteg kristályos szilíciumból készül, amelyet kis mennyiségben foszforral szennyeznek, így az anyag a rácsos kötésekben nem résztvevő, szabad elektronokkal képes rendelkezni. Éppen ezért lesz ez a negatív félvezető réteg. A p-típusú félvezetők szintén kristályos szilíciumból készülnek, viszont bórral szennyeznek, aminek köszönhetően elektronhiány lép fel az anyagon. Ennek okán lesz ez a pozitív félvezető. A két ellentétes töltésű félvezető réteg összeillesztésével a felületek közötti ellentétes töltés semlegesítődik, miközben közöttük feszültség jön létre.
Bár a szilícium rendkívül ellenálló anyag, a napelemekben a mindennapi használat során számos környezeti hatásnak van kitéve, ami ellen megfelelő védelmet kell biztosítani. A mechanikai hatások elleni védelem mellett szükséges a napelem villamos szigetelése is, amely eltérő lehet a napelem felépítése és gyártási technológiája függvényében.
A létrehozott napelem cellákat a gyártási folyamat következő lépésében sorba kötik egy fémszalaggal úgy, hogy a pozitív pólust hozzákötik a következő elem negatív pólusához. Ezeket a kötéseket általában forrasztással rögzítik. Az így létrehozott füzéreket stringnek nevezzük. Ezeket egy szélesebb fémszalaggal (buszokkal) kötik össze. A legtöbb napelem panel 60 vagy 72 db összekötött cellából áll.
Mivel a napelem panel működésének lényege a fény elnyelése, ezért a fényvisszaverődés csökkentése érdekében megfelelő felületi kiképzéseket is alkalmaznak. A szilícium esetén éppen ezért gyakorinak számító eljárás a felület oxidálása, ami egy átlátszó, vékony réteget jelent. Ezáltal a beeső fénynek nem csak a töredéke verődik vissza a felületről. A fényvisszaverő képesség tovább csökkenthető a szilícium réteg érdesítésével.
Az előállított napelemtáblát ezt követően hermetikusan lezárják, amihez EVA-kiöntőgyantát használnak. A gyártás során egy vékony réteg EVA-t visznek az üvegrétegre, ráhelyezik a szilícium réteget, majd egy újabb EVA réteg következik, végül a hátsó hordozóanyag, ami általában egy másik üveg- vagy műanyag réteg. Az így létrehozott napelem panel még nyomás alatt, magas hőmérsékleten laminálásra kerül. Ezt követően a modulokra (jellemzően azok hátoldalára) villamos csatlakozókat szerelnek. A bypass diódákat is a csatlakozódobozba építik be. Végül a modulok kapnak egy alumínium keretet, ami részben a védelem, részben pedig a napelem panel rögzítése miatt szükséges.
Érdekességképpen megjegyeznénk, hogy a piacon még viszonylag új terméknek számítanak, de egyre inkább elterjednek a bifaciális (kétoldalas) napelemek. Ez egy olyan napelem panel típus, amely nem rendelkezik műanyag hátlappal, hanem két ellenálló üveglap közé vannak zárva a napelem cellák. Ez pedig lehetővé teszi, hogy a modul mindkét oldalán befogadhassa és elektromos árammá alakíthassa a napfényt. Amennyiben többet szeretne megtudni erről a típusról és hasznosítási lehetőségeiről, akkor figyelmébe szeretnénk ajánlani a Kétoldalú napelemek forradalmasíthatják a napelemes piacot című cikkünket.
A napelem panel működése
A napfény, mint energia apró részecskékből, úgynevezett fotonokból áll. A napelemek a megfelelő hullámhosszúságú fényt hasznosítják, amely a pozitív- és a negatív tartomány közötti semlegesített zónába nyelődik el. Itt a fotonok energiájukat átadják a felületek elektronjainak, amelyek szabaddá válva mozognak és áramot gerjesztenek. A kimozdított elektronok helyén „lyukak” keletkeznek, amelyek szintén elmozdulhatnak. A folyamat során a kimozdított elektronok a negatív félvezető réteg felé, a lyukak pedig a pozitív félvezető réteg irányába fognak áramolni, és így jön létre egy elektromos tér és a feszültség. A napelemekhez csatlakoztatott külső áramkörrel az elektronok és lyukak a félvezetőn keresztül a cella tetején és alján elhelyezkedő fém csatlakozó felé (ellentétes irányba) áramolnak, ahol feltöltődnek a külső áramkör másik oldaláról.
