2018/2.

Átírás

1 1

2 Véghely Tamás Napelemes rendszerek villamos berendezései 2 Budapest, 2014

3 Szerző: Véghely Tamás okl. villamosmérnök Lektorálta: EUR. ING. Dr. Petre András okl. villamosmérnök, euromérnök Borítófotó: SAFA Képügynökség Véghely Tamás Minden jog fenntartva. Jelen könyvet, ill. annak részeit tilos reprodukálni, adatrögzítő rendszerben tárolni, bármilyen formában vagy eszközzel elektronikus, mechanikus, fényképészeti úton vagy más módon közölni a kiadó és a szerző engedélye nélkül. A közölt hirdetések anyagáért a hirdető cégek felelnek. ISBN ISSN

4 Ajánlom a könyvet Fodor Sándor emlékének 4

5 Köszönet Köszönet szüleimnek és családomnak. Köszönet mindazon olvasóinknak, akik megvették, elolvasták és alkalmazzák a könyvben leírt javaslatokat, és így hozzájárulnak a szakágazat fejlődéséhez. Köszönet mindazon közreműködőknek, kereskedőknek, gyártóknak, akik hasznos tanácsaikkal, szakmai tapasztalatuk megosztásával emelték a könyv színvonalát. Köszönet illeti név szerint a következő kollégákat, szakértőket segítségükért és hasznos tanácsaikért: Harsányi Zoltán (áramszolgáltató, hálózat) Szentpáli Miklós (TÜV, vizsgálatok) Szabó Ervin (rendszervezérlések) Dr. Novothny Ferenc (túlfeszültség-védelem, szabványok) Dr. Kovács Károly (villámvédelem) Szücs Gábor (akkumulátorok) Petre András (inverter, gyakorlati tapasztalatok) Becskei Jenő (inverter, tervezések) Zerényi József (rendszerirányítás) Tófalvi Zsolt tárolás, vanádiumredox) Galántai Csaba (inverterfejlesztés) Köszönet a partnercégek segítségéért: A TÜV Intercert Kft.-nek és munkatársainak A Gaiasolar Kft.-nek (kivitelezés, tervezés, archív anyagok) EU Solar Kft.-nek (Growatt-inverterek) BB akkumulátorgyárnak (Taiwan) és a magyar képviselőjének, a Smart Electronic Kft.-nek A kanadai Rolls akkumulátorgyárnak és a magyar képviselőjének, az Acculine Kft.-nek. MAVIR Zrt. (Villamosenergia-ipari átviteli rendszerirányító)

6 Tartalom Bevezetés 7 1. A rendszerek ismertetése A rendszer fogalma A rendszer felépítése, a rendszerelemek és -eszközök felsorolása A rendszerek osztályozása A rendszer korrózióvédelme Érintésvédelem Villámvédelem és túlfeszültségvédelem Az inverter Az inverterek osztályozása Az inverter működése Az inverter jelleggörbéje, hatásfoka Az inverter a telepítő szemszögéből Inverterek vizsgálati tapasztalatai Áttekintés Az inverterek főbb jellemző adatai Szabvány-megfelelőség A szabványok fejlődése a gyakorlati igények követésével Kiválasztási, telepítési szempontok/minőség, megbízhatóság Az inverter vizsgálata A vizsgálatok lépései A fejlődés iránya Háztartási méretű kiserőmű csatlakoztatása A csatlakoztatás folyamata Háztartási méretű kiserőművek telepítésével kapcsolatos kérdések A szaldó Kapható-e állami támogatás háztartási méretű kiserőműre? Az akkumulátor és az akkumulátortöltő Az akkumulátor feladata Az akkumulátorok típusai Napelemes rendszerekben javasolt akkumulátortípusok, szempontok Az akkumulátor töltése Az akkumulátor méretezése Az akkumulátorra vonatkozó szabványok A lítiumakkumulátor a jövő megoldása? Energiatárolás vanádium redox akkumulátorban Az akkumulátor töltése Korszerű PWM töltők Kedvelt töltők Magyarországon A rendszerelemek kiválasztása A napelemek kiválasztása Az inverter kiválasztása A szerelés költséghatékonysága A termelés fenntarthatósága 148 6

7 6.5. Az akkumulátor és akkutöltő kiválasztása Csatlakozók és kábelek kiválasztása Rendszertervezés Napelemes rendszerek elosztóhálózatra való visszatáplálásának hosszúhullámú rádiós körvezérléses szabályozása és eszközei Napelemes rendszerek a hálózatirányító szempontjából A napelemes energiatermelő egységek együttműködése a csatlakozóhálózattal Irodalomjegyzék Szabványok felsorolása 168 7

8 Bevezetés A napenergia-hasznosítás szakkönyvsorozatának megírásakor az a szándék vezérelt, hogy a szakma jelenlegi hitvilágát hatékonyan eltoljuk a komolyabb, felelős szakértelem irányába. Ösztönözzük, sőt ha kell, akár hatásosabb eszközökkel motíváljuk a kivitelezőket a szakszerű, felelős munka betartására. A körülöttünk lévő országokban jelentősen fejlettebb a napenergia-hasznosítás, érdemes a megoldásokból példákat merítenünk. Alaposabban ki kell dolgozni a szakmai minimumkövetelményeket, szabványokat, törvényi szabályozásokat, ösztönzéseket. Mivel a hazai szakirodalom (ideértve a szabványokat is) meglehetősen hiányos, sőt ami van, az is nehezen elérhető, a kivitelezők számára nehézséget jelent azon határ megtalálása és főleg betartása, amely a minimálisan elfogadható európai kivitelezési szintet jelenti. Az egyre szaporodó rendszerek a mai gyakorlat szerint kevésbé megfelelőek, valójában sajnos egyre több problémát jelentenek. A problémák nemcsak a beruházóknak okozhatnak gondot, de halmozottan jelennek meg az áramszolgáltatóknál is. Szakkönyvsorozatunk előző kötetében ( Napelemek és napelemrendszerek szerelése ) ismereteket találunk arról, hogy a piac milyen napelemeket kínál, miként kell ezeket szerelni, egymáshoz illeszteni és vezetékkel összekötni. A napelem- rendszerek mélyebb megértéséhez ezért mindenképpen javasolt az előző kötet ismerete. Ebben a könyvben a napelemes rendszerek legfontosabb villamos berendezéseit, eszközeit, ezek szerepét és kapcsolatát foglaljuk össze, kiemelve a rendszerben elfoglalt helyüket és jelentőségüket. A két könyv között előfordulhatnak bizonyos átfedések (például a kábelezés egyes kérdései). Jelenlegi célunk azonban az volt, hogy egyetlen kötetben dolgozzuk fel a legfontosabb villamos eszközöket. A napelemek működésének alapjaival és a besugárzással kapcsolatos legfontosabb kérdésekkel a fent idézett könyv első része röviden, tömören foglalkozik. A megújuló energiával foglalkozó szakirodalom zöme angol, ill. német nyelven olvasható. Mindaddig míg ki nem alakul egy megfelelő színvonalú hazai szakirodalmi háttér, gyakran előfordulhat, hogy a kereskedők, gyártók jobb híján az angol (német) eredeti szakkifejezéseket, megnevezéseket használják. Az idegen nyelvet nem beszélők részére ez komoly hátrányt jelenthet. További fontos szándékunk, hogy egységesítsük a hazai kivitelezések követelményrendszerét, közelítsük az elvárásokat, előírásokat a gyakorlati lehetőségekhez. Ehhez feltétlenül szükséges, hogy mindkét oldal a kivitelező és a befogadó ugyanazon szakmai szempontok szerint ítélje meg a berendezéseket, rendszereket. 8

9 Ezért ezt a második könyvet kibővítettük olyan szakemberek véleményével, javaslataival, akik szintén a szakma fontos szereplői, de többnyire a háttérben vannak. Így például az Inverterek c. fejezet tárgyalásakor az invertert nemcsak mint fizikai, villamos eszközt ismertetjük, de ezen túlmenően összegyűjtöttük és közreadjuk a hazai áramszolgáltatók előírásait és elvárásait, az invertergyártók megfontolásait, az invertert vizsgáló és minősítő intézetek elvárásait (TÜV) és nem utolsó sorban a telepítők-kivitelezők tapasztalatait is. A lektor véleménye a könyvről: Hiánypótló, a szakterületet korrekten tárgyaló, gyakorlati, és a témát még nem eléggé ismerő szakemberek, és végfelhasználók számára gazdag ismeretet nyújtó munka, amelyet ismeretfelújító műként is kiválóan lehet hasznosítani. A szerző 9

10 1. A rendszerek ismertetése 1.1. A rendszer fogalma A fényből nyerhető energia elsődleges és legnagyobb forrása a NAP. Központi csillagunk elektromágneses sugárzása mintegy millió kilométernyi űrutazással és a földi légkörön való áthaladással jut el hozzánk. Ezen hosszú úton a sugárzás jellege jelentősen torzul, az energia nagyobb része elnyelődik. A földfelszínre beérkező sugárzási hányad a légkör külső határához érkező sugárzásnak mintegy %-a, ez azonban számunka így is bőven elegendő. A teljes energiaátalakító láncolat áttekintésekor ezért figyelembe kell vennünk további jelentős tőlünk független elemeket, rendszereket, amelyek valójában nem is eszközök, inkább folyamatok, események és ezek egymásra hatásai. A rendszerelemek szokásosan használt fogalmait, amelyek elsősorban tárgyiasult berendezésekre vonatkoznak, és a villamosipar történeti okok miatt többnyire ezeket használja, ezért ki kell bővítenünk. A hagyományos energiaátalakító eszközök, például szenes erőművek üzemeltetése során nem kellett figyelembe venni a napsugárzást, mert a termelés ettől független. A megújuló energia átalakítóeszközeivel felépített rendszerek szabatos meghatározásába viszont bele kell értenünk további, ún. nem eszköz jellegű elemeket is, mint például: a besugárzási körülmények hatására a teljes sugárzási láncra, a globális és helyi időjárási körülmények, a tereptárgyak hatása a helyi besugárzásra, hőmérséklet, a gyűjtőfelületek tulajdonságai (eszköze, elhelyezése, tájolása, stabilitása), az eszközök időbeli stabilitása, havária- (vészhelyzet-) esetek. Ezért érdemes a továbbiakban olyan tárgyalásmódot alkalmazni, amely két főcsoportot különít el: tárgyi eszköz jellegű rendszerelemek, például az inverter, transzformátor, akkumulátor, kábel, megszakító stb., nem tárgyi jellegű rendszerelemek: a besugárzás, időjárás, állatok hatása. A mindennapi gyakorlat sajnos azt mutatja, hogy a rendszertervezők többsége kényelmi vagy egyéb okok miatt gyakran csak a szűkített formában értelmezett rendszerelemeket veszik figyelembe a tervezés és hozambecslések számításakor, ami súlyos tévedésekhez vezet. Különösen fontos a rendszer helyesen alkalmazott meghatározása, főleg abban az esetben, amikor arra az egyszerűnek látszó kérdésre kell választ adnunk, hogy adott idő alatt mennyi energiát fog rendszerünk szolgáltatni? 10

11 A helytelen, felületes becsléseknek elsősorban a beruházó (üzemeltető) látja kárát, mivel azt fogja érzékelni, hogy a várható hozamok, élettartamok valós alakulása nem lesz összhangban a tervezés során előre jelzett értékekkel. A felhasználó kárán túl azonban káros lehet a fejlődésben lévő megújulóenergiaipar, az egész ágazat össztársadalmi megítélésére is, hiszen ez alapján a köztudatban az terjedhet el, hogy a napenergia haszontalan. (A hazai gyakorlat sajnos nem mentes olyan esetektől, amelyekben egy-egy pályázatíró csapat meglehetősen nagyvonalúan, felületesen kezeli ezt a kérdést, alaposabb szakmai vizsgálat és megfontolás nélkül beírják a kedvezőbb hibás, többnyire az interneten található helytelen adatok másolásával kapott értékeket!) Napelemes rendszer (kibővített értelmezésű rendszer) A nap fényenergiájának begyűjtésére és átalakítására, ezen energia továbbítására és tárolására alkalmas eszközök, kiegészítő, védelmi eszközök, villamossági alapelvek szerint összehangolt és megépített egységét, valamint rendszerelemként szigorúan beleértve a nem tárgyi jellegű egyéb, hozambefolyásoló tényezőket és eseményeket. Az eszközöket az adott feladatnak (céloknak) megfelelően kell megválasztanunk és a tervezés során méreteznünk. A logisztikai elrendezést illetően a rendszer többnyire sorosan kapcsolt elemekből áll, ezért a teljes rendszer esetében érvényesül az ún. leggyengébb láncszem elve. Ezt messzemenően figyelembe kell venni. (Gyakori hiba: a jó napelem, jó inverter olcsó kábel, olcsó csatlakozók típusú összeállítás.) 1.2. A rendszer felépítése, a rendszerelemek és -eszközök felsorolása A napelemes rendszer a következő elemekből épül fel: energiafelfogó/-átalakító, energiaforrás(ok) napelem (szél, genset, víz), (napelem, jelleggörbe és nevezetes pontok, Tk (hőmérsékleti együttható) helyettesítő képek, a modulkarakterisztika levezetése a cellából soros/párhuzamos kapcsolás), energiaátalakító (inverter, akkutöltő), energiatovábbító (inverter, kábel, akkutöltő, elosztódobozok), villamosenergia-tároló egységek (akkumulátorok: ide tartozik a rövid, középtávú villamosenergia-tárolás, l. 5. fejezet), nem villamos tárolás (hidrogéntárolás, üzemanyagcella-felhasználás), távadat feldolgozás, távvezérlés (HFKV = hangfrekvenciás körvezérlés stb.), fogyasztók, védelmi eszközök (érintésvédelem, földelés, villám- és túlfeszültség-védelem, vagyonvédelem (automatikus védelmek, kerítés stb.), egyéb kiegészítő eszközök (szerelvények, állvány, rögzítőelemek stb.) egyéb, a rendszer működését befolyásoló tényezők, hatások (időjárás, a helyi környezeti tényezők hatásai stb.) 11

12 1.3. A rendszerek osztályozása Alkalmazási területek a hely/elhelyezés szerint Háztető ROOF Épületintegráció BIPV Földi állványzat GROUND mounted EIPV (electronic integrated) VIPV (vehicle and traffic) Földfelszíni alkalmazás Terrestial Űrtechnikai alkalmazás SPACE Különleges alkalmazások Alkalmazási területek a rendszer összetettsége szerint Csak napenergia-rendszer (monovalens) Napelem-szél rendszer (bivalens) Nagy komplexitású rendszerek Víznyerő energiaellátások (nap/nap-szél) Nap-szél-genset (trivalens) Nap-szél-genset-hálózat-CHP Itt kulcskérdés a multivalens rendszerek vezérelhetősége A rendszerjellemzők szerint A teljesítmény szerinti jellemzéshez többnyire a napelemoldalon jelentkező ún. egyenoldali névleges teljesítmény (az STC szerint értelmezett DC teljesítmény) a mérvadó, a többi ebből következik, ezért a nyilvántartások és a statisztikai adatok is főleg ezt tartalmazzák. Indokolt esetben a váltakozó áramú kimeneti teljesítménye (kw ac vagy kva) is szerepel, de ritkábban. A rendszer összes napelemteljesítménye (Wp vagy kwp, MWp). Kis, közepes és nagy rendszerek jelölésére alkalmazzuk az SSI, MSI, LSI rövidítéseket. a) b) c) 1.1. ábra. Tipikus példák az egyes rendszerekre a) kis integráltságú (SSI) napelemrendszer, háztetőre telepítés; b) közepes integráltságú (MSI) napelemrendszer; c) nagy integráltságú (LSI) napelemrendszer (Görögországban) 12

13 Az angol szakirodalom elnevezései szerint SSI, Small Scale Integrationnak nevezzük a kisebb rendszereket. Ide tartoznak a kisebb 1 50 kwp (bizonyos esetben 100 kwp-ig) teljesítményű rendszerek. Tipikusan ide tartozik a Magyarországon HMKE (Háztartási Méretű Kis Erőmű) néven ismert fogalom, amelynek létesítési felső határa 50 kwp (Villamosenergia Törvény, VET 2007). Természetesen az ipar fejlődése magával hozhatja a kategóriahatárok változását, így előfordulhat, hogy amelyet ma nagynak nevezünk, az pár év múlva átkerülhet egy egészen más kategóriába. Az angol irodalom MSI (Medium Size Integration) névvel illeti a közepes teljesítményű létesítéseket, tipikusan kwp, a) b) 13 Tervezett és megvalósított napelem-kapacitások, MW fölött Technológia Napelemes (esetleg kwp) tartományokat. Vegyük figyelembe, hogy a besorolások meglehetősen országfüggőek és bizonyos mértékig önkényesek. Németországban nem ritka az egy épületen lévő kwp teljesítmény sem. Végül az utolsó kategória az LSI (Large Scale Integration), azaz a nagyteljesítményű napelemrendszerek, amelyeknek felső határa igazából nincs. Ide inkább földi, talajszinten telepített rendszereket szokás besorolni. A kategóriatartomány tipikus értékei MWp. Európában a legnagyobb rendszer Olaszországban épült, 85 MWp kapacitással (2013). Tervezés alatt vannak MWp-os rendszerek, főleg Amerikában és Kínában (l. 1.2a, b ábra). Napelem (LSI) (1 MW+) , ,132 Össz.: ,809 Nagyléptékű (LSI) napelem és solartermikus beruházások Észak-Amerikában, megvalósított (1), leszerződött (2), tervezett erőművek (3) A rendszerek száma AC kapacitás, MW Solartermikus (1 MW+) , ,749 Össz.: , ábra. Amerikai LSI naperőmű-beruházási tervek a nyugati, ill. keleti parton

14 A feszültség szerinti kiválasztást a rendszer alkalmazásának és követelményeinek igényei alapján a tervező határozza meg. A legnagyobb megengedhető értéket az alkatrészek, villamos eszközök szabványos jellemzői, villamos szilárdsága határozzák meg. Megkülönböztetünk DC oldali rendszerfeszültséget, amelynek legnagyobb értéke tipikusan 1000 V dc, ill. AC oldali rendszerfeszültséget. Ez utóbbi változó lehet, és függ az energiát befogadó hálózat jellemzőitől. Szigetüzemű esetekben a rendszerfeszültségen a fogyasztót közvetlenül kiszolgáló energetikai egység (inverter vagy töltő) feszültségét értjük. Ezek alapján a szigetüzemű rendszer DC feszültsége lehet: 12V/24V/48V DC (48 Vdc feszültség fölé menni műszakilag sem javasolt, és az inverterek ára is rohamosan nő). Ez egyben többnyire az akkumulátortelep feszültsége is. A kimeneti feszültség többnyire 230 V. A hálózatra tápláló rendszerek esetében a rendszerfeszültséget más szempontok alapján kell megválasztani, elsősorban az inverter bemeneti adataihoz kell illeszteni (l. 2.2., 2.3., 3.2. fejezetek): a leggyakoribb megoldás az egyfázisú rendszerfeszültség inverteres esetekben: 230 V AC, 0,4 kv feszültségű háromfázisú rendszer (főleg nagyobb teljesítmények esetén indokolt), a hálózati frekvencia Európában szabványos értéke 50 Hz, egyéb (az európai rendszertől eltérő területeken más értékek: 120 V, 60 Hz is előfordulnak), európai területen csak európai villamos szabványnak megfelelő készülékeket lehet (javasolt) alkalmazni, az inverter bemeneti feszültségének tartománya is meghatározó lehet a maximális rendszerfeszültségre (szokásos jelölése U sys, U max ) A hálózattal való kapcsolat szerint Szigetüzemmód esetében a hálózattal nincs semmiféle kapcsolat, a szigetüzem két alcsoportra osztható: DC szintű rendszer, AC és DC kimeneti forrással rendelkező rendszer. Különös jelentősége van az autonómia fogalmának a szigetüzemek esetében: vitális létesítmények ellátása kórház, segélyhely, szülőotthon, világítás, közvilágítás, vészellátás (vészjelzők, katasztrófavédelem, kommunikációs csatornái), haváriaesetek ellátása. A hálózatra kapcsolt üzemmód három alcsoportra osztható: a hálózatról vételező üzemmód: megújuló energiaellátó rendszerek esetén többnyire csak ideiglenes üzemmódként fordul elő, ha a megújuló energiaforrás nem üzemel (egyirányú üzemmód); a hálózatra termelő üzemmód: a legegyszerűbb esetben, a helyszínen gyűjtött energia teljes egészét közvetlenül a hálózatra tápláljuk vissza; a hálózati interaktív üzemmód az összes közül a legbonyolultabb: egy különleges inverter biztosítja a közvetlen fogyasztás, az akkumulátortöltés, a visszatáplálás és a hálózati fogyasztási üzemmódokat. A SMART grid rendszerek a jövő intelligens hálózatai. 14

15 Feladat/alkalmazás szerint Beltéri alkalmazások: lakossági célú energiagyűjtés (a magyar HMKE fogalmi köre és hasonló megoldások), közmű nélküli lakossági energiaforrások szigetüzem (tanyák, települések és házak). Távműködtetésű ipari energiaforrások: ipari/mezőgazdasági/kereskedelmi célú energiatermelés, vízellátás, öntözés, közlekedés, járműipar, járműhajtások, közlekedés, közbiztonsági világítások, forgalmi jelzések, biztonsági backup -típusú rendszerek (UPS, Uninterrupted Power Source, szünetmentes tápellátások). Hálózatra kötött energiaforrások: katonai alkalmazás (többféle céllal, többféle csoportban), űrtechnikai célú alkalmazás, játék, hobby, szórakozás Források száma és összetettsége szerint Egyféle energiaforrású (monovalens) rendszerek, amelyekben csak egyféle energiaforrás található. Napelemes esetben értelemszerűen csak napelemek. Természetesen szélenergiával is lehet monovalens rendszert építeni. Ha egy rendszeren belül többféle többnyire egymást segítő energiaforrást alkalmazunk, akkor jutunk el a többértékű (multivalens) energiarendszerek fogalmához. Két forrás esetében bivalens, három forrás esetében trivalens stb. rendszerekről beszélünk. (Fokozott biztonságú rendszerekben mindenképpen két független forrás ajánlott, hasonlóan a kórházak, erőművek kétoldalas betáplálásához.) Minél több energiaforrást használunk ugyanazon rendszerben, a rendszer bonyolultsága egyre nő. Ezért a többféle energiaforrást alkalmazó rendszerek esetében a vezérelhetőség, az elemek feladatorientált összehangolása egyre kritikusabb és egyre nagyobb feladatot jelent. A továbbiakban néhány rendszertípust mutatunk be feladat szerint: Szigetüzem Hálózatra tápláló üzem A/B C prioritással üzemelő ellátás Víznyerő rendszerek táplálása (különleges szigetüzem) Járművek ellátása (különleges szigetüzem) Szigetüzem-rendszer Általános értelemben ez a legegyszerűbb rendszer. Nevében is benne van: hálózattól független, elszigetelt villamos rendszer, többnyire tanya vagy kieső területek villamos ellátására alkalmazzák. (Meg kell jegyeznünk, hogy a járművek villamos ellátása is szigetüzemben történik, de mint később látni fogjuk, van egy lényeges különbség). Egyenfeszültséget szolgáltató rendszer A rendszer főbb elemei: napelemek, akkutöltő, akkumulátorok, állványzat. Az akkumulátortöltő egy akkumulátort (v. akkurendszert) tölt. A rendszer feszültsége alapvetően 12 V, egyenáram (vagy egyéb feszültségű de mindenképpen egyenáram!). Az alkalmazható fogyasztók csak egyenáramú (akkumulátoros üzemre alkalmas) fogyasztók lehetnek. A rendelkezésre álló energiát a tárolt energia (akkumulátor) határozza meg. Tipikus alkalmazások: tanya, hétvégi házak, horgásztanya stb. FONTOS! A rendszer hálózattal nem kapcsolható! 15

16 1.1. táblázat. Rendszerek osztályozási szempontjai Napelem Minirendszer Kicsi rendszer, SSI Közepes rendszer, MSI Nagy rendszer, LSI Kapcsolat a hálózattal További szempontok Teljesítmény szerint (Wp, kwp) 1 1 k 1 k.50 k 50 k 1 M 1 M -tól Feszültségek csak DC DC/AC hálózattal kapcsolt Energiaforrások száma és jellege egyforrásos kétforrásos (monovalens) (bivalens) többforrásos (multivalens) Hálózati kapcsolat jellege A felhasználás jellege A beépítés/ elhelyezés jellege A beépítés jellege 16 sziget DC tanya épületre szerelt (tető, roof) állandó telepítés Nap/szél hibrid sziget DC/AC HMKE földi állványra szerelt ideiglenes telepítés hálózati visszatápláló ipari/mg kiserőművek BIPV épület integráció, fal, tető, portál gyakran változó Szigetüzemű, de 230 V ac energiát szolgáltató változat Hálózati feszültséget szolgáltató rendszer. A rendszer főbb elemei: napelemek, inverter, akkumulátor. A kimeneti feszültség az adott ország, térség szabványának megfelelő hálózati feszültség (pl. Európában és hazánkban V 50 Hz, egy fázis). Az inverter a hálózati backup víztermelés EIPV használati vagy egyéb eszközbe szerelt gyorsan változó hálózati interaktív járművek VIPV járműre szerelt SMART grid katonai katonai FONTOS! Ez az inverter szigetüzemű, és csak így alkalmazható. HÁLÓZATRA KÖTNI TILOS ÉS VESZÉLYES! napelemekről akkumulátort tölt. Az energiát az akkumulátor tárolja. A felhasználás azonnali vagy későbbi lehet. A felhasználható energiát a tárolás kapacitása határozza meg. Tipikus alkalmazások: családi ház, zéróenergia-ház, nagyobb hétvégi házak, nyaraló, tanya. Az előző típushoz képest a legfőbb különbség, hogy invertert tartalmaz. A hálózatra tápláló esetben a rendszer állandó kapcsolatban van a szolgáltató által üzemeltetett hálózattal. A rendszer elemei: napelem, inverter, tartóállványzat. A begyűjtött energiát mindig, teljes mértékben visszatáplálják a hálózatba. Eléggé nagyszámú fogyasztói létszám esetében valaki

17 mindig termel, valaki mindig fogyaszt, így az igények és a fedezet kiegyenlíthetik egymást, a hálózat tulajdonképpen egy nagy tárolóként működik. Ez azonban egy nagymértékben leegyszerűsített ellátói modell, amely kiindulási alapként szolgálhat a jövő, megújuló energiát használó okos hálózataihoz, a SMART GRID hálózatokhoz. A fogyasztó nem a napelemmel termelt energiát fogyasztja, hanem a szolgáltatótól vezetéken érkezőt, ezért a korábban megszokott hálózati feszültséget használhatja az eszközeihez. A fogyasztó az áramszolgáltatóval kötött szerződés szerint fizet, ill. kap pénzt a termelt, ill. fogyasztott energia után (SALDO). A visszavásárlás 2007 óta Magyarországon is kötelező. Igény esetén a helyi áramszolgáltatóval kell felvenni a kapcsolatot. A hálózatra kapcsoláshoz tervezés és engedély szükséges. 50 kw teljesítmény alatt háztartási kiserőműnek (HMKE) minősül, menetrend adása nem kötelező. Tipikus alkalmazások: családi ház ellátása, költségcsökkentési cél, napelemes erőművek, magánerőművek. Források A (1) Prioritás átkapcsoló rendszer Automata villamos átkapcsoló rendszer A hálózatra tápláló rendszer különleges csak erre a célra tervezett és gyártott invertert tartalmaz, ezért szigetüzemben nem tud működni. Sőt, a szigetüzem lehetőséget egy biztonsági kapcsolás blokkolja (anti-islanding). Egyre gyakoribb igény, hogy egy adott fogyasztót fokozott biztonsággal lássunk el. Ezen feladatok megoldására legalább két független energiaforrást kell alkalmaznunk és egy különleges logisztikai kapcsolást. Hálózatkimaradás esetére biztonsági ellátást jelentő rendszerek (hálózati vésztartalék, backup rendszerek). A és B prioritással ellátható (1,2) energiaforrásokat jelentő rendszer Egyik eset A(1) és B(2). Az A és B a forrásokat jelöli, a zárójelben lévő szám a prioritási sorrendet. Legyen az A például egy napelem vagy szélgenerátor, a B a vezetékes hálózati ellátás. A feladat az, hogy a C fogyasztó minden esetben el legyen látva energiával. Az ellátás biztonságos feladatát az 1.3. ábra szerinti villamos kapcsolás megoldja. A C fogyasztó elsődlegesen az A(1) forrásból kapja B (2) C C Lakossági fogyasztó 1. példa A (1) B (2) 2. példa B (1) A (2) 1.3. ábra. Kétforrásos egyfogyasztós (A, B, C) biztonsági ellátórendszer 17

18 az energiát, mindaddig, amíg az rendelkezésre áll. Ha az A forrásban nincs kellő energia (lemerült vagy nem süt a nap, nincs szél) akkor a rendszer automatikusan átkapcsol a B forrásra, (2) prioritás. Ha az A feltöltődik energiával, akkor a rendszer visszakapcsol az A forrásra. A megoldással biztosítható, hogy: elsősorban mindig a megújuló energiát használjuk fel, és ellátás nélkül soha nem maradunk. Másik eset A(2) és B(1). Ezek prioritással ellátható (1,2) energiaforrásokat jelentenek. Legyen az A például egy napelem vagy szélgenerátor, a B a vezetékes hálózati ellátás. A feladat az, hogy a C fogyasztó minden esetben energiával ellátott legyen. Az ellátás biztonságos feladatát a fenti villamos kapcsolás megoldja. A C fogyasztó elsődlegesen az B(1) forrásból kapja az energiát mindaddig, amíg az rendelkezésre áll. Ha a B forrásban nincs kellő energia (hálózati kimaradás) akkor a rendszer automatikusan átkapcsol az A forrásra, (2) prioritás. Ha a B ismét energiát szolgáltat, akkor a rendszer visszakapcsol a B forrásra. A megoldással biztosítható, hogy elsősorban mindig a hálózati energiát használjuk fel, de ha ez kimarad, akkor sem maradunk ellátás nélkül. Hálózati kapcsolat: interaktív rendszer A legbonyolultabb formát jelenleg a hálózatra kapcsolt interaktív rendszer képviseli. A rendszer elemei: napelem és egyéb energiaforrások, különleges interaktív inverter(ek), tárolóakkumulátor (igény szerint), állványzat. Az üzemeltetés feltételei részben hasonlók, mint az előző esetekben. A hálózatból való vételezésnek több változata is létezik. A hálózat mint biztonsági háttér létezik. Egy ún. statikus kapcsoló gondoskodik a zavarmentes ellátásról. A kiépítéstől függően alakul a rendszer ára. A felhasználható teljesítményt az inverter 18 (és tárolt esetben az akkumulátor) kapacitása határozza meg. Tipikus alkalmazási területek: családi ház, zéróenergia-ház. A fogyasztó az igényeket a napelemből termelt energiából fedezi mindaddig, amíg az lehetséges. Ha az igény nagyobb, mint a rendszer pillanatnyi teljesítménye, akkor az akkumulátorról, vagy ha az üres, akkor a hálózatról vételez energiát a fogyasztó. Ha a termelt energia több, mint a pillanatnyi igény, akkor a felesleges energiát az akkumulátorban tárolja. Ha az akkumulátor feltöltődött és nincs számottevő fogyasztás, akkor a felesleges energiát visszatáplálja a hálózatba. Szükség esetén a hálózatról is képes feltölteni az akkumulátort. Külön érdekessége a rendszernek, hogy részenergia-pótlásokra is alkalmas. A rendszer különleges szolgáltatásaiból néhány jellemző megoldást mutatunk be az ábrákon. Az 1.4. ábrán egy zavarmentes alapesetet láthatunk. A K1/aux1 kapcsoló bypass (átengedő) állásban van. A K2/aux2 kapcsoló a hálózatot vételezi. A hálózat rendben működik: tölti az akkumulátort is. Az 1.5. ábra azt az üzemzavart mutatja be, amikor nincs hálózati ellátás és az akkumulátorok teljesen fel vannak töltve. A K1/aux1 kapcsoló hálózathiba állásban van. A backup -inverter ellátja a házat. A K2/aux2 kapcsoló hálózat be állásban marad, de amíg az akkumulátor bírja, az ellátás megvalósul napenergia nélkül is. Az 1.6. ábra azt az üzemzavart jelzi, mikor nincs hálózati ellátás és az akkumulátor csak részben feltöltött. A K1/AUX 1 kapcsoló hálózathiba módban van. Az ellátás részben az akkumulátorról és/vagy napelemről történik. A K2/AUX 2 kapcsoló a belső backup-hálózatra van kötve. A fogyasztót és/vagy az akkumulátort napenergia táplálja. Az inverter kétirányú működésre képes.

