A napenergetikai rendszerek előnyeit számba véve terveztünk naperőművet a stratégiai tárolótelep tartályaira és szabadon hagyott földterületeinek hasznosítására. Kétrészes írásunkban bemutatjuk a naperőmű felépítését, a rendszerelemek szerepkörét, a speciális körülmények miatt alkalmazott egyedi megoldásokat, majd pedig a megtérülési számítások eredményeit.

BEVEZETÉS

Magyarország mindenkori kormányának bármely kül- vagy belpolitikai válsága esetére három hónapra elegendő üzemanyagraktárral kell rendelkeznie, melynek biztosítását stratégiai tárolótelepekkel végzi, ahol gázolajat és benzint tárolnak.

A telephelyen elhelyezett tartályok felülete és a tárolók körül – biztonsági előírások miatt – szabadon hagyott földterületek kiaknázatlan lehetőségeket rejtenek energiatermelés szempontjából. Az európai uniós direktíváknak és támogatásoknak, valamint a magyarországi kötelező átvételi rendszernek köszönhetően a telephelyek esetén megújuló energiaforrással üzemelő erőművek telepítését tartottuk előnyösnek. Az imént említett pozitívumok miatt munkánk során három telephely napenergetikai hasznosításával foglalkoztunk.

Mindhárom telephely energiafogyasztásának túlnyomó részét a villamos energia adja, így egy napelemes erőmű létesítése nagyon kedvező beruházást jelent. A tartályok 30 méter magasak, védőgyűrűvel kiegészített külső átmérőjük 41 méter, belső átmérőjük 36 méter. Minden tartályra szigorú tűzvédelmi előírás van életben, kiváltképp a benzint tároló berendezéseknél, azok robbanásveszélyt jelentő párolgása miatt (1. kép).

MEGÚJULÓ ENERGIAFORRÁS KIVÁLASZTÁSA

Természetesen egy innovatív projekt megvalósítása során rengeteg lehetőség van a környezettudatos fejlesztésre, azonban a napenergia és a fotovoltaikus modulok felhasználásának előnyei páratlanok a mai technológiák között. Az alternatív energiaforrások felhasználásában rejlő potenciált az Európai Unió sem a kontinensen, sem hazánkban nem tudta figyelmen kívül hagyni, ezért a megújulók részarányának növelését tűzte ki céljául. 2007-ben a tagországok elfogadták a 2020-ig megvalósítandó Európai Uniós Energia és Klíma Csomagot, mely az alábbi fő célkitűzéseket tartalmazza:

1. 20%-kal csökkenjenek az üvegházhatást okozó gázok az 1990-es szinthez képest;
2. 20%-ra növekedjen a megújuló energiafelhasználás részaránya;
3. 20%-kal növekedjen az energiahatékonyság.

Habár az Európai Uniós irányelv 13%-os megújulóenergia-részarányt rendelt el Magyarország számára 2020-ig, hazánk ennél magasabb célt tűzött ki saját maga számára, hiszen a Nemzeti Cselekvési Tervében (NCsT) 14,56%-ot vállalt. Mindez azt jelenti, hogy Magyarországon jelentős megújulóenergia-beruházásokat kell megvalósítani.

Ahogyan az az 1. ábrán is látható, Magyarország jelenleg teljesíti ugyan az egyes cselekvési tervekben megszabott értékeket, de azért, hogy tartani tudjuk az elképzeléseket az elkövetkező években, a megújulóenergiaforrás-kapacitások jelentős mértékű bővítésére van még szükség.

Ezért Magyarországnak olyan megújuló energiaforrások támogatásába kell fektetnie, amelyek létesítése rövid időn belül lezajlik, illetve nagymértékű energia állítható velük elő. A napelemes erőmű éppen ilyen, hiszen gyorsan telepíthető, a tereprendezéstől számítva egy-két hónapon belül már képes energia-visszatáplálására a hálózatba. Nem kell hosszú hónapokat, akár éveket várni, mire az erőmű elkészül, mint más típusú erőműveknél. A napelemes rendszerek könnyedén bővíthetők, ha nem szeretnénk a teljes beruházást megvalósítani, mert egyszerre túl nagy költséggel járna, vagy kezdetben szkeptikusak vagyunk a napelemes technológia iránt, akkor könnyedén megépíthetjük a tervezett méret felét, majd a későbbiekben hozzáépíthetünk. Manapság már olyan szerencsés helyzetben vagyunk, hogy a napelemes technológia jól kiismert, a kezdeti hibákat már kiküszöbölték, így egy igen megbízható és energiahatékony technológiára alapozhatunk. Kiváló példa Németország vagy Kína, ahol gombamód szaporodnak a hatalmas méretű napelemes erőművek, amelyek képesek lennének akár egész Magyarország energiaigényét fedezni.

Abban az esetben is ideális a napelemes erőmű, ha az idővel nőne az egyes telephelyek energiafelhasználása – akár az elektromos autók töltőállomásai miatt, akár egyéb villamosenergiával működő berendezések miatt –, és bővíteni szeretnénk a meglévő energiaforrás nagyságát.

A napelemes erőmű mindemellett alkalmas akár más energiaforrások melletti, együttes alkalmazásra is, ha később erre lenne igény.

A NAPELEMES RENDSZER FELÉPÍTÉSE

Egy napelemes erőmű négy főbb részből épül fel. A napból jövő sugárzást a napelemek hasznosítják, alakítják át egyenáramú villamos energiává. Az egyes napelemes modulokat a fémből kialakított tartószerkezetre rögzítjük. Ezt követően az energia egyenáramú vezetékeken keresztül jut el a napelemes rendszerek lelkéhez, az inverterhez, amely váltakozó árammá alakítja át a panelektől érkező egyenáramot.

