Ugrás a tartalomhoz

Szolgáltatástechnika

dr. Barótfi István

Mezőgazda Kiadó

2.4. Egyéb energiaforrások

2.4. Egyéb energiaforrások

Természetesen az a legkényelmesebb, ha a gépek, berendezések üzemeltetéséhez valamilyen hálózatról áll rendelkezésünkre energia. Vannak azonban olyan esetek, amikor ezek mellett vagy helyett más energiaforrásról is gondoskodni kell. Ilyen lehet pl. egy kórház, ahol a meglevő gáz-, ill. villamosenergia-hálózat mellett is gondoskodni kell tartalék energiaforrásról, de ilyen lehet egy erdei nyaraló, egy étterem, ill. egy szálloda, ahol nem áll rendelkezésre hálózati energiaellátás, vagy esetleg költségtakarékosság miatt indokolt a hálózat kiépítése helyett lokális energiaforrásról gondoskodni. Az energiaigények kielégítésére általánosan használt villamos vagy gázhálózat mellett ilyen esetekben tároló rendszert vagy autonóm energiaforrást alkalmazhatnak. A tároló rendszerek és autonóm energiaforrások az adottságoktól és a célkitűzésektől függően rendkívül sokfélék lehetnek. A háztartástechnika keretében elsősorban a villamos és hőenergiát előállító rendszerek számíthatnak érdeklődésre, de az ilyen rendszerek is számosak. Ezért itt csak példaként két jelentősebb, ill. ígéretesebb ilyen rendszer – a tartályos gázellátó rendszerek, illetve a napenergiás autonóm áramforrások – rövid ismertetésére szorítkozunk.

2.4.1. A tárolt gázenergia felhasználása

Minden olyan esetben, ahol a vezetékes földgázszolgáltatás megvalósítása műszakilag és gazdaságossági szempontokat tekintve nem, vagy belátható időn belül nem valósítható meg, igen jó alternatívaként vehető figyelembe a tartályos gázellátó rendszer megvalósítása.

A rendszer kiválóan alkalmas kertes családi házak, üdülőingatlanok, energiaigényes ipari, mezőgazdasági üzemek, kommunális fogyasztók gázigényének kielégítésére, valamint településellátó rendszerek gázelosztó vezetékeinek forrásoldalát jelentő tartályparkjaként.

A tartályos gázellátó rendszer a gázelvétel szempontjából lehet

– csak gázfázisú (2.6. és 2.7. ábra),

– csak folyadékfázisú vagy

– gáz- és folyadékfázisú üzemre alkalmas kivitelű.

A gáz- és folyadékfázisú rendszerek kétféle kivitelben készülhetnek:

– kézi átállással (kezelő személyzet) gázfázisról folyadékfázisra és vissza, illetve

– automatikus átállásokkal (presszosztáttal).

Ez utóbbi különösen a föld alatti és a földdel takart, szigetelt tartályok passzív szigetelésének védelme szempontjából lényeges. Az üzemelés időtartama alatt a folyadékfázis hőmérsékletének 0°C (fagypont) fölötti üzemi hőmérsékletét az elvétel nagyságától és a kezelő személyzettől függetlenül, objektív módon biztosítani kell.

Felépítését tekintve főbb tartozékai:

– nyomástartó edény(ek) /tartályok/, azok esetenkénti tartályalapja(i),

– csatlakozó vezeték, mely gázfázisú elvétel esetén magában foglalja a gázfázisú ágban a csővezetéket, a nyomáscsökkentőt tartozékaival (gyorszárak, lefúvatók) együtt és a fogyasztói főelzárót. Folyadékfázisú elvétel esetén az elgőzölögtető berendezés, annak tartozékai és a hőközlő berendezés is a csatlakozó vezeték tartozékai,

– villámvédelem, sztatikus feltöltődés elleni védelem,

– aktív korrózióvédelem (föld alatti és földdel takart tartályok eseteiben,

– fogyasztói berendezés.

Nyomástartó edényeket készíthet hazai gyártó, hatósági engedéllyel és átvétellel, illetve beszerezhetők import útján, hatósági biztonságtechnikai behozatali engedéllyel.