Egy napelemes rendszernél a soros kötés során a napelem panel feszültsége összeadódik, így gyakorlatilag bármekkora fogyasztás kielégítése lehetővé tehető megfelelő telepítési felület rendelkezésre állása esetén.
A panel főbb jellemzői és szerepe a napelemes rendszerben
Bár a legtöbben az invertert tartják a napelemes rendszerek szívének, de az energiatermelés nem valósulhatna meg a napelemek nélkül. Ahogy a korábbi fejezetben már utaltunk rá a napelemek összetétele és a bennük lezajló fizikai folyamatok révén válik lehetővé az elektromos áram előállítása. Összefoglalóan azt mondhatjuk, hogy a napelem panel működése során a beérkező napfényt alakítja át elektromos árammá. Fontos tudni, hogy a sorba kötött napelemek egyenáramot állítanak elő, ami csak igen kevés berendezés ellátását teszik lehetővé közvetlenül. A váltakozó áram előállításához szükséges egy inverter is, ami már olyan energiát közvetít, ami a háztartási berendezések számára is megfelelő.
Fontos, hogy a megfelelő minőségű napelem panel kerüljön kiválasztásra, hiszen a cél az, hogy évtizedeken át termelje a zöld áramot. Mivel ezek a modulok állandóan ki vannak téve a környezeti elemeknek, ezért rendkívüli ellenálló képességgel kell rendelkezniük.
Amennyiben az inverterek működésében is el szeretne mélyedni, akkor azt megteheti a Napelem inverter működése egyszerűen, érthetően című cikkünkben.
A napelem panel élettartama hosszú, több évtizedes időszakot ölel fel. Ne tévesszen meg senkit, hogy a gyártók 20-25 éves időszakot adnak meg termelési garanciaként, hiszen ez nem a termék életciklusát jelzi, hanem a garantált teljesítmény megtartását. Világszerte működnek olyan korai technológiás napelemek, amelyek már a 30. életévüket is betöltötték, ráadásul teljesítményük alig csökkent a három évtized alatt. Így kijelenthető, hogy egy napelem panel élettartam jóval meghaladja a gyártói becsléseket. Nem beszélve arról, hogy ez idő alatt a rendszer ára már többszörösen is megtérül.
A napelem panel ár az utóbbi években jelentősen csökkent a meginduló tömegtermelésnek köszönhetően. Ezzel pedig egyre többek számára nyílt lehetőség arra, hogy saját napelemes rendszert vásárolhassanak. Az utóbbi időszakban ugyanakkor felmerült problémaként, hogy több, a modulok alapanyagát képező anyag (üveg, fémek, szilícium) ára jelentősen megdrágult. Mindez azt is jelenti, hogy a napelem panel ár újabb változás előtt áll. Fontos megjegyezni, hogy a napelem panel ár nem csak a gyártóktól függ, hanem attól is, hogy milyen technológiával készültek (mono-/polikristályos, bifaciális stb.).
A napelem panel tisztítása fontos abból a szempontból, hogy a rendszer termelőképessége egyenletes legyen. Jó hír, hogy a modulok tisztítását az eső természetes úton is megteszi. Amennyiben viszont a csapadékhiányos időszakban mégis szükségessé válik a napelem panel tisztítása, akkor azt mindenképpen bízzuk szakemberekre.
A napelem panel teljesítménye és a szükséges napelem panelszám kiszámítása
Amennyiben minden feltétel adott ahhoz, hogy napelemes rendszert telepíthessünk a háztetőre, akkor szükséges tudnunk, hogy mekkora rendszerre is van szükségünk, illetve hány darab napelem panel rögzíthető fel. A megfelelő mennyiség meghatározását egy példán keresztül vezetjük le.
Először is ismernünk kell háztartásunk éves áramfogyasztását. Ezt az éves elszámoló számlából tudhatjuk meg. Amennyiben tudjuk azt, hogy további nagyfogyasztók (pl.: infrapanel, klíma) is beépítésére kerülnek a későbbiekben, akkor érdemes azok energiaigényével is előre számolni, és már egy nagyobb rendszert létrehozni, vagy a bővítési lehetőséget előkészítetni.