19 A Solsafe ellátási koncepció bemutatása különféle esetekre Kompakt vagy Xtender sorozat Nyilvános hálózat Fogyasztásmérő Fogyasztók A hálózat jelen van: AC DC K1/AUX 1 K1/AUX1 kapcsolók megkerülő (bypass) módban. K2/AUX2 kapcsolók hálózatra kapcsolt módban vannak. A hálózat tölti az akkumulátorokat. Betáplálásmérő DC-BUS Inverter hálózat K2/AUX 2 Energiaáramlás Nincs hálózat, az akkumulátorok teljesen fel vannak töltve: K1/AUX1 ellátás megszűnés módban. A tartalék inverter látja el a fogyasztót az akkumulátorból. K2/AUX2 hálózatra kapcsolt módban van. A napenergia egyelőre nem szükséges mindaddig míg az akkumulátor elegendő energiát ad. PV/Szél generátor 1.4. ábra. Hálózati interaktív, zavarmentes alapeset Nyilvános hálózat Fogyasztásmérő Betáplálásmérő DC-BUS AC DC PV/Szél generátor AC DC Inverter hálózat Kompakt vagy Xtender sorozat AC DC K2/AUX 2 K1/AUX 1 Fogyasztók Energiaáramlás 1.5. ábra. Hálózati interaktív, üzemzavar esetén 19

20 Nincs hálózat és az akkumulátor csak részben töltött: K1/AUX1 kapcsolók energia megszünt állapotban. A fogyasztókat a tartalék inverter látja el akkumulátorról és/vagy napenergiával. K2/AUX2 kapcsolók hálózatra kapcsolt módban vannak. A hálózat tölti az akkumulátorokat. Nincs hálózat, az akkumulátorok kisült állapotban vannak: K1/Aux1 kapcsolók bypass módban és a fogyasztót teljesen leválasztják. A visszakapcsolás csak akkor történik meg ha az akkumulátor részlegesen töltött állapotba kerül. K2/AUX2 kapcsolók a tartalék ellátásra vannak kapcsolva, az ellátás napenergiával történik, ez tölti az akkumulátort is. Nyilvános hálózat 1.6. ábra. Hálózati interaktív, részleges üzemzavar esetén Nyilvános hálózat Fogyasztásmérő Betáplálásmérő DC-BUS PV/Szél generátor Fogyasztásmérő Betáplálásmérő DC-BUS PV/Szél generátor AC DC AC DC Inverter hálózat Kompakt vagy Xtender sorozat Kompakt vagy Xtender sorozat Inverter hálózat AC DC AC DC 1.7. ábra. Hálózati interaktív ellátás K2/AUX 2 K2/AUX 2 K1/AUX 1 K1/AUX 1 Fogyasztók Energiaáramlás Fogyasztók Energiaáramlás Az 1.7. ábra szerint nincs hálózati ellátás, és az akkurendszer lemerült. A K1/AUX 1 kapcsoló bypass módban van és a fogyasztót teljesen leválasztja. Ebből az állásból a kapcsoló csak akkor kapcsol vissza, ha az akku részben feltöltődik. A K2 /AUX 2 kapcsoló a belső vésztartalékra kapcsolt. Napenergia tölti az akkumulátort. 20

21 A rendszer teljes működését az 1.8. ábrán látható tömbvázlaton követhetjük végig. A teljes működési idő ciklusdiagramját és a vezérlés vázlatát az 1.9. és ábra szemlélteti. Az 1.9. ábra 7 időtengelyen ábrázolja az egyes fő elemek állapotát, bemutatva az összes lehetséges előforduló esetet. Az azonos időtengelyre vetített ábrán jól követhetjük az ellátás biztonságát (zöld sávok), a kritikusabb helyzeteket (sárga) és az ellátatlan időtartamokat. P PE N 21 Fogyasztásmérő, vételezés Fogyasztásmérő, energiatermelés SOLSAFE koncepció A rajz csupán a működést magyarázza és nem szabad kábelezési elrendezésnek tekinteni. Mindenképpen figyelembe kell venni a helyi szabályozásokat, előírásokat. Ebben a modellben az invertertöltő a hálózat szempontjából egy egyszerű fogyasztó, és amikor a hálózat jelen van, az ellátás és az akku töltése a hálózatról történik. Ez a jelenlegi alkalmazás egy Kompakt (C, XPC vagy HPC) alkalmazást követel, valamint egy külső ARM-01 segédkapcsolót a következő jellemzőkkel: K1 mindaddig aktiválva van, amíg az LVD kör jelzést nem ad és újra aktiválódik, ha az akkumulátor szint 50 % alá esik. K2 aktiválva van ha az egység inverter módban van, ha az akkufeszültsége kicsi és a hőmérséklet 65 C-nál kisebb. Az elektronikus modul vezérli a K1 K2 külső kapcsolókat. AC be Compact HPC/XPC/C P inverter töltő PE AC ki P N N ARM-01 segédrelé Akku AC 16 A modul C DC k1 NO NCC k2 NO Segéd- NC (AUX) kapcsoló Az akkut a napelemrendszer teljesítménye (Wp) szerint kell méretezni: C 10 = 5 P pv / U batt. Távirányítás DC AC Napelemelrendezés A napelemrendszer feszültségét minden esetben a hálózatra kötött inverter kimeneti feszültsége határozza meg, bármekkora legyen is a szigetüzemű rendszer akkumulátorfeszültsége Hálózatra kötött inverter 1.8. ábra. Hálózati interaktív inverter vázlatos kapcsolása P PE N P PE N K1 Teljesítménykapcsoló, 230 Vac (2NO + 2NF) K2 Szokványos AC hálózat Megszakításmentes AC hálózat A maximális kimeneti teljesítmény soha nem lehet nagyobb, mint a szigetüzemű inverter névleges teljesítménye. (A kábelezést a szabványok és a gyári utasítások szerint kell elkészíteni.)

22 Hálózat Ellátásbiztosított fogyasztók 28,8 Akkumulátor- 27,2 feszültségek 26 V 22 V Ok Off Off Ok Az ellátásbiztosított fogyasztók energiaellátása Napenergiatermelés K1/ AUX1 K14-K15 K11 K2/ AUX2 K13 K ábra. Hálózati interaktív inverter főbb jelalakjai A hálózat jelen van és az akkumulátor lebegő töltést kap a hálózattól. Minden napenergia a hálózatba kerül vissza. A hálózat megszakadt. A biztosított fogyasztók csak az inverterből kapnak ellátást, feltéve ha az akkumulátor kellően töltött. A hálózat megszakadt. A biztosított fogyasztók csak az eszközinverterből és a hálózat inverterből kapnak ellátást, feltéve ha az akkumulátor kellően töltött. A napenergia nem áll rendelkezésre. A hálózat megszakadt. A ellátásban részesülő fogyasztók csak az eszköz csak a hálózat inverterből (napeleminverter) kapnak ellátást. A felesleges energia tölti az akkumulátort. A hálózat megszakadt. A biztosított fogyasztók nem kapnak ellátást, mert az akku lemerült. A rendszer méretezése hibás vagy akkumulátorok élettartama lerövidült. A terhelés nem kap ellátást mindaddig amíg az akku legalább 25 %-os töltöttséget el nem ér. A hálózat újra működik, az áramkör tölti az akkumulátort, a normál töltési ciklus szerint (bulk töltés, abszorpció és lebegőtöltés). A kapcsolórelék leírása: K1 mindig aktiválva van, amíg az LVD kör jelzést nem ad, és újra aktiválódik, ha az akkumulátorszint 50 % alá esik (LED17). K2/AUX2 aktiválva van ha az egység inverter módban van, ha az akku feszültsége kicsi és a hőmérséklet 65 C-nál kisebb alatt van. K14 zárt állapotú, ha a hálózat jelen van, vagy ha K11 nyitott. K15 direkben vezérli K14-et, akkor, ha a hálózat jelen van. K12 és K13 mechanikusan és elektronikusan reteszelve van. K11 és K14 mechanikusan és elektronikusan reteszelve van ábra. Az 1.8. és 1.9. ábra jelmagyarázata 22

23 Viznyerő rendszerek felépítése A víznyerő rendszerek többféle üzemmódban működhetnek. A vizet a talajból (vagy egyéb víztározóból) nyerik és a feladatnak megfelelően saját tárolóba vagy egyéb helyre (öntözés) juttatják. Ha a követelmény a folyamatos vagy tetszés szerinti működés, akkor olyan energiaforrást kell választanunk, amely az időjárástól független vagy backup-rendszerrel működik. Ez általában költségesebb megoldás. Ha elsősorban megújuló energiát a leggazdaságosabb és legkézenfekvőbb megoldást szeretnénk használni, akkor nap és/vagy szél kombináció a leghatékonyabb. A napelemes változatoknál érdemes kihasználni, hogy vannak DC árammal működtetett szivattyúk, így az inverter is kihagyható a rendszerből. Az 1.11a ábra egy napelemmel működtetett, fúrt kutas vízellátó rendszert Öntözés Automata napelemes vízszivattyú és öntözőrendszer Búvárszivattyú Csővezeték Ivóvíz Napelemek (energiaforrás) Inverter Kábelek A föld alatti szerelvények mutat be. A 1.11b ábrán Afrikában (Nigeria, Nunku DS 40, Dunasolar) megvalósított víznyerő rendszer látható. Az 1.11c ábra kettős energiaforrású vízellátó rendszert mutat be. 1.11b ábra. Víznyerő rendszer Nigériában (Dunasolar DS40 napelemmel) Megjegyzés: a napelemek számát méretezéssel kell megállapítani. 1.11a ábra. Víznyerő rendszer vázlata 1.11c ábra. Nap/szél hibrid DC tápellátású víznyerő rendszer 1 SQF szivattyú; 2 kábel; 3 kábelrögzítő; 4 feszítőhuzal; 5 vezetéktartó; 6 napelemek; 7 tartószerkezet; 8 szélgenerátor; 9 kötő-kapcsoló doboz 23

24 Az 1.12a ábra napelemmel táplált direkt táplálású rendszert mutat be. A napelemek közvetlenül DC módban üzemeltetik a szivattyút. A vizet tartályban tároljuk későbbi felhasználásra. A tartályban és a kútban elhelyezett szintkapcsolók részt vesznek a vezérlésben. A rendszer csak addig működik amíg a nap megfelelő energiát szolgáltat. A vízellátás mértékét a méretezés biztosítja. A tervezés során a napelem energiáját a szivattyú munkapontjához kell méretezni. Az 1.12b ábra egy hasonló rendszert ismertet, de ez esetben a nagyobb mélységek miatt két aktív szivattyú végzi a vízemelést. A napelem teljesítményét meg kell növelni. Az 1.12c ábra egy érdekes kapcsolást mutat be. Ha a megvilágítási viszonyok a tervezetthez képest jelentősen megváltoznak (pi. a szint lecsökken), előfordulhat, hogy a rendszer leáll. Ha módosítunk kissé a kapcsoláson a korábban párhuzamosan kapcsolt napelemeket soros kapcsolatba állítjuk, a lecsökkent megvilágítás ellenére nagyobb feszültséget kapunk, a szivattyú tovább működhet. PV napelem-elrendezés PV napelem U napelem E napelem Rendszer: direkt csatolt (inverter nélkül DC-DC) Áram I napelem Vezérlő Szintérzékelő Booster (fokozó) PV Szivattyú Feszültség I szivattyú Tank tele Összes magasság: szintkülömbség + nyomásveszteség Vízszint a ábra. DC szivattyús energiaellátás alapesete

25 PV napelem-elrendezés Besugárzásmérő U napelem Rendszer: sorosan kapcsolt szivattyúk I napelem Vezérlő Booster (fokozó) I szivattyú 1 Tank tele E napelem Szintérzékelő I szivattyú 2 Összes magasság: szintkülömbség + nyomásveszteség PV napelem Áram Szivattyú 2 Szivattyú 1 Feszültség Vízszint 1.12b ábra. Két darab DC szivattyús energiaellátás egy tápegységgel PV napelem-elrendezés Besugárzásmérő 1/2 PV napelem U napelem Rendszer: napelemkapcsolás váltása soros-párhuzamos Áram PV Vezérlő I/V/P: áram-, feszültség-, teljesítménykorlátok Szintérzékelő Booster (fokozó) Szivattyú I szivattyú Tank tele I napelem Relévezérlés Összes magasság: szintkülömbség + nyomásveszteség 1/2 PV napelem Feszültség Vízszint 1.12c ábra. DC szivattyús energiaellátás párhuzamos/soros kapcsolásváltással 25

26 1.4. A rendszer korrózióvédelme A napelem korróziója és védelme A napelemek szigorú gyártástechnológiával készülnek. Az előírásokat az IEC (szelet alapú napelemek) és az IEC (vékonyréteg-napelemek) szabványok tartalmazzák. Csak azok tekinthetők minősített napelemnek, amelyek rendelkeznek a következő jelzéssel: IEC 61215, IEC A hiedelemmel ellentétben a CE jelzés NEM MINŐSÍTÉS! A napelemek és az elektromos kivezető kötődobozok elvileg hermetikusan vannak kialakítva. Ellenállnak a szélsőséges időjárásnak, UV sugárzásnak, sósködnek. A vékonyréteg és transzparens (és/vagy transzparens hőkamrás) napelemek esetében a hermetizálást üveg EVA lezárófólia üveg, a szelet alapú esetekben üveg EVA tedlar rétegekkel oldják meg. A gyakorlati alkalmazások során kiderült, hogy ezek a technológiák sem védik meg a napelemeket, mert agresszív környezetben (ammónia), meghibásodások fordultak elő. Ha az adott környezethez nem megfelelő napelemet választunk, a rendszer hamar tönkremehet akár anélkül, hogy tudnánk, miért (1.13. ábra). A napelemben rétegkorrózió másképpen is kialakulhat, mégpedig a kontaktpotenciálok miatt. A szakirodalom PID (Polarity Induced Degradation) néven ismeri ezt a korróziót. A napelemek különféle polaritású fémekből épülnek fel, és ezeket kábelek segítségével DC kapcsolatba hozzuk egymással, ezért adott esetben káros kontaktpotenciálok is kialakulhatnak. 1.13a ábra. Napelem belső korróziója kémiailag agresszív környezetben 1.13b ábra. Ammóniateszt laboratóriumi kamrában 26

27 Az első és talán legfontosabb korrózióvédelmi intézkedés a napelem működése közben jelentkező, a TCO réteg elektrokorróziójának megakadályozása. Amorf szilícium napelem keresztmetszeti képe, kettős pn-átmenet Kivezetés + Kivezetés A TCO réteg igen sok napelemféleségben (mikrokristályos, a_si) megtalálható, a vékonyréteg napelemekben pedig kivétel nélkül jelen van. Fizikailag egy elektromosan vezető, optikailag átlátszó vékonyréteg, többnyire ón-dioxidból (SnO 2 ) készül. (Az érintőképernyős kommunikációs felületek, a lapos tv is ezzel készül.) Sok napelemnél a fényoldali vezetékezést adja meg: a napelem egyik elektromos kivezetésének biztosítása azon az oldalon, ahonnan a fény érkezik. A TCO réteg a napelem belső lezárt terében található. Az 1.14a ábra egy tipikus vékonyréteg szerkezetet mutat. A sárga szín jelöli a TCO réteget. Mivel a fénynek át kell haladnia a TCO rétegen, a réteg átlátszósága (transzparencia), és ennek időbeli állandósága (vagy változása) hatással van a napelem energiatermelő képességére. Ha a réteg nem tudja megőrizni átlátszóságát, az energiahozam csökkenhet. Fontos megjegyezni, hogy kontaktkorróziós folyamatok más konstrukciók esetében is jelen vannak. Ha különféle anyagokat hozunk szoros érintkezésbe (pl. rézvezetéket kötünk alumíniumrúdhoz), akkor elektrokémiai folyamat pl. korrózió indul meg. Nagyobb hőmérséklet (40 80 C) vagy a nedvesség jelenléte ezeket a folyamatokat erőteljesebbé teszi, felgyorsítja. A napelemek esetében a vizsgálóállomások, laboratóriumok rendszerint kültéren hasonlítva a napelemek telepítési környezetéhez végzik a vizsgálatokat. Al ZnO Szerkezeti keresztmetszet 1.14a ábra. Üveg alapú vékonyrétegnapelem szerkezete. A sárga színű a TCO réteg (Dunasolar technológia) Fedőüveg a-si amorf szilicium CIS réz-indium diszelenid CdTe kádmium-tellurid 1.14b ábra. A vékonyréteg-napelem főbb rétegei n i p n i p SnO 2 üveg Al a-si: H TCO vezetőrétegbevonat Laminálás ragasztás Hordozó Fedőüveg Laminálás ragasztás Hátsó védőfólia a-si/cis réteg Fémezés TCO vezetőrétegbevonat a-si/cdte réteg Fémezés 27

28 A floridai napenergia-központnak (Florida Solar Energy Center, FSEC) gazdag vizsgálati anyaga van a témában. A TCO réteggel kapcsolatos jelenséget 2003-ban fedezték fel (NREL). A korrózió a nátrium (Na) kémiai reakciója miatt indul meg, mintegy 15 % nedvességtartalomnál. Ezért fontos hogy a napelemgyártásban használatos üvegeknek kicsi legyen az alkálitartalma, és a felületek és a szélek lezárása hermetikus legyen. Az EVA fólia elégtelen tapadása vagy az üvegben lévő vagy keletkező mikrorepedéseken át nedvesség jut a szerkezetbe, ami felgyorsíthatja a korróziót és ezáltal csökkenti az élettartamot. A korrózió a napelem lassú elhalásos betegsége csak fokozatosan 1.14c ábra. A vékonyréteg-napelem törés miatt kialakuló rétegkorróziós hibája (worming típusú korrózió) alakul ki. Ezért sose használjunk sérült napelemet, mert lehet, hogy még látszólag megfelel és működni is fog ideig-óráig, de a degradáció biztosan és valószínűleg hamar (15 20 nap) megindul. A nedvesség más módon is bejuthat a napelembe. A napelem védelmét a megfelelően kialakított hermetizálás jelenti. Az alumíniumkerettel ellátott napelemek a sérülés szempontjából megbízhatóbbnak tűnnek, de sajnos itt is jelennek meg tipikus meghibásodások. Az egyik ilyen gyakori eset a keret felfagyása. A problémát fokozhatja, hogy a szelet alapú napelemek többnyire üveg EVA tedlar hermetizálással készülnek, és a fagyás ellen a Tedlar kevéssé véd. Az amorf szilícium napelemek a fagy szempontjából ellenállóbbak, keretük sincsen, így a víz nem áll meg a napelemen. Az üveg üveg lezárás igen jó, viszont az üveg sérülékeny védelmet jelent. Az apró karcolások, ütődések mikrorepedéseket okoznak, amelyek a keletkezés után dolgozni kezdenek a hőmérsékleti hatások (vagy szél okozta rázkódás) miatt. Idővel a mikrorepedések megnőnek és láthatóvá válnak, a napelem tönkremegy. A gyártástechnológia betartása, a minősítések (IEC 61646, IEC 61215) megléte és a szakértelemmel végzett szerelés jelentheti az egyetlen garanciát arra, hogy ilyen típusú meghibásodások valószínűsége csekély legyen.* Keret Passziváció (védelem) Lamináció (hermetizálás) Kristályos szilicium Hordozó Bevonat 1.14d ábra. Tértöltés hatására kialakuló galvánelem a napelemeken * Véghely T.: Napelemek és napelemrendszerek szerelése. 28

29 Aluminiumkeret Keretlezáró fólia Üveg Beágyazóréteg (többnyire EVA fólia) Napelemcellák Hátsó lezárófólia Forrasztott összekötések Keret 29 Napelemes erőművekben előforduló teljesítményleromlás vázlatos folyamata Földelés 1.14e ábra. Tértöltés kialakulása napelemeken Nátriumionok TCO réteg Napsugárzás Üveg Inverter Hátsó Félvezetőréteg fémezés Feszültségmérő Földelés Ha bármilyen szándékos vagy véletlen ok miatt villamos feszültség keletkezik a vékonyréteg-napelem fémkerete között, szivárgó áram jön létre (sárga jel), amely tönkreteszi a TCO réteget. 1.14f ábra. Az előforduló és a tértöltés hatására kialakuló korróziós modell 1.15a ábra. Felfagyás okozta korróziós sérülés a kertben A 1.15a, b, c ábrák a korróziót előidéző sérüléseket mutatnak be. Megjegyzés: ugyanezen típusú sérülések egy szeletalapú napelemet azonnal és teljesen működésképtelenné tesznek.

30 1.15b ábra. A sarok jelentéktelennek tűnő sérülései kezdődő repedés például a gondatlan szállítás miatt korróziót indítanak el. A bejutó nedvesség miatt a korrózió egy-két év alatt elindul UL vizsgálati módszerek Az amerikai UL vizsgáló laboratórium (Underwriter Laboratories, USA) gyors, egyszerű, nem költséges vizsgálati módszert dolgozott ki a korróziós veszélyek helyszíni vizsgálatára. A vizsgálat STC feltételeknek megfelelően zajlik, de 200 W/m 2 sugárzási szinten, és nagy előnye, hogy nem igényel költséges klímakamrát. A paramétereket azért választották így, mert a PID lesöntöli a napelemet, ami a napelem gyenge megvilágítási tulajdonságait negatívan befolyásolja c ábra. Vékonyréteg-napelem korrózióját vandál rongálás okozta A vizsgálat során több ponton végeznek elektromos biztonsági, pontszerű vizuális és egyéb teszteléseket, 168 és 336 órán át, ezen kívül, ha szükséges, akkor 48, 96 és 240 órás méréseket is végeznek. A napelem akkor minősül korrózióra hajlamosnak, ha: 168 óra teszt után a teljesítmény (d Pmpp ) vesztesége nagyobb, mint 5 %, 336 óra után a teljesítmény vesztesége nagyobb, mint 10 %. A környezeti hőmérséklet +/ 3 %-os ingadozása az eredményeket nagymértékben befolyásolhatja. A kezdeti PID hajlamossági vizsgálat számos esetben nagyfeszültségű biztonsági méréseket is használhat, mert nem igényel klímakamrát, egyszerű alumíniumfóliára és vízre van szükség. Az ábra a UL vizsgálóállomás tesztrendszerének vázlatát mutatja be.

31 Minden napelem Minden napelem Előkészítés 5 20 kwh/m 2 Vizuális megtekintés Max. teljesítménymeghatározás Szigetelésvizsgálat (6 kv + 1 kv) + Nedvesszivárgás-teszt (1 kv) Igen MST 13 földelés Elektroluminescens képalkotás Túlterhelésnek kitett vezető rendszer ven-e a modulban Referenciamodul Újramérés Minden esetben PID modulok mérése Minimum 2 modul 120 cella PID Teszt Tesztidő Igen Minden modul Újramérés 48 óra és 96 óra (opcionális), 168 óra (1 hét) 240 óra és 336 óra (2 hét) után Az élettartamgrancia-adatok mérése 4 6 hétig tart, ellenőrzés minden héten Nem Vizuális megtekintés Nem Max. teljes meghatározás Elemképalkotás Szigetelési vizsgálat ábra. A UL PID korrózió vizsgálat tömbdiagramja 31

32 PID vizsgálat A TCO potenciálkülönbség miatti korróziót a negatív pólus földelésével lehet megakadályozni. A kialakult korróziót már nem lehet javítani, ezért fontos a megelőzés. A 17. ábrán helytelen anyagválasztás vagy helytelen szerelés miatt kialakult korróziós jelenségeket mutatunk be. Következménye: minőségromlás, tartósan megmaradó teljesítménycsökkenés. 1.17a ábra. Aluminiumkeret és acélcsavar között kialakult korrózió 1.17c ábra. A földelő rézfonat, aluminiumkeret és rozsdamentes csavarkötés korróziója 1.17b ábra. Aluminiumkeret és leszorító között kialakult korrózió 1.17d ábra. Helytelen földelési megoldások 32

33 A korrózió megfékezése javaslatok A negatív pólus földelése A negatív pólus földelésével és az elektromosan leválasztott inverterek alkalmazásával csökkenthető a korrózió, mivel a pozitív töltéssel rendelkező (Na+) ionokat a földelés eltávolítja a TCO rétegtől, így megóvja azt. Néhány invertergyártó cég előre összeállított korrózióvédelmi földelőcsomagot ajánl. A módszer javasolt a gyakorlatban is. Ebből az a következtetés is levonható, hogy a transzformátort tartalmazó inverterek ebből a szempontból kedvezőbbek. Egy másik javaslat a hiba elhárítására: a napelemek fokozott nedvességvédelme. Sérülésmentes napelemen a nedvesség elsősorban a napelem élei felől juthat be a napelem belsejébe. További védelmet adhat, ha csökkenteni tudjuk a modul és a földelt elemek (alumínium- U napelem A pozitiv pólus és a föld közötti feszültség, U+ keret) közötti szivárgó áramokat (leakage current) például azáltal, hogy megnöveljük az áram úthosszát. A két bemutatott jelenség közvetlenül a generátor föld közötti potenciálra vonatkozik. Ráadásul sajnos a tervezés során a napelem pozitív és negatív kapcsainak földhöz képesti feszültségét nem veszik figyelembe. Az inverterfeszültség a gyakorlatban igen eltérő lehet az alkalmazott inverter kialakításától függően. A különféle inverterek a rendszerben nem azonos módon viselkednek a kialakuló földpotenciálokat illetően. Sajnos egy adott invertertípus kiválasztása sem oldja meg a problémát. A gyakorlat szerint csak az adott pólus közvetlen földelése oldja meg a problémát, mert ez határozza meg egyértelműen a napelem-generátor potenciálját, és így megakadályozza a TCO korróziót és polarizációs hatást. A negatív pólus és a föld közötti feszültség, U Földpotenciál U-hálózat ábra. Az inverter földelése

34 Egyéb védelmek és eszközök A földelés jelentősége A napelemes rendszerekben különös jelentősége van a földeléseknek (grounding, earthing). Mint korábban láttuk, korrózióvédelmet szolgálnak, de talán még fontosabb a szerepük a rendszertüzek kialakulásában. A nagy rendszertüzek jelentősebb hányada földelési problémákkal magyarázható, ezek ráirányították a figyelmet a tűzmegelőzés fontosságára és az okok behatárolására április 5-én volt az első nagyobb rendszertűz Amerikában, Bakersfieldben (California). A második tűz április 16-án Mount Holly-ban (North Carolina) történt. A tűz okát a szakértők mindkét esetben egy ún. észleletlen földelési hibára vezették vissza. A jelenséget az angol szakirodalom blind spot (vakfolt) néven ismeri. A katasztrófa lehetséges okainak feltárása során a kutatások azt egyértelműsítették, hogy a blind spot jelenség okozhatta a katasztrofális tüzek kialakulását. Földelési hiba egy földeletlen vezetőn A berendezés földje String kötődoboz 2009-ben mintegy 7,3 GW telepített kapacitás volt a világon, mára ez a szám akár GW is lehet. A tapasztalat azt mutatja, hogy sajnos sem a rendszerépítők, sem a beruházók (anyagi okokból) nem fordítanak kellő gondot a rendszer egyenszilárdságú biztonságára (mindig a leggyengébb láncszem szakad, és ahol csak tudnak, ott próbálnak költséget megtakarítani). A műszaki kockázatelemzés ma még nem gyakorlat a szakmában, és lehet, hogy ezért a közeljövőben ezek a sajnálatos események hatványozottan szaporodnak. (Erre utalt a bakersfieldi jelentés is, amely szinte kisérteties módon megjósolta a következő 2011-es katasztrófát.) Mindkét esetben jellemző volt, hogy a nagy hibát a DC ív kialakulását egy kisebb hiba előzte meg, amely aztán indukálta az igazi problémát. Az amerikai szabvány szerint (NEC) a rendszernek tartalmaznia kell egy ún. földelésihiba-detektort (GFDI), amelynek feladata a földelési hiba jelzése. Ha azonban a hiba értéke (potenciálérték) túl kicsi vagy a rend- Párhuzamos pozitív forrású áramkör A napelemmodul fémkerete Átkötődoboz vagy az inverter biztosítóval védett bemenete + Párhuzamos negatív forrású áramkör Központi inverter ábra. Tipikus földelési hiba 34

35 szernek olyan pontjain keletkezett, ahonnan nem éri el a védelmi eszközt, akkor az inverter nem tud lekapcsolni. A vakfolt tehát egy olyan potenciálérték, amely az inverterek jelenlegi védelmi eszköze számára láthatatlan, érzékelhetetlen. A problémát nehezíti, hogy mivel a rendszer egyik áramvezetője eleve földelt, és a hibából eredő második földelődés okozta potenciálváltozás igen csekély. Az ábra egy tipikus földelésihibából adódó jelenséget mutat be, míg az ábra a blind spot, azaz vakfolt jelenséget mutatja. Kötődoboz Napelemfüzérek (string) A biztosító nélküli hídhoz Biztosítóval ellátott híd kötés Központi inverterösszeállítás 35 Első fázis meghibásodott földelt stringvezeték ábra. A blind spot kialakulásának vázlata CB1 22 string al-áramkör 22 stringes napelemrészmező, max. 159 A és 558 V max. rendszerfeszültséggel, CB2 22 string 800 W/m besugárzásra tervezve al-áramkör Kötődoboz, 8 CB3 22 string F1 al-áramkör F2 6,2 A 0 A Meghibásodott vezeték, szigetelési hiba a stringkábelben Stringvezeték Földelővezeték F15 6,2 A 3,1 A CB1 22 string al-áramkör CB2 22 string al-áramkör CB3 22 string al-áramkör 133 A Nemkívánatos földelési áram, 3,1 A Biztosíték nélküli negatív híd 136 A ábra. A bakersfieldi katasztrófa első hibája DC 300 A-es 300 A-es 300 A-es Földelésihibamegszakító biztosítók Inverter DC bemenete 136 A 136 A 136 A 136 A 136 A Biztosítók 300 A-es 5 A-es biztosítók 3,1 A-es hibaáram AC A hibaáram értéke túl kicsi ahhoz, hogy a biztosítót kioldja