Névleges térfogatukat tekintve a 3 és 5 m3-es nyomástartó edények középveszélyességűeknek, míg az ennél nagyobbak általában nagy veszélyességűeknek minősülnek a Nyomástartó Edények Biztonsági Szabályzata előírásai szerint.

Kialakításuk és elhelyezésük lehet:

– föld feletti (2.6. ábra),

– föld alatti (2.7. ábra),

– földdel takart (nem jellemző telepítési mód),

– épületben elhelyezett (nem jellemző telepítési mód).

2.6. ábra - Föld feletti tartályos rendszer

Föld feletti tartályos rendszer


2.7. ábra - Föld alatti tartályos rendszer

Föld alatti tartályos rendszer


A csak gázfázisú üzemmódú rendszerek kizárólag propángázzal, míg az elgőzölögtetős rendszerek (2.8. ábra) PB-gázzal üzemelnek, tekintettel a fizikai, kémiai tulajdonságaikra és a szélsőséges (–20 °C és –50 °C közötti) üzemi körülményekre.

2.8. ábra - Elpárologtatós rendszer 1. biztonsági lefúvató szelep; 2. színtjelző; 3. folyadékelvételi szelep; 4. gázelvételi szelep; 5. lefúvató szelep; 6. elzáró szerelvény; 7. ürítő szerelvény; 8. elgőzölögtető; 9. hőmérő; 10. elzáró szerelvény; 11. automata légtelenítő; 12. nyomásmérő; 13. termosztát min. hőfok; 14. biztonsági szelep fűtési kör; 15. nyomásmérő; 16. gázfázisú csővezeték; 17–18. elzáró szerelvény; 19. nyomásszabályozó; 20. elzáró szerelvény; 21. cseppleválasztó; 22. ürítő csap; 23. állvány (tartószerkezet)

Elpárologtatós rendszer 1. biztonsági lefúvató szelep; 2. színtjelző; 3. folyadékelvételi szelep; 4. gázelvételi szelep; 5. lefúvató szelep; 6. elzáró szerelvény; 7. ürítő szerelvény; 8. elgőzölögtető; 9. hőmérő; 10. elzáró szerelvény; 11. automata légtelenítő; 12. nyomásmérő; 13. termosztát min. hőfok; 14. biztonsági szelep fűtési kör; 15. nyomásmérő; 16. gázfázisú csővezeték; 17–18. elzáró szerelvény; 19. nyomásszabályozó; 20. elzáró szerelvény; 21. cseppleválasztó; 22. ürítő csap; 23. állvány (tartószerkezet)


A föld feletti tartályok max. töltési szintje 85%, míg a föld alatti és a földdel takart tartályoké 90% is lehet.

A folyadékfázis elgőzölögtetéséhez alkalmazott berendezések elektromos vagy melegvízfűtésűek lehetnek.

Teljesítményeiket tekintve széles tartományban (50 kg/h–700 kg/h) alkalmazhatók.

A rendszerek üzemi nyomása a 2 bart nem haladhatja meg. Kisnyomású üzem esetén célszerű kétfokozatú nyomásszabályozót alkalmazni a kondenzációs problémák kiküszöbölése érdekében.

A létesítés megkezdése előtt a gázértékesítővel megkötött szerződés alapján jogosult tervezővel kiviteli tervet kell készíttetni. A kiviteli tervhez a gázértékesítő nyilatkozata szükséges. A terv felülvizsgálata során a gázértékesítő műszaki biztonsági szempontból vizsgálja a tartályos gázellátás tervdokumentációját.

A nyilatkozatnak tartalmaznia kell a kivitelezésre való alkalmasságot. A nyomástartó edények létesítéséhez a területileg illetékes műszaki biztonsági felügyelet felállítási engedélye is szükséges. A hatóság helyszíni szemle alapján kiadja a használatbavételi engedélyt, ami alapján a rendszer gázzal való feltöltése megkezdődhet.

A csatlakozó vezeték és a fogyasztói berendezés átvétele műszaki biztonsági szempontból a gázértékesítő feladata, hasonló a vezetékes földgázszolgáltatás gyakorlatához.