Egy átlagos családi ház éves áramfogyasztása nagyjából 3-4000 kWh. Az egyszerűség kedvéért számoljunk havi 300 kWh, vagyis évi 3600 kWh fogyasztással. Egy 1 kWp teljesítményű napelemes rendszer optimális esetben 1100-1200 kWh villamos energiát termel évente, vagyis 1200-zal kell elosztanunk az éves fogyasztásunkat ahhoz, hogy megkapjuk mekkora névleges teljesítményű rendszerre is lesz szükségünk.
3600 kWh / 1200 = 3 kWp
A számítás alapján a megjelölt fogyasztás kielégítéséhez optimális körülmények esetén elegendő lehet egy 3 kWp-es napelemes rendszer. A 3 kWp, vagyis 3000 Wp esetében pedig már egyszerűen kiszámolható az is, hogy hány darab napelemre lesz szükség. Tudni érdemes, hogy a technológia folyamatosan fejlődik, és a gyártók egyre újabb és nagyobb teljesítményű napelemeket gyártanak. A piacon kapható napelem panel teljesítménye így eltérő lehet, vagyis más-más mennyiségre lehet szükség. Például:
- 280 Wp teljesítményű panel esetén 11 darabbal 3080 Wp teljesítményt érhetünk el, míg ha
- 340 Wp a napelem panel teljesítménye, akkor elegendő 9 darab is, aminek 3060 kWp az összesített kapacitása.
Nem kell megijedni attól, hogy az inverter névleges teljesítményét néhány wattal meghaladja a napelemek összteljesítménye, mert ezek a berendezések úgy vannak kalibrálva, hogy könnyedén megbirkózzanak 10-20%-os túlterheléssel is.
A napelem panel teljesítménye a technológia fejlődésével folyamatosan változik. A gyártók szinte versenyeznek azért, hogy minél nagyobb teljesítményű modult hozzanak létre. Ennek ellenére a javaslatunk az, hogy ne a napelem panel teljesítménye legyen a meghatározó, hanem a márka megbízhatósága. Ajánlott informálódni a piacon a gyártók és aktuális termékeik után. Minden időszaknak megvan a maga trendje és a jellemző napelem panel teljesítménye (névleges teljesítmény). Egy-két évvel ezelőtt még a 280 Wp-es napelemek számítottak a piacon leginkább elterjedtnek, jelenleg viszont a helyüket átvették már a 340-375 Wp-es modulok.
A kellő és felszerelhető napelem panel számot azonban még több tényező is befolyásolhatja. Ilyen faktor például a rendelkezésre álló tetőfelület nagysága. Ezért a napelem panel méret határozza meg elsősorban, hogy hány darabot tudunk egymás mellé, vagy fölé helyezni. A napelem panel méret pedig eltérő lehet. A leggyakrabban használt napelem panel méret 60 cellás esetében a 990 x 1650 x 25/40 mm, vagy a 72 cellás 990 x 1980 x 35/40 mm. Vagyis nagyjából 1,6-2 m²-rel kell számolni egy modul esetében.
A napelemes rendszerek felszerelésénél kiemelten fontos szempont az adott épület és a tetőszerkezet állékonysága. A tetőnek el kell bírnia a rendszert, ezért valahol a napelem panel súly is meghatározó tényező a felszerelhető darabszámot illetően.
A szükségesen felszerelendő napelem panel számot a tető kitettsége is befolyásolhatja. A fent felvázolt számítás egy optimális déli kitettség esetén érvényes. Érdemes tisztában lenni azzal, hogy a napelemes rendszer hatásfoka eltérő lehet a tájolás függvényében. Egy dél-keleti és dél-nyugati tájolás esetében a telepített rendszer csak 95%-on, keleti és nyugati tájolásnál 80%-on teljesít. Ilyenkor érdemes több panellel számolni, hogy a szükséges energia biztosan megtermelhető legyen.
A megfelelő panelszám kiszámításához mindenképpen vegyük igénybe szakember segítségét! A laikus vásárlók ugyanis nem vesznek számba minden befolyásoló tényezőt, amire a több éves tapasztalattal rendelkező tervező azonnal felfigyel.
A környezet védelméhez Ön is hozzájárulhat azzal, ha napelemes rendszert alakít ki. Amennyiben Ön is szeretne saját napelemes rendszert, kérjen ajánlatot! Az ingyenes kalkulációt követően 15 percen belül részletes, személyre szabott árajánlatot küldünk Önnek.