36 Az ábrán láthatjuk a Bakersfield rendszer katasztrófájának első hibáját, és az ábrán az első hiba nyomán kialakult igazi vészhelyzetet. Ugyanezek a hibák ismétlődtek kísértetiesen a Mount Holly esetben is, igaz kissé más helyzetben. Az első hiba (1.23. ábra) nem volt képes a védőbiztosítót kioldani. A második hiba (1.24. ábra) nyomán fellépő mintegy 1000 amper áram beindította a DC ívet. A rendszer kigyulladt. Az esetek alapján az a kérdés is feltehető, hogy az inverterekbe épített védelmek vajon mindig elegendőek-e és megfelelően működnek-e. Első fázis meghibásodott földelt stringvezeték Második fázis a földeletlen al-áramköri vezeték CB1 22 string Inverter DC bemenete meghibásodása al-áramkör 22 stringes napelem-részmező, CB2 22 string 136 A Biztosítók max. 159 A és 558 V max. rendszerfeszült- al-áramkör Az al-áramkör (array) séggel, 800 W/m besugárzásra tervezve Kötődoboz 8 CB3 22 string 136 A 300 A-es összekötődobozának biztosítója, 300 A, F1 al-áramkör 962 A 300 A-es 600 V értékre tervezett, feladata 60 s-ig F2 Meghibásodott 300 A-es vezetékszigetelés, tartani 952 A áramot az al-áramkörben 136 A 300 A-es 136 A F15 A nagy hibaáram megszakítja a védelmi 136 A 136 A biztosítót (GFP, ground 6,2 A fault protection) ezzel 1082 A 962 A 962 A megengedve, hogy Stringvezeték a napelemmező (array) 6,2 A Földelővezeték rövidzárási árama át- 0 A folyjon a két hibahelyen Égő vezeték (a 10 AWG keresztmetszetű vezeték a nagy áramterhelés miatt kigyulladt), ez begyújtotta a napelemek és egyéb közeli éghető anyagokat Első fázis meghibásodott földelt string vezeték ábra. A bakersfieldi katasztrófa második hibája. Közel 1000 amper áram beindítja a DC ívet 22 stringes napelemrészmező, max. 159 A és 558 V max. rendszerfeszültséggel, 800 W/m besugárzásra tervezve Kötődoboz 8 F1 F2 F15 6,2 A Stringvezeték 6,2 A Földelő vezeték 0 A Meghibásodott vezeték, szigetelési hiba a stringkábelben CB1 22 string al-áramkör CB2 22 string al-áramkör CB3 22 string al-áramkör 1082 A 136 A Nemvárt földelési hiba, 2 A 136 A 136 A 136 A 136 A 136 A 136 A 134 A Biztosítók 300 A-es 300 A-es 300 A-es 300 A-es 5 A-es biztosítók ábra. A Mount Holly rendszer első hibája 0 A Inverter DC bemenete 2 A-es hibaáram A 2 A-es hibaáram nem elegendő, hogy kioldja az 5 A-es védőbiztosítót

37 Az épület-integrációs alkalmazások (BIPV) többségében előfordulhat, hogy a napelemek egy nap kétszer is árnyékban vannak, ami szintén növeli a hibalehetőségeket. Végül az ábrán néhány lehetséges földelési meghibásodáshoz tartozó tipikus áram- utat mutatunk be. A pozitív pólus földelési hibája esetén az áram visszatér a forráshoz (szaggatott piros vonal). A negatív pólus földelési hibája esetében a hibaáram a földelővezetékben folyik (kék szaggatott vonal). Mindkét hibaáramnak keresztül kell folynia a DC összekötőkábeleken. Helyes működés Első fázis meghibásodott földelt stringvezeték Második fázis a földeletlen al-áramköri vezeték meghibásodása 22 stringes napelem-részmező, max. 159 A és 558 V max. rendszerfeszültséggel, 800 W/m besugárzásra tervezve Kötődoboz 8 F1 F2 F15 CB1 22 string al-áramkör CB2 22 string al-áramkör CB3 22 string al-áramkör Meghibásodott vezetékszigetelés, az al-áramkörben 136 A 1082 A 136 A 136 A 962 A 136 A 136 A 136 A 6,2 A Stringvezeték 136 A 962 A 6,2 A Földelővezeték 0 A Égő vezeték (a 10 AWG keresztmetszetű vezeték a nagy áramterhelés miatt kigyulladt), ez begyújtotta a napelemek és egyéb közeli éghető anyagokat Biztosítók 300 A-es 300 A-es 300 A-es 300 A-es ábra. A Mount Holly rendszer második hibája Inverter DC bemenete 0 A Az al-áramkör (array) összekötődobozának biztosítója, 300 A, 600 V értékre tervezett, feladata 60 s-ig tartani a 952 A áramot Hibás vezetékszigetelési hiba az al-rendszerben (sub-array) Földelési hiba esetén lehetséges áramutak A pirossal jelölt áramutak esetében földelési hiba a napelem fémkerete és a pozitív pólusú vezeték között van A kék jelölés esetében a hiba a negatív pólusú vezeték és a napelem fémkerete között van Pozitív földelési hiba DC meg- Inverter szakító Inverter 0,5.1 A Csatorna biztosító vagy megszakító PV napelem Negatív földelési hiba DC megszakító DC kötések és (földelési hibát figyelő biztosító, GFPD) 37 A pozitív földelési hiba hibaárama záródik a forrással A negatív földelési hiba áramutak párhuzamosak a negatív áramvezetővel. DC-földelőelektróda Minden földelési hiba áramnak át kell folynia a DC bekötési vezetékeken. Akár a pozitív, akár a negatív földelési hibaáram meghaladja a földelésihiba-jelző biztosító értékét, a védelmi eszköz megszakít (biztosító kiold) és az áramot megszakítja ábra. Lehetséges földelési hibák

38 esetén bármelyik helyről származó hibaáram meghaladja a védőbiztosító (megszakító) limitértékét, a védelemnek az áramutat meg kell szakítania. Az és ábrán tipikus példákat mutatunk be földelési kialakításokra, pozitív, ill. negatív pólusokra kidolgozva. PV modulsorok L+ L L+ L L+ L L+ L Kapcsolható biztosító Záródióda DC-oldali leválasztó kapcsoló L+ L Kapcsolható biztosító ábra. Példa a pozitív pólus földelésének kialakítására L+ L PV modulsorok L+ L L+ L Működtetés és vezérlés L+ L Záródióda Sönt földzárlatméréshez Földzárlati árammérés és távjelzés, távműködtetés DC-oldali leválasztó kapcsoló Sönt földzárlatméréshez L+ L Földzárlati árammérés és távjelzés, távműködtetés Működtetés és vezérlés ábra. Példa a negatív pólus földelésének kialakítására 38

39 1.5. Érintésvédelem Az érintésvédelem, földelés, áramütés elleni védelem kialakítása rendszertechnikai szempontból is fontos. Ma már nem kapható olyan inverter a világpiacon, amelyik 120 V DC feszültségen dolgozna, azaz a napelemes rendszer életveszélyes feszültségszinten működik, másrészt a műszaki előírások alkotóinak sok esetben az a véleménye, hogy kellőképpen kialakult gyakorlat hiányában a kérdés még nem szabványérett. Természetesen a szabvány mindenképpen betartandó, biztonsági kérdésekben az MSZ HD :2006 Napelemes (PV) energiaellátó rendszerek előírásait kell alapul venni. Az MSZ EN 61140:2007 Villamos áramütés elleni védelem szabvány. Az MSZ HD :2007 Kisfeszültségű villamos berendezések rész: Biztonság. Áramütés elleni védelem és az MSZ HD :2007 Kisfeszültségű villamos berendezések rész: Villamos szerkezetek kiválasztása és szerelése. Földelő berendezések, védővezetők és védő összekötő vezetők szabványok már az MSZ EN szabvány szerint megváltoztatott fogalmakkal jelentek meg, és jelentősen módosították a méretezési előírásokat is Új szemléletű áramütés elleni védelem A szabvány áramütés elleni védelmi módokat tárgyal, és azokat három csoportba osztja: Általánosan alkalmazható védelmi módok Nem szakképzett személyek (laikusok) környezetében is alkalmazható védelmi módok: a táplálás önműködő lekapcsolása, kettős vagy megerősített szigetelés, 39 villamos elválasztás egy fogyasztókészülék táplálása esetén, törpefeszültség (SELV és PELV). Szakképzett vagy kioktatott személyek (vagy általuk felügyelt személyek) számára hozzáférhető berendezésben alkalmazható védelmi módok Az MSZ HD :2007 szabvány 4-41 B része: védőakadályok használata, a kézzel elérhető tartományon kívüli elhelyezés. Szakképzett vagy kioktatott személyek ellenőrzése alatt álló berendezésekben alkalmazható védelmi módok Felhatalmazás nélkül semmi sem változtatható! 4-41 C melléklet: a környezet elszigetelése, földeletlen helyi egyenpotenciálú összekötés, egynél több fogyasztókészülék táplálása villamos elválasztással. (Megjegyzés: Az előbbi módok alkalmazása között az a lényeges különbség, hogy míg a második esetben laikusok jelenléte csak felügyelet mellett engedélyezett, addig a harmadik csoportba tartozó védelmi mód alkalmazásánál laikusok felhatalmazással még kezelhetnek is.) Minden áramütés elleni védelmi módnál mind az alapvédelemre, mind a hibavédelemre vonatkozóan találunk előírásokat. Ezen kívül a védelem része a kiegészítő védelem is, amennyiben külső hatásokra vagy különleges helyekre ezt a szabvány előírja. A SELV- és PELV-törpefeszültség védelmi mód az általános előírások (414.1.) után természetszerűleg csak az alapvédelemre vonatkozólag tartalmaz előírásokat (414.2.), és a SELV és a PELV tápforrásai közül a biztonsági szigetelőtranszformátor kialakítása

40 az MSZ EN :2010 szerinti kell, hogy legyen. Mindenekelőtt le kell szögezni, hogy a napelemes erőművek nagyteljesítményű egységek és inverteren keresztül a hálózatba dolgoznak, azaz az egyenáramú oldalt feszültség alatt állónak kell tekinteni akkor is, ha a hálózatról le van választva. A földzárlat esetére a napelemtábla feszültségének a megszüntetése hibavédelmi szempontból nem indokolt, persze lehetséges. Mindössze azt kell megakadályozni, hogy a napelemet elérje a napsugár. Az egyenáramú oldal első földzárlatára lekapcsolás természetesen nincs előírva, az R A I d 120 V összefüggés betartása pedig az első hiba elenyésző szivárgó árama miatt szinte formális. Együttes védelem közvetlen és közvetett érintés elleni védelem Az MSZ EN Áramütés elleni védelem a villamos berendezésekre és a villamos szerkezetekre vonatkozó közös szempontok szerinti együttes alapvédelemről és hibavédelemről szól. Valójában a SELV és a PELV törpefeszültség alkalmazását teszi lehetővé. Egyébként a szabvány erre az esetre semmilyen többletkövetelményt nem ír elő, csak az U n feszültség helyett az U OC STC (szabványos vizsgálati feltételek melletti üresjárási feszültség) értéke nem haladhatja meg a 120 V-ot. Alapvédelem (közvetlen érintés elleni védelem) Az MSZ HD szabvány ezzel a kérdéssel külön nem foglalkozik, azaz az MSZ HD szabvány általános előírásait kell alapul venni Hibavédelem (közvetett érintés elleni védelem) Áramütés elleni védelmi mód: védelem a táplálás önműködő lekapcsolásával, hibavédelem: IT-rendszer Az egyenfeszültségű oldalra vonatkozóan a napelemtáblák szigetelt pólusú kivezetése következtében az IT-rendszer jöhet csak szóba. 40 A váltakozó áramú oldal hibavédelmére, önműködő megszakításra alkalmas védelmi eszközt kell beépíteni, és ha ez ÁVK, akkor a B típusú kell, hogy legyen, hacsak egyéb megoldások, pl. elválasztás, speciális inverterek, A vagy AC típusok alkalmazását nem teszik lehetővé. Áramütés elleni védelmi mód: kettős vagy megerősített szigetelés A 712-es szabvány ajánlása az egyenáramú oldalra a II. ÉV-osztály alkalmazása. (Az angol szakirodalomban SC II.) A gyakorlatban a gyártók, kivitelezők is ezt a megoldást preferálják. Mind a napelemek, mind az UV álló kábelek és a csatlakozók kettős szigetelésűek. Sőt a kábelek dugaszolható toldó, ill. elágazó csatlakozói is olyan kialakításúak (Multi-Contact plug system), hogy terhelés alatt bonthatók, és széthúzott állapotban csupasz kézzel szándékosan se lehet vezetőképes részt megérinteni. Ahhoz, hogy megfeleljünk a kettős vagy megerősített szigetelés áramütés elleni védelmi módnak, az is szükséges, hogy az inverter is II. ÉV-osztályú legyen. (Ez helyszínen is megvalósítható, még I. ÉV-osztályú gyártmány esetében is.) FONTOS! Csak a teljesség kedvéért jegyezzük meg, hogy a környezet elszigetelése, ill. a földeletlen egyenpotenciálra hozás védelmi módok alkalmazása tilos!

41 Az áramütés elleni védelemhez kapcsolódó leválasztás kérdése Az érvényes magyar szabvány (MSZ HD :2006 Napelemes (PV) energiaellátó rendszerek) a napelemek létesítésekor betartandó követelményeket pontosan előírja. Ezen szabvány a napelemes inverter karbantartásának biztosítására mind a váltakozó áramú, mind az egyenáramú oldalára leválasztó eszköz beépítését írja elő, azaz szakaszolókapcsolót kell beépíteni. Ezt a szakaszolókapcsolót az inverter közelében javasolt elhelyezni. Az egyenáramú oldali leválasztó eszköz nem oldja meg a napelemek és a leválasztó szakaszolókapcsoló közti hálózatrész feszültségmentesítését, és itt 1000 V nagyságrendű egyenfeszültség is lehet. Ezért az említett szabvány pontjában a következő kiegészítő intézkedés előírása is szerepel: Minden összekötődobozon egy figyelmeztető feliratot kell elhelyezni, hogy a dobozban levő aktív vezetők a központi inverterről való leválasztása után is feszültség alatt maradhatnak Áramütés elleni védelem, szigetelésellenőrzés A hagyományos kristályos napelemes erőművek egyenáramú részének hibavédelme mint azt korábban tárgyaltuk védőföldelés alkalmazása szigetelt táplálású rendszerben DC-IT-rendszer. Ezen naperőművek esetében mind a pozitív, mind a negatív pólus a földtől szigetelt. amely rendellenes üzemállapotnak tekintendő, a szigetelés ellenállásmérő földzárlatjelzést ad, egyes inverterek leszabályoznak, esetleg le is kapcsolnak. Azonban a vékonyréteg-napelemek negatív pólusának földelése többé nem teszi lehetővé az IT érintésvédelmi mód alkalmazását, mert az MSZ HD szabvány pontja szerint Az IT-rendszerekben az aktív részeket vagy el kell szigetelni a földtől, vagy egy elegendően nagy impedancián keresztül össze kell kötni a földdel. Egyes gyártók a negatív pólus földelését közvetlenül az inverter előtt javasolják, mégpedig egy dióda közbeiktatásával (l és ábra). Ezenkívül a központi földelőkapocshoz csatlakozó földelővezetőbe egy kis értékű (pl. 2A) olvadóbiztosító beépítését, valamint a földzárlati áram méréséhez egy sönt beiktatását, és egy egyenáramú leválasztó kapcsoló beépítését is tanácsolják. Napelemfüzér (string) pozitív pólusának földelése Amennyiben a modul hátoldalán helyezkednek el a kontaktusok, előfordulhat, hogy a negatív töltések a cella elülső felületén gyűlnek össze. Ez a cella elülső felszínén kialakuló sztatikus feltöltődés nem tud levezető utat találni, miután az elülső oldal el van szigetelve a hátoldalon kialakított áramvezetőktől. Ezt az effektust felületi polarizáció névvel illetik, és azt figyelték meg, hogy hatására a modul hatásfoka egyre csökken. Azonban ezt a polarizációs folyamatot meg lehet fordítani! Ehhez a napelem-modulsor pozitív polaritását földelni kell. A földzárlatos hibaállapot jelzésére egyszerű szigetelési ellenállásmérés teremt elvi és gyakorlati lehetőséget, amely funkciót ma a legtöbb gyártó az inverterbe integrálja. Ha tehát szigetelésromlás, sérülés következik be A pozitív pólus földelésének gyakorlati kivitele csak csekély mértékben tér el a negatív pólus földelésétől. A különbség azon kívül, hogy a másik pólust földelik, az, hogy a dióda is fordítva van bekötve. 41

42 Egyenfeszültségű oldalon földelt pólusú rendszer áramütés elleni védelme Most már csak az a kérdés, hogy az ilyen kialakítás milyen áramütés elleni védelmi módot valósít meg? Tulajdonképpen hibavédelmi szempontból ez elvileg egy olyan DC-IT rendszernek lenne tekinthető, amelyik tartós földzárlatos üzemben működik, sőt, a másik pólus földzárlatára, második földzárlat fellépésére jelzést is ad, és a kettős földzárlatos állapotot megszünteti. De az MSZ HD szabvány ezt az értelmezést nem teszi lehetővé, mert a pólusok közvetlen földelését már nem tekinti IT-rendszernek. Ha a TN-rendszerre előírt feltételeket vesszük sorra, akkor a legalapvetőbb feltételek sem teljesíthetők, pl. PEN vezető sűrű földelése, vagy a leválasztó készülék beépítésének tilalma. Valójában ez egy olyan új áramütés elleni védelmi mód, amelyet nehezen lehet a szabványok által definiált védelmi módok közé besorolni. Marad a szabvány B mellékletében előírásként megjelölt Védőakadályok és az elérhető tartományon kívül helyezés védelmi mód. Ennek megvalósítása érdekében a napelemes erőmű területét el kell keríteni, vagy el kell zárni a szakképzetlen személyek elől, és oda szakképzetlen személyek csak szakképzett, ill. kioktatott személyek felügyeletével léphetnek be. Amennyiben a napelemes erőmű területén minden vezetőképes részt leföldelünk, csak egyetlen potenciál, a földpotenciál érinthető, ez a kialakítás megfelel a fenti szabvány B3.1. melléklete követelményének is: A kézzel elérhető tartományon belül ne legyenek egyidejűleg érinthető, egymástól eltérő potenciálú részek A napelemek földelése, egyenpotenciálra hozása Eddig részletesen foglalkoztunk a napelemrendszerek áramütés elleni védelmi és leválasztási kérdéseivel. Az egyen potenciálú összekötés a táplálás önműködő lekapcsolása áramütés elleni védelmi módnak szerves része, ill. elhagyhatatlan tartozéka így erre is részletesen ki kell térni. Az MSZ HD :2007 szabvány egyenpotenciálú összekötésre vonatkozó pontja szerint a következők a teendők: A földelővezetőt, a fő földelőkapcsot, valamint a vezetőképes részeket minden egyes épületben az épületbe való belépési pontjukhoz a lehető legközelebb kell bekötni az egyenpotenciálú összekötésbe. Tehát minden olyan idegen vezetőképes részt be kell kötni az EPH-ba, amely normál használat esetén hozzáférhető. Az épületek tetején elhelyezett napelemes energiaellátó rendszereket életvédelmi szempontból nem szükséges az épület védő egyenpotenciálra hozásához csatlakoztatni, és így a fő földelősínbe bekötni, mivel a napelemgenerátor és tartószerkezeteik (ha azokat a tetőtérbe bevezetik) vezetőképes részei nem számítanak idegen vezetőképes részeknek, mert nem képesek idegen potenciálok (pl. távoli földpotenciál) közvetítésére. (Természetesen más a helyzet, ha a tetőszerkezet, épületszerkezet vezetőképes anyagból van, és így az előbbi kitételnek nem felel meg.) Ha azonban védő egyenpotenciálra hozást alkalmazunk, akkor az érvényes magyar szabvány (MSZ HD :2006 Napelemes (PV) energiaellátó rendszerek) a napelemek létesítésekor betartandó követelményeket pontosan előírja.

43 Ezen szabvány szakaszának előírása szerint Védő egyenpotenciálra hozó vezetők alkalmazása esetén azokat az egyenáramú és váltakozó áramú kábelekkel, vezetékekkel és szerelvényekkel párhuzamosan és amennyire lehet, azokhoz közel kell elhelyezni. Egyébként ez az elektromágneses összeférhetőség követelményének azaz a szabvány szövege szerint A villám által indukált feszültségek minimalizálása érdekében a vezetőhurkok területét a lehető legkisebbre kell csökkenteni. kiterjesztése az EPH-vezetőre. Független földelő létesítése nem tanácsos. Az építményhez egyetlen egyesített, közös földelőberendezés kialakítása célszerű, amely mind az áramütés elleni védelem, mind a villámvédelem, mind pedig az EMC követelményeknek együttesen megfelel. Ezért napelemes rendszerek létesítésekor nyomatékosan ajánlható a meglévő földelőrendszerhez való csatlakozás. A villámvédelmi célú potenciálkiegyenlítés kialakításánál az MSZ EN :2006 szabvány előírásait kell szem előtt tartani. Számos országban nincs a túlfeszültségvédelem alkalmazására kötelező érvényű előírás. Nem úgy, mint nálunk, ahol 9/2008. (II. 22.) ÖTM rendelet az Országos Tűzvédelmi Szabályzat kiadásáról és annak 3. melléklete rendelkezik a villámvédelem létesítéséről. 43 Miután ez az MSZ 274-es szabvány műszaki megoldásain alapuló előíráshalmaz, így az építmények villámvédelme az új OTSZ megjelenéséig a rendelet szerint alakítandó ki. Azért fontos, hogy az új OTSZ megjelenéséig, mert az Európai Unióban alkalmazott jogszabályi deregulációnak megfelelően, az OTSZ következő kiadásában már nem lesznek műszaki előírások, csak hivatkozások a megfelelő szabványokra, amely jelen esetben nem a visszavont MSZ 274, hanem a hazánkban kibocsátott nemzetközi villámvédelmi szabvány európai uniós változata (MSZ EN 62305) Villámvédelem és túlfeszültség-védelem A napelemes rendszerekben túlfeszültségeket a villámkisülések induktív vagy kapacitív hatásai, ill. a váltakozó áramú hálózat kapcsolási eseményei okozzák. A villámkisülés okozta túlfeszültségek a napelemes rendszerekben a napelemmodulok és az inverter károsodását okozhatják. Ezek súlyos következményekkel járhatnak a rendszer üzeme szempontjából. Ide tartozik például az inverter nagy javítási költsége, de a rendszer kiesése következtében az energiatermelés csökkenésére és az ebből eredő nyereségcsökkenésre is számíthat a rendszer tulajdonosa A villámvédelem szükségessége A napelemes rendszerek létesítésekor alapvetően két eset különböztethető meg aszerint, hogy van-e az építményen külső villámvédelem vagy nincs. Közösségi épületek, pl. kultúrtermek, iskolák, kórházak esetében biztonsági okokból az építési előírások így pl. az érvényes OTSZ villámvédelem létesítését írja elő. Az egyes építmények között különbséget kell tenni elhelyezkedésük, építés módjuk, vagy a felhasználás jellege alapján aszerint, hogy abban közvetlen villámcsapás könnyen kialakulhat-e vagy az súlyos következményekhez vezethet-e. Az ilyen jellegű építményeket tartósan hatásos villámvédelmi rendszerrel kell ellátni. Ez azzal magyarázható, hogy a napelemes rendszer DC oldali kábelezésének nyomvonalvezetése az épületben rendelkezésre álló, meglévő felszállóaknák, ill. kábeltálcák fel-

44 használásával történik, és a villámáram vezetett és sugárzott hatásai ezáltal a belső rendszerekben zavarokat okoznak. Ezért szükség van a villámcsapás kárkockázatainak kiértékelésére az MSZ EN szabvány alapján, és az ebből származó eredményeket a tervezés során figyelembe kell venni. A Német Biztosítók Szövetsége az MSZ EN (IEC ) szabvány szerinti villámvédelmi kockázatelemzést felvette a VdS irányelv 2010 Kockázatorientált villámés túlfeszültség-védelem című kiadványába, és villámvédelmi intézkedéseket határoz meg építményekre a biztosítók szemszögéből. Ezen irányelv 3. táblázatában egyszerűsített módon minimális védelmi osztályokat és túlfeszültség-védelmi intézkedéseket rendel az egyes építménytípusokhoz. (A Magyarországon jelenleg érvényes OTSZ szintén meghatároz minimális követelményeket egyes építménytípusokra.) A VdS irányelv iránymutatást tartalmaz megújulóenergia-termeléssel ellátott építményekre is, így például a 10 kwp-nél nagyobb teljesítményű napelemes rendszereket tartalmazó építményekre. Az ilyen objektumok külső villámvédelmére a VdS irányelv minimum LPL III villámvédelmi szintet és ehhez tartozó LPS III villámvédelmi fokozatot ír elő. A külső villámvédelmi intézkedéseken túl túlfeszültségvédelmi intézkedésekre is szükség van. 44 A DIN EN szabvány 2. kiegészítésében (Beiblatt 2) szerepel, hogy az LPS III villámvédelmi osztálynak megfelelően kialakított külső villámvédelmi rendszer megfelel a napelemes rendszerek és a napkollektorok követelményeinek: Épületek tetejére telepített napelemes és napkollektoros rendszerek az épületek meglévő villámvédelmi rendszereinek hatását nem ronthatják le. A berendezéseket a DIN EN (MSZ EN 62305) szabvány 5.2. és 6.3. fejezete alapján kivitelezett, elszigetelt villámvédelemmel célszerű a közvetlen villámcsapás hatásai ellen védeni. Ha a külső villámvédelem és a napelemes rendszer tartószerkezetének közvetlen csatlakozása nem kerülhető el, akkor az építmény belső rendszereibe bejutó villámrészáramok hatásait a védelem kialakítása során figyelembe kell venni Speciális készülékek a napelemes rendszerek DC oldali védelmére 1. típusú levezető. A DEHNlimit PV 1000 V2 kombi olyan speciális szikraköz alapú levezető, amelynek egyenáramú ívkioltó képessége van (1.28. ábra). Ezért ez a napelemes energiatermelő rendszerek ideális levezetője. Az ívkifúvásmentes, kúszókisüléses szikraköz-technológia lehetővé teszi a napelemes generátor (napelemtáblák) és az inverter védelmét a DC-körben, közvetlen villámrészáramok jelenléte esetén is. Ez a kombi levezető 1000 V DC feszültségig alkalmazható és nagy, 50 ka (10/350 μs) villámáram-levezetőképességgel rendelkezik ábra. Dehnlimit túlfeszültséglevezető

45 Túlfeszültség-védelem alkalmazásának szükségessége napelemes rendszerekben A villamos vezetékekben a villámkisülés túlfeszültséget indukál. Az ilyen feszültségcsúcsok okozta károk elkerülése érdekében a villamos rendszerekbe túlfeszültség-védelmi készülékeket szükséges beépíteni. Ezeket a védendő készülékek elé, a váltakozó áramú (AC), az egyenáramú (DC), és az adat (jelvezetéki) oldalon kell beépíteni. Túlfeszültség-védelem kiválasztása A napelemes rendszerek túlfeszültség-védelmének kiválasztása során három esetet különböztetünk meg: 1. van külső villámvédelmi rendszer és az s biztonsági távolság nincs betartva 2. van külső villámvédelmi rendszer és az s biztonsági távolság be van tartva 3. nincs külső villámvédelmi rendszer Ahol: a távolság: napelemmodul inverter; b távolság: inverter hálózati tápellátás A hálózati csatlakozási pontnál 1. típusú, kombinált, többpólusú túlfeszültség-védelmi készülék, például DEHNventil vagy DEHNshield kombinált villámáram-levezető ajánlható. Ha az inverter és a túlfeszültségvédelmi készülék közötti távolság kisebb, mint 10 m, akkor az inverter váltakozó áramú oldalát ez a készülék kielégítően védi. Ha a hálózati csatlakozási pont és az inverter AC oldala közötti távolság meghaladja a 10 m-t, akkor az inverter AC oldalához is javasolt túlfeszültség-védelmi készülék beépítése. Ha a napelemmodul és az inverter közötti távolság meghaladja a 10 m-t, akkor közvetlenül a napelemes modulokhoz is javasolt további túlfeszültség-védelmi készülék beépítése. Ha az inverterek adat- és mérővezetékei a felügyeleti rendszerhez vezetékekkel csatlakoznak, oda is értelemszerűen túlfeszültség-védelmi készülékek alkalmazása szükséges. Az RS 485 adatátviteli rendszerekhez a BLITZDUCTOR XTU túlfeszültség-védelmi készülékek alkalmazhatók. Ez a készülék két érpár védelmére alkalmas, például az érkező és elmenő adatvezetékek számára. 45

46 A korábban említett 1. esetben, az egyenáramú (DC) vezetékeket 1. típusú túlfeszültség-védelmi készülékekkel kell ellátni. Erre a célra megfelelő az típusú, DEHNcombo YPV SCI (FM) kombinált villámáram-levezető alkalmazása. Nagyobb vezetékhosszak (> 10 m) esetén a napelemes modulok DC oldalához is javasolt további 1. típusú túlfeszültség-védelmi beépítése. Ha az inverter a hálózati betáplálásnál lévő 1. típusú túlfeszültség-védelmi készüléktől 10 m-t meghaladó távolságban van, akkor az inverter váltakozó áramú (AC) oldalán további 1. típusú túlfeszültség-védelmi készüléket (például DEHNshield típusú kombinált villámáram-levezetőt) kell beépíteni. A 2. esetben, ha az inverter a hálózati betáplálásnál lévő 1. típusú kombinált ( típusú) túlfeszültség-védelmi készüléktől 10 m-t meghaladó távolságban van, akkor az inverter váltakozó áramú (AC) oldalán további 2. típusú túlfeszültség-korlátozó (például DEHNguard készüléket) kell beépíteni. Az inverterek minden független MPP egyenáramú (DC) bemenetét 2. típusú túlfeszültség-korlátozóval, például DEHNcube M YPV SCI... készülékkel kell védeni. Ha a napelemmodul és az inverter közötti távolság meghaladja a 10 m-t, akkor közvetlenül a napelemes modulokhoz (DC oldalra) is javasolt további 2. típusú túlfeszültség-korlátozó beépítése. A 3. esetnél a védelmet 2. típusú túlfeszültség-korlátozók beépítésével lehet megoldani. Beépítési helyek: a napelemmodulok és az inverter egyenáramú (DC) oldala, az inverter váltakozó áramú (AC) oldali kimenete, kisfeszültségű főelosztószekrény, vezetékes kapcsolatú kommunikációs interfészek. Az előző oldalon látható táblázatban a csillag (*) azt jelzi, hogy abban az esetben 1. típusú túlfeszültségvédelmi készüléket kell választani, ha a villamosenergia-ellátás szabadvezetékes csatlakozású vagy van antenna a tetőn, vagy ha az előbb említett feltételek valamelyike teljesül a szomszédos épületekre, illetve ha a szomszédos épületek valamelyikén van villámvédelmi rendszer kialakítva. Az ezen az oldalon látható fenti táblázatban a két csillag (**) az jelenti, hogy az adott táblázatban minden felsorolt típus az MSZ EN : 2013 Kisfeszültségű túlfeszültség-levezető eszközök. Túlfeszültséglevezető eszközök speciális alkalmazásokhoz, beleértve az egyenáramú alkalmazásokat. 11. rész: Fotovillamos rendszerekben alkalmazott túlfeszültség-levezető eszközök követelményei és vizsgálatai című szabvány szerint be van vizsgálva. 46