2.4.1.1. Gáz értékesítése palackban

A töltet fajtájától és a palack kivitelétől függően az alábbi palacktípusok vannak forgalomban:

a) Turistapalackok

Alumíniumötvözetből vagy acélból készülnek. 0,5, 1,0, 2,0, 3,0 és 5 kg tömegű PB-gáz vagy bután töltet tárolására alkalmasak. Nyakrészükbe visszacsapó szelep van beépítve, melyet a rácsavart tartozék nyit meg. Ezeket a palackokat általában a kempingezésre kifejlesztett sokféle praktikus készülék (pl. lámpa, főző-, sütőkészülék stb.) és a hétvégi házak kerti berendezéseinek, valamint hobbiműhelyek eszközeihez szükséges gázigény kielégítéséhez használják.

A használatot megelőzően sem tervezés, sem engedélyeztetés nem szükséges. A létesítés nem tartozik a gázértékesítő műszaki biztonsági felügyelete alá.

b) Háztartási célra használt gázpalackok

A PB-gázzal töltött gázpalackokba tölthető maximális töltettömeg 11,5 kg és 23 kg lehet, míg a propángázzal töltött palackok maximális töltettömege 23 kg és 33 kg. A gázpalackoknak ki kell elégíteniük a Gázpalack Biztonsági Szabályzatban vagy a behozatali engedélyben előírt követelményeket. A 11,5 kg töltettömegű gázpalackok alumíniumból készülnek és a könnyű kezelhetőség, szállítás érdekében fogantyúval ellátott védősapkával vagy védőkosárral kerülnek kiadásra. A 23 kg töltettömegű gázpalackok alumíniumötvözetből vagy acélból készülnek, s palástjukon a palack gyártási falvastagságától függően egy vagy két piros csík jelzi a PB-gáz-töltetet.

Egyedi palackos gázellátás

Egy palackról, nyomáscsökkentő közbeiktatásával, flexibilis tömlővel, egyetlen gázfogyasztó készüléket (pl. gáztűzhely) táplálunk. Az ellátórendszer kialakítása külön tervezést és engedélyeztetést nem igényel.

Egypalackos vezetékes ellátórendszer

A palackot nyomáscsökkentő közbeiktatásával és flexibilis tömlővel egy csővezetékhez kell csatlakoztatni, melyről több gázfogyasztó készülék táplálható. Minden gázfogyasztó készülék elé elzáró szerelvény beépítése szükséges.

Vezetékes ellátórendszert akkor lehet létesíteni, ha szerelési vázlatát a gázértékesítő előzetesen jóváhagyta. A szerelési vázlatnak tartalmaznia kell a szomszédos helyiségeket is feltüntető alaprajzot és a függőleges csőtervet.

2.4.1.2. Palackcsoportos gázellátás

a) Palackcsoportos ellátórendszer gázfázisú elvétellel és palackonkénti nyomáscsökkentővel

Ez a változat a palackcsoportos ellátás legegyszerűbb megoldása. A létesítéssel kapcsolatos előírásokat az MSZ-09-96.0160-1990. ipari ágazati szabvány és a GOMBSZ IV. fejezete tartalmazzák. Két palackcsoportban (üzemelő és tartalék) maximálisan 5‑5 db palack üzemeltethető. A rendszer átváltószeleppel is szerelhető.

b) Palackcsoportos ellátórendszer gázfázisú elvétellel és központi nyomáscsökkentéssel (2.9. ábra)

2.9. ábra - Gázfázisú elvétellel üzemelő palackcsoport

Gázfázisú elvétellel üzemelő palackcsoport


Ebben az esetben az üzemelő és a tartalék palackcsoport egy-egy nagynyomású gyűjtőcsőre csatlakozik. Kisnyomású elvétel esetén kétfokozatú nyomásszabályozó beépítése szükséges, melynek gyorszárral és biztonsági szeleppel kell rendelkeznie. A tervezéssel kapcsolatos követelményeket az MSZ-09-96.0160-1990. ipari ágazati szabvány és a GOMBSZ IV. fejezete tartalmazzák.

c) Palackcsoportos ellátó rendszer folyadékfázisú elvétellel (2.10. ábra)

2.10. ábra - Folyadékfázisú elvétellel üzemelő palackcsoport

Folyadékfázisú elvétellel üzemelő palackcsoport


A palackcsoportos gázellátó rendszer folyadékfázisú elvétel esetén tartalmazza az elgőzölögtető berendezést is, a nagyobb gázelvétel érdekében. E változatokhoz már palackbuktató is tartozik.

