A napenergia hasznosítása a magastetőn

852
1. kép. Kerámia tetőcserépfedésbe integrált napelemrendszer

Milyen napelemes rendszert válasszunk?

A környezeti és gazdasági hatásoknak köszönhetően napjainkban egyre fontosabbá válik a fenntartható alternatív energiaforrások alkalmazása. Ezek közül az egyik legelterjedtebb a napenergia hasznosítása, amelynek segítségével az addig kihasználatlan tetőfelületeket is új funkcióval láthatjuk el.

Ahhoz, hogy el tudjunk igazodni a nap­elemes rendszerek között, érdemes megis­merni a legújabb tetősíkba integrált és az ún. mikroinverteres rendszerek legfonto­sabb tulajdonságait és előnyeit (1. kép).

A Nap energiáját többféle módon is hasz­nosíthatjuk. A napkollektorok eseté­ben zárt csövekben áramló folyadékot vagy gázt melegítünk fel, de a napener­gia hasznosítható úgy is, hogy abból köz­vetlenül elektromos áramot állítunk elő. Erre szolgálnak a napelemrendszerek, amelyekben (az ún. fotovoltaikus hatás révén) a szilícium félvezető cellák elekt­romos egyenáramot állítanak elő. Ez az áram változatosan felhasználható: világí­tásra, elektronikai berendezések üzemel­tetésére vagy akár hűtésre és fűtésre is, így egyre több épületen jelennek meg a napelemrendszerek.

TETŐSÍK FÖLÉ SZERELT ÉS TETŐSÍKBA INTEGRÁLT RENDSZEREK

A magastetőkön a fotovoltaikus cellá­kat tartalmazó napelemmodulokat jellem­zően a tetőhéjazat fölé szerelik, a héjaza­ton átvezetett tartókonzolokra. Az ilyen rendszerek kevésbé esztétikusak, a hó és szél hatásának jobban kitett szerkezetek, a tartókonzolok átvezetései pedig sokszor komoly beázási kockázatot is jelentenek. Szerencsére léteznek olyan gyártói megol­dások (pl. az öntött alumíniumból készült cserepekre szerelhető tartók), amelyek segítségével a tartókonzolok átvezetése biztonságosan megoldható a cserepek hornyainak átvágása nélkül (2. a-b. kép).

2. a-b. kép. A tetősík fölé szerelt napelemrendszer tartói: a szellőző cserép alatt kivezetett (balra) és az öntött
alumíniumból készült cserépre szerelt (jobbra) napelemtartó

A napelem által termelt áramot elvezető elektromos kábeleket is át kell vezetni a tető héjazatán, sőt egyúttal az alatta elhe­lyezkedő alátéthéjazaton is: az átvezetést ebben az esetben is úgy kell megoldani, hogy az később se jelenthessen potenciális beázási pontot.

A rögzítések és a kábelek héjazaton történő átvezetésének problémáit a tetősíkba integ­rált rendszerek megjelenése küszöbölte ki. A napelemmodulok tetősíkba integrálása egyúttal esztétikusabb, valamint a szélnek és a hó hatásának jobban ellenálló megol­dást kínál. Az ilyen rendszerek ugyanak­kor általában csak egy-egy cserépmodell­hez illeszkedő hosszanti modulokból vagy a tetőcserépre ragasztott napelemcellákból állnak – mindkét megoldás esetén szá­molni kell a fajlagosan sok kábelcsatlako­zás szükségességével, ami növeli az esetle­ges meghibásodások, így akár a tűzveszély kockázatát is (3 a-b. kép).

3. a-b. kép. Tetősíkba integrált napelemrendszerek: hosszanti modulok (balra) és tetőcserépre ragasztott modulok (jobbra)

A tetősíkba integrált rendszerek speciá­lis változata az alátétszerkezettel integ­rált napelemrendszer, amely lehetővé teszi a hagyományos méretű napelemmodulok héjazatba történő beépítését. Ennek köszönhetően minimalizálható a csatlako­zók száma, jól megoldható a napelemmodulok hátoldali hűtése (így nagy meleg­ben is elkerülhető a teljesítmény romlása, egyúttal növelhető a cellák élettartama is), továbbá lehetővé teszi a csatlakozást bármi­lyen tetőcserépmodellel (4. kép).

4. kép. Alátétszerkezettel a tetősíkba integrált napelemrendszer

STRING INVERTER ÉS MIKROINVERTER

A napelemmodulok az elhelyezésük­től függetlenül mindig egyenáramot állí­tanak elő, amelyet váltakozó árammá kell alakítani, mielőtt az épület elektromos hálózatára csatlakoznánk. Erre szolgál az inverter nevű berendezés, ami a napelemes rendszerek egyik legfontosabb alkatrésze.

A hagyományos (ún. „string”) inverterekkel készülő rendszerekben a napelem-modulok egymáshoz sorosan csatlakoz­nak, az inverter pedig méretéből adó­dóan nem a tetőhéjazat rétegeiben, hanem az épület belsejében vagy a tetőtérben helyezkedik el.

Az ún. mikroinvertereket alkalmazó rend­szerekben napelemmodulonként egy-egy mikroinverter felelős az átalakításért, ame­lyeket egymáshoz párhuzamosan csatlakoz­tatunk. Ennek egyik legnagyobb előnye, hogy az árnyékhatásból keletkező teljesít­ményvesztés csak lokálisan jelentkezik, így csak az árnyékba kerülő modul teljesít­ményromlásával kell számolni (1. ábra).

1. ábra. Árnyékhatás a string (balra) és a mikroinverteres (jobbra) rendszerekben

A mikroinverterek további előnye, hogy kis méretük miatt közvetlenül a napelemmodulok mögé is elhelyezhetők, az egyenáram átalakítása tehát már itt megtör­ténik, így a tetőszerkezeten nem szükséges átvezetni egy viszonylag magas feszültségű egyenáramú kábelt, csupán a váltakozó áramú kábel átvezetését kell megoldani. Ez tovább csökkenti a tűzveszély kockáza­tát olyannyira, hogy a mikroinverteres nap­elem-rendszerekhez nincs is szükség tűzeseti leválasztó beépítésére (2. ábra).

2. ábra. Elektromos feszültség a string (balra) és a mikroinverteres (jobbra) rendszerekben

Az inverter típusának és minőségének megválasztása kiemelten fontos szem­pont, hiszen ezek élettartama nagyban befolyásolja a napelemrendszer megtérü­lési idejét. Ebből a szempontból is előnyös választás a mikroinverterek használata, hiszen ezeknél az egyszerű kialakítás és a kisebb terhelés miatt hosszabb élettar­tammal és csekély meghibásodási rátával lehet számolni.

A napelemmodulok és azok elhelyezke­dése, valamint az inverterek típusa mellett további fontos szempont a rendszer bővít­hetősége, fejleszthetősége, illetve az eset­leges akkumulátoros kiegészítés lehető­sége is. Mindezek figyelembevételével gondoskodhatunk arról, hogy az épület energiaellátásáért felelős napelemrendszer a jövőben is megbízható forrása legyen a környezetbarát megújuló energiának.

Zajácz András alkalmazástechnikus
CREATON South-East Europe Kft.