47 Moduláris, többpólusú 2. típusú túlfeszültség-levezető. A DEHNguard M YPV SCI levezető (DC-oldalon nem földelt rendszerek esetén) és az S PV SCI (DC-oldalon földelt rendszerek esetén) bizonyított, hibatűrő Y kapcsolással és háromfokozatú DC átkapcsoló rendszerrel rendelkezik (1.29. és ábra) (dehn 2 tip). kockázatát a napelemes rendszer DC-körében szerelési vagy szigetelési hiba következtében. Továbbá határozottan csökkenti a túlterhelt levezető okozta tűz keletkezésének veszélyét, és a túlterhelt levezetőt biztonságos villamos állapotba hozza anélkül, hogy a napelemes rendszer normál üzemét befolyásolná. A háromfokozatú DC átkapcsoló rendszer Thermo Dynamic Control funkcióval ellátott kombinált leválasztó és rövidrezáró egységet és kiegészítő olvadóbiztosítót is tartalmaz. Az integrált olvadóbiztosító biztonságosan leválasztja a túlfeszültség-levezetőt túlterhelés esetén a továbbra is fennálló generátorfeszültségről, és az érintett védőmodulok biztonságos és árammentes (villamos ív nélküli) cseréjét is lehetővé teszi. A DC oldali kapcsolási villamos ív kialakulása így mindenkor megelőzhető. Ezáltal a DC-körben a DEHNguard M YPV SCI és S PV SCI előtt olvadóbiztosító alkalmazása 1000 A áramerősségig nem szükséges. A DEHNguard M YPV SCI / S PV SCI készülékben alkalmazott technológiák szinergiája csökkenti a védőkészülék károsodásának Tetőn elhelyezett napelemes (PV) rendszerek villámés túlfeszültség-védelme Épületek külső villámvédelem nélkül A ábra mutatja a külső villámvédelem nélküli épületen elhelyezett napelemes rendszer túlfeszültség-védelmi koncepcióját. Ebben az esetben túlfeszültség-védelmet: az inverter DC oldali bemenetén, az inverter AC kimenetén, az épület erősáramú becsatlakozó vezetékének/kábelének épületbe való belépési pontján (230/400 V) kell létesíteni. Amennyiben az épületen nincs külső villámvédelem, 2-es típusú levezetőt (DEHNguard) kell telepíteni az épület erősáramú becsatla ábra. 2. tipusú túlfeszültség-levezető ábra. 2. tipusú túlfeszültség-levezető nyitott dobozfedéllel 47

48 kozó vezetékének/kábelének épületbe való belépési pontján. A DEHNguard M készülékcsaládban megtalálható a szokásos hibavédelmi (régi terminológia szerint: érintésvédelmi) módú hálózatokhoz (TN-C, TN-S, TT) a megfelelő védőkészülék. Amennyiben a napelemes inverter és a DEHNguard telepítési helye (erősáramú betáplálás) közötti távolság nem nagyobb 5 m-nél (a DIN CLC/TS : szerint 10 m-nél)*, akkor az inverter AC oldala megfelelően védett. Ha a távolság ennél nagyobb, akkor a 2. típusú védelmi készüléket meg kell ismételni az inverter AC oldalán (1.31. ábra). Az inverter DC oldalán minden bejövő stringvezetéket védeni kell DEHNguard M YPV SCI vagy S PV SCI védőkészülékkel, attól függően, hogy a plusz és mínusz földeletlen vagy az egyik pólus földelt. Ez a készülékcsalád megbízható védelmet nyújt a napelemes rendszerek DC oldalán. Hiba esetén az integrált olvadóbetét biztonságosan leválasztja a túlfeszültség-védelmi készüléket a továbbra is termelő napelemes generátorról. 48 Épületek külső villámvédelemmel és a biztonsági távolság betartása Meglévő épületek tetejére telepítendő napelemes rendszerek tervezésekor figyelembe kell venni a meglévő külső villámvédelmi rendszert. A napelemes modulokat úgy kell telepíteni, hogy azok a külső villámvédelem felfogóinak védett terébe kerüljenek. Megfelelő felfogó elrendezések, például felfogórudak használatával elérhető, hogy közvetlen villámcsapás a napelemes modulokat ne érhesse. Az esetlegesen szükségessé váló kiegészítő felfogó-elrendezéseket (felfogókat) úgy kell elhelyezni, hogy azok védett tere megakadályozza a napelemes modulokba történő közvetlen villámcsapást és emellett a felfogó-elrendezés ne vessen magárnyékot a napelemtáblákra. Figyelembe kell venni, hogy a napelemes rendszer és a külső villámvédelmi rendszer elemei között az s biztonsági távolságot be kell tartani az MSZ EN (IEC ) szabvány szerint. A biztonsági távolságot az említett szabvány alapján kell kiszámítani. A ábra mutatja a külső villámvédelemmel ellátott épületek tetején elhelyezett napelemes rendszerek túlfeszültség-védelmi koncepcióját, ahol a napelemes rendszer és a külső villámvédelem elemei között a biztonsági távolság be van tartva. DNO DNO PC 1 M M SEB GJB MEB ábra. Villámvédelem az inverter mindkét oldalán PC 1 M M SEB GJB MEB 6 mm 2 Cu 6 mm 2 Cu ábra. Épületeken elhelyezett villámvédelmi eszközök, a biztonsági távolság betartásával

49 A villámvédelmi rendszer lényeges eleme, hogy minden fémes rendszert és vezetéket/ kábelt be kell kötni a villámvédelmi potenciálkiegyenlítésbe. Ezt a bekötést nagy kiterjedésű fémes rendszerek esetén közvetlen összekötéssel, míg feszültség alatt álló rendszereknél közvetett módon, villámáram-vezetőképes védelmi modulokkal oldják meg. A villámvédelmi potenciálkiegyenlítést a külső rendszerek (fém csővezetékek és becsatlakozó vezetékek/kábelek) építménybe való belépéséhez legközelebb kell kialakítani, annak érdekében, hogy megakadályozzuk villámrészáramok épületbe való bejutását. Az épületbe becsatlakozó kisfeszültségű, erősáramú betáplálási vezetéket/kábelt többpólusú, szikraközalapú kombinált villámáram-levezető és túlfeszültség-védelmi készülékkel védjük. A kombinált védelmi készüléket a szokásos hibavédelmi módú hálózatoknak (TN-C, TN-S, TT) megfelelően választjuk ki (1.32. ábra). A DEHNventil kombi készülék esetében, ha a védelmi készülék és a végberendezés közötti távolság nem nagyobb 5 m-nél (a DIN CLC/TS : szerint 10 m-nél), kiegészítő védelmi készülék nélkül is kielégítő védelem áll fenn. Nagyobb vezetékhosszak esetében 2. típusú, és ha szükséges, 3. típusú túlfeszültség-védelmi készülékeket (SPD-ket) kell alkalmazni. Ha az inverter AC oldala és a DEHN-ventil beépítési helye közötti távolság nem nagyobb 5 m-nél (a DIN CLC/TS : szerint 10 m-nél), nincs szükség további védelmi készülékre az AC oldalon. Az inverter DC oldalán minden beérkező stringvezetéket DEHNguard M YPV SCI vagy S PV SCI védelmi készülékkel kell védeni a plusz/mínusz ér és a föld között. Épületek külső villámvédelemmel a biztonsági távolság betartása nélkül A napelemes modulok gyakran befedik a teljes tetőszerkezetet, a lehető legnagyobb energiatermelés (profit) elérése érdekében. Szereléstechnikai oldalról nézve ilyen esetben a biztonsági távolság gyakran nem tartható be. Ezért azokon a helyeken, ahol a biztonsági távolság nem tartható be, közvetlen és tartós fémes kapcsolatot kell kialakítani a külső villámvédelem és a napelemes rendszer fémes elemei között. Ebben az esetben azonban figyelembe kell venni, hogy a napelemes rendszer DC kábelezése villám-részáramokat vezet be az épület belsejébe, ezért a villám-részáramokat vezető DC kábeleket is be kell vonni a villámvédelmi potenciálkiegyenlítésbe (1.33. ábra). PC GJB mm 2 Cu Ez azzal magyarázható, hogy az épületen belüli potenciálkiegyenlítő vezetőkön, és a napelemes invertercsatlakozó erősáramú vezetékének védővezetőjén is villám-részáramok folyhatnak át. DNO M M 1 SEB MEB Villám- és túlfeszültség-védelem napelemes erőművekhez ábra. Épületeken elhelyezett villámvédelmi eszközök távolsága nincs betartva A napelemes erőművekkel szemben támasztott szigorú rendelkezésre állási követelmények miatt el kell végezni a villámvédelmi kockázatelemzést az IEC (EN 49

50 ) szabvány alapján, és az abban meghatározott védelmi intézkedéseket a tervezésnél figyelembe kell venni. Felfogó és levezetőelrendezés A napelemmodulok közvetlen villámcsapás elleni védelméhez a napelemes modulokat elszigetelt felfogó elrendezés védett terébe kell helyezni. A tervezés alapjául minimum az LPL III által meghatározott villámparamétereket kell figyelembe venni a 10 kwp-nél nagyobb rendszerek esetén a Németországban hatályos 2010-es VdS irányelv, ill. a DIN EN melléklete (az IEC német kiegészítése) alapján. Az LPS III villámvédelmi osztálynak megfelelő sugarú gördülőgömbökkel kell meghatározni a felfogók magasságát és mennyiségét. Ezen túlmenően be kell tartani az s biztonsági távolságot a napelemmodulok tartószerkezete és a felfogórendszer között az IEC (EN ) szerint. Az üzemi épületet is LPS III villámvédelmi fokozatnak megfelelő villámvédelmi rendszerrel kell ellátni. Üzemi épület Földelőelrendezés A napelemes rendszer földelőelrendezését hálószerűen kialakított keretföldelőkből (felületi földelőelrendezés) kell kialakítani, jellemzően m-es hálóosztással (max m) (1.34. ábra). A fémszerkezetet, amelyhez a napelemmodulokat rögzítik, kb. 10 m-enként kell a földeléshez csatlakoztatni. Az üzemi épület földelését betonalap-földelésként kell kialakítani a DIN német szabványnak és az IEC (EN ) megfelelően. Mindkét földelőelrendezést egymással is össze kell kötni, figyelembe véve a felhasznált anyagokra vonatkozó szabályokat a betonból kilépő földelővezetők korróziójára az IEC (EN ) és DIN alapján. Az egyes földelőelrendezések összekötése egymással jelentősen csökkenti az eredő földelési ellenállást. A különböző földelőelrendezések hálószerű összekötése ekvipotenciális felületet hoz Felfogórúd Generátorcsatlakozó szekrény Fő földelő sín Napelemmodul Földelőelrendezés (hálóosztás: m m) ábra. Az épülettetőn elhelyezett villámvédelmi vezetékezés 50

51 létre, amely jelentősen csökkenti a napelemes táblák és az üzemi épület közötti csatlakozókábelek villámcsapást követő feszültség-igénybevételét. A hálószerű felületi földelőket legalább 0,5 m mélyen kell lefektetni és a keresztezési pontokat megfelelő szorító keresztkapcsokkal kialakítani Villámvédelmi potenciálkiegyenlítés Minden vezetőképes rendszert be kell kötni az üzemi épület villámvédelmi potenciálkiegyenlítésébe, az épületbe történő belépési ponthoz minél közelebb. A villámvédelmi potenciálkiegyenlítés követelményét fémes, üzemszerűen nem feszültség alatt lévő rendszerek esetén közvetlen összekötéssel, üzemszerűen feszültség alatt lévő rendszerek esetében pedig közvetett módon, villámáram-levezetőkkel lehet teljesíteni. Túlfeszültség-védelmi intézkedések a napelemes moduloknál Ahhoz, hogy a napelemmodulokon belüli villamos szigetelés igénybevételét a felfogó elrendezésbe történő villámcsapást követően Üzemi épület inverterrel 1 csökkentsük, túlfeszültség-védelmi készülékeket kell telepíteni a napelemmodulokhoz a lehető legközelebb elhelyezett generátoroldali csatlakozószekrényekbe. A DC oldalon DEHNguard M YPV SCI / S PV SCI típusú túlfeszültség-védelmi készülékeket célszerű beépíteni minden egyes generátoroldali csatlakozószekrénybe. A gyakorlatban bevált megoldás potenciálmentes jelzőérintkezőkkel ellátott túlfeszültség-védelmi készülékek alkalmazása, amelyek jelzik a termikus leválasztóberendezés üzemállapotát. Túlfeszültség-védelmi intézkedések IT rendszerekhez Az üzemi épületben általában távdiagnosztikai rendszer is van, amelyet a napelemrendszer gyors és egyszerű funkcionális ellenőrzésére is használnak. Ez lehetővé teszi az operátor számára, hogy a napelemes rendszer zavarait még a korai szakaszban felismerje és elhárítsa. A távfelügyeleti rendszer folyamatosan továbbítja a napelemes rendszer teljesítményadatait, hogy a napelemes rendszer termelését folyamatosan optimalizálni lehessen. Mint ahogy a ábrán is látható külső érzékelők folyamatosan monitorozzák a szélsebességet, a modulok felületi hőmérsékletét és a külső hőmérsékletet. 2 3 Napelemmodulok 3 Generátor csatlakozó Adatgyűjtő és rögzítő egység 1 NTBA Modem Betonalap-földelő ábra. A villámvédelem méretezése a gördülő gömbbel ábra. A villámvédelem eszközei 51

52 2. Az inverter Az inverter feladata: a rendszerben az energia átalakítása és továbbítása a fogyasztó vagy hálózat felé. Ez a feladat egyben meghatározza a rendszerben fizikailag elfoglalt helyét is Az inverterek osztályozása Az invertereket a következő főbb jellemzők szerint célszerű osztályozni: Üzemmód Jelalak Teljesítmény Feszültség Fázisok száma Üzemmód szerint megkülönböztetett inverterek: szigetüzemű, hálózatra tápláló (amely csak visszatáplálhat a hálózatra), hálózattal kapcsolt hálózati interaktív (ez akár többféle üzemmódban is dolgozhat, vételez, visszatáplál, részarányosan teljesít stb.). Jelalak szerint megkülönböztetett inverterek: szinuszos jelalakú, módosított szinuszos jelalakú trapéz jelalakú, négyszög jelalakú. Érdemes azonban megfontolnunk: soha ne engedjük, hogy az olcsóság a minőség rovására menjen, törekedjünk az ár/értékarány szerinti döntésekre. 52 Teljesítmény szerint megkülönböztett inverterek: kisebb teljesítményűek, ide sorolhatjuk az 1 3 kw-osakat, közepes teljesítményűek, ide sorolhatjuk a 3 10 kw-osakat, nagyobb teljesítményűek, ide sorolhatjuk a 8 50 kw-osakat, nagyteljesítményűek, ide sorolhatjuk az kw-osakat, melyeket már többnyire ipari jellegű kiserőművekben alkalmaznak, léteznek többszáz kilowattos sőt megawattos inverterek is egy fizikai egységben. Napelemes erőművekben való alkalmazásuk azonban megfontolandó. Több kisebb inverter alkalmazása rendszertechnikai szempontból sokszor előnyösebb. A feszültségeket illetően az inverterek esetében a bemeneti (U be ) és kimenet (U ki ) feszültségeket érdemes vizsgálni. Az U be bemeneti oldali feszültség mindig DC szint, értékét tekintve minél nagyobb, annál jobb évvel ezelőtt a bemeneti feszültségek lényegesen kisebbek voltak. A napelemek maximális rendszerfeszültsége (U sys ) és az inverter maximális bemeneti feszültsége (U be,inv,max. ) között szoros összefüggés van. Az U sys soha nem lehet nagyobb, mint az U be,inv,max. Ezért a napelemipar és az inverterek fejlesztésének összhangban kell lenniük. A kimeneti feszültség a HMKE esetekben 203 V ac vagy 400 V ac. A fázisok száma lehet 1 vagy 3; 5 kw p feletti esetekben 3 fázisú invertert cészerű választani.

53 Szinusz Módosított szinusz 53 Trapéz A szinuszos jelalakú inverternek vannak a legjobb paraméterei Hálózatra csatolni csak tisztán szinuszos jelalakú invertert szabad. A trapéz és négyszög jelalakú inverterek kimenetének jelentős a felharmonikus tartalma. A piacon a legolcsóbb kategóriába tartoznak, ezért bizonyos értelemben kedvelt eszközök. Ezeket azonban csak akkor szabad használni, ha a gyártó megfelelő elektromágneses zavarvédelmet (EMC) épített az inverter kimenetére. Ennek hiányában a környező területeken a nagyfrekvenciás berendezésekben vételi zavarokat okozhat ábra. Az inverterek jelalakjai Négyszög 2.2. ábra. A négyszögjel és felharmonikustartalma Fázisok száma szerint megkülönböztetünk: egyfázisú; háromfázisú invertereket. Ezek között ma már találunk olyan megoldást, hogy az adott inverter mind csillag-, mind deltakapcsolásban képes működni. Ill. kimenetük közösíthető (főleg szigetüzemre jellemző megoldások).

54 Rendszertechnikai értelemben léteznek kétfázisú megoldások is. Ez esetben csak a rákapcsolás jellege kétfázisú, maga az inverter természetesen nem. Ezt két darab egyfázisú inverter alkalmazásával lehet megvalósítani. Itt elsősorban az adott ország (áramszolgáltató) szabványait, előírásait kell figyelembe venni. Magyarországon a fázisok között megengedett teljesítményaszimmetria 5 kw. Az áramszolgáltatók szabályzata megtalálható az interneten a szolgáltatók weboldalán Az inverter működése Az inverter felépítésének egy egyszerűsített modelljét egy egyfázisú négyszögjel-kimenetű inverteren mutatjuk be a 2.3. ábrán. A kapcsolás elve egy Graetz hídkapcsolás, amelynek U be bemenetére kapcsoljuk az átalakítandó DC feszültséget (akkumulátor, napelem). A négyszögjel az A, B kimeneti pontokon jelenik meg a négy darab tranzisztor együttes vezérlési állapotának megfelelően. A terhelést az R-L komplex impedancia jelenti, u ab az inverter kimeneti feszültsége. FIGYELEM! Hálózatra csak teljesen szinuszos jelalakú inverter köthető! Szigetüzemű inverter SOHA nem köthető a hálózatra! Tilos! Életveszélyes és vagyonveszélyes! i be A főáramkörben alkalmazott félvezetők: MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Tranzisztor szigetelt vezérlőelektródás térvezérlésű tranzisztor), IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor szigetelt vezérlő-elektródájú bipoláris tranzisztor), GTO (Gate Turn Off Thyristor oltható tirisztor), ezek közül a feladatnak legjobban megfelelőt alkalmazzák. U be C T 1 D 1 T 3 D 3 0 u v1 A R L i u v3 C T 2 D 2 u AB T 4 D 4 u v2 u v ábra. Az inverter vázlatos felépítése egyfázisú, négyszögjel esetében 54

55 Az egyes tranzisztorok vezérlését, állapotát és a kimeneti jelet a 2.4. ábrán követhetjük nyomon. A szaggatott kék görbe mutatja az eredeti szinuszjelet. A kimeneti jel egy ún. nullátmenetű négyszögjel. A jel sok felharmonikust tartalmaz (l ábra). A kimeneti feszültség értékeinek a négy lehetséges esete: (l ábra): ha T 1 és T 3 vezet, u AB = 0, ha T 1 és T 4 vezet, u AB = U be, ha T 2 és T 4 vezet, u AB = 0, ha T 2 és T 3 vezet, u AB = U be. A 2.5a ábrán egy inverter tömbvázlatát mutatjuk be. u v u v T u v u v 3 4 u AB U be U be T 4 u ABI 2.4. ábra. Az egyfázisú négyszögjelű inverter vezérlőjelalakjai DC kapcsoló a) Védelem u AB C π Boast DC/DC átalakító L T T2 T 3 D C 2π T 1 ωt ωt ωt A D 1 D 2 Ahhoz, hogy megértsük az invertereket és a vizsgálatuk során felmerülő szempontokat, elvárásokat, mindenképpen meg kell értenünk az inverterek feladatát, elhelyezkedésüket az energetikai rendszerekben, ill. felépítésüket, működésüket. A megújuló energia felhasználása során nagyon sok esetben a végső cél a villamos energia eljuttatása a közcélú villamosenergiahálózatra. Ez váltakozó áramú egy- vagy háromfázisú, különböző frekvenciájú, feszültségű hálózatot jelent. Ezek az energiaforrások egyen vagy egy- és háromfázisú váltakozó áramot szolgáltatnak, változó feszültség, áram, impedancia, teljesítmény és frekvenciával jellemezhetően. b) MPPT T 2 Szinkron PWM inverter c) T 3 T 4 B D 3 D 4 PWM AC EMC szűrő d) Szinkron Transzformátor e) AC kapcsoló f) Védelem Napelemtől Mikrokontroller g) PC-hez 2.5a ábra. Egy négyszögjelű inverter tömbvázlata 55

56 Az inverterek feladatai és jellemzői A hálózati inverter (grid-tied inverter) feladata a napelemek (napelemkombinációk) által szolgáltatott, változó jellemzőjű egyenáram (változó feszültség, áram és generátorimpedancia) átalakítása váltakozó árammá, olyan minőségben, amely lehetővé teszi az inverterek szolgáltatói hálózathoz kapcsolását. Napelem vagy -füzér (DC/ V) I. Inverter (DC/DC) (Booster) Mikrokontroller (hw + sw) Inverter II. Inverter (DC/AC) Display/kommunikáció (Mikrokontroller sw) Az áramszolgáltatók Európában 230 V, 50 Hz névleges frekvenciájú egyfázisú kisfeszültségű elosztói hálózatokat, ill. háromfázisú rendszereket működtetnek, itt V/50 Hz a névleges feszültség. Más országokban más feszültségeket és más frekvenciát is alkalmaznak (110 V, 120 V, 60 Hz stb.). Az inverter feladata, hogy minden körülmények között kinyerje a maximális energiát, amelyet a napelem, a napelemrendszer termel (erős napsütésben, gyenge napsütésben, felhős időben, melegben, hidegben), azaz alkalmazkodnia kell a napelemrendszer mint egyenáramú generátor változó jellemezőihez. E feladata mellett az előállított áramnak és az inverter hálózati viselkedésének az áramszolgáltatói elvárásoknak is meg kell felelnie. Erre most csak néhány paramétert megemlítve utalunk felharmonikus-tartalom, injektált egyenáramszint, feszültségkövetés, szigetüzem kizárása, zárlati viselkedés, túlfeszültség-kezelés, újraindulási tulajdonságok stb. Természetes felhasználói elvárás a minél nagyobb hatásfok, amely a mai invertereknél a névleges teljesítmény közelében általában 95 % felett van. A munkapont függvényében ez lehet nagyobb, ill. jóval kisebb is. Ezek a feladatok összetettek, bonyolultak, és ráadásul általában gyors döntéseket és beavatkozást követelnek meg az inverterek vezérlésétől (ún. real-time vezérlés, szabályozás, Hálózat (400/230 V/50 Hz) Kapcsoló Transzformátor b ábra. Az inverter feladatai Ethernet, USB, RS232, RS485, ZigBee, BT internet

57 ez néhány 10 mikroszekundumos beavatkozási időt is jelenthet az inverter működési folyamataiba), ezért az inverterek proceszszoros (mikrokontrolleres, DSP) vezérlésűek. A mikrokontrollereket pedig beégetett gépi programok (firmware-ek) vezérlik, azaz programvezéreltek. A 2.5b ábrán részleteiben követhetjük a sokrétű feladatot, amelyet az inverternek meg kell oldania. Az inverterek általában két áramátalakítót tartalmaznak, az első egy DC/DC átalakító (Booster-fokozat), amely a napelem nagyon szélsőségesesen változó feszültségéből, áramából kialakít egy viszonylag stabil, megfelelő szintű egyenfeszültséget. Az inverter kivitele szerint lehet galvanikus leválasztású, ebben az esetben az inverter utáni transzformátor az inverter része, vagy lehet direkt rendszerű (TL transformer less, transzformátor nélküli), nagyobb teljesítményeknél, pl. már 10 kw felett sok áramszolgáltató egy közbeiktatott transzformátort követel meg a telepítés során. Ennek a magyarázata az, hogy a TL inverterek egyenáramot is injektálhatnak a hálózatba, ez az adott alhálózat transzformátorát túlgerjeszti (egyenáramúan előmágnesezés) melynek eredménye a transzformátor túlmelegedése, ill. üzemzavar lehet. A invertert vezérlő mikroprocesszor a következő feladatokat végzi: a napelemek feszültségének és áramának a mérése, az első DC/DC konverter vezérlése a forrásból a solarpanelekből maximálisan kivehető teljesítmény érdekében (Maximum Power Point Tracking MPPT), a hálózati feszültség és áram mérése (1/3 fázison), a második konverter inverter DC/AC vezérlése, a hálózati frekvencia folyamatos mérése, a hálózatra csatlakozás (indulás, leállás klf. feltételek mellett), a kimeneti áram teljesítménytényezőjének (cos ϕ) és felharmonikustartalmának (THD) ellenőrzése, a kimeneti áram egyenáramtartalmának az ellenőrzése (DC injection), a lágy indítás vezérlése (nem szerencsés hirtelen rászakítani a hálózatra mondjuk 40 kw-ot, az inverter maximális teljesítményét), szigetüzem detektálása felügyelete nem kívánt szigetüzem elkerülése antiislanding-képesség biztosítása, szigetüzem miatti leállás utáni újraindítás (recovery), túl/alul feszültség detektálása, leállás, újraindítás, túl/alul frekvencia detektálása, leállás, újraindítás, érintésvédelmi feladatok (szigetelés ellenőrzése a PV oldalon), földelésellenőrzés (hálózati oldalon) éjszakai üzemre átállás (standby), kommunikáció a szolgáltatóval, kommunikáció az inverter üzemeltetőjével (user interface), stb. Ezek között egy sereg összetett, soklépéses, sok mérést, döntést igényelő, REAL TIME (valós idejű) feladat van Az inverter főbb jellemzői A 3.1. táblázatban az inverterek főbb jellemzőit mutatjuk be. A példához egy ismert gyártó kombinált szigetüzemű inverterét választottuk, mert a jellemzőket tekintve ez a legbonyolultabb. 57

58 2.1. táblázat. Az inverter főbb jellemzői magyar/angol nyelven Jellemzők Az inverter típusa AC kimenet (felhasználói oldal) AC output (users) SI Sunny Island SI 3324 Sunny Island SI 4248 Sunny Island SI 4248U Névleges AC feszültség (beállítható), V Nominal AC voltage (adjustable] 230 ( ) 230 ( ) 120 ( ) Névleges frekvencia (beállítható), Hz Nominal frequency (adjustable) 50 Hz (45 55) 50 (45 55) 60 (55 65) AC teljesítmény folyamatos üzemben, W Continuous AC power at 25 C/45 C 3300/ / /3400 AC kimeneti teljesítmény, W 25 C/30 perc/1 perc/5 AC output power at 25 C for 30 min/1 min/5 s Névleges AC áram/ max. AC áram (csúcs), A Nominal AC current/ Max. AC current (peak) Összes harmonikus torzítás (THD)/ fázis eltolódás (cos ϕ) Total harmonic distortion/ phase shift (cos ϕ) AC bemenet (generátorról vagy hálózatról) AC input (generator or grid) 4200/5000/ / ms-ig <3 %/ 1 to (172,5 250) 50 (40 60) 56 (2 56)/12,8 5400/7000/ /100, 100 ms-ig <3 %/ 1 to (172,5 250) 50 (40 60) 56 (2 56)/12,8 5400/7000/ /140, 5 s-ig < 3 %/ 1 to +1 Bemeneti feszültség (tartomány), V Input voltage (range) Bemeneti frekvencia (tartomány), Hz Input frequency (range) Max. bemeneti áram (beállítható) / max. bemeneti teljesítmény, A/kW Max. input current (adjustable) / Max. input power Akkumulátor DC bemenet Battery DC input 120 (80 150) 60 (54 66) 56 (2 56)/6,7 Akkumulátorfeszültség (tartomány), V Battery voltage (range) 24 (21 32) 48 (41 63) 48 (41 63) Folytatás a következő oldalon 58

59 Folytatás az előző oldalról Jellemzők Az inverter típusa Max. akkutöltő áram/folyamatos töltőáram, A, 25 C-on Max. battery charging current/ continuous charging current at 25 C 140/ /80 100/80 Akkumulátortípus /akku kapacitás (tartomány), Ah Battery type/battery capacity (range) ólom-savas/ Lead acid/ ólom-savas/ Lead acid/ ólom-savas/ Lead acid/ Ah Töltésszabályozás Charge control IUoU folyamattal IUoU process IUoU folyamattal luou process IUoU folyamattal luou process Hatékonyság/saját fogyasztás működés közben Efficiency/Operating consumption Maximális hatékonyság, % Max. efficiency EURO HATÁSFOK * Saját fogyasztás terhelés nélkül/ készenlét, W Own consumption with no load/standby Védelmi eszközök Protection devices DC oldali fordított polaritás védelem/ DC biztosíték DC reverse polarity/dc fuse AC rövidzár/ac túlfszültség AC short-circuit/ac overload Túlmelegedés/túlzottan gyors akku kisütés Overtemperature/excessive battery discharge Általános adatok General Data 94.5 % 22/4 / / / 95 % 22/4 / / / 95 % 22/4 / / / * Lásd 69. oldal Folytatás a következő oldalon 59

60 Folytatás az előző oldalról Jellemzők Az inverter típusa Külméretek (szélesség/magasság/mélység), mm Dimensions (Width/Height/Depth in mm) 390/590/ /590/ /590/245 Tömeg, kg Weight Működési hőmérséket tartomány, C Operating temperature range Ipari védettségi osztály Protection rating beltéri Indoors (IP30) beltéri Indoors (IP30) beltéri Indoors (NEMA 11) Jellemzők/szolgáltatás Features/Function Működés és kijelzés Operation & display/multifunction relays 3 fázisú rendszer/párhuzamos kapcsolás 3-phase systems/parallel connection Integrált átkötés/többklaszteres működés Integrated bypass/multicluster operation belső/2 Internal/2 / / / / / / belső/2 internal/2 / / / / / / belső/2 Internal/2 Töltési állapot (SOC) számolás/tele-/ kiegyenlítő töltés State of charge calculation/full-/ Equalization charge Integrált puha indítás/generátor támogatás Integrated soft start/generator support Akkumulátor hőmérséklet érzékelő/ adatkábel Battery temperature sensor/ Communication cables / / / / / / Szavatosság (5 év/10 év) Warranty (5 years/10 years) /o /o /o Folytatás a következő oldalon 60

61 Folytatás az előző oldalról Jellemzők Az inverter típusa Minősítések és engedélyek Certificates and permits a cég weboldaláról letölthető a cég weboldaláról letölthető a cég weboldaláról letölthető Tartozékok Accessories Akkumulátorkábelek/akkumulátor biztosíték Battery cables/battery fuses o/o o/o O/O Interfész (RS485 PB/multiklaszter PB) Interfaces (RS485 PB/Multicluster PB) o/- o/- O/- GenMan külső generátor inditás GenMan extended generator start Load-shedding contactor/battery current measurement Jelmagyarázat Standard O Optional nem lehetséges Utolsó frissités: március Tipusjel 2.3. Az inverter jelleggörbéje, hatásfoka 61 o o/- Sl 3324 Ez a jelleggörbe az inverter legfontosabb jellemzője, mert szemléletesen a hatásfok-jelleggörbe mutatja meg, hogy a bemenetére vezetett energiából mennyit képes átengedni a következő fokozatnak. A 2.6a ábra az inverter tipikus jelleggörbéjét mutatja. Az inverterek teljesítmény-hatásfok jelleggörbéje egy erősen nemlineáris görbe, egy maximum teljesítményponttal. o OA- SI 4248 o OA- SI 4248U Az inverter fizikai hatásfokának értelmezése megfelel az energetikában szokásos helyzetnek, azaz hatásfok = kimeneti teljesítmény/bemeneti teljesítmény Az inverter működési jelleggörbéje alapján (2.6a ábra) jól látható, hogy a kimeneti teljesítmény erősen függ több bemenő jellemzőtől is (feszültség, bemenő teljesítmény). Kis bemenő teljesítmény esetén előfordulhat, hogy a hatásfok %-ra lecsökken.