Palackcsoportos gázellátó rendszereket gázértékesítő által felülvizsgált, kivitelezésre alkalmasnak minősített, jogosultsággal rendelkező tervezők által készített tervdokumentációk alapján lehet létrehozni. Az elgőzölögtető berendezést is tartalmazó rendszerek kialakításakor figyelembe kell venni az MSZ 7050/1. szabvány előírásait is. A létesítmény kivitelezője ugyanolyan jogosultsággal rendelkezzen, mint a csatlakozó vezetékek és fogyasztói berendezések létesítésére jogosult szerelők. A rendszer a gázforgalmazó jelenlétében történt eredményes műszaki átadási-átvételi eljárást követően kerülhet használatba vételre. A fogyasztó kötelessége az időszakos felülvizsgálatok elvégeztetéséről gondoskodni.

2.4.1.3. Ipari gázpalackok

A propángáz töltetű, 23 kg és 33 kg töltettömegű gázpalackokat a PB-gáz-palackoktól eltérően részben pirosra festve, propángáz felirattal és eltérő szelepcsatlakozással szállítják.

A 11 kg töltettömegű PB-gáz-palackok merülőcsöves gázpalackok, melyek folyadékfázisú elvétel mellett targoncák üzemanyag-ellátását biztosítják. A 23 kg és a 33 kg töltettömegű gázpalackok nagyobb teljesítményű háztartási, ipari vagy mezőgazdasági célú felhasználásra szolgálnak.

2.4.2. Villamos energia napenergiából

A napenergiából előállított villamos energia – mint autonóm energiaforrás – nyaralókban, turistaházakban vagy más, villamos hálózattól távol eső épületekben részben vagy egészben biztosíthatja a háztartások energiaellátását. Ma már a napenergiás rendszerek alkalmazását nemcsak környezetvédelmi szempontok, hanem megbízhatóságuk és gazdaságos üzemeltetésük is indokolják.

2.4.2.1. A napelemek elvi működése

A napelem vagy fotovillamos elem a nap sugárzási energiáját közvetlenül alakítja villamos energiává. Az energiaátalakítást a félvezető alapanyag végzi, mégpedig oly módon, hogy az elnyelt sugárzás közvetlenül villamos töltéseket hoz létre az anyagban, melyet a kialakított villamos tér szétválaszt, és a villamos áram a külső áramelvezető kontaktusokon keresztül elvezethető.

A ma gyártott és a napelemes áramforrásokban tömegesen alkalmazott napelemek szinte kizárólag szilícium alapanyagból készülnek. A szilícium földünkön a második leggyakrabban előforduló elem. Közismert előfordulási formája a homok, a szilícium-dioxid, melyet termikus-kémiai reakcióval redukálnak, majd tisztítanak.

A jelenleg alkalmazott és a közeljövőben alkalmazásra kerülő, hosszú élettartamú, nagy hatásfokú napelemek egykristályos, illetőleg polikristályos szilícium felhasználásával készülnek. A napelemek elvi felépítése a 2.11. ábrán látható.

2.11. ábra - A napelemek elvi felépítése

A napelemek elvi felépítése


A tisztított szilícium alapanyagot egykristállyá húzzák vagy polikristályos szerkezetnél grafit, illetőleg kerámiaformába öntik, majd ezt követően szeletelik. A szokásos diffúziós félvezető technológiai eljárásokkal alakítják ki a töltésszétválasztó réteget, és vákuum-, illetőleg szitanyomásos eljárással hozzák létre az áramelvezető kontaktusokat. A kedvezőbb hatásfokot optikailag illesztett reflexiócsökkentő bevonat és/vagy többszöri reflexió kialakításával, felületi texturálás alkalmazásával érik el.