A váltakozó áram már szabadon felhasználható a különböző eszközökhöz, berendezésekhez. A napelemek és az inverter közötti részt szokás DC oldalnak nevezni, hiszen ott DC, azaz egyenáram folyik. Az inverter és a hálózat közti részt szokás AC oldalnak, azaz váltakozó áramú oldalnak nevezni. A negyedik fő összetevő a villamosvédelmi rendszer, ami két kategóriára osztható, AC (váltakozó áramú) és DC (egyenáramú) védelem. Mindezek mellett fontos megemlíteni a transzformátor szerepét, amely lehetővé teszi a hálózatra való visszatáplálást.

Napelemmodul

Figyelembe véve a megvalósítás előrelátható időpontját, a technológia gyors fejlődése miatt munkánk során 320 Wp-es modul telepítését terveztük. Ezt azt jelenti, hogy a napelemes modul maximálisan 320 W teljesítmény leadására képes. A nap folyamán ez az érték változik, a besugárzástól és a hőmérséklettől függően. A panelek méretét szabvány írja elő, ezek alapján mérete 1640×992×40 mm. Egyenként, tartószerkezet nélkül kb. 18,5 kg tömegűek.

Élettartamuk 25–30 év. Az egyes paneleket együttesen, sztringekbe kötöttük. Egy sztring egységbe 15–25 napelemmodul került, amelyeket villamosan összekötöttünk egymással, így egy nagyobb egységként könnyebben kezelhetők voltak.

Tartószerkezet

A napelemmodulokat különböző tartószerkezetekre helyeztük el attól függően, hogy a tartályok tetejére kerülnek-e vagy pedig a szabad földre telepítjük. A két típus közötti eltérést a tartószerkezet lábainak hossza jelenti. Mindkét esetben déli tájolású, 35-os dőlésszögű minden modul. A tartályokra kerülő rendszerek tartószerkezeteit speciális kivitelezéssel terveztük, hiszen felületük nem egyenletes, hanem domború, emiatt a tartószerkezet lábainak hossza a sorokon belül is eltérő, követi a fedél vonalát. Mindemellett rögzítési technikájuk tervezése során figyelembe vettük a szélnyomás és a hóteher hatását, valamint a tűzvédelmi szabályok betartását (2–3. ábra).

Inverter

A tervezés során több típusú invertert is felhasználtunk, ugyanazon termékcsalád 100 kW, 75 kW, 25 kW és 20 kW teljesítményű termékeit. Fontos megjegyezni, hogy a megadott teljesítményértékek nem az AC oldalon maximálisan leadott teljesítményt jelentik.

Korábban már említettük, hogy a napelemes modulok maximális teljesítménye 320 Wp, azonban arra, hogy a modul Magyarországon a maximális teljesítményt adja le, ritkán van példa. Annak érdekében, hogy pontosan ki tudjuk számítani az egyes panelek leadott teljesítményét, számítógépes szimulációkat futtattunk.

A szoftver segítségével figyelembe vettük az elmúlt évek időjárási adatait, a települések elhelyezkedését, a napelemes rendszer tájolását és dőlésszögét. Ezek alapján igen pontos becslés születhetett arra, hogy az egész napelemes rendszer az évek alatt mennyi villamos energiát lesz képes visszatáplálni a hálózatba, és ezáltal mennyi idő alatt térül meg a befektetés. Az inverterek a földterületeken, valamint a tartályok tetején kerülnek elhelyezésre. Tartályonként két darab inverter elhelyezése volt szükséges, így összesen 40-45 kW teljesítményt képesek a hálózatba táplálni. Az invertereket mindig a tartószerkezetek alatt helyeztük el, így védve az időjárás viszontagságai elől, valamint hogy csökkentsük az egyenáramú vezetékek költségeit.

Villamos védelem

A rendszer hatékonyságánál is fontosabb a rendszer biztonsága, illetve, hogy a rendszer ne veszélyeztessen más berendezéseket vagy akár emberi életet.

A védelmi berendezésekkel elérjük, hogy a napelemes rendszer valamely alkatrészének meghibásodásakor ne az egész rendszert kelljen lekapcsolni, hanem csak a meghibásodott részt. Ez azért fontos, mert így hiba jelentkezése esetén sem kell tartanunk jelentős termelés kieséstől, így annak elhárításáig a napelemes erőmű többi része képes visszatáplálni a villamos energiát a hálózatba. Minden egyes inverterhez különböző védelmi eszközöket helyeztünk el, ezzel biztosítva, hogy hiba fellépése esetén csak az adott inverterhez tartozó részt kelljen üzemen kívül helyezni, a napelemes erőmű többi része gond nélkül üzemelhessen.

Túlfeszültséglevezetőből az inverter AC és DC oldalára is elhelyeztünk egyet-egyet. Ezzel nemcsak a villámtól védjük meg inverterünket és napelemes rendszerünket, hanem akár a napelemes modul hibás működése következtében megjelenő feszültségemelkedéstől, illetve a villamos hálózat felől érkező egyéb zavaroktól is. A DC oldalon minden egyes sztringhez elhelyeztünk egy olvadóbiztosítót, ezzel garantálva, hogy ne csak az inverterben ne tehessen kárt a zárlati áram, hanem a többi sztringben sem. Ha valamelyik sztringnél zárlati áram jelentkezik, akkor az olvadóbiztosító kiolvadásával csak a hibásan működő sztringet kapcsolja ki, a többi sztring üzemképes marad. Az inverter AC oldalán kismegszakító automatát helyeztünk el a zárlati és a túláram védelmének érdekében. Célszerűen elhelyeztünk villamos kapcsolót is, amellyel könnyedén lekapcsolhatjuk rendszerünk kívánt részét.

A cikk 2. részét következő számunkban közöljük.