62 Összes hatásfok, % Ha bemenő teljesítményt a névleges tartós terhelés fölé visszük (azaz az invertert túlterheljük), akkor szintén teljesítményromlást tapasztalhatunk, akár %-os értéket is. Javasolt ezért az invertert a gyártó által javasolt üzemeltetési tartományon belül működtetni. Az invertergyártók a katalógusokban természetesen a maximális teljesítményt adják meg, ami jól hangzik, de ez a teljes működési időt tekintve csak kis hányadban teljesül. Mivel a napelemek által szolgáltatott teljesítmény (energia) a besugárzási, hőmérsékleti adatoktól erősen függ, könnyen előfordulhat az az eset, hogy egy (STC szerint!) 2 kw p teljesítményre tervezett napelemrendszer, egy felhős borongós kora reggel csak W teljesítménnyel üzemel akár órákon keresztül. Mivel az inverterre jutó Inverterhatásfokok különböző feszültségek esetében V MPP = 180,0 V (V MPPmin ) η SumMax = 95,98 % V MPP = 290,5 V (V MPPηSumMax ) η SumMax = 96,61 % V MPP = 530,0 V (V MPPmax ) η SumMax = 96,01 % Átlagos összes hatásfok η AvgSumMax = 96,30 % η Pmed = 95,4 %, η Phigh = 95,9 % Névleges teljesítmény, % 2.6a ábra. Egy inverter tipikus jelleggörbéje energia elenyészően kevés (a tervezetthez képest), ezért ebből a kevésből is még elveszítünk egy jelentős hányadot, mert az inverter alulterhelt. Az idő előrehaladtával kitisztulhat az égbolt és beállhatnak a jobb, majdnem ideális feltételek. Ekkor a teljesítmény már közelítheti az elméleti 2 kwp (STC) állapotot. A 2.6b ábra az inverter hatásfokát mutatja az U be,inv bemenő feszültség függvényében. Figyeljük meg, hogy a névlegesen 96 %-osnak jelölt inverter hatásfoka 93 % is lehet. A 2.6c ábra mutatja az inverter kiterheltségét, a hozzá tartozó hatásfokot és a megvilágítást a reggeli, ill. esti órákban. Az ábra bal alsó részén egy napelem által szolgáltatott energiahozam látható ideális esetben. Figyeljük meg, hogy az inverter számára kedvezőtlen

63 Hatékonyság, % Teljesítmény % Vin = 150 Vdc Vin = 360 Vdc Vin = 200 Vdc Vin = 400 Vdc Vin = 265 Vdc Vin = 450 Vdc Vin = 300 Vdc Vin = 495 Vdc 2.6b ábra. Az inverter hatásfoka bemenő feszültségétől függően Hatékonyság: % Nem vonalas eszköz Inverter hatásfokgörbék Optimális tartomány kis energiabetáplálás egy nap kétszer is bekövetkezik, még ideális időjárási körülmények esetén is! Az idálishoz közeli optimális kiterheltség csak a nap egy részében: reggel órától mintegy óráig áll fenn. (2.6d ábra). A sötétedés beálltával a helyzet hasonlóan ismétlődik, mint a kora reggeli órákban. Figyeljünk fel a tényre, hogy nem percekről, hanem órákról beszélünk, mely mindennap két alkalommal ismétlődik még akkor is, ha ideálisan szép felhőtlen nyári idő van. Természetesen súlyosbodik a helyzet, ha még felhősödés, hószállingózás is van. Ez azonban a valós eset, és a tervezőnek erre fel kell készülnie, ill. hozamelemzéseknél (megtérülésszámításnál) figyelembe kell venni. Sajnos a hazai méretezések többségében még nem lelhetők fel ilyen mélységű szakmai finomságok, a gyorsan változó árnyékhatások elemzéséről és figyelembevételéről nem is beszélve (!?) Hatékonyság, % Teljesítmény, % c ábra. Az inverter kiterheltsége és a megvilágítás reggeli és esti órákban

64 Inverter hatásfokgörbék Hatékonyság: % Nem vonalas eszköz Optimális tartomány Hatékonyság, % Teljesítmény, % d ábra. Az inverter kiterheltsége és a megvilágítás a déli órákban FONTOS! A gyakorlat nyelvére lefordítva ez azt jelenti, hogy minden tudásunk és igyekezetünk ellenére egy nap több alkalommal is rendszerveszteséggel kell számolnunk. Ha ráadásul még magunk is követtünk el méretezési hibákat, pontatlanságokat, akkor még rosszabb is lehet a helyzet. Ezért az inverter lehető legjobb illesztése a napelemes generátorhoz a méretezés egyik legkritikusabb lépése Az euro hatásfok értelmezése Az előbbiekből amelyet a gyakorlat is igazol megállapítható, hogy az inverter hatásfokának értelmezését át kell gondolnunk. Célszerű lenne egy olyan jellemző meghatározása, amely közelebb áll a valós viszonyokhoz. Ezért vezették be az ún. euro hatásfok fogalmát amely súlyozott összegekből álló tényezőkkel modellezi a korábban egységes és oszthatatlan fizikai hatásfokot. A számítási képlet alapján látható, hogy az euro hatásfok valamennyivel kisebb, mint a fizikai hatásfok, de jobban közelíti a valós helyzetet. A képletet a következőképpen értelmezzük. Az eljárás hat ponton vizsgálja a jelleggörbét és a gyakorlatban előforduló tapasztalt adatok alapján súlyoz. η = 0,03 η5 + 0,06 η10 + 0,13 η20 + 0,1 η ,48 η50 + 0,2 η100. A képletben a 0,03 η5 jelenti az 5 %-os teljesítménykiterheltséghez tartozó fizikai hatásfokot, amelynek a súlyozási aránya 3 % (viszonylag elhanyagolható). A többi tag értelmezése is hasonlóan történik. A képletben a legnagyobb súlyozásértéket az 50 %-os működés kapta, ez azt jelenti, hogy előfordulását tekintve a leggyakoribb eset. A 100 %-os kiterheltség a gyakorlat szerint ritkán fordul elő, az összes eset mindössze 20 %-ában jellemző, ezért súlyozottsága kisebb. Megjegyzés: Amerikában California, létezik a CEC (California Energy Committe) hatásfok is η cec.

65 MPPT értelmezése A napelemes rendszerek jelleggörbéje az U I, (I V), azaz feszültség-áram jelleggörbe. (l. Véghely Tamás: Napelemek és napelemrendszerek szerelése c. könyv 67. oldal.) Az U I karakterisztikán a sok lehetséges munkapont (U mp I mp ) között csak egyetlen olyan munkapont létezik, amelyen a rendszer a legnagyobb teljesítményt adja (U mpp, I mpp ). (U mpp jelentése U max power point. Figyelem: a katalógusokban többnyire hibás jelöléssel szerepel!) Ennek megkeresése, megtalálása és folyamatos fenntartása rendkívül fontos, hiszen ezzel tudjuk a teljesítményoptimumot elérni. A napelemes generátort az inverter terheli le, ő képezi a munkaellenállást, ezért az optimalizálás az inverter feladata. A maximális munkapontot kereső rendszert (algoritmus) és szolgáltatást MPPT (maximum power point tracking) rendszernek Feszültség I R i 0 A maximális munkapont helyei vs I mpp I ref1 I ref2 I mpp 2.7. ábra. Az MPPT algoritmus A R LA < R MPP A buck típusú MPPT keresés estében az áramkör az A pontot a B pontba kényszeríti R i = R MPP B MPP P 2 P 1 Áram Teljesítmény Az optimum pont megkeresése a referencia áram változtatásával A napelem generátoroldali referencia terhelése a dc-dc átalakító szerint Az eredeti terhelés egyenese MPP nem hatékony terület C R LC > R MPP R i V 2.8. ábra. Felülről keresés, buck 65

66 nevezzük. Nemcsak az inverterek esetében létezik ez, de a korszerű akkumulátortöltők többsége is képes erre. Ezt az adatlapok külön jelzik. A 2.8. ábra bemutatja az algoritmus lényegét, amely egy iterációs (többlépéses célközelítő) eljárás. Ennek is többféle áramköri megoldása létezik, van, amely a jelleggörbén felülről lefelé haladva keres. A legjobb algoritmusok mindkét irányban közelítenek A hozamnyereség növelése Mint láttuk az inverterrel megnyerhető vagy elveszthető energia eléggé tetemes lehet, ezért nagy harc folyik a gyártók között az energianyereségek felderítésére. A napi hozamokat a termelési görbék integ- R I LA < R MPP R i 0 I R i 0 A MPP nem hatékony terület A B MPP 2.9. ábra. Alulról keresés, boost R LA < R MPP B A boost típusú MPPT keresés estében az áramkör az C pontot a B pontba kényszeríti C R LC > R MPP R i A buck-boost típusú áramkör esetében a vezérlő az A és C pontokat egyaránt a B (MPP) pontba kényszeríti V C R LC > R MPP R i V ábra. Alulról felülről keresés, buck-boost 66

67 2.11. ábra. Hozamnyereség szupercsúcs-inverterrel ábra. Hozamnyereség más módon rálja (területe) jelenti, ezért ha tudunk a görbe maximumán kissé javítani, hozamnyereségre tehetünk szert. Egy ilyen esetet mutat be a ábra. A hozamnyereség érdekében az inverter csúcsparamétereit kell még magasabbra emelni, és ez komoly anyagi és időbefektetést, hosszas kutatást igényel. A hozamnyereséget azonban másképpen, egyszerűbb eszközökkel is lehet növelni (talán még hatékonyabban is!) A 2.12 ábra olyan esetet mutat be, ahol az ,2 95,2 96,4 Hatásfok, % 96,8 96, MPPT-feszültség, V ábra. Inverter-feszültségkapu 1 inverter a hozamnyereséget a reggeli és esti órák kisebb energiatermelésének jobb kihasználásával éri el (azaz kevesebb veszteséggel). Egy ilyen inverter az U be,inv (bemenő inverterfeszültség) paraméter szélesítésével egyszerűbben tud hatékony lenni, mintha hatásfokát 98,8-ról 99,2-re kellene javítani! A 2.13., 2.14., ábrákon különféle inverterek bemeneti feszültségkapuit mutatjuk be. A legszélesebb bemeneti feszültségkapuja a Growatt inverternek van (Photon magazin teszt) Az inverter védelme 96 95, Névleges teljesítmény % 96,8 96, ,6 95,2 94,8 94, ,6 93,2 92,8 92, ,6

68 Hatásfok, % 96, ábra. Inverter-feszültségkapu ábra. Extra széles feszültségkapuval rendelkező inverter (Kép: Growatt magyarországi képviselete) DC feszültség, V Névleges teljesítmény, P MPP 96,5 96,2 95,9 η in % Névleges teljesítmény % % 97 96,8 96,5 96,2 95,9 95,6 95, ,7 94,4 94,1 93,8 93,5 93,2 92,9 92,6 V 1, kw %

69 Az inverter védelmét rendszertechnikai szinten célszerű megoldani. Ez a bemeneti és kimeneti oldal védelmét jelenti, amelyet a korábbi fejezetekben tárgyaltunk. Az inverter teljesítménydisszipáló eszköz, ezért többnyire intenzív hűtést igényel. A hűtést legegyszerűbben konvekciós levegőárammal lehet megoldani. Ez egyben azt is jelenti, hogy az inverter doboza sosem lehet teljesen légmentesen zárt. A korábban tárgyalt védelmeken túlmenően ezért az invertert védeni kell a túlzott felmelegedés, nedvesség (direkt eső), agresszív gázok, gőzök ellen is. Mindig gondoljuk át, milyen klímára és milyen környezetbe telepítjük az invertert Veszteség A rendszerveszteségek egy jelentős része származhat a napelem és az inverter nem megfelelő illesztéséből. A gyakorlat szempontjából javasolt napelemet kell méretezni az inverterhez (diszkrét lépcsős közelítés) SMA Growatt UE EHE Danfoss Siemens Samil REFUsol Diehl Power one Soeil Fronius A tartomány pontszám A legnagyobb tartomány pontszám Átlag 1 2, ,5 6 6,5 8,5 Helyezés 2.16a ábra. A Photon nemzetközi napelemmagazin tesztjén a második helyen végzett a Growatt 370 V 660 V 450 V 529 V 500 V 600 V 580 V 520 V 570 V 510 V 520 V 230 V 320 V 330 V 351 V 380 V 400 V 420 V 430 V420 V 440 V Feszültségtartomány Fronius SMA Soeil Diehl Siemens Growatt UE EHE Samil Danfoss Power one REFUsol V 2.16b ábra. A Growatt-Photon besorolása 69

70 Induló V DC V DC tartomány Maximális V DC Growatt MTL Growatt TL EHE Kstar SMA Soeil Samil power Fronius a ábra. Inverterteszt táblázat η, % 98 Súlyozott hatásfokok, η Euro, η CEC,% 96 η Euro = 98,6 % Hatásfokgörbe, Sunny central 500 HE-US Európai η EuroMax = 98 % Kaliforniai η CECMax = 98 % 2.17b ábra. Growatt-inverter V DC = 570 V V DC = 695 V V DC = 820 V P/P NOM, % P/P NOM, % η, % Hatásfokgörbe, Sunny central 800 CP ábra. SMA régi és új jelleggörbéje

71 Napelemrendszerek energiatermelését befolyásoló tényezők Beérkező napsugárzás Napelemek primer hatásfoka, % Elhelyezés Azimuth és emelési szög Renszerrészletek Inverter Tárolási módszerek Váratlan haváriaesetek 100 % Környezeti hatások Beérkező napsugárzás különféle adatgyűjtési és feldolgozási módszerek TMY szélsebesség Linke Turbiditás Albedo Időbeli változás Technológia konstrukció Vékonyréteg a Si/Cd-Te CIS/CIGS MEG szelet alapú c_si/p_si/u_si Organic/nano cella adatok Tk FF IGEN Időben fluktuáló öregedés Azumith és emelési szög szerelés körülményei kábelezés árnyékhatások Időben változó öregedés Alkalmazási körülmények micro, mini, MSI, LSI, HOME, ROOF, BIPV hibrid és multivalens rendszerek víznyerés házi, ipari sol-wind-diesel komplex rendszrek Kapcsolat hálózattal sziget helyi hálózat hálózati interaktív MPPT PWM csoport SMART GRID Akkumulátor ólom-savas VRLA REDOX HIDROGÉN VÍZ Forgási energia nyomás egyéb ábra. Rendszerveszteségek (készítette: Véghely Tamás) 2.4. Az inverter a telepítő szemszögéből Gyakori hiba a nem megfelelő rendszertelepítés. A telepítéshez megfelelő ismeretek és gyakorlat szükségesek. Ezek a következők: anyagismeret (a napelemes rendszerek különleges anyagokat használnak), eszközismeret (a napelemes rendszerek különleges anyagokat használnak), rendszerismeret (a napelemes rendszerek különleges felépítési elveket alkalmaznak), gyakorlat, folyamatos szakmai képzés (az ipar változása ezen a területen a leggyorsabb). Váratlan meghibásodások természeti katasztrófa környezeti behatások állatvilág hatása IGEN IGEN IGEN IGEN Öregedés Öregedés Időben változó Teljesen téves az az elképzelés (sajnos ma még bevett gyakorlat), hogy egy átlagos villanyszerelő a korábban megszerzett alapismeret birtokában képes helyesen napelemes rendszert telepíteni. A gyakorlat azt mutatja, hogy a telepítések mintegy %-a valamilyen szempontból helytelen vagy hibás. Sok esetben a tervező (telepítő) nem gondol az agresszív környezet által okozott hatásokra és nem alkalmaz védett helyiséget az inverterek (és egyéb villamos eszközök) elhelyezésére. Ezek alkalmazásával csökkenteni lehet a meghibásodás veszélyét. A és ábrán helytelen invertertelepítést mutatunk be elrettentő szándékkal. Az inverterteket a napelemmező elé telepítették, közel, igy árnyékot vetnek a napelemekre. 71

72 2.20. ábra. Helytelen invertertelepítés ábra. Helytelen invertertelepítés A ábra telepítése azért helytelen, mert az invertert a szabad térre telepítették, és nem vették figyelembe az állatok közelsége miatt kialakuló agresszív mikroklímát. (A telepített inverter egyébként a piacon kapható egyik legjobb minőségű berendezés, kár, hogy várhatóan hamar tönkremegy. A felhasználó nem fogja tudni. hogy ez miért történt, csalódott lesz az egész megújulóenergiakoncepcióban. Így lehet egy jó eszközzel rossz rendszert építeni. Gyakori eset, hogy tanyákon az invertert és az egyéb eszközöket kényelmi, ill. pénzügyi okok miatt nem helyezik védett helyiségbe. Gyakori meghibásodási ok, hogy az állatok megrongálják a berendezést, a vezetékeket. Gyakran sok a légy és a bogár is. Ezek berepülnek az inverter szellőzőnyílásain, ott elpusztulnak, és néhány hónap alatt vastagon belepik az inverter nyomtatott áramköri lemezét. Kis hajnali pára, nedvesség, és máris készen van a belső rövidzár! ábra.helytelen invertertelepítés agresszív környezetben A ábrán egy tanyai környezetben telepített, meghibásodott, kiégett inverter látható. A laboratóriumi vizsgálat megállapította, hogy a belső tértben kialakult biomasszarövidzár tette tönkre ábra. Tanyai rendszer kiégett invertere 72

73 2.24. ábra. Akkumulátor jól szellőző helyen A alsó és felső ábrán tanyai körülmények között tengődő, elhanyagolt akkumulátort láthatunk. A ábrán tűzvédelmi szempontból helytelenül telepített inverterrendszert mutatunk be. A ábrán pedig tűzvédelmi szempontból helytelenül telepített napelemmezőt mutatunk be ábra. Tűzvédelmi szempontból rosszul telepített inverterek. Magyar telepítés FIGYELEM! Az inverter veszélyes elektronikus hulladéknak minősül, a tönkrement inverter tárolása, begyűjtése, megsemmisítése a hulladékkezelési törvények vonatkozó előírásainak kell megfelelnie ábra. Tűzvédelmi szempontból rossz napelemrendszer 73

74 3. Inverterek vizsgálati tapasztalatai 3.1. Áttekintés A könyv a témát elsősorban a magyarországi TÜV Intercert inverterek műszaki bevizsgáló intézete szempontjából tárgyalja. Az inverterek vizsgálatánál több szempontot kell figyelembe venni. Az inverterek sokrétű feladatainak megoldására (l. előző fejezetek) a gyártók az inverterekben egy vagy több processzort (mikrokontrollert), DSP-t (Digital Signal Processor) alkalmaznak. A mikrokontrollereket program (firmware, a vezérlőrendszer memóriájába beégetett program) vezérli, amelyet a fejlesztők úgy alakítottak ki, hogy minden feladatot nagy megbízhatósággal oldjanak meg (egy inverteren belül több mikrokontroller, ezért több firmware is működik általában). A fentiekből következik, hogy az inverterek vizsgálata, tesztelése során mind a hardvert, mind aszoftvert, ill. a teljes rendszert is tesztelni kell. Ki kell emelnünk, hogy a hálózati inverter olyan villamos berendezés, amelynek az egyik oldalán mindig 230 V-os hálózati feszültség van jelen, tehát mind telepítésénél, mind használatánál maximálisan figyelni kell az érintésvédelmi, életvédelmi szabályok betartására. Az inverter bemenetén néhány volttól 1500 V-os nagyságú egyenfeszültség is lehet néhány 10 W-tól sok W-ig (esetleg megawattig) terjedő teljesítménnyel, azaz a bemeneti oldal fokozottan veszélyes lehet. FONTOS! Az érintésvédelmi szabályokat kompromisszum nélkül kötelező alkalmazni az inverterek telepítése, használata során. Az inverter gyártójának, tervezőjének és telepítőjének ezeket a feltételeket maximálisan figyelembe kell vennie Az inverterek főbb jellemző adatai Bemeneti jellemző adatok: maximális bemenő feszültség (U DCmax, DC, V) megengedett legnagyobb feszültség, maximális bemenő áram (I DCmax, DC, A) folyamatos üzemben. Egyes invertereknél (multistringes többfüzéres, független napelemcsoporthoz csatlakoztatható) mindkét paraméter több bemenetre is értelmezhető, ill. így adja meg a gyártó. Ez az engedélyezett maximális feszültség az inverter bemenetén. Ezen paraméterek túllépése az inverter gyors meghibásodásához vezethet. Ezeket a paramétereket az inverterekhez csatlakozó, jól tervezett napelemtelepek kialakításánál kell figyelembe venni, a biztonság irányába tervezett tartalékkal. 74

75 Minimális bemenő feszültség (U DCmin, DC, V) amelynél az inverter energiát szállít a hálózatba, bemeneti, rövidzárási áram (I SC, DC, A), a csatlakoztatott napelemtelep kialakításánál kell rá ügyelni. Kimeneti jellemző adatok: Maximális kimeneti feszültség (U AC, AC, V). Ez általában az a hálózati feszültség (pl. 230 V) valamely tűrésmezőben pl. +/ 10 % megadva), amelyhez az inverter csatlakoztatható. Ez ország-, ill. szabványfüggő, és megmutatja, milyen váltakozó áramú hálózathoz lehet kapcsolni az invertert. Az installáció során kell figyelembe venni. Szabványos inverternél az országkód helyes kiválasztásával automatikusan teljesül. Ezeken a feszültségeken kívül az inverter védelmi okokból lekapcsol. Maximális kimeneti áram (I AC, AC, A). Értékét a hálózati oldal biztosításánál, ill. a csatlakozó vezetékrendszer méretezésénél kell figyelembe venni. Névleges kimeneti frekvencia vagy frekvenciasáv (Hz, szintén szabvány- és országfüggő), az országkód kiválasztásával az adott országban alkalmazott működési frekvenciatartományt is kiválasztjuk (3.1. ábra). Általános hatásfok (η t ). Azt mutatja meg, hogy a napelemek által leadott teljesítmény hány százaléka jut be a váltakozó áramú hálózatba (tipikusan > 90 %, de van 98 %-os hatásfokú eszköz is). Értéke jelentősen függ az inverter kihasználtságától, a hatásfok maximuma a kimeneti teljesítmény maximuma közelében van. A beruházás megtérülésének gyorsaságában fontos szerepe lehet. A gyártók megadhatnak maximumot, vagy az ún. európai szabvány (EN 50530) szerinti értéket (euro hatásfok), amely általában kisebb, de jobban jellemzi az inverter képességeit a működési tartományban (sok munkapont bonyolult mérés-számítás alapján készített átlagát adja). Nem szabad misztifikálni a hatásfokot, egy geometriailag helyesen beállított, elektromosan helyesen illesztett napelemtelep lényegesen nagyobb javulást hozhat a leadott teljesítmény tekintetében, még akár valamivel kisebb hatásfok esetén is. MPPT tartomány. U MPP (DC, V). Azt a bemeneti egyenfeszültségsávot jelöli ki (U max U min, DC), amelyben az inverter képes a napelemrendszer optimális kiterhelésére (az adott besugárzási viszonyokhoz képest maximális teljesítmény). Ennek szintén komoly szerepe van a megtérülés gyorsaságában. A multistringes invertereknél elvárható, hogy minden bemenetnek legyen meg ez a képessége. Sötét (vagy készenléti, standby) fogyasztás (W). Sötétben vagy készenlétben a napelemek nem termelnek áramot, az inverter készenléti funkcióira szükséges energiát a hálózatból veszi, értelemszerűen akár nagyobb idősávban, mint ahogy termel. Rendszerünk energiamérlegében ez negatív tényező, bevételünket (befektetésünk megtérülési sebességét) ez is befolyásolja, csökkenti ábra. Az országkód beállítása Környezeti paraméterek. Működési hőmérséklet-tartomány (pl C). Túllépése gyors meghibásodáshoz, megbízhatatlan 75

76 üzemhez, kisebb leadott teljesítményhez vezethet. Ne feledjük, az alkatrészek öregedése a hőmérséklet 3. hatványával arányos (x 3 ). Védettség (IP_XY, pl. IP65). Az inverterház zártságát mutatja mechanikus behatolással, porral, nedvességgel szemben. A gyártók sok esetben gyártanak beltéri (indoor), ill. kültéri (outdoor) altípust egy gyártmányból, pont a különféle telepítési lehetőségek miatt. Indoor-típusból van olyan, amelyik nem igényel kondicionálást, és van, amelyik igen. Az inverter telepítési környezetének kialakításánál kell figyelembe venni a fenti paramétereket 3.1. táblázat. Az invertereken látható jelölések, figyelmeztetések DANGER VESZÉLY Veszélyes feszültség van a rendszerben, amely komoly sérülést, halált okozhat CAUTION ÓVATOSAN WARNING Személyi sérülés vagy anyagi kár veszélye, sugárzás miatt Az inverterrel kapcsolatos munkákat csak szakképzett személy végezheti, személyi sérülés vagy halálos baleset veszélye Vigyázat, forró, érinthető felszín az inverter működése során Bluetooth vezeték nélküli technológia Fontos, figyelembe veendő megjegyzések Vigyázat, villamos áramütés veszélye. Tárolt villamos energia, időzített kisülési idővel. Várjon a megadott ideig, mielőtt kinyitja a készülékdobozt Hivatkozás a működési útmutatóra Védőföld-csatlakozás Kopogtatással is felvehetjük a kapcsolatot 76

77 (telepítés a szabadban, csepegő víztől védett helyen, védett helyiségben, esetleg klímatizált helyiségben, az IP kategóriának megfelelően). Az alulméretezés itt is gyors meghibásodást, felesleges karbantartási igényt okozhat. A szabványokat szakterületenként erre feljogosított szaktestületek bocsátják ki, ilyen szervezet a Svájcban működő IECEE, amely nemzetközi érvényű szabványokat (IEC) bocsát ki az elektrotechnika területén. Az alapvető célja a biztonság, ill. a berendezések egymáshoz kapcsolhatósága. Mivel a szabványok változnak, fejlődnek, fontos a kibocsátási dátumuk is. A CENELEC szervezet, ill. az EU szabványai (EN) sok esetben az IEC előírások 100 %-os vagy kicsit módosított átvételei. Pl. az inverterek biztonsági alapszabványa az IEC :2010, ennek európai változata az EN :2010, ez ún. harmonizált, kötelező szabvány, amely beleilleszkedik az ún. low voltage kisfeszültségű európai direktívába. E szabványoknak vannak magyar megfelelői is, amelyek szintén sok esetben az IEC/EN szabványok egy az egyben történő átvételét jelentik MSZ-EN jelöléssel Szabvány-megfelelőség (biztonság, hálózati illeszkedés, hálózatvédelem, zajok, zavarok) Biztonsági szempontok. Az inverterek működési biztonságát átgondolt, fejlődő, változó elvárások és szabványok szabályozzák, érintésvédelmi és más biztonsági szempontok, áramminőségi és zavarvédelmi követelmények alapján. Ilyen elvárások az áramütés, tűz, robbanás, mechanikai sérülés elleni védelem, a szoftver megbízhatósága (amely befolyásolhatja az előző elvárások biztonsági szintjét). Az áramminőséghez tartozik pl. az inverter által előállított áram felharmonikus tartalmának szintje, és az egyenáramú komponens-szint is. Mindezek mellett az inverter működése nem zavarhatja a mellette működő más elektromos készülékek működését (pl. mobiltelefon, TV), ill. azok nem zavarhatják az inverter működését (EMC, Electro Magnetic Compatibility elvárások). Az inverterek tanúsítása. Az inverterek szabványoknak való megfelelőségét ún. független, akkreditált feljogosított vizsgálóintézetek tanúsítják (Ilyen pl. a TÜV Rheinland Intercert Kft. Magyarországon, ahol a MEEI divízió foglalkozik az inverterekkel). Ez azt jelenti, hogy az adott szabvány követelményei alapján az invertereken egyértelműen rögzített feltételeknek megfelelően méréseket végeznek, ezeket jegyzőkönyvekben rögzítik, és az inverter akkor kap tanúsítványt, ha minden szabványos elvárást (ez lehet több száz szempont is) maradéktalanul teljesít. A kiadott tanúsítvány certificate általában rögzíti a gyártó nevét, a gyártott típuscsalád/családtagok pontos nevét, főbb műszaki paramétereit, a gyártás során alkalmazott szabványt, szabványokat. A tanúsítványnak van száma, kiadója (vizsgáló intézet), aláírója, és hivatkozik a kiállítás alapját képező pozitív mérési jegyzőkönyvre, amelynek szintén egyedi azonosítója van (3.2. ábra). Természetesen egy tanúsítványt is lehet hamisítani, és amit lehet, meg is tesznek az abban érdekeltek. Ezért egy ban megküldött tanúsítvány pdf formátumban annak validálásáig csak ideiglenesen adhat alapot egy szabványmegfelelőség elbírálására. Validálás: az a folyamat, amikor az érdekelt fél megkeresi a vizsgálóintézetet, elismerteti, hogy ő állította ki az adott tanúsítványt, és azt is ellenőrzik, hogy a vizsgálóintézet akkreditált-e, ill. scope-jában (hatáskörében) benne vannak-e az ominózus szabványok. Ha mindenre pozitív válasz születik, a tanúsítvány validáltnak (valódinak), érvényesnek tekint- 77

78 3.2. ábra. A TÜV minősítés dokumentum mintája hető, addig, amíg azt a tanúsítványon feltüntetik, mert a megfelelőség lehet határidőhöz kötött is A szabványok fejlődése a gyakorlati igények követésével Magyarország viszonylag későn kapcsolódott be a megújuló energia előállításába, ezért az alkalmazott szabványok korszerűek, egységes rendszert képeznek. Más országokban jóval korábban próbálkoztak ezeknek a rendszereknek a szabályozásával, ezért sok invertert hoztak forgalomba ma már nem korszerű, nem inverterspecifikus és nem koherens szabványok alapján. A gyártók elemi érdeke, hogy gyártmányaik minél több országban alkalmazhatók (eladhatók) legyenek, ezért törekszenek a szabványnak megfelelőséget igazoló tanúsítványok megszerzésére. Ez sok munkával, költséggel és idővel jár, ezért sok inverternek nincs minden ország, minden terület elvárásait kielégítő tanúsítványa, ezért azt adott esetben az adott országban (ha van arra alkalmas vizsgálóintézet) kell/lehet beszerezni. Hazai és külföldi szabványok. A háztartási méretű kiserőművek elosztóhálózati csatlakozásának műszaki feltételei. (HMKE) Magyarországon a hálózatra kapcsolhatóság feltételeit az Elosztói Szabályzat (ESZ) tartalmazza, amelyet a Magyar Energetikai és Közműszabályozási Hivatal ( az áramszolgáltatók és szakintézetek (pl. TÜV Rheinland MEEI divízió) egyeztetései alapján fogalmaznak meg és adnak ki. Az ESZ más műszaki és formai elvárások mellett tartalmazza az inverterekkel kapcsolatos szabványos elvárásokat is. A jelenleg érvényes szabványok a következők: IEC/MSZ EN :2010. Inverter biztonsági alapszabvány. IEC/EN 61727:2004. Hálózati interfészjellemzők ( áramminőségi szabvány ). IEC/EN 62116:2008. Nem kívánt szigetüzem elkerülési képességet és annak vizsgálatát rögzítő szabvány. EN (3). Háztartási környezeti zajjal kapcsolatos elvárások (10 kw inverterteljesítményig), sugárzott zaj és immunitás. EN (4). Háztartási környezeti zajjal kapcsolatos elvárások (10 kw inverterteljesítmény felett), sugárzott zaj és immunitás. MSZ-EN A hálózati visszahatásokra irányadó előírások. 78

79 A hálózatba visszatáplált áram lehetséges maximális felharmonikustartalma: THDi < 5 %. A külföldi szabványok (a teljesség igénye nélkül) a következők: EN Sokszor látjuk felbukkanni inverteradatlapokon. Ez egy régi (1999) európai biztonsági szabvány. Elektronikus készülékek erősáramú alkalmazása esetén alkalmazható, ha nincs termékszabvány az adott készülékre. Nem inverterspecifikus, túlhaladott szabvány. VDE Sokszor látjuk felbukkanni inverteradatlapokon. Német, inverterspecifikus szabvány. Az első kiadását már rég felülírta az élet, a benne előírt 50,2 Hz-es felső kikapcsolási frekvencia olyan veszélyeket rejtett magában, hogy a szabványt 2012-ben kiegészítették, módosították a felső kikapcsolási frekvenciahatárt. Ismét hangsúlyozzuk: fontos, hogy az invertert melyik kiadási évű szabvány szerint tanúsították. Nem kompatibilis sem az IEC , sem az IEC 61727, IEC os szabványcsaláddal. Bizonyos szintig elvár functional safety (üzemelési biztonság, egyszeres hibatűrés, bizonyos hibaelőfordulások esetén) képességeket, ill. vizsgálja azt. Mindenesetre az az inverter, amelyik ennek a szabványnak megfelel, nagyobb eséllyel felel meg a Magyarországon is használt, már többször hivatkozott IEC szabványtrió vizsgálati követelményeinek, mint amelyik nem rendelkezik ilyen tanúsítvánnyal. UL Amerikai inverterspecifikus szabvány, szintén frissített, foglalkozik a vezérlőszofter (firmware) biztonságával is, de nem kompatibilis az IEC szabványtrióval. Természetesen magában hordozza az USA hálózatának specifikumait (pl. 60 Hz, V). Az inverter, amelyik ennek a szabványnak megfelel, nagyobb eséllyel felel meg a Magyarországon is használt, már többször hivat- 79 kozott IEC szabványtrió vizsgálati követelményeinek, mint amelyik nem rendelkezik ilyen tanúsítvánnyal. VDE ARN Korszerű (2011) német inverterspecifikus szabvány. Kialakításánál az inverter hálózati üzemével kapcsolatos speciális szolgáltatóknak fontos jellemzőkre, ill. azok esetleges, szolgáltatóvezérlésekkel is kapcsolatos paramétereivel szemben is támaszt követelményeket. Nem foglalkozik az inverter sw (software), ill. funkcionális biztonságával. Nem kompatibilis az IEC szabványtrióval. Az inverter, amelyik ennek a szabványnak megfelel, nagyobb eséllyel felel meg a Magyarországon is használt, már többször hivatkozott IEC szabvány trió vizsgálati követelményeinek, mint amelyik nem rendelkezik ilyen tanúsítvánnyal. DK5940. Olasz inverterspecifikus szabvány, már Olaszországban is kiváltották egy újabb, olasz elvárások szerint kialakított korszerűbb szabvánnyal. Nem kompatibilis az IEC szabványtrióval. Emellett még számos szabványt használnak a különböző európai országokban, valamint Ázsiában, Ausztráliában és az ausztrál térségben sok, nemzeti, hálózati jellegzetességgel. Általánosságban ezekről azt mondhatjuk el, hogy azok az inverterek, amelyek egy ilyen nemzeti, de inverterspecifikus szabványnak felelnek meg, nagyobb eséllyel készíthetők fel az IEC szabványtrió elvárásainak megfelelően, de azért erre nincsen garancia. Mint ahogy az anyagba ezt a kérdést többször hangsúlyozzuk. FONTOS! Nézzük meg, hogy a tanúsított invertert melyik kiadási évű szabvány szerint tanúsították.