Az így kialakított napelemek energiaátalakítási hatásfoka napjainkban már a 15–17%-ot is eléri. Laboratóriumi körülmények között azonban már 23,5% hatásfokú szilícium napelemek is készültek, sőt többrétegű napelemekkel 30% fölötti hatásfokot is mértek.

Az egyrétegű napelemek elvileg elérhető hatásfoka 27% körül van, de többrétegű konstrukciókkal egyes kutatók a 60% fölötti hatásfokot is megvalósíthatónak tartják.

A szokásos szilícium napelemek üresjárási feszültsége 0,55–0,65 V és rövidzárási árama 20–40 mA/cm2 között van.

A napelemeket általában nagyobb egységekbe, modulokba szerelik, melyekben az egyes elemeket sorosan, ritkábban vegyesen kapcsolják. A napelemmodulok szokásos névleges feszültsége 12 V, de készülnek kisebb és nagyobb – általában a szabvány feszültségsorhoz illeszkedő vagy átkapcsolható – névleges feszültségű modulok is. A napelemmodulok mérete a néhány száz négyzetcentimétertől a néhány négyzetméteres tartományba esik. Névleges teljesítménye néhány watt és néhány száz watt között van.

Az egyes gyártók egymástól általában eltérő konstrukciójú és méretű modulokat hoznak forgalomba. A napelemmodulokban a napelemek hermetikusan el vannak zárva a környezettől, és az alkalmazott konstrukciós anyagok megválasztásánál a komoly gyártók gondosan ügyelnek a tartósságra.

Hőkezelt, nagy szilárdságú és kis vastartalmú üveget használnak az első, megvilágított oldalon és szintén üveget, alumíniumot vagy speciális műanyagokat a hátsó oldal lezárására és védelmére. A napelemek az első és hátsó oldal között speciális, optikailag illesztett és időtálló műanyagba vannak beágyazva [etilvinilakrilát (EVA), polivinilbutirál (PVB) vagy speciális szilikongyanta].

A napelemmodulokat általában alumínium profilkeret zárja le, amelyen kialakított furatok vagy kiépített kötőelemek teszik lehetővé tartószerkezethez való rögzítésüket. Készülnek azonban alumíniumkeret nélküli vagy egyéb kialakítású – mint pl. tetőfedőelem (zsindely, cserép) – modulok is, ezek rögzítése vagy speciális rugalmas megfogási, ragasztási, ill. egyéb, a gyártó által javasolt rögzítési technológia alkalmazását teszi szükségessé.

A napelemmodulok villamos csatlakozása általában a hátsó oldalon kialakított, hermetikusan zárható csatlakozódobozban van, és a villamos vezeték sarusan vagy közvetlenül csatlakoztatható, csavaros szorítással. Készülnek azonban csatlakozó doboz nélküli napelemmodulok is, amelyek vagy csatlakozó vezetékkel vannak ellátva, vagy a modulon olyan kontaktusokat alakítanak ki, amelyekhez ellendarabbal vagy közvetlenül csatlakozhatók.

A korszerű napelemmodulok energiaátalakítási hatásfoka 15%, és élettartamuk legalább 30 év. A minőségi napelemmodul-gyártók általában 10 év garanciával szállítanak.

Meg kell említenünk, hogy más anyagokból és egyéb eljárásokkal is készülnek napelemek. Ezek közül ki kell emelni az amorf szilícium alapanyagú napelemeket, amelyek korszerű vékonyréteg technológiai eljárásokkal készülnek és akár görbült felületekre is kialakíthatók. Energia átalakítási hatásfokuk a kristályos eléréséhez nagyobb aktív felület szükséges.

Készítenek napelemeket GaAs (Gallium-Aranid), CuInSe (Réz-Indium-Diszelenium) CdTe (Kadmium-Tellurid) anyagokból is.

2.4.2.2. A napelemes rendszerek felépítése

A napelemes rendszerek a következő főbb egységeket tartalmazzák (2.12. ábra):

2.12. ábra - Napelemes áramforrás felépítése

Napelemes áramforrás felépítése


– egy vagy több napelemmodult,

– csatlakozódobozt,

– szabályozó elektronikát,

– akkumulátort vagy akkumulátorokat, ha az energiát tárolni kell,

– áramátalakítót, ha a fogyasztó váltakozó áramú.

A napelemek által termelt energia, amennyiben azonnal felhasználásra kerül, szabályozó elektronikán keresztül közvetlenül a fogyasztóhoz csatlakoztatható, ebben az esetben nem kell akkumulátorokat alkalmazni.

Általában a közvetlenül a villamos hálózatra dolgozó rendszerek sem igényelnek akkumulátorokat, mert a termelt villamos energia, amennyiben helyileg nem kerül felhasználásra, az áramátalakítón keresztül közvetlenül a hálózatba táplálható.

Ha azonban a termelt villamos energiát nem használják fel azonnal, tárolásáról gondoskodni kell. Ez akkumulátorok alkalmazásával oldható meg. Az akkumulátorok megfelelő töltéséről és a napelemekről történő szükségszerű leválasztásáról a szabályozó elektronika gondoskodik.

Az esetek többségében, főleg kisebb napelemes áramforrásoknál, a fogyasztók egyenfeszültségről működnek. Ez esetben áramátalakítót nem kell alkalmazni. A napelemeket megfelelő szilárdságú és az időjárási viszonyoknak megfelelő kialakítású mechanikus szerkezetre szerelik. A napelemek tájolása Földünk északi féltekéjén általában déli vagy közelítőleg déli irányú. A napelemek dőlésszögét általában nem szokták változtatni, bár az évszaknak megfelelő optimális dőlésszög beállítása energianyereséget jelent. A dőlésszöget a rögzített tájolású berendezéseknél a tervezés során kell meghatározni, az éves energiafelhasználás alakulásának függvényében.

Gyártanak napkövető szerkezeteket is, amelyek alkalmazása lehetővé teszi, hogy a napelemek mindig a legnagyobb energiát szolgáltassák. Ezek azonban többletköltségük miatt nem nagyon terjedtek el.

A napelem, az akkumulátor és a terhelés illesztésére szolgáló szabályozó elektronikák általában korszerű félvezetős eszközök, amelyeket az akkumulátortól és a napelemtől függetlenül helyeznek el.

Az áramátalakító szintén korszerű félvezető eszközök alkalmazásával készül, és elhelyezése a szabályozó elektronikához hasonló. Két éve megjelentek a napelemmodulba épített kis áramátalakítók. Ezeket általában a közvetlenül hálózatra csatlakozó berendezéseknél alkalmazzák.

A villamos energia tárolására szükséges akkumulátorokat általában külön, zárt térben célszerű elhelyezni, és amennyiben lehetséges, védeni kell a külső hőmérséklet-ingadozástól energiatárolási hatásfokuk és élettartamuk növelése érdekében.

A napelemes áramforrásoknál használt akkumulátorokkal szemben az alábbi igények fogalmazhatók meg:

– jó energiatárolási hatásfok,

– kis mértékű önkisülés,

– a mélykisütés tűrése,

– széles működésihőmérséklet-tartomány,

– karbantartást nem igénylő üzemelés,

– hosszú élettartam.

A gyártók igyekeznek valamennyi igény kielégítésére különféle típusokat a piacra dobni, azonban a megfogalmazott feltételek egyidejűleg csak nagyon kevés és drágán beszerezhető típus felel meg. Így az alkalmazástól függően a megfelelő típusok műszaki jellemzőinek és árának figyelembevételével célszerű gazdaságilag optimális kompromisszumot kötni.

A napelemes áramforrásokban alkalmazott akkumulátorokat az alábbi módon csoportosíthatjuk:

a) az energiatárolás elektrokémiai folyamataiban szerepet játszó főbb anyagai szerint az alkalmazott akkumulátorok

– nikkel-kadmium elektródú, lúgos elektrolitú akkumulátorok vagy

– savas elektrolitú ólomakkumulátorok;

b) a kivitelük szerint pedig

– nyitott vagy

– zárt (biztonsági szelepes) akkumulátorok.