80 3.5. Kiválasztási, telepítési szempontok/minőség, megbízhatóság Az eddig elmondottak alapján egyértelmű, csak a Magyarországon elvárt szabványoknak teljesen megfelelő inverterek telepíthetők, különben nem kapnak hálózatra kapcsolási engedélyt. Az áramszolgáltatók az ilyen tanúsítványokkal rendelkező invertereket feltüntetik honlapjaikon. A gyári telepítési útmutató, ill. a műszaki adatok maximális figyelembe vétele a telepítés során elengedhetetlen. Csak ez lehet a garanciája a hosszú idejű, problémamentes üzemeltetésnek. A telepítés helyét meghatározza, hogy indoor vagy outdoor (helyiségen belüli vagy szabad ég alatti) használatra tervezték az invertert. Az indoor készülékeknél ismerünk még kondicionálást (temperált hőmérsékletet, esetleg páratartalmat) igénylő, ill. kondicionálás nélküli telepítést elviselő kivitelt. (Itt a zárt helyiség gyakorlatilag az eső, víz, hó és napsütés közvetlen hatásaitól védi a készüléket. A telepítési utasítás előírja az inverter felszerelésének módját (biztonságos mechanikai rögzítés), ill. a megfelelő szellőzés biztosítását. Betartásuk fontos a túlmelegedés elkerüléséhez. Ha a szellőzést meggátoljuk, az inverter stabilan működhet, de védelmi rendszere korlátozza a kimeneti teljesítményt, emiatt a rendszer nem nyújtja azt a teljesítményt, amelyet elvártunk a megvásárlásánál. A megfelelő elektromos csatlakozók alkalmazása az életvédelmet, ill. a működési biztonságot egyaránt szolgálja. Nagyobb szivárgó áramú készülékeknél különösen masszív vagy kettős védőföldelést írhat elő a kezelési kézikönyv, ami szintén az életvédelmet szolgálja. Az előírt érkeresztmetszeteket, szerelési 80 módokat, alkalmazandó anyagokat, szerelvényeket mindenütt tartsuk be! Mind a bemeneten, mind a kimeneten adott áramú biztosítót (adott karakterisztikával) vagy kismegszakítót írhat elő az üzembe helyezési útmutató. Ennek betartása tűzvédelmi és rendszervédelmi szempontból egyaránt fontos. A jó minőségű használati útmutató pontosan tájékoztat arról, milyen információkat és hogyan kaphatunk inverterünk működéséről akár gombok nyomkodásával a kijelzőn (Display), akár távmenedzseléssel, pl. interneten keresztül (pillanatnyi teljesítmény, megtermelt energia, bemenő feszültség, hálózati feszültség, működési időtartam stb.). Hasonlóan lehetőség van hiba esetén a hibakód kiolvasására, amely alapján a javító szakembert informálhatjuk a kiérkezése előtt, segítve felkészülését a hiba kijavításához Az inverter vizsgálata Méréstechnikai áttekintés. Az inverterek tanúsítása közben amely egy eszközigényes, bonyolult eljárás Magyarországon az ESZ (Elosztói Szabályzat) alapján a már megnevezett öt IEC, ill. EN szabvány szerint folytatják le a vizsgálatokat (l. 85., 89. old.). A tesztek során vizsgálják az inverter lényeges jellemzőit, mind a bemenő, kimeneti adatokat, mind a hálózati viselkedési (áramminőség, védelmi funkciók), mind a zavarkeltési, zavartűrési funkciókat. A TÜV már vizsgált no name és márkás termékeket egyaránt. Sok esetben a gyári specifikáció, sőt tanúsítvány ellenére tapasztaltunk lényegesen eltérő, nem szabványos jellemzőket. A sikeres teszt a szabványos elvárások teljesítése végett sokszor kellett közbeavatkozni a gyártóknak beállításokkal, javításokkal, de időnként átprogramozással is.

81 Invertertesztelő rendszer. A feladat összetettségének érzékeltetése és a jobb érthetőség céljából a TÜV által kialakított, fejlesztett és használt rendszer tömbdiagramját mutatjuk be (3.3. ábra). A rendszer ára kb. 100 M Ft (2014. évi ár). A speciális vizsgálóeszközök a következők: SAS Solar Array Simulator: alkalmas a működési tartományon belül egy szolárpanelrendszer szimulálására. 4 quadránsos hálózatszimulátor: műhálózat, amely energiát tud felvenni, és is tud leadni, feszültsége, frekvenciája programozható. RLC (rezonáns) műhálózat: hangolható ohmos/reaktív terhelés, feladata az Anti- Islanding méréseknél az inverter becsapása (mintha nem kapcsolódott volna le a hálózat). Regatron + SAS DC PSU V 40 A NI Lab nézet Adatgyűjtő sw és vezérlés PC NI PXI adatgyűjtő 24 csatorna/100 µs Inverter 30 kw-tól U EUT (R, S, T) A rendszer többi eleme a mérést, a vezérlést, az adatgyűjtést szolgálja, hiszen három fázison többféle jelet, 12 áramot, 4-7 (+ segédés indítójeleket) feszültséget kell regisztrálni egyidejűleg az idő függvényében, minimum 100 µs-os mintavétellel, 0,5 %-os hiba alatt, többnyire föld-függetlenül. Egyidejűleg számítani kell a látszólagos (S), valódi (P) és meddő (Q) teljesítményt, cosϕ-t (PF), mérni a hatásfokot (η), felharmonikustartalmat stb. Biztonságtechnikai vizsgálatok (safety) az IEC :2010 (MSZ-EN ) szerint. Analitikus vizsgálatok, gyári dokumentáció, gyári támogatás szükséges a vizsgálat eredményes elvégzéséhez. A vizsgált paraméterek: figyelmeztető feliratok, adattáblák; az inverter alapvető paramétereik (teljesítmény, be- és kimeneti áramok igaz-e az adattábla, a specifikáció); Yokogawa hálózati oldal hálózati oldal U, I, P, Q, S, PF, Hz, fázis (1, 2, 3) (100 µs, 24 csatorna cont. I/O I AC (R, S, T) AMETEK 40 Q, 3 fázisú AC sin. 32 kwh 400 V V Dallamos frekvencia U DC, PV I DC, PV P DC, PV I EUT (R, S, T) 3-fázisú hangolható RLC terhelés 32 kvar (50/60 Hz) I R (R, S, T) I L (R, S, T) I C (R, S, T) 3.3. ábra. Invertertesztelő rendszer (Kép: TÜV Rheinland Intercert Kft./ MEEI divízió) 81

82 melegedés az inverter egyetlen alkatrésze sem melegedhet jobban az alkalmazási tartományban, maximális terhelés (+ 10 %) mellett, mint az a gyári specifikációban megengedett; mechanikai felépítés (tűzgátló, illetéktelen érintés ellen védő, masszív burkolat, IP specifikációval); érintésvédelem (áramütés ellen, szivárgó áram, szigetelések minősége szigetelési távolságok, átütés, védőföldelés); felhasznált alkatrészek minősége. Az úgynevezett kritikus komponenseknek önmagukban tanúsítottnak kell lenniük (hálózati feszültség alatti alkatrészek, csatlakozók, kapcsolók, optoleválasztók, transzformátorok stb.); túláramvédelem, maradékfeszültségek; funkcionális biztonság egyszeres hiba esetére (az inverter egy alkatrészének meghibásodása nem okozhat veszélyhelyzetet); sw biztonság (a vezérlő programoknak egy hivatkozott szabványnak (IEC 60730) meg kell felelnie; használati útmutató, telepítési útmutató. IEC 61727:2004 (MSZ-EN 61727) szerint. Black-box jellegű vizsgálat, hálózati interfész tulajdonságainak mérésére. A vizsgált paraméterek: túl-, alulfeszültség hatására a lekapcsolási adatok, túl-, alulfrekvencia hatására a lekapcsolási adatok, egyenáraminjektálási szint, formatényező, kimeneti áram harmonikustartalma, hálózati zavarnál történt lekapcsolódás utáni automatikus visszatérés, szigetüzem-elkerülési képesség (IEC szerint mérve). IEC 62116:2008 szerint. Black-box jellegű vizsgálat, pontosan definiált feltételek mellett az inverter nem kívánt szigetüzem elkerülési 82 képességének mérésére. A vizsgált paraméterek: kiegyenlített hálózati üzemben (hálózatba táplált teljesítmény < 1 % Pn), 31 mérőpontban, különböző teljesítményeknél (100 % Pn, % Pn, % Pn), kiegyenlített és elhangolt reaktív műhálózattal (0 ± 1, 2, 3, 4, 5 %-os elhangolások), műhálózat, a rezgőkör jósága Q = 1, az inverter minden beállított feltétel mellett szigetüzemben 2 s-on belül le kell, hogy álljon. Elektromágneses kompatibilitási vizsgálatok (EMC) az EN (2) szerint. Black-box jellegű vizsgálat A vizsgált paraméterek: vizsgálják az inverter által kibocsátott zavarszintet, széles frekvenciatartományban (néhányszor 10 khz 1 GHz), vezetett zavarokat, sugárzott zavarokat, a teljes vizsgálati tartományban a zavarszint kisebb kell, hogy legyen a szabványban előírtnál ábra. Anti-islanding tesztrendszer, az inverterek nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérésére (TÜV Rheinland Intercert Kft. szivességéből)

83 Ez gyakorlatban azt jelenti, hogy az inverter nem zavarja a mellette lévő egyéb készülékek (pl. más inverter) működését, nem kelt rádió, TV és más kommunikációs eszközök működését zavaró jeleket, a szabvány által előírtnál nagyobb mértékben. EN (4). Black-box jellegű vizsgálat. A vizsgált paraméterek: vizsgálják az inverter zavarérzékenységét széles frekvenciatartományban, definiált szintű mesterségesen előállított zavaró jelekkel, vezetett zavar, sugárzott zavar (pl. mellette működő mobiltelefon), elektrosztatikus zavarok (több kv-os szikrák), az inverter a szabványban meghatározott nagyságú zavaró behatásokra nem változtathatja meg a működését vagy nem változhat úgy a működése, amely veszélyhelyzetet okoz. A vázolt vizsgálatok szintén különleges vizsgálati, mérési eszközöket kívánnak, éspedig: árnyékolt, elektromágneses süketszobát (árnyékolt, csillapított falú), szélessávú generátorokat, csatolókat, nagyteljesítményű, szélessávú erősítőket, speciális szélessávú antennákat, szélessávú (khz GHz) spektrumanalizátorokat, ill. mérővevőket ábra. Süketszoba az EMC mérésekhez 83 A 3.5. ábra az EMC méréseknél használt ún. süketszobát mutatja be A vizsgálatok lépései Az eddig leírtakból is láthattuk, hogy az invertereknek nagyon komoly szabványelőírásoknak kell megfelelniük, ráadásul, mivel az invertergyártók minél több piacon szeretnék eladni termékeiket, egy invertercsaládnak adott esetben több szabvány elvárásait kell kielégítenie. Ezt a gyártók úgy szokták áthidalni, hogy egy menürendszerből választhatók az installálás helyszínének megfelelően az országkódok, amelyek alprogramokból a szükséges hw/sw beállításokat hívják meg. Sok esetben a problémák abból fakadnak, hogy a gyártó nem épít be Hungary országkódot, vagy azokat a választható szabványbeállításokat, amelyeket magyarországi előírások elvárnak. Hogy az eszköz mégis megfeleljen, valamelyik másik országkód alatti beállítást kell megerőszakolni, hogy az inverter az ismert magyarországi szabványelvárásoknak megfeleljen. Ez több problémát hozhat magával. Ezek a megerőszakolt beállítások nem sikerülnek maradéktalanul, mert nem minden gyártó képes saját laborjában a szükséges teszteket megfelelő színvonalon elvégezni, vagy nem fordít rá elég gondot, mondván kicsi a piac, az inverter rendszertechnikailag nem alkalmas az elvárások kielégítésére. A másik eset, hogy a beállítások jók (az eszköz kap tanúsítványt), de jön az a probléma, hogy a Magyarországra szállított invertereket pl. osztrák országkód alatt kell installálni, mert a gyártó e mögé tette az IEC szabványtrió beállításait, viszont honnan tudjuk két azonos típusú inverterről, hogy melyik inverter osztrák országkódja mögött rejtőzik a magyar országkód szerinti beállítás? Mi van a gépkönyvvel? annak is kezelnie kellene ezt a kérdést.

84 IEC Előfordul, hogy nem felelnek meg az inverterek a specifikációban leírt adatoknak. A szabvány elvárja, hogy a specifikációban megadott paramétereket az inverter 10 %-on belül teljesítse (kimeneti teljesítmény, kimeneti áram, bemenő áram, bemenő feszültség működési tartomány). Ezeknek a paramétereknek az inverteren kötelezően felszerelt és előírt tartalmú adattáblákról leolvasható adatokkal kell a fentiek szerint szinkronban lenniük, persze természetes elvárás az is, hogy mindennek az eszköz leírásában, üzembe helyezési utasításában leirtakkal is szinkronban kell lennie. Azaz egy 3 kw-os inverternek minimum 2,9 kw-ot tartósan le kell tudni adnia, de ha a kimeneti árama 13 A-ben van megadva, nem adhat le többet tartósan, mint 13 A + 10 %-ot! A V bemeneti egyenfeszültségre megadott inverternek valóban folyamatosan működnie kell e tartományban ami nem feltétlenül jelenti azt, hogy az inverter 150 V bemenő feszültségen már elkezdi az energiatermelést. A gyártó megadhat itt nagyobb indulási feszültséget is, de indulás után a bemenő feszültséget az alsó limitre lecsökkentve az inverternek még működnie kell. Nyilvánvaló, hogy a helyes üzemeltetés megtervezéséhez ezek szükséges és fontos méretezési adatok (pl. váltakozó áramú oldal biztosítása, alkalmazott napelempanel rendszer), sok esetben találnak itt eltéréseket. Ez a befektető által elvárttól gazdaságtalanabb, esetleg kevésbé biztonságos üzemhez vezethet. Melegedés. A leírt hőmérséklet-tartományban az inverternek működnie kell, pl C között. Kellemetlen lehet, ha a szabadba telepített rendszerünk öt inverteréből kettő egy hideg téli napon mondjuk 10 C-on nem indul el. Ha- sonlóképpen előfordulhat, hogy egy meleg nyári napon az inverter 35 C-on leáll. Sajnos a gyakorlatban már mindkét hiba előfordult. A gyártók jelentős része nagyobb hőmérsékletnél korlátozza a kimeneti teljesítményt, ez az adatlapon vagy az üzemeltetési leírásban specifikálva van, ebből megtudhatjuk, hogy fenti példánk invertere 40 C-on már csak 70 %-os kimeneti teljesítményt szolgáltat. Ezt megint fontos figyelembe venni rendszerünk tervezése során, ha el akarjuk kerülni a meglepetéseket. A szabvány sok eleme foglalkozik közvetlenül a biztonsággal (ezek részint műszaki megoldásokat, részint felhasználói tájékoztatást feltételeznek). Ezek az elemek a következők: szivárgóáram-szint kis értéke vagy speciális földelés előírása (a készülékház nem rázhat), földelési ellenállás (meghibásodás esetén a készülékház feszültsége nem emelkedik egy szint fölé). Az üzembe helyezési utasításnak pontosan meg kell határoznia az alkalmazott földelést, a napelem fordított rákapcsolásánál nem megy tönkre az inverter, földfüggetlen telepítésű napelem esetében észreveszi, ha a szigetelési ellenállás (a föld felé) egy adott értéknél kisebb, feliratok (jelek) figyelmeztetnek, ha kikapcsolás után is hosszabb ideig veszélyes mértékű feszültség maradhat a készülék kapcsain vagy belsejében, rövidzárlati viselkedés a bemeneten/ kimeneten (szorosan összefügg a biztonságos üzemmel). IEC Gyakran előforduló hibák lehetnek: Rosszul beállított alsó és felső kikapcsolási frekvencia. Találkoztunk olyan inverterrel, amely néhány Hz-től az 50 Hz-es rendszerfrekvencia kétszereséig is vígan üzemelt. 84

85 Rosszul beállított alsó és felső kikapcsolási feszültség. Szintén sok, a hazai elvárásokhoz képest durván más tartományba beállított eszközzel találkoztunk. Sok ilyen, rossz beállításokkal üzemelő inverter nagyon kellemetlen meglepetéseket tud okozni egy hálózati szegmensen. Nem megfelelő kikapcsolási idő (túl lassú). Ez a védelmi szituációkban okozhat meglepetéseket. Túl nagy DC-tartalom az előállított váltakozó áramban (DC injection). Több ilyen eszköz egy alhálózat szolgáltatói transzformátorát viheti telítésbe nem kívánt előmágnesezéssel, nagyobb feszültségdropot (feszültségesést), ez a transzformátor túlmelegedését, meghibásodását okozhatja. Túl nagy felharmonikustartalom. A hálózatra kapcsolt fogyasztók túlmelegedhetnek, tönkremehetnek (akár a saját háztartásunkban is, ha az inverter épp oda szállítja az áramot). Tipikus a rossz túl rövid visszakapcsolási idő. Ez a rendszer válaszreakcióinak tervezésénél okozhat meglepetéseket a szolgáltatónak. IEC VDE-0126-os szabványú háromfázisú (jó nevű gyártótól származó) invertert nem lehetett úgy beállítani, hogy a hálózati feszültség megszűnésekor automatikusan leálljon, az inverter 10 percnél hosszabb időn át is tovább működött (az elvárás 2 s!). Többszöri sikertelen javítási kísérlet után végül a gyártó közölte, nem tudja megoldani a feladatot egyszerű sw (firmware) módosítással, mert a rendszer struktúrája erre nem alkalmas, és feladta (az inverter nem lett tanúsítva). Ez a típusú hiba, mint már levezettük, a nem kívánt szigetüzem-kialakulást jelenti, amely súlyos kockázatokat rejt magában (áramütés a látszólag árammentesített alhálózaton). Az áramszolgáltató felelősséget vállal a hálózatán szállított áram jellemzőivel kapcsolatosan. 85 Ezért az áramszolgáltatók nem szeretik, ha egyes hálózati szegmenseik szigetesednek, kikerülnek kontrolljuk alól. Egy ilyen szigetüzemű hálózaton bármilyen meghibásodás fordul elő nagy értékű fogyasztókon, az áramszolgáltató nem akar kártérítést fizetni indokolatlanul. EMC problémák. Murphy azt mondja, ami elromolhat, az el is romlik. Ez az EMC jellegű gondokra is igaz, azaz vizsgálatok során sok EMC problémába is ütköztünk: Túl nagy vezetett zajszint (egyes frekvenciákon az inverter zajt injektál a hálózatba, ez zavarhatja a rádió-, TV vételünket, esetleg HiFi-berendezésünk használatánál okozhat meglepetéseket. Ugyanez sugárzott zajjal, itt a zaj a térben terjed tovább, elektromágneses hullámok formájában, és a zavart készülékek többnyire antennájukkal veszik, a jelenség természeténél fogva nem csak nálunk, hanem szomszédjainknál is jelentkezhet. Immunitásgondok: külső elektromágneses besugárzás hatására az inverter megváltoztatja működési tulajdonságait (pl. durván ingadozik a kimeneti árama, esetleg leáll), elektrosztatikus kisülés hatására a működés összeomolhat (a kisülések energiáját, a mérések körülményeit a szabvány rögzíti). Típusvizsgálat. Fontos kiemelni, hogy a tanúsítványok mindig egy típusvizsgálat eredményét tükrözik. Ez nem garantálja, hogy az általunk vásárolt inverter pontosan úgy viselkedik, ahogy a típusvizsgálat alapján kiadott szabványmegfelelőségi tanúsítvány alapján elvárhatnánk, ez a gyártó gyártásfegyelmétől, belső és külső minőségbiztosítási rendszerétől is függ. Ezért olyan inverterek, amelyek gyártásminőség-ellenőrzési jellel rendelkeznek, nagyobb eséllyel adnak jobb eredményt. Egy ilyen minőségbiztosítási rendszerben a gyártás során időnként mintát vesznek

86 a gyártmányokból, és vizsgálják pl. azt, hogy a típusvizsgálat során engedélyezett minőségű, előírt paramétereket mutató alkatrészek kerülnek-e felhasználásra, hogyan ellenőrzik a működési paramétereket, mi történik a hibás gyártmányokkal stb. (ilyen gyártásellenőrzési rendszer például a TÜV BauArt Mark), amelyet a gyártmányon feltüntetett logó jelez. Ezt a gyártónak csak akkor van joga használni, ha az ellenőrzések során valóban megfelelt a követelményeknek. Vizsgálati statisztikai adatok. Az elmúlt öt év során 12 gyártó cég (élvonalbeli) 16 invertercsaládját (63 invertertípust) vizsgáltunk meg teljes egészében; ez átfogó, részletes, teljes igényű szabvány-megfelelőségi műszeres laborvizsgálatot takar, és ebből tizet tanúsítottunk is. Teljesítményük 200 W és 250 kw, tömegük 1,5 kg és több mint 1000 kg között volt. Vizsgáltunk mikroinvertereket (1f), egyfázisú és háromfázisú invertereket. Az inverterek kivitelének hőtűrése C közötti, teljes esőálló és kondicionált működési feltételeket igénylő indoor típusok között mindenféle volt. Validáltunk azaz tanúsítványaik megfelelőségét ellenőriztük kb. 43 invertercsaládot (kb. 200 invertertípus). Kiértékeltük és tanúsítottuk más, független vizsgálóintézetek invertervizsgálatait (4 intézet), ennek kapcsán újabb kb. 20 invertertípust. Az általunk laborban vizsgált családok között 2 család (5 típus) sokszori gyártói próbálkozás ellenére nem tudta teljesíteni a szabványok követelményeit, tehát nem kaphattak tanúsítványt. A vizsgálatok során kb. az inverterek 50 %-a igényelt kisebb-nagyobb gyártói beavatkozást (beállítást, sw javítást, hw módosítást), amelyek után megfeleltek a szabványok elvárásainak. A validálások kihozatala ennél lényegesen rosszabb, a vizsgált invertercsaládok 45 %-a nem felelt meg a magyarországi követelményeknek, azzal együtt, hogy az importőröknek, forgalmazóknak módjuk és idejük volt pótlólag benyújtani 86 a hiányzó dokumentumokat. Itt azt is meg kell jegyeznünk, hogy a kibocsátóhoz visszaküldött tanúsítványok között volt olyan is, amelyet a kibocsátó intézet nem validált, azaz hamisnak bizonyult. Összességében elmondhatjuk, hogy az inverterek szabvány-megfelelősége javuló tendenciát mutat, és ez azt is jelenti, hogy mind a gyártók, mind az importőrök, forgalmazók egyre nagyobb figyelmet fordítanak a magyarországi követelmények teljesítésére. Ez azt jelenti, hogy a hálózatba integrált inverterek viselkedése egyre kiszámíthatóbb és ismert lesz. Ez egyértelműen fontos és hasznos az áramszolgáltatók, de vele együtt a fogyasztók számára is. FONTOS! TÜV által vizsgált invertercsaládok 45 %-a nem felelt meg a magyarországi követelményeknek! Vizsgálati feltételek. Az inverterek vizsgálata komoly szakértelmet, speciális műszerezettséget és sok időt kíván, ezért költséges. Csak akkor érdemes belefogni, ha a vizsgálatok költsége sok forgalmazott példányon megoszlik majd. Nem elég csak a pénz, a forgalmazónak szüksége van a gyártó teljes támogatására is, mert a vizsgálatok egy része csak akkor lehetséges, ha a gyártó a dokumentációját a vizsgálónak átadja, nem beszélve az esetleg szükségessé váló gyártói beavatkozásokról. A vizsgálatokhoz mintapéldányok szükségesek, általában a gyártmánycsalád legnagyobb és legkisebb teljesítményű típusát vizsgáljuk. A vizsgálati igénybevételek hatására minden elővigyázatosságunk ellenére a vizsgálati példányok tönkremehetnek, a vizsgálat folytatásához javításra vagy cseredarabra lehet szükség. Ha min-

87 Jump 3 túlfeszültség mérési eredménye 3.6. ábra. Túlfeszültségteszt Szigetüzem-hiba. 5 vizsgálat hálózati inverteren végzett mérési eredmények Lekapcsolási késleltetés 3.7. ábra. Antiislanding-teszt háromfázisú inverteren 87

88 Szigetüzem-hiba 21 vizsgálat hálózati inverteren mérési eredmények Lekapcsolási késleltetés ábra. Antiislanding-teszt egyfázisú inverteren den rendben van, ill. csak kisebb beállítások, dokumentációjavítások, kiegészítések szükségesek, a vizsgálat, a tanúsítás 1 1,5 hónap alatt befejezhető, bonyolultabb esetekben (többszöri gyártói beavatkozás) több hónap is lehet. Mérési diagramok. (Gyakorlati példák). A szemléletesség és a könnyebb áttekinthetőség kedvéért bemutatunk néhány mérési diagramot az inverterek hálózati (AC) viselkedésével kapcsolatosan). Háromfázisú inverter viselkedése hálózati túlfeszültség hatására (3.6. ábra). Látható, hogy az inverter árama kis idővel (8,4 ms) a feszültségugrás után nullára csökken (a norma 50 ms). Háromfázisú inverter viselkedése hálózatleválás (nem kívánt szigetüzem) hatására (3.7. ábra). Látható, hogy az inverter ki- menőárama kis idővel (654,4 ms) a hálózatról történő leszakadás után (fekete triggerjel) nullára csökken (a norma 2 s). Egyfázisú inverter viselkedése hálózatleválás (nem kívánt szigetüzem) hatására. Látható, hogy az inverter kimeneti árama kis idővel (236,9 ms) a hálózatról történő leszakadás után (fekete triggerjel) nullára csökken (a norma 2 s), zöld a feszültség, piros az áram görbéje (3.8. ábra) A fejlődés iránya Jelenleg a Németországban üzembe helyezett naperőművek (kisebbek és nagyobbak egyaránt) összteljesítménye több mint 25 GW (Gigawatt, 10 9 watt), ez a magyarországi teljes erőműrendszer (beleértve a paksi atomerőművet, a hagyományos szén- és gázturbinás erőműveket stb.) kapacitásának (6 GW)

89 körülbelül a négyszerese. Megfelelő napsütésben az ország energiaigényének 40 %-át adja. Ez több százezer invertert, és több millió napelemet jelent. Az áramszolgáltatók feladata lesz kezelni a sokszázezer inverterből álló összetett, bonyolult, ún. elosztott áramtermelő rendszert, amelynek a biztonsága nem lehet kisebb a ma használt, túlnyomórészt nagyteljesítményű, nagy megbízhatóságú erőművekből álló rendszernél, (amelyek áramtermelő alapegységét háromfázisú, több száz megawattos szinkrongenerátorok képezik) hiszen az áramellátás összeomlása a gazdaság összeomlását okozza. Ez egyre szigorúbb elvárásokat jelent az inverterekkel kapcsolatban, legyenek azok néhány kilowattosak (háztartási méretű) vagy több megawattos, ipari méretűek. Smart (intelligens) tulajdonságok, meghatározott paraméterek melletti távvezérelhetőség, menedzselhetőség, nagy hatásfok, nagy megbízhatóság, kifinomult védelmi funkciók fogják jellemezni a jövő inverterét. Megoszlanak a vélemények az inverter elvárt saját képességeit (mennyire legyen smart, intelligens) és a távvezérelhetőségét illetőleg. A szakemberek egy része azt szeretné, ha az inverter a környezetében felmerülő hálózati feladatokat (feszültségingadozás, meddő kompenzáció, áramkimaradások, zárlati jelenségek, haváriák, áramtúltermelés, szigetesedés stb.) saját, belső intelligenciájával oldaná meg, míg a másik tábor elsősorban táv-, ill. központi vezérléssel szeretné kézben tartani ezeket a feladatokat. Mindkét tábor súlyos érveket tud felhozni álláspontja mellett. A távvezérelt rendszereknél, ahol a távvezérlés várhatóan a jelenleg is használt kommunikációs rendszerekkel (pl. internet) működne vagy már működik, nagy kockázatot jelent az ig Németország az energiafelhasználásának 100 %-át szeretné megújuló forrásokból fedezni (nap, szél, bio, víz stb.). Ez gyakorlatilag azt is jelenti, hogy az előállított energia jelentősebb hányada invertereken keresztül jut majd fel a hálózatra. A korszerűbb szélerőművekben már most is szabályozástechnikai okok miatt inverterek biztosítják a generátorok által előállított áram hálózatra csatolását, így egyszerűbb és gazdaságosabb a szabályozás. illetéktelenek által (hacker, cracker) történő beavatkozás. Gondoljunk bele, egy lelkes tizenéves amatőr feltöri a rendszert, és néhány paranccsal leállítja egy országrész áramellátását. Ennek kivédése bonyolult, védett kommunikációs rendszer (tűzfal, vírusvédelem, titkosítás, speciális kommunikációs protokoll) beépítését feltételezi a távvezérelhető inverterbe. SMART hálózatok. A másik irány, a smart (okos, intelligencia) elvárások pedig szintén egyre összetettebb, egyre bonyolultabb saját vezérlőrendszert igényelnek az invertertől. Ez egyre összetettebb, komolyabb képességű hardvert (mikrokontrollerek), ill. az azt működtető szoftvert (vezérlőprogramot, programrendszert) feltételez. Ennek a programrendszernek természetesen megbízhatónak kell lennie, mert senki sem szeretné, ha előállna a Goethe által megírt bűvészinas esete, akinek a vízhordó seprűje önálló életre kel, és hordja a vizet kéretlenül addig, míg már az egész házat elönti a víz. Azaz egy ilyen programrendszert alaposan tesztelni kell, mindenféle egyszeres vagy akár kétszeres feltételezett hibára is (jól átgondolt, kialakított szabványelvárások álapján). Ennek sem a fejlesztése, sem a megnyugtató kitesztelése (tanúsítása független vizsgálóintézet által) nem olcsó mulatság.