A napelemes áramforrásokban alkalmazott nikkel-kadmium akkumulátorok főbb jellemzői az alábbiakban foglalhatók össze:

– a névleges cellafeszültség 1,2 V. Nagyobb feszültségigénynél a cellákat gyárilag vagy a felhasználásnál villamosan sorba kapcsolják;

– hosszú, akár 10 év és 500 feltöltési-kisütési ciklus feletti élettartam (egyes gyártók 20 évet is ígérnek);

– széles működésihőmérséklet-tartomány: –40 °C-tól +55 °C-ig;

– jó túltöltés- és mélykisütés-tűrés;

– gyors töltést és kisütést az ólomakkumulátornál jobban tűri;

– viszonylag magas önkisülés kb. 20%/hónap;

– általában az ólomakkumulátoroknál alacsonyabb töltés-kisütési energetikai hatásfok: kb. 80%;

– az ólom akkumulátornál kedvezőtlenebb fajlagos energiatároló képesség: 15–20 Wh/kg;

– az ólomakkumulátoroknál min. 50%-kal magasabb ár;

– zárt és nyitott kivitelben is gyártják.

A napelemes áramforrásokban alkalmazott ólomakkumulátorok főbb jellemzői az alábbiakban foglalhatók össze:

– a névleges cellafeszültség 2 V. Nagyobb feszültségigénynél a cellákat gyárilag, vagy a felhasználásnál villamosan sorba kapcsolják,

– mérsékelt élettartam, de jó ciklizálhatóság, típusoktól és az üzemmódtól függően 5–10 év, 500–1500 ciklus,

– mérsékelt működésihőmérséklet-tartomány: –20 °C tól +40 °C-ig,

– a túltöltést és mélykisütést egyáltalán nem tűri,

– a gyors töltést és kisütést csak megfelelő védelem mellett tűri,

– alacsony önkisülés: kb. 3%/hónap,

– kedvező töltés-kisütési energetikai hatásfok, akár 90% fölött is,

– kedvező fajlagos energiatároló képesség, akár 40 Wh/kg fölött is,

– a nikkel-kadmium akkumulátornál alacsonyabb ár,

– zárt és nyitott kivitelben is gyártják.

A napelemes áramforrásokban alkalmazott nyitott akkumulátorok főbb jellemzői az alábbiakban foglalhatók össze:

– műanyag, általában polipropilén ház,

– alacsony karbantartási igény, max. egyszer egy évben elektrolitszint és a kivezetések ellenőrzése, esetleg tisztítás és utántöltés,

– ára kedvezőbb, mint a zárté,

– pozícióérzékeny, csak álló helyzetben telepíthető,

– általában más berendezésektől elválasztottan, kellő szellőzés biztosítása mellett kell üzemeltetni,

– néhány Ah és néhány ezer Ah között széles választékban gyártják.

A napelemes áramforrásokban alkalmazott zárt akkumulátorok főbb jellemzői az alábbiakban foglalhatók össze:

– műanyag, általában polipropilén ház (kisebb nikkel-kadmium akkumulátoroknál fém ház),

– abszolút karbantartásmentes,

– drágább, mint a nyitott akkumulátor,

– általában tetszőleges pozícióban telepíthető,

– általában más berendezéssel egy, akár belső térben is korlátozás nélkül üzemeltethető,

– néhány tized Ah és néhány száz Ah között széles választékban gyártják.

2.4.2.3. A napelemes rendszerek alkalmazása

A napelem alkalmazásának hazánkban nincsenek meteorológiai korlátai. Bár kétségtelen, hogy a Napból éves viszonylatban beérkező sugárzási energia délen nagyobb, mint északon, csak úgy, mint bizonyos földrajzi környezetben, nagyobb tengerszint feletti magasságban – hacsak nincs valami speciális helyi időjárási körülmény. A hazai felhasználásnak reális lehetősége van (2.13. ábra).

A napelemes áramforrások széles hőmérséklet-tartományban képesek működni. A napelem fizikai jellemzőiből adódóan a hőmérséklet csökkenésével, azonos sugárzási viszonyok mellett, a szolgáltatott villamos teljesítmény növekszik. Így a téli időszakban, illetőleg északi országokban történő alkalmazásoknál ugyanaz a napelem azonos sugárzási feltételek mellett nagyobb teljesítményt nyújt, mint nyáron.

2.13. ábra - A Napból beérkező sugárzási energia havi átlagértékei Magyarország területén

A Napból beérkező sugárzási energia havi átlagértékei Magyarország területén


Az időjárás egyéb viszontagságai ellen, mint a szél, homok, hóviharok, megfelelő konstrukció kialakításával védekeznek. A hó, homok és egyéb szennyeződések lerakódását a napelemmodulok megfelelő dőlésszögű elhelyezése általában megakadályozza. A homok és általában a szennyező anyagok esetleges lerakódását a csapadék a legtöbb esetben eltávolítja. Erősen szennyezett környezetben vagy csapadékban szegény helyeken a napelemmodulok évente egy-kétszeri lemosása a legtöbb esetben elegendő.

A napelemek alkalmazása rendkívül sokrétű. Ennek érzékeltetésére példaként két jellegzetes alkalmazási módot mutatunk be.

Hálózati interaktív üzemben működő, decentralizált napelemes áramforrás elvi sémáját mutatja a 2.14. ábra. A napelemmodulok által termelt villamos energiát az áramátalakítón keresztül a belső villamos hálózatra tápláljuk. A belső fogyasztók által fel nem használt villamos energiát a hálózatba tápláljuk. Mérjük a napelemek által termelt villamos energiát, valamint a hálózatba táplált és a hálózatból felvett villamos energiát. A rendszer működése általában +/–10%-nál nagyobb hálózati feszültségingadozásnál leáll.

2.14. ábra - Hálózati interaktív üzemben működő decentralizált napelemes áramforrás

Hálózati interaktív üzemben működő decentralizált napelemes áramforrás


A hálózati villamos energia kimaradásakor a napelemes áramellátó rendszert automatikusan leválasztják a hálózatról.

A rendszer előnye, hogy nem igényel akkumulátorokat, hátránya, hogy a hálózati villamos energia kimaradásakor – miután energiatárolás nincs – nem nyerhetünk a rendszerből biztonsággal energiát.

Napelemes autonóm áramforrás elvi sémáját mutatja a 2.15. ábra. A napelemmodulok által termelt villamos energiát akkumulátorokban tároljuk, illetőleg a szabályozó elektronikán, valamint áramátalakítón keresztül a legfontosabb fogyasztókra kiépített belső autonóm hálózatba táplálják. Mérjük a napelemek által termelt, illetőleg az autonóm hálózatba táplált villamos energiát. Az autonóm hálózat az átkapcsoló segítségével a belső, 0,4 kV-os hálózattal összekapcsolható. Hálózati villamos energia kimaradásakor az autonóm hálózat energiaellátása napelemes áramforrásról történik.

2.15. ábra - Napelemes autonóm áramforrás

Napelemes autonóm áramforrás


A rendszer előnye, hogy a hálózati villamos energia kimaradásakor a legfontosabb fogyasztóknak a rendszerből energiát nyerhetünk. Hátránya, hogy akkumulátorokat igényel. Mindkét rendszer aktív eleme közös, a napelemmodulokból álló energiatermelő egység.

A napenergia felhasználásának széles köréből csak néhány példa:

Villamos hálózattól távol eső lakóházak, hétvégi házak, üdülők, turistaházak, tanyák, gazdasági épületek, létesítmények áramellátása.

Vízszivattyúzás áramellátása:

– ivó- és használativíz-ellátás,

– öntözés (csepegtetéses, vízátemelős),

– talajvíz-eltávolítás, vízmentesítés, szigetelés.

Biztonsági, vagyonvédelmi berendezések áramellátása:

– kihelyezett műtárgyak védelme,

– hétvégi házak, turistaházak, tanyák védelme.

Ivóvíz előállításához áramforrás:

– klórozóberendezés,

– ozmotikus sótalanítóberendezés.

Egyéb napenergiás berendezések működtetéséhez áramforrás:

– hőhasznosító napkollektorok hőszállító anyagának keringtetése (levegő, folyadék).

Hűtőberendezések áramforrása:

– stabil hűtőszekrény,

– mobilhűtőláda.