90 Az elmondottak alapján nyugodtan kijelenthetjük: a jövő invertere nem lesz egyszerűbb a jelenlegieknél. Ha mindezt gondolatban kombináljuk a piaci verseny által állandóan megkövetelt olcsó ár a szigorú műszaki elvárásoknak ellentmondó követelésével, belátjuk, van min dolgozniuk az invertergyártóknak, a tanúsítóknak és az üzemeltetésben aktívan részt vevő áramszolgáltatóknak, ill. a szabványfejlesztő nemzetközi szervezeteknek (IECEE) és az azok alapján tesztelő, tanúsítóés vizsgálóintézeteknek. A 3.9., 3.10., ábrák SMART-GRID egy lehetséges kialakulási modelljének fázisait mutatják be, a szerző modellje szerint. A decentralizált energiatermelés kialakulásának feltételrendszere három fő csoportba sorolható be. Klímastratégia Modulrendszer Környezetvédelem Elfogadtatás Oktatás Eszközberendezés Technikai szintkövetés Szakképzés Oktatás Vezérlési módszerek Technikai szintkövetés Felügyelet Védelem Mérés Gazdaság Definíciók Tárolás Az első csoport a berendezések szintje (3.10. ábra belső kör). Ide soroljuk a rendszerhez tartozó elsősorban eszköz, berendezés (hardver) jellegű eszközöket. A felkészülés tekintetében kis jó indulattal azt mondhatjuk, hogy szinte minden technikai eszköz a rendelkezésünkre áll a megvalósításhoz. A második csoport a rendszerszint. Ezt a feltételcsoportot már tágabb értelemben kell értelmeznünk. Ide kell besorolnunk a műszaki jellegű, de nem feltétlenül hardver jellegű eszközöket, mint például szabályozások, törvények vagy éppen a szakképzés. Ezen a területen számos olyan tétel van, amely még meg sem született, ill. az alkalmazás jelentős mértékű, esetleg saját nemzeti hatáskörbe tartozó vagy nemzetközi koordinációt igényel. Társadalom Rendszer Szabványok MPP track E-átalakítás Politika Törvény Grid vez. Kapcsolás Töltésszab. Monitoring Rendszer elemzés ÁRAK PÜ modell Interferenciaelnyomás Tömegtermelés Költségcsökkentés Energia elemzés Ipari stratégia- Modellek Fejlett országok Támogatások Döntési módszerek Modellek Fejlődő országok Potenciálok Szociokulturális 3.9. ábra. A Smart-grid kialakulásának feltételrendszerei 90

91 1 PV PV PV 2 PV FC FC CHP PV FC CHP PV FC PV FC FC CHP FC CHP PV FC FC ábra. A decentralizált energiaellátás fejlődési modellje CHP 3 PV FC FC CHP PV FC FC A harmadik csoport a társadalom szintje. Ahhoz, hogy ez az egész rendszer hibátlanul és hatékonyan működhessen, jelentős mértékű társadalmi léptékű változásra, elsősorban tudatformálásra van szükség. A társadalommal el kell fogadtatni az új rendszer előnyeit (és sajnos hátrányait is). Tudatosítani kell azokat a társadalmi és egyéb veszélyeket, amelyeket a korábbi és jelenlegi társadalmi fejlődési modelljeink által örököltünk. Ki kell alakítani a környezetvédelmi alapokra helyezett fenntartható fejlődés vízióját, és azt a most felnövő generációk alapértékeivé kell tenni. Ez minimum 8 15 éves lassú, de folyamatosan és következetesen ugyanazon célirányokkal vezérelt társadalmi erőfeszítést követel. A hirtelen gyors változások a társadalomban inkább problémát okoznak, mintsem jótékonyak, ezért az új dolog bevezetését kellő körültekintéssel, kellő szakmaisággal és megfontoltsággal kell elvégezni*. A bevezetés kulcsfontosságú eleme a felkészítő oktatás (a jelenlegi leszakadó és követő jellegű oktatás helyett). Az oktatást, képzést a teljes életkorra és szakmai vertikumra ki kell terjeszteni. A megújuló energiákkal való foglalkozást a szakágazaton belül mielőbb minősített szakmai rangra kell emelni. A ábra a lokális energiatermelő közösségek kialakulásának egy lehetséges modelljét mutatja be. Az első fázisban már jelen vannak a megújulóenergia-hasznosító berendezések. Elhelyezkedésük egyedi, sporadikus, az egymás- CHP * Véghely T.: A Megújuló Energiák Társadalmasítása c. előadása; A Magyar Műszaki Értelmiség Napja c. rendezvény, Magyar Tudományos Akadémia, május. 91

92 sal való kapcsolat teljesen hiányzik, vagy legalábbis nem jellemző, a szervezettségük minimális. A második szint a helyi közösségek kialakulását mutatja: megjelennek a szervezettség első formái, több közösség egymással párhuzamosan kialakulhat, a helyi rendszerek közötti kapcsolat kezdetleges. A harmadik fázisban az egymással párhuzamosan létező rendszerek helyi hálózatokat (helyi mérlegköröket) alkotnak. Ez a fejlettség csak nagyfokú és magasabb szintű tudatosság és részletesen kidolgozott törvényi támogatás mellett valósulhat meg. A ábra. néhány ilyen megvalósult falut mutat be. Energiatárolás. Az elmondottak aláhúzzák, hogy a hálózatra felengedett (engedélyezett) inverterek műszaki tulajdonságainak ismertnek, szabványosnak kell lennie, és egyben rámutatnak az ellenőrzés fontosságára. Ez mind az áramszolgáltatók, mind a nagyfelhasználók (ipar) mind a kisfelhasználók (háztartások) elemi érdeke. Az előbbi megfontolások világossá teszik, miért szabályozza minden ország áramszolgáltató szervezete a saját hálózatára felengedett inverterek (generátorok) tulajdonságait szabványokon, esetleg országspecifikus többletelőírásokon keresztül. Néhány szót már ejtettünk arról, hogy a szabványok is fejlődnek, lassan közelednek egymáshoz. Az EU is törekszik az egységesítésre, az invertergyártók érdeke, hogy invertereik minden ország piacán forgalmazhatók legyenek, ezért úgy igyekszenek azokat kialakítani, hogy a világszerte alkalmazott nemzetközi és országspecifikus szabványoknak megfelelhessenek (erre szolgál az installálás során használt menürendszer, ahol kiválasztjuk a telepítés helyét, az ország kódot. Természetesen, hogy ez így legyen, ill., hogy ez így van-e, arról a független, akkreditált vizsgálóintézeti tanúsítvány (validálás után) biztosíthatja csak az áramszolgáltatót. Amit itt leír ábra. Decentralizált energiaellátással működő faluk tunk, az általános, és értelemszerűen így van Magyarországon is. Magyarországnak ig 14 %-ot kell elérnie a vállalt, EU-s kötelezettségei alapján (EU elvárás) a megújulóenergia-felhasználásban, ez pedig a napelemes, szélgenerátoros és más, a nyilvános hálózatra kapcsolt inverterben végződő megújuló energián alapuló villamosenergia-előállító rendszerek szaporodását jelenti, nem kevés gondot, feladatot jelentve a szabályozó hatóság, ill. az áramszolgáltatók számára. Mindemellett van egy általános gond is, amelyet kezelni kell. A szél-, a naperőművek által megtermelt energia nem mindig akkor, és abban a mennyiségben áll rendelkezésre, amikor arra szükség van. Előfordulhatnak nagyon szerencsétlen együttállások (ill. kiesések), azaz minél nagyobb mértékben terjednek ezek az energiafajták, annál nagyobb mértékben lesz szükség a megtermelt energia egy részének a tárolására. Könnyen elképzelhető, hogy előbb-utóbb már csak az kap engedélyt szélvagy naperőmű telepítésére, aki egyidejűleg meghatározott kwh-ás akkumulátorkapacitást is telepít az erőművéhez. Ez azt jelenti, hogy az akkumulátorok szabályozott, minőségi töltésére, ill. azok energiájának szükség esetén a hálózatba való visszatáplálására

93 DC szűrőkapacitás (1) Rezonanciaátalakító transzformátorral (2) Vezérelt egyenirányító (3) AC szűrő (4) Napelem, 110 Wp 500 khz 50 Hz 2 4 Hálózat Vezérlő (5) (feszültség-, áram- és hőmérséklet-érzékelők) képes inverterek utáni igény emelkedni fog, ill. számolni lehet ezeknek a fejlődésével, elterjedésével. Az ólomakkumulátorok nehezek, kicsi a fajlagos kapacitásuk, gondozást igényelnek, rövid az élettartamuk. A lítiumakkumulátorok, amelyek mentesek ezektől a problémáktól, igen drágák, üzemben tartásuk nagy körültekintést, biztonsági berendezéseket igényel. Kiállításokon, vásárokon egyre sűrűbben jelennek meg ebben a témában is újdonságok, megoldások. Igéretes megoldást jelenthetnek a vanádium-redox rendszerek, ill. a közvetett tárolási módszerek is (vízbontás, bioetanol stb.) Mikroinverter. Piacuk gyorsan bővül, ezért érdemes röviden áttekinteni a kérdéskört. Filozófiájuk, viszonylag kis áramú, kisfeszültségű DC (néhányszor 10V)/AC átalakítás, mindjárt a PV panel közelében, a teljesítményösszegezés már az AC oldalon történik. (Figyelmet érdemel, hogy az első, napelemre épített inverterek már 1998-ban megjelentek, ám valami miatt nem terjedtek el). A mikroinverter előnyei: olcsók a kis modulok, ezért pl. egy háztartás kis befektetéssel is beszállhat a PVüzletbe, majd anyagi lehetőségeinek megfelelően, fokozatosan bővítheti a háztetőre 93 Modulra integrált konverter (MIC) ábra. Mikroinverter kapcsolási séma ábra. Mikroinverter fényképe telepített rendszerét (a fajlagos ár most nem biztos, hogy versenyezni tud a nagyobb egységteljesítményű inverterekkel); egy modul kiesése (akár PV-panel, akár mikroinverter) nem befolyásolja jelentősen egy nagyobb teljesítményű rendszer működését; minimális az árnyékolási hatás; nincs nagyfeszültségű DC kábelrendszer (ennek tetőtűzoltásnál is vannak előnyei); egyszerű telepítés; az inverter tömeggyártásra alkalmas, ezért egyszerű a pótlása. A mikroinverterek esetében a biztonsági, védelmi rendszerek megléte, ill. kialakíthatósága jelenleg még nem teljesen megoldott, ezért alkalmazásuk megfontolást igényel.

94 4. Háztartási méretű kiserőmű csatlakoztatása A január 3-án életbe lépett villamosenergia-törvény (VET, évi LXXXVI. törvény villamos energiáról ) értelmében kötelező a megújuló energiákból származó energia visszavétele. A visszavételezés a helyi áramszolgáltatók által üzemeltetett villamosenergia-elosztó hálózaton keresztül annak felhasználásával történik ún. visszavételezéssel. A HMKE (háztartási méretű kiserőmű) kategória felső teljesítményhatára 50 kva, ill. 50 kwp (napelemek). Főleg a lakossági (a vállalkozói réteg) megsegítésének céljával készült a törvény. Először azt vizsgáljuk meg, hogy mely esetekben nem lehet háztartási méretű kiserőműigényt beadni, ezeket az igények az elosztói engedélyesek egyből elutasítják: ideiglenes szerződéssel rendelkező felhasználók igénybejelentése; háztartási méretű kiserőmű névleges AC oldali teljesítményénél kisebb rendelkezésre álló teljesítmény esetén adott igénybejelentés*; új bekapcsolási igénnyel együtt adott igénybejelentés*; érvényes csatlakozási, hálózathasználati szerződés hiányában adott igénybejelentés; alfogyasztói jogviszonyú fogyasztási helyre adott igénybejelentés; közvilágítási fogyasztási helyre adott igénybejelentés. Középfeszültségű csatlakozással rendelkező felhasználók igénybejelentését, szintén elutasítják. Az ilyen termelőkapacitásokat kiserőműként lehet hálózatra csatlakoztatni, más folyamatban, más elszámolási módszertannal. Egyetemes szolgáltatást igénybe vevő felhasználók B vezérelt tarifára és H hőszivattyús tarifára benyújtott igénybejelentéseket szintén elutasítják. A B tarifa vezérelt, így a termelőberendezés nem tud zavartalanul kitáplálni, a H tarifa folyamatos, viszont erre jogszabály szerint csak hőszivattyús, valamint megújuló energiát fűtés- és melegvíz előállításra használt berendezések csatlakoztathatók. Ha a telepítendő termelőberendezés az első szűrőn túljutott, meg kell vizsgálni, hogy a közcélú hálózati kapcsolata alapján melyik kategóriába esik, és ez alapján kell az igénybejelentést beadni. Szigetüzemű háztartási méretű kiserőmű (a termelőberendezés, és az általa ellátott fogyasztóberendezés nincs a közcélú hálózattal galvanikus kapcsolatban) telepítése esetén az elosztói engedélyest értesíteni kell. Az értesítésre azért van szükség, hogy a közcélú hálózattól való független kialakítás megítélhető legyen. Az értesítésnek tartalmaznia kell a következőket: a rendszerhasználó neve, a felhasználási hely pontos címe, * Egyes elosztói engedélyesek befogadják az igénybejelentést, és tájékoztatóban közlik a követendő eljárást. 94

95 a meglévő hálózathasználati szerződés száma, felhasználási helyen fázisonként rendelkezésre álló teljesítmény, az erőművi névleges teljesítőképesség (inverter névleges AC oldali teljesítménye) fázisonként, hálózat független rendszer- vagy szigetüzemi hálózati leválasztás kialakítása (dokumentáció), nyilatkozat a hálózati leválasztás módjáról és a vonatkozó szabványok alkalmazásáról. tokkal rendelkező berendezéseket, ill. szabványelőírásoknak megfelelő megoldásokat kell alkalmazni. Hálózatpárhuzamos üzemű háztartási méretű kiserőmű (legelterjedtebb megoldás) telepítése esetén háztartási méretű kiserőmű-igénybejelentést kell benyújtani az elosztói engedélyesnek. A csatlakoztatás folyamatlépései országosan egységesek, de a folyamatlépésekhez tartozó tartalmak eltérést mutathatnak. Az elosztói engedélyes a termelőberendezés létesítéséről szóló értesítést tudomásul veszi, erről visszaigazolást ad a telepítőnek. Szigetüzemű rendszer esetén kétirányú fogyasztásmérő berendezést nem szerelnek fel, hálózathasználati szerződést nem módosítanak. Szigetüzemre is alkalmas háztartási méretű kiserőmű (tárolókapacitást, töltésszabályozót, átkapcsolóberendezést, szigetüzemre alkalmas invertert tartalmazó rendszer) telepítése esetén háztartási méretű kiserőmű igénybejelentést kell benyújtani az elosztói engedélyesnek.* A szigetüzemre is alkalmas háztartási méretű kiserőmű zavartalan közcélú hálózati kapcsolat esetén hálózatpárhuzamos, a közcélú hálózati táplálás elmaradása/zavara estén pedig szigetüzemű rendszerként viselkedik. A szigetüzemre alkalmas rendszerek jóval drágábbak (akkumulátortelep, töltésvezérlő, speciális inverter, szabályozás), alkalmazásuk közcélú hálózati kapcsolattal rendelkező felhasználók esetén csak gyakori hálózati zavarok, ill. speciális (szünetmentes) táplálási igény esetén térül meg. A szigetüzemre is alkalmas rendszerek esetén megfelelő típusvizsgála- Mindenképpen célszerű a telepítési hely szerinti elosztói engedélyes honlapján az aktuális tájékoztatót megkeresni! (Hálózatpárhuzamos üzemű termelőberendezés esetén a telepítőt célszerű tájékoztatni arról, hogy közcélú hálózati táplálás kimaradása/zavara esetén a termelőberendezés lekapcsolódik, ez a rendszer szigetüzemre alkalmatlan.) 4.1. A csatlakoztatás folyamata Igénybejelentés Az igénybejelentést a felhasználó vagy a felhasználó nevében meghatalmazással rendelkező eljáró telepítőtársaság nyújtja be. A nem megfelelő adatokkal, hibásan, ill. hiányosan beküldött igénybejelentést azonnal elutasítják, ezért a kitöltésénél körültekintően kell eljárni! Az igénybejelentő az alábbi adatokat tartalmazza: Felhasználó azonosításához szükséges adatok. Név, cím, szerződésszám, minden napszaki fogyasztásmérő gyári szám stb. * Egyes elosztói engedélyesek nem engedélyezik a szigetüzemre is alkalmas háztartási méretű kiserőmű telepítését, célszerű a telepítési hely szerinti elosztói engedélyes honlapján az aktuális tájékoztatót megkeresni! 95

96 A felhasználási helyen rendelkezésre álló teljesítmény. Meglévő csatlakozási pont szükséges! Az új csatlakozási igénybejelentést és a háztartási méretű kiserőmű-igénybejelentést külön-külön folyamatban kezelik az elosztói engedélyesek. Legfeljebb a csatlakozási ponton rendelkezésre álló teljesítménynek megfelelő termelői kapacitás építhető be, pl.: a mérőberendezés alatt elhelyezett plombált kismegszakítók amperértéke 3 16 A -> rendelkezésre álló teljesítmény 3 16 A 230 V/1000 = 11 kva. Termelőkapacitásként az erőművi névleges teljesítőképességet értjük, ez napelemes rendszerek esetén az inverter névleges AC oldali teljesítménye, nem pedig a beépített napelemkapacitás (kw peak ). Ha a meglévő rendelkezésre álló teljesítményt meghaladó termelőkapacitás beépítése van tervben, először meg kell növelni a rendelkezésre álló teljesítményt. Ennek pénzügyi és műszaki feltételeit a 76/2011. NFM rendelet tartalmazza. Ha a rendelkezésre álló teljesítmény bővítése a háztartási méretű kiserőmű csatlakoztatása miatt szükséges annak indokolt nagyságáig, a rendelet 8. (2) b) pontja alapján nem kérhető, ill. üzembe helyezés után visszaigényelhető a csatlakozási alapdíj. Az igénybejelentés célja. Nem szerepel minden elosztói engedélyes igénybejelentő nyomtatványán, de szükséges: pályázathoz igazolás, nyilatkozatigénylés, új háztartási méretű kiserőmű-csatlakozási igény, meglévő háztartási méretű kiserőműkapacitás-növelés A háztartási méretű kiserőmű jellemzői, csatlakozási módja 96 Háztartási méretű kiserőmű típusa, az energia átalakítására felhasználható energiaforrás, amely kémiailag, fizikailag vagy nukleárisan kötött formában, megújuló vagy nem megújuló módon tartalmaz energiát (pl. nap-, szél-, víz-, biogáz-, gáz- stb.). Közcélú hálózatra csatlakozó termelőberendezés-elem (inverter vagy villamos forgógép). Inverter vagy villamos forgógép névleges (AC oldali) teljesítőképessége fázisonként. Ez nem haladhatja meg a fázisonkénti rendelkezésre álló teljesítményt, ill. a háztartási méretű kiserőműkategória (max. 50 kva) teljesítményét. Áramlökési tényező. (Nem szerepel minden elosztói engedélyes igénybejelentő nyomtatványán. Értéke villamos forgógép esetén a maximális áram és a névleges áram hányadosa). Tervezett csatlakozási mód (fázisszám). Háztartási méretű kiserőmű általában egy- és háromfázisú csatlakozással kapcsolódhat a közcélú hálózatra. Egyes elosztói engedélyesek elfogadják a kétfázisú csatlakoztatást is. Egyfázisú fogyasztói csatlakozás esetén max. 5 kva-es termelőberendezés csatlakoztatható, akkor is, ha a rendelkezésre álló teljesítmény lehetőséget adna nagyobb csatlakozási teljesítményre! Háromfázisú fogyasztói csatlakozás esetén a termelőberendezés egyfázisú (max. 5 kva) vagy háromfázisú csatlakozása (maximum a rendelkezésre álló teljesítményig, de legfeljebb 50 kva-ig) is megvalósítható. Háromfázisú fogyasztói csatlakozás esetén egyfázisú termelőberendezés csatlakoztatását (5 kva névleges teljesítőképességig) az elosztói engedélyes a hálózati paraméterek figyelembevételével, az igénybejelentésre adott előzetes tájékoztatóban írt feltételekkel engedélyezheti. Ha a csatlakoztatni kívánt termelőberendezés három fázisra csatlakozik, de nem háromfázisú, hanem fázisonként beépített berendezésekkel épül, a fázisaszimmetria nem halad-

97 hatja meg az 5 kva-t. Azoknál az elosztói engedélyeseknél, ahol elfogadják a kétfázisú csatlakozást, az előzőek alapján két fázisra max. 10 kva csatlakoztatható. A kétfázisú inverterek 6 kva-től, háromfázisúak 5 kva-től találhatók az engedélyezett inverterek listáján. Nyilatkozat hálózati visszatáplálásról. A jogszabály előírja, hogy a telepítőnek az igénybejelentésen nyilatkoznia kell, hogy hálózati visszatáplálás történik-e vagy sem. A hálózatpárhuzamos üzem, ill. a háztartási méretű kiserőműben termelt villamos energia elszámolási módja (villamosenergia-szaldó) egyértelműen a hálózati visszatáplálás választását erősítik. Ilyen nyilatkozat esetén felszerelik a kétirányú mérőberendezést, és a termelt villamos energiát az elszámolási időszak figyelembevételével villamosenergia-szaldó alapján számolják el. Abban az esetben, ha a telepítő úgy nyilatkozik, hogy hálózati visszatáplálás nem történik, egyes elosztói engedélyesek előírják a visszatáplálást megakadályozó védelmi berendezés beépítését. Egyéb. Az alábbiak nem szerepelnek minden elosztói engedélyes igénybejelentő nyomtatványán, de szükségesek lehetnek: meghatalmazás a tulajdonostól az eljáráshoz, társaság esetén aláírási címpéldány másolata, társasház esetén közös képviselő által kiadott hozzájáruló nyilatkozat háztartási méretű kiserőmű létesítéshez, helyszínrajz, az ingatlan tulajdoni lapja, tulajdonosi hozzájárulás a tulajdonán létesítendő idegen tulajdonú termelőberendezéshez, a fogyasztásmérő és mérőhely fényképe. 97 Előzetes tájékoztató. Az igénybejelentés alapján az elosztói engedélyes megvizsgálja a csatlakozás feltételeit, és arról írásban tájékoztatja az igénybejelentőt. A tájékoztató tartalmazza a hálózatra csatlakozás lehetőségét, a közcélú hálózatra kapcsolódó háztartási méretű kiserőművel szemben támasztott követelményeket, a készítendő csatlakozási dokumentáció tartalmi követelményeit, a szerződésmódosítással kapcsolatos információkat. Az előzetes tájékoztató általában formaság, az elosztói engedélyeseknek a csatlakozási ponton a fázisonként rendelkezésre álló teljesítmény nagyságáig egyfázisú csatlakozással rendelkező felhasználók esetén max. 5 kva beépített termelőkapacitást fogadniuk kell. Az elosztói engedélyeseknek abban az esetben van mérlegelési lehetőségük, ha háromfázisú csatlakozással rendelkező felhasználó egy fázisra csatlakoztatott 2,5 kva-nél nagyobb termelőkapacitást tervez. Ha a termelőkapacitás a tápponttól messze van, vagy kis keresztmetszetű a hálózat, az elosztói engedélyes a számításai alapján az előzetes tájékoztatóban előírhatja a termelőkapacitás többfázisú csatlakoztatását. Az előzetes tájékoztatót a meghatalmazott eljárónak vagy a csatlakozási ponton rögzített felhasználónak küldik meg. Egyes elosztói engedélyesek az előzetes tájékoztató elfogadásáról visszajelzést várnak. Ezt a telepítő a tájékoztató aláírt visszaküldésével teheti meg. Amennyiben az előzetes tájékoztató aláírva nem érkezik be az elosztói engedélyeshez függetlenül attól, hogy csatlakozási dokumentációt leadta a folyamat megáll! Ezért ezeknél az elosztói engedélyeseknél célszerű az elfogadott, aláírt előzetes tájékoztatót a csatlakozási dokumentációval együtt beadni. Csatlakozási dokumentáció. Ennek öszszeállítása a telepítő, ill. a meghatalmazott eljáró feladata. A dokumentáció azokat az adatokat, információkat tartalmazza, amelyek

98 alapján az elosztói engedélyes el tudja dönteni, hogy az alkalmazott berendezésekből felépített háztartási méretű kiserőmű alkalmas-e közcélú hálózati üzemre. A csatlakozási dokumentáció kötelező tartalmi elemei az alábbiak: 1. Csatlakozási dokumentáció előlap* (felhasználó és felhasználási hely adatai, csatlakozási dokumentáció készítőjének adatai, nyilatkozata) 2. Védelmi beállítási értékek* (inverterben lévő vagy külső komplex védelmi rendszer beállításai) 3. Termelői nyilatkozat*. 4. Telepített rendszer részletes leírása (bemutatva a termelőberendezés főbb elemeit, érintésvédelmi rendszerbe való illesztését, villámvédelmi túlfeszültségvédelmi kialakítását, a szerelési és anyagminőségre vonatkozó utasításokat). 5. Egyvonalas villamos vázlat a tulajdoni határok megjelölésével (a rajzon szereplő villamos készülékek és berendezések jellemzőinek pl. névleges áram, nyomvonalhossz, keresztmetszet, zárlati szilárdság, védettség stb. feltüntetésével). 6. Meglévő/átalakított mérőhely kialakításának bemutatása. 7a. Az alábbiak szerepelhetnek még egyes elosztói engedélyesnél mint kötelező tartalmi elem. 7b. Térképszelvény, a telepítési hely feltüntetésével. 8. Tulajdoni lap és tulajdonosi hozzájárulás, amennyiben a telepítő és a csatlakozási pont tulajdonosa nem azonos 9. Ellátó közcélú hálózat leírása (előzetes tájékoztató alapján) 10. Közüzemi szerződés vagy Csatlakozási szerződés másolata. 11. Forgalmazói nyilatkozat (inverter forgalmazójától). 12. Csatlakozási dokumentáció kivonata (a csatlakozási dokumentációban szereplő főbb adatok összefoglalása). A csatlakozási dokumentációt regisztrált villanyszerelőnek vagy tervezési jogosultsággal rendelkező személynek kell aláírnia. A regisztrált szerelő jogosultsága. A regisztrált szerelő által aláírható dokumentációk köre szűk, mert a 191/2009 Korm. 22. (4) c. bekezdése alapján; ha az építmény 7 kw-nál nagyobb csatlakozási teljesítményű, kivitelezési dokumentációt kell készíteni (tervezési jogosultsággal rendelkező személy). Tehát regisztrált villanyszerelő egy csatlakozási ponttal rendelkező építmény esetén 1 25 A-es, vagy 3 10 A-es csatlakozásig írhat alá csatlakozási dokumentációt! A csatlakozási dokumentáció bekért példányszáma elosztói engedélyesenként eltérő, célszerű a telepítési hely szerinti elosztói engedélyes honlapján az aktuális tájékoztatót megkeresni! Egy komplett dokumentációt a telepítő számára át kell adni, hiszen ez a berendezés teljes műszaki dokumentációja. Csatlakozási dokumentáció jóváhagyása. Az elosztói engedélyes a benyújtott csatlakozási dokumentáció elfogadásáról vagy a szükséges hiánypótlásról a meghatalmazott eljárónak vagy a csatlakozási ponton rögzített felhasználónak értesítést küld. * Elosztói szabályzat 6/B melléklete szerint. 98

99 Szerződésmódosítások. Egy felhasználónak egy csatlakozási pontra vonatkozóan három szerződése van. Csatlakozási. Hálózathasználati szerződés az elosztói engedélyessel. Villamos energiavásárlási szerződés a villamosenergia-kereskedővel. A háztartási méretű kiserőmű létesítése mindhárom szerződést módosíthatja. A termelőnek fel kell keresnie villamosenergia-kereskedőjét, azzal, hogy háztartási méretű kiserőművet létesít, és a termelt többletenergiát a közcélú hálózatra táplálja. A villamosenergia-kereskedő a hálózatra adott villamos energiát köteles átvenni, a termelt és fogyasztott villamos energia elszámolását pedig az elszámolási időszak figyelembevételével villamosenergia-szaldó alapján végezni. Erről igazolást/nyilatkozatot ad a termelőnek, majd ennek megfelelően módosítja a villamosenergia-vásárlási szerződést. Az elosztói engedélyes a hálózatra vonatkozó szerződések mellékleteként általában Üzemviteli/üzemeltetési megállapodást is köt a termelővel. Ez többletfeladatot nem ró a termelőre, rögzíti a hálózatpárhuzamos üzemet biztosító védelmek beállítási értékeit, ill. hogy értesítés esetén a termelőberendezés-leválasztást biztosítani kell (ezt a termelőtől függetlenül a beépített védelmek is biztosítják). A szerződések módosítását az elosztói engedélyesek az üzembe helyezést követően végzik el. A meglévő berendezés bővítése vagy átalakítása esetén ellenőrizni kell, hogy a bővítés és az átalakítás megfelel a szabványoknak, és nem csökkenti az eredeti berendezés biztonságát. Az ellenőrzést csak az arra feljogosított, szakképzett személy végezheti. Az ellenőrzés szemrevételezést és műszeres vizsgálatokat is tartalmaz (MSZ HD C-melléklet). A termelőberendezés hálózattal való összekapcsolása csak a vizsgálat idejéig megengedett, azt tartósan üzemeltetni tilos! Az elosztói engedélyes tudta nélkül üzemeltetett termelőberendezéssel a felhasználó szerződésszegést követ el. A hálózatra adott villamos energiát az elosztói engedélyes nem számolja el, az engedély nélküli bekapcsolás miatti kártérítési és egyéb felelősség a felhasználót terheli. Üzembe helyezés. A készre jelentett berendezés üzembe helyezését az elosztói engedélyes a termelővel egyeztetett időpontban végzi el. Az üzembe helyezés során a csatlakozási dokumentációban szereplő adatok alapján leellenőrzik a beépített inverter típusát teljesítményét, ill. a komplex túlfeszültségvédelmi rendszerelemek fokozatait. Abban az esetben, ha a beadott, jóváhagyott csatlakozási dokumentációban szereplő készülékadatok nem azonosak a beépített készülékadatokkal, az üzembe helyezés meghiúsul! A termelőberendezés megfelelősége estén felszerelik a kétirányú mérőberendezést. A fogyasztásmérő berendezés cseréjének költségét az Elosztói szabályzat 6/B melléklete rögzíti A termelőberendezés kialakítása, készre jelentése A termelőberendezés kivitelezése, felülvizsgálata, belső villamos hálózatra történő csatlakoztatása után kell beadni a készre jelentést a felülvizsgálati jegyzőkönyvvel A csatlakozási teljesítményig a mérőcsere költsége az elosztói engedélyest terheli A feletti rendelkezésre álló teljesítmény felett a mérőcsere költsége a telepítőt terheli. 99

100 A mérőcsere költsége elosztói engedélyesenként eltérő, konkrét árat a telepítő az előzetes tájékoztatóban kap. Előzetes kalkulációhoz célszerű a telepítési hely szerinti elosztói engedélyes honlapján az aktuális tájékoztatót megkeresni! 3 80 A feletti csatlakozási teljesítmény esetén a felhasználóknak általában elektronikus, két irány mérésére alkalmas mérőberendezése van, ekkor az elosztói engedélyes a meglévő mérőberendezés átprogramozásával oldja meg a termelt, fogyasztott villamos energiamennyiségek mérési központba történő továbbítását. A fogyasztásmérő-cserével, átprogramozással az elszámolási intervallum, ill. éves leolvasás esetén annak időpontja általában nem változik. Az elszámolási intervallum. Az esetleges változásról célszerű a telepítési hely szerinti elosztói engedélyes honlapjáról, vagy ügyfélszolgálatán érdeklődni. Ha az elszámolási időszak a háztartási méretű kiserőmű üzembe helyezésével nem változik, a termelővel tudatni kell, hogy az első tört évben egy fogyasztásra optimalizált termelőberendezés általában nem fog nullszaldót produkálni. Fogyasztási többlet esetén ez különösebb problémát nem jelent, viszont többlettermelés esetén a hálózatra adott villamos energiát csak számla ellenében fogja elszámolni a villamosenergia-kereskedő. Az elszámolási intervallum változtatását, ill. tört évi elszámolás kérését a villamosenergia-kereskedő ügyfélszolgálatán lehet kezdeményezni. Távmért (3 80 A felett) felhasználókat jogszabály alapján a mérésügyi központok által kiolvasott fogyasztási adatok alapján havonta számolnak el, az ilyen felhasználók éves elszámolásra nem térhetnek át Rendszerengedélyes inverterek A háztartási méretű kiserőmű nem veszélyeztetheti a közcélú villamos hálózat biztonságos üzemét, és nem ronthatja a villamosenergia-szolgáltatás minőségi paramétereit. Ennek biztosítására az alábbi védelmekről kell gondoskodni: 1. rövidzárlati, 2. túlterhelési, 3. feszültségnövekedési, 4. feszültségcsökkenési, 5. frekvencianövekedési, 6. frekvenciacsökkenési, 7. elosztóhálózati-szigetüzem elleni, 8. földzárlati/testzárlati, 9. áramütés elleni, 10. egyenáramú. A védelmi rendszernek a termelőberendezés váltakozó áramú oldalán elhelyezett galvanikus leválasztást biztosító a beépítés helyén fellépő zárlati igénybevételnek megfelelő kapcsolókészüléket kell működtetnie. A védelmek beállíthatósági tartományai és a javasolt beállításai a következők: Feszültségcsökkenési védelem 1 0,7 Un, javasolt beállítás: 0,8 Un/5 min, Feszültségnövekedési védelem 1 1,15 Un, javasolt beállítás: 1,1 Un/1 min, Frekvencianövekedési védelem Hz, javasolt beállítás: 50,2 Hz/10 s, Frekvenciacsökkenési védelem Hz, javasolt beállítás: 49,8 Hz/10 s. A szükséges védelmeket a hálózat párhuzamos üzemre alkalmas inverterekbe beépítik, előírásnak megfelelő működésüket az alábbi szabványok előírásainak való megfelelés biztosítja: MSZ EN : 2011 (alap biztonsági), MSZ EN 61727: 1998 (áramminőség), IEC 62116: 2008 (nem kívánt szigetüzem elleni védelem), 100

101 MSZ EN , 3 (EMC követelmények 10 kw alatt), MSZ EN , 4 (EMC követelmények 10 kw felett). Az elosztói engedélyesek az invertertípusokat a szabványoknak való bizonyított megfelelőség esetén engedélyezik. Az alkalmazható inverterek listája az elosztói engedélyesek honlapjain megtalálhatók. Az engedélyezett inverterek listájára való felkerülés a minősítések bemutatásával kezdeményezhető. Háztartási méretű kiserőmű közcélú hálózatra csatlakoztatása általában csak az adott elosztói engedélyesnél elfogadott inverteren keresztül történhet. Egyes elosztói engedélyesek abban az esetben, ha az inverterre nincs meg az előbb említett engedély, ill. ha közcélú hálózatra csatlakozó termelőberendezés-elem villamos forgógép, a közcélú hálózatra csatlakoztatás feltételeként a MAVIR Zrt. Relévédelmi és távközlési osztálya (OVRAM) által kiadott alkalmassági tanúsítvánnyal rendelkező, alapés tartalékvédelmet tartalmazó védelmi rendszer beépítését írja elő Háztartási méretű kiserőművek villámvédelme, túlfeszültség-védelme A háztartási méretű kiserőműveket az elosztószabályzat 6/B melléklete alapján komplex túlfeszültség-védelemmel kell ellátni. A túlfeszültség-védelmi elemeket a csatlakozási dokumentációban be kell mutatni, üzembe helyezés során a kialakított rendszert ellenőrzik egységes elvek szerint: A villámáram- és túlfeszültség-védelmi készülékeknek egy készülékgyártó által gyártott, egységes védelmi rendszert alkotónak kell lenniük. A méretlen fővezetéken a készre szerelt egységeket csak az áramszolgáltatók által elfogadott tokozott és plombálható szekrényekben lehet elhelyezni. 101 A túlfeszültség-védelmi megoldások a különböző telepítési állapotokra a következők lehetnek: Telepítés külső villámvédelem nélküli épületen: Az inverter DC oldali bemenetén minden bejövő stringvezetéket T2 típusú az egyenáramú földelési rendszernek megfelelő túlfeszültség-védelmi készülékkel kell védeni. Az épület erősáramú csatlakozási pontján (a fogyasztásmérő berendezés előtt) T2 típusú túlfeszültség-védelmi készüléket kell beépíteni. Ha az inverter és a csatlakozási ponton elhelyezett túlfeszültség-védelmi készülék között a vezetéknyomvonal a 10 m-t meghaladja, T2 típusú túlfeszültség-védelmi készüléket kell felszerelni az inverter előtt is. Telepítés külső villámvédelemmel ellátott épületen, ahol a felfogók és levezetők termelőberendezéstől mért távolsága az s biztonsági távolságot meghaladja: Az inverter DC oldali bemenetén minden bejövő stringvezetéket T2 típusú az egyenáramú földelési rendszernek megfelelő túlfeszültség-védelmi készülékkel kell védeni. Az épület erősáramú csatlakozási pontján (fogyasztásmérő berendezés előtt) T1, T2 típusú szikraköz alapú kombinált villámáram- és túlfeszültség-védelmi készüléket kell beépíteni. Ha az inverter és a csatlakozási ponton elhelyezett túlfeszültség-védelmi készülék között a vezetéknyomvonal a 10 m-t meghaladja, T2 típusú túlfeszültség-védelmi készüléket kell felszerelni az inverter előtt is. Telepítés külső villámvédelemmel ellátott épületen, ahol a felfogók és levezetők termelő berendezéstől mért s távolsága kisebb, mint a biztonsági távolság:

102 A telepített rendszert be kell illeszteni a villámvédelmi potenciálkiegyenlítésbe. Az inverter DC oldali bemenetén minden bejövő stringvezetéket T1 típusú villámáram- és túlfeszültség-védelmi készülékkel kell védeni. Az épület erősáramú csatlakozási pontján (fogyasztásmérő berendezés előtt) T1, T2 típusú szikraköz alapú kombinált villámáram- és túlfeszültség-védelmi készüléket kell beépíteni. Ha az inverter és a csatlakozási ponton elhelyezett túlfeszültség-védelmi készülék között a vezetéknyomvonal a 10 m-t meghaladja T2 típusú túlfeszültség-védelmi készüléket kell felszerelni az inverter előtt is Háztartási méretű kiserőművek telepítésével kapcsolatos kérdések Ki hozhat létre háztartási méretű kiserőművet? A háztartási méretű kiserőműnél csupán az erőmű nagysága és a csatlakozási módja szabályozott, tehát ilyen termelői kapacitást nem csak háztartások, hanem társaságok, költségvetési szervek, egyházi felhasználási helyek is létrehozhatnak. Egy felhasználási helyen megtermelt villamos energia másik tarifán vagy másik felhasználási helyen elfogyasztható? A háztartási méretű kiserőmű elszámolása csak az adott csatlakozási ponton, az adott tarifán biztosítható. Az adott csatlakozási ponthoz többféle tarifa igénybevétele esetén több elszámolási pont is tartozhat. Az elszámolást tarifánként kell megtenni. Ebben az esetben a háztartási méretű kiserőművet a minden napszaki A tarifa áramkörére kell csatlakoztatni, és ezen a tarifán kell a jogszabály szerinti szaldóelszámolást alkalmazni. Az előzőekből következik, 102 hogy más csatlakozási pont azonos tarifán történő villamos energia felhasználása sem számolható el a háztartási méretű kiserőmű termelt villamos energiájával szemben. Külföldről hozott, de rendszerengedélyes inverterek közt megtalálható típusú berendezés alkalmazható? Az EU területén vásárolt berendezések védelmi beállításai az európai energiarendszernek megfelelőek, beállításai valószínűleg beleesnek a magyar elosztói engedélyesek beállítási tartományába, de ezt ellenőrizni kell. Egy jellemző eltérés biztos adódik a közcélú hálózatról történő védelmi leválasztás után Nyugat-Európában: a hálózati feszültség visszatérését követően 0,5 1 perces kivárási idő után próbál újrakapcsolódni az inverter, Magyarországon ennek a késleltetésnek a beállítását a többlépcsős visszakapcsolási rendszerek miatt 300 másodpercre javasoljuk beállítani. Hálózati zavart követően a 0,5 1 percre beállított inverter hálózatra kapcsolódása az előzőek alapján esetenként több lépcsőben zajlik A szaldó Hogyan történik a csatlakozási ponton fogyasztott és a háztartási méretű kiserőművekben termelt energia elszámolása? Az elszámolást egyszerű példákon mutatjuk be. Első példa: elszámolási időszakban 4000 kwh fogyasztás, 3000 kwh termelés esetén, a villamosenergia-szaldó: 1000 kwh fogyasztott villamos energia. A felhasználónak a villamosenergia-szaldó mennyiségét, azaz 1000 kwh fogyasztást kell kifizetnie.

103 Második példa nulla szaldó: elszámolási időszakban 4000 kwh fogyasztás, 4000 kwh termelés esetén, a villamosenergia-szaldó értéke nulla. Minden kwh alapú árképzőelem nullával szorzódik, a felhasználó csak éves díjakat fizet (elosztói alap-, elosztói teljesítménydíj). Harmadik példa többlettermelés: elszámolási időszakban 4000 kwh fogyasztás, 5000 kwh termelés esetén, a villamosenergia-szaldó értéke 1000 kwh termelt hálózatra adott villamos energia. A felhasználó megtermelte a teljes villamosenergia-felhasználást, fizetni csak éves díjakat kell (elosztói alap-, elosztói teljesítménydíj). A villamosenergia-kereskedő pedig számla ellenében kifizeti a hálózatra adott villamos energia áramdíját. Az előzőek alapján nullszaldóig a termelt villamosenergia-díj megegyezik a felhasználóként fizetendő díjjal. A többlet villamosenergia-termelésért kapott áramdíj csak hazánkban lényegesen kevesebb (a mindenkori elszámolási árak a Magyar Energia Hivatal honlapján ( megtalálhatók, mint a felhasználóként fizetendő díj, amely az áramdíjat és a rendszerhasználati díjat is tartalmazza. Ebből következik, hogy megtérülés szempontjából a saját áramfogyasztás alapján méretezett (optimalizált) termelőkapacitásig érdemes háztartási méretű kiserőművet telepíteni Néhány gyakori kérdés és válasz Hogyan mérik a háromfázisú csatlakozási ponton egyfázisra termelő háztartási méretű kiserőmű termelését és fogyasztását? 103 Az ilyen felhasználóhoz elektronikus, fázisonkénti mérőműves háromfázisú mérőberendezést szerelnek fel. Ez a berendezés helyesen regisztrálja a termelést és fogyasztást abban az esetben is, ha a termelőberendezés az adott fázison közcélú hálózatra adja az energiát, miközben a felhasználó a másik két fázison vételez. A mérőberendezés költsége és a felszerelés díja az áramszolgáltatót terheli. Mi történik a felhasználónál lévő még nem lecserélt vagy átprogramozott mérővel, ha a háztartási méretű kiserőmű közcélú hálózatba táplál? FONTOS! Termelőberendezést TILOS üzembe helyezni a kétirányú (ad-vesz) mérő felszereléséig, ill. az elosztói engedélyes által végzett üzembe helyezési eljárás befejezéséig. Ellenkező esetben a felhasználó szerződésszegést követ el. A mérő felszereléséig megtermelt energiát az elosztói engedélyes nem számolja el. A szakszerűtlen szerelés és/vagy az engedély nélküli üzembe helyezés miatti kártérítési és egyéb felelősség a termelőt terheli. Tehát ez a kérdés csak a berendezés kipróbálásánál bekövetkező kitáplálásra vonatkozhat! Visszaforgásgátló szerkezettel szerelt elektromechanikus mérőberendezés esetén a fogyasztásmérő tárcsája megáll, a számlálóművet nem forgatja vissza, a hálózatra adott villamos energiát nem számolják el! Elektronikus visszairányt is előre mérő mérőberendezés esetén a visszairányt is fogyasztásként rögzíti a mérő!

104 Elektronikus távmérésre alkalmas 4/4-es mérőberendezés irányhelyesen méri a villamosenergia-mennyiségeket, de mivel úgy van programozva az üzembe helyezésig, hogy csak a fogyasztási regisztertartalmakat küldi a mérési központba, a termelt villamosenergia-mennyiség csak a belső memóriából olvasható ki. Miért nem egyezik meg az inverter által mutatott termelt energiamennyiség a fogyasztásmérő berendezésen mutatott visszatáplált energiával? A termelőberendezés csatlakoztatása a belső felhasználói hálózatra történik, így a termelt energia a saját fogyasztói berendezéseken, részben vagy teljesen felhasználásra is kerülhet. Az inverteren leolvasható érték a termelőberendezés által a belső hálózatba táplált energiamennyiség, mely a termelési időszakban működtetett fogyasztókészülékek miatt nem egyezik meg a fogyasztásmérőberendezésen mutatott visszatáplált energiával. A két érték csak akkor lehet azonos, ha a termelési időszakban nincs felhasználás. Pályázati forrás igénylése esetén problémát okozhat, hogy a pályázatkiíró a háztartási méretű kiserőmű teljesítményét kw peak -ben kéri, az elosztói engedélyesek viszont erőművi FIGYELEM! Sajnos a beruházó, a kivitelező és a szolgáltató nem mindig beszél egy nyelvet! névleges teljesítőképesség alatt az AC oldali névleges teljesítményt értik. (Gyakorlati példa: Egy 50 kva AC oldali névleges teljesítményű inverterhez 50 kwpeak értéket meghaladó napelem-kapacitást kell beépíteni. Ez elosztói oldalról még háztartási méretű kiserőmű, pályázatkiírói oldalról viszont már nem!) Mit kell tennie a termelőnek a háztartási méretű kiserőmű elszámolásával kapcsolatban? A háztartási méretű kiserőmű hálózatra csatlakoztatása során a felhasználó villamos energia elszámolása általában nem módosul, marad az eredeti elszámolási időszak, éves elszámolás esetén a havi átalány és a leolvasás időpontja. Egyes elosztói engedélyesnél a háztartási méretű kiserőművel rendelkező felhasználókat automatikusan más leolvasási egységbe sorolják, ahol a leolvasás év elején történik. Az elszámolási intervallumról, annak esetleges változásáról célszerű a telepítési hely szerinti elosztói engedélyes honlapjáról vagy annak ügyfélszolgálatán érdeklődni. Ha a felhasználó havi elszámolásban van, és megteheti, hogy éves elszámolást válasszon (rendelkezésre álló teljesítménye max A), célszerű az ügyfélszolgálaton kezdeményezni az éves elszámolásba való áttérést. Éves elszámolás esetén a havonta fizetendő díjat az előző elszámolási időszak alapján határozzák meg. Ha a felhasználó háztartási méretű kiserőművet telepít, és azt üzembe helyezi, csökken a közcélú hálózat felől a vételezése, tehát csökkentenie kell az átalány értékét. Az éves fogyasztás és a termelőberendezés éves termelése alapján meghatározható, hogy éves szinten mekkora szaldó várható, ennek 12-ed része állítandó be átalányként. Az átalány értékét akár nullára is be lehet állítani. Az átalány csökkentését a termelő egyes elosztói engedélyesnél az igénybejelentőn tudja jelezni, ha erre a nyomtatványon nincs lehetőség, a módosítást az ügyfélszolgálaton tudja kezdeményezni. 104

105 Az első tört évben egy fogyasztásra optimalizált termelőberendezés általában nem fog nullszaldót produkálni. Fogyasztási többlet esetén ez különösebb problémát nem jelent, viszont többlettermelés esetén a hálózatra adott villamos energiát csak számla ellenében fogja elszámolni a villamosenergia-kereskedő. A többlettermelés következő elszámolási időszakra történő átvitelére nincs lehetőség! ábra. Hálózatra tápláló rendszer kapcsolótáblája 4.2. ábra. Ad-vesz mérő 4.3. ábra. 10 kw-os hálózatra tápláló rendszer (Dunasolar Rt., 2003, fotó: Véghely Tamás) Végezetül néhány bemutató ábrával zárjuk a fejezetet. A 4.1. ábra egy hálózatra csatolt rendszer kapcsolótábláját mutatja be. A 4.2. ábra egy ad-vesz mérőórát mutat be. A 4.3. ábra egy 10 kwp-os hálózatra csatolt rendszer kapcsolószekrényben elhelyezett invertereit mutatja Kapható-e állami támogatás háztartási méretű kiserőműre? Megújulóenergia-forrás hasznosítására lakossági, társasági és közösségi pályázatot lehet igénybe venni. A Nemzeti Fejlesztési Programiroda Nonprofit Kft. ( contact) hivatallal egyeztetve, a pályázatot az előbbi lépések jellemzik: A pályázat beadásához az igénybejelentésre adott előzetes tájékoztató vagy az elosztói engedélyes nyilatkozata csatolandó, ezek tartalmazzák a termelőberendezés és a felhasználási hely adatait. A pályázat második mérföldköveként (az előleg lehívásához) a csatlakozási dokumentáció jóváhagyása csatolandó, amelyben az elosztói engedélyes arról nyilatkozik, hogy a csatlakozási dokumentáció alapján megépített termelő berendezés hálózatra csatlakoztatását a készre jelentést követően elvégzi. A pályázat lezárásához (utófinanszírozás) a módosított hálózathasználati szerződés csatolandó, amely rögzíti a megváltozott helyzetet és tartalmazza a termelő berendezés főbb műszaki adatait.

106 5. Az akkumulátor és az akkumulátortöltő Az egyes energiaféleségeket különféle módokon tudjuk tárolni: eredeti formájukban vagy átalakítva. Minden átalakítás veszteséget okoz. Hőenergiát például szigetelt hőtároló tartályokban tudunk tárolni különféle közegekben (kő, szikla, fém, víz, szilárd anyag, sóolvadék, paraffin stb.) Átalakításos tárolási módok, például nap- és szélenergia tárolása víztározókban helyzeti energia formájában. A fosszilis energiák többsége (olaj, szén, gáz és a biomassza is (dendrites)), a napenergia különféle alakban tárolt változatainak tekinthetők. Eredeti alakjukban hosszú ideig tárolhatók. A villamos energiát jelenleg a leggyakrabban akkumulátorokban tároljuk. Az akkumulátor nem tekinthető környezetbarát eszköznek, de jelenleg kompromisszumként el kell fogadnunk. A továbbiakban csak ezzel foglalkozunk Az akkumulátor feladata Az akkumulátor a villamos energia rövid idejű tárolására alkalmas eszköz. Az energiát kémiai formában tárolja. Az energiabevitel és -kivétel esetében ezért jelentős energiaforma-átalakításokat kell végezni, ami nagy veszteségekkel jár. Az akkumulátorok többsége az energiát hosszú ideig nem képes tárolni. A feltöltött, de magára hagyott akkumulátor az energiát önkisüléssel egy-két hét alatt elveszíti. 106 Az akkumulátorban lejátszódó elektrokémiai folyamatok az akkumulátor anyagát öregítik, ezért az akkumulátorok csak adott számú (néhány száz, ezer) töltés kisütés folyamatot (ciklusszám) tudnak elviselni. Az alapvetően villamos energetikára épülő életünk mindennapi, fontos, nélkülözhetetlen tárgyai az akkumulátorok, ezért kénytelenek vagyunk használni őket. A tárolás miatt a villamos energia az egyik legdrágább energia. Az akkumulátorok anyagai és a gyártásban felhasznált segédanyagok veszélyes anyagoknak minősülnek. A leggyakrabban előforduló ólom savas akkumulátorok erősen maró hatású kénsavat (H 2 SO 4 ) is tartalmaznak, továbbá az ólom is mérgező. A villamos energia tárolására jelenleg más olcsó hatékony eszköz nem ismert. Az intenzív fejlesztési fázisban lévő ún. vanádium redox akkumulátorok áttörést hozhatnak az iparban. Az energia főleg a villamos energia tárolása más formákban is megoldható (nyomás, forgó rendszerek, víztározó, hidrogén, vízbontás stb.) de az átalakítási veszteségek minden esetben jelen vannak Az akkumulátorok típusai A gyakorlat azt mutatja, hogy ahány akkumulátorgyártó, annyi eltérés mutatkozik az akkumulátorok leírásában és gondozásában, ezért néhány esetben az általánosítás ha megtehető igen hasznos.

107 Az ólomakkumulátorok kereskedelmi forgalmazása több mint 100 éves múltra tekint viszsza. (Az első akkumulátornak tűnő tárgyat egy borecet akkumulátort mintegy 2000 évvel ezelőtt találták Iránban, Khujut Rabuban.) Napjainkra az akkumulátor átlagos élettartama rövidebb lett, mivel a velük szemben támasztott energiaigény megnövekedett. Az élettartam nagymértékben függ a használattól, 1 3 évig átlagosan, de a mai akkumulátoroknak mindössze 30 %-a éri meg a 3 éves vagy az a fölötti élettartamot. Az ólomakkumulátor lemezekből, ólomból, ólom-oxidból, továbbá 35 %-os kénsav és 65 %-os desztillált víz oldatból áll (ill. több egyéb elemből, amelyek pl. a savsűrűséget befolyásolják). Ha valaki az akkumulátorait kellő szakértelemmel gondozza, akkor kevesebb problémára számíthat, az akkumulátor teljesítményleadási képessége, megbízhatósága és várható élettartama növekedni fog. Az akkumulátor oldatát elektrolitnak nevezzük, ebben indul be az a kémiai reakció, amely szabad elektronokat hoz létre. Amikor az akkumulátort savsűrűség-mérővel tesztelik, gyakorlatilag az elektrolitban jelen lévő kénsav mennyiségét mérik. Ha a mért érték túl kicsi, az azt jelenti, hogy a kémiai folyamat, amely vezetőképes elektronokat tesz szabaddá, kis intenzitású, az elektrolit szulfátszegény lett. De vajon mi történt a szulfáttal? Az akkumulátorlemezek megkötötték a szulfátot, és ha újratöltjük az akkumulátort, a szulfát visszatér az elektrolitba. Kisütés PbO 2 + 2H 2 SO 4 + Pb PbSO 4 + 2H 2 O + PbSO 4 Töltés 5.1a ábra. Folyadékos akkumulátor belseje 5.1b ábra. Folyadékos akkumulátor elölnézete A napelemes rendszerekkel megtermelt energia tárolásának egyik módja az elektromos 5.1c ábra. Folyadékos akkumulátor felülnézete 107

108 Mikropórusos elválasztók Pozitív lemez Negatív lemez Pozitív cella kivezetés Pozitív lemezcsomag Szivárgásmentes lezárógyűrű Negatív lemezcsomag Szelep, adapter és szelep Rácsos lemez energia közvetlen tárolása, amelyet akkumulátorokkal tudunk megoldani. Azonban ezen a területen sok félreértés kering a felhasználók és leendő felhasználók között, ezért első lépésként tisztáznunk kell, hogy mely akkumulátorok a legalkalmasabbak a napelemes rendszerekhez. Esetünkben az akkumulátoriparág áttekintése nem teljes körű, csak a könyv témájához kapcsolódó területre fókuszál. Az üzletekben, interneten fellelhető akkumulátorválasztékban találkozhatunk lúgos, savas, lítium- és egyéb rendszerű akkumulátorokkal. Napjainkban a legelterjedtebben alkalmazott típus az ólom-savas akkumulátor. Ezeket két fő csoportra tudjuk bontani: folyadék elektrolitú, nyitott (5.1. ábra) és a kötött elektrolitú, zárt rendszerű (5.2. ábra). A nevük egyben utal a felépítésükre, a nyitott akkumulátoroknál lehetőségünk van beavatkozni az akkumulátor kémiai folyamataiba (pl. párolgás utáni vízfeltöltés, savsűrűség-beállítás), ez némi szaktudást, előkészítést és oda d ábra. Az akkumulátor belső szerkezete 5.2. ábra. Zárt rendszerű akkumulátor figyelést igényel. A zárt rendszerű akkumulátorokat szokás gondozásmentesnek is nevezni ami csak részben igaz, és ennél a kivitelnél nem tudunk a belső folyamatokhoz hozzáférni. Ennek megfelelően a zárt kivitelű akkumulátorok kényesebbek a külső üzemeltetési körülményekre gondolunk itt pl. a hőmérsékletre, amelynek fontos szerepe van a lehető leghosszabb élettartam elérésében.

109 A nyitott és zárt akkumulátorok két legelterjedtebb változata a pozitív és negatív elektródák formája alapján különböztethető meg. Így vannak síklemezes (szokták kent lemezesnek is nevezni, 5.3. ábra) vagy hengeres alakú lemezesek (ezeket ezért tubulár akkumulátoroknak is nevezik, 5.4. ábra). A lemezek anyaga ólom-ólomötvözet. A zárt síklemezes akkumulátorokat tovább tudjuk bontani, és itt tapasztalhatók a legnagyobb félreértések a felhasználók között. A felitatott rendszerű (AGM, 5.5. ábra) és zselés (GEL, 5.6. ábra) akkumulátorokat nagyon nehéz megkülönböztetni, ill. külsőre csak a feliratra, ill. a megbízható gyártó / forgalmazó szavára lehet hagyatkozni. Belsejükben a nagy különbség valójában a két elektróda közötti szeparátorban van. Az AGM akkumulátorok (Absorbed Glass Material) elválasztójának anyaga üvegszálalapú, amely magába szívja a savat és így szilárdul meg. A GEL akkumulátorok esetében egy szilikát sav vegyület önmagában kristályosodik az elektródák között ábra. A síklemezes akkumulátor elektródája 5.5. ábra. Az AGM akkumulátor belső szerkezete 5.4. ábra. A tubulár (hengeres) akkumulátor elektródája 5.6. ábra. A GEL típusú akkumulátor szerkezete 109

110 Az AGM akkumulátorok készülhetnek általános felhasználásra (pl.: biztonságtechnikai rendszerekhez), szünetmentes tápegységekhez (nagy terhelésű (high rate) akkumulátorok, 5.7. ábra), mobil ciklikus berendezésekhez (kerekesszék, elektromos roller, 5.8. ábra) és természetesen ciklikus töltésű szolárrendszerekhez is. A felhasználási módot illetően gyakorlatilag kétféle akkumulátortípust különböztethetünk meg. Az indítóakkumulátort arra tervezték (főleg járművekben), hogy rövid idejű, de nagy áram leadására legyen képes (pl. önindító). Az ilyen akkumulátorok ólomlemezei vékonyabbak és az anyagi összetételük is eltérő a ciklikus akkumulátorokétól. A ciklikus akkumulátor (hajókon, napelemes rendszerekben, szünetmentes tápegységekben stb. használatos) kevésbé képes rövid idejű nagy áramok leadására, viszont sokkal jobban bírja a huzamosabb kisütést/ feltöltést. A ciklikus akkumulátor lemezei vastagabbak és az akku képes túlélni többszöri mélykisütést is. Az indítóakkumulátorokat nem lehet ciklikus akkumulátoroknak szánt feladatokra alkalmazni. Az ún. kettős felhasználású akkumulátor (Dual Purpose Battery) egy kompromisszum a fenti két akkutípus között. A megújulóenergia-iparban az energia begyűjtése és felhasználása jelentősen ciklizált, periodikus, gyakran változó. Ezért ezen a területen a ciklikus akkumulátorok a kedvezőbbek, sőt bizonyos típusok elektródarendszerét továbbfejlesztették és ezek az ún. solarakkumulátorok. (Sajnos a gyakorlat azt mutatja, hogy bizonyos gyártók, kereskedők visszaélnek a felhasználók tájékozatlanságával és bizalmával, csak átcímkézik az akkumulátort, és drágábban solarként adják el!) Elérkeztünk ahhoz a ponthoz, amikor el kell döntenünk, hogy a fenti gazdag választékból vajon melyik akkumulátor vagy akkumulátorok felelnek meg a saját szolárrendszerünkhöz? Egyszóval a ciklikus akkumulátorok ábra. UPS rendszer akkumulátora 5.8. ábra. Villamos robogó akkumulátora 110

111 Mielőtt döntünk az akkumulátor kiválasztásában, tisztázzuk a jelöléseket, amelyek segítenek eligazodni az akkumulátorok között. Az 5.1. táblázat a gyakorlatban leggyakrabban előforduló jelöléseket tartalmazza táblázat. Az akkumulátorok jelölései Jelölés Jelentése Az akkumulátor fajtája OPzS Ortsfest PanZerplatte FlüSsig folyadékos nyitott tubulár (hengeres) akkumulátor páncélelektródával OPzV SLA VRLA DC AGM Ortsfest PanZerplatte Verschlossen Sealed Lead Acid Valve Regulated Lead Acid Deep Cycle Absorbed Glass Material zárt, zselés tubulár akkumulátor zárt, ólom-sav akkumulátor szelepvezérelt ólom-sav akkumulátor mélykisüléses ciklikus akkumulátor üvegszálas felitatott rendszerű akkumulátor GEL HR GEL High Rate zselés akkumulátor nagy energiájú akkumulátor, főleg UPS rendszerekhez C5 5hrs Capacity in Ah kapacitás Ah-ban, 5 órás kisütés esetén C10 10hrs Capacity in Ah kapacitás Ah-ban, 10 órás kisütés esetén C20 20hrs Capacity in Ah kapacitás Ah-ban, 20 órás kisütés esetén C hrs Capacity in Ah kapacitás Ah-ban, 100 órás kisütés esetén D.O.D. CCA vagy EN Depth of Discharge Cold Cranking Amper, vagy CCA vagy EN) Indítóáram kisütési mélység hidegindító áram 1 (minden akkumulátor) indítóáram 2 (minden akkumulátor) CA cranking amp vagy MCA (marine cranking amps) (és HCA) AH SOC 111 Amperóra, az akkumulátor kapacitását jelenti Az akkumulátor töltöttségi állapota (State of Charge) AH mindegyik akkumulátornál 3 (minden akkumulátor) 1 CCA Azt az áramerősségértéket jeleni, amelyet az akkumulátor problémamentesen le tud adni 30 másodpercen keresztül 18 C hőmérsékleten úgy, hogy a feszültsége nem esik 7,2 V alá. Ezért a nagy CCA érték különösen hideg időben bizonyul hasznosnak. 2 CA Indítóáram (cranking amp) az az érték, amelyet hasonló körülmények között mérnek 0 C hőmérsékleten. Ezt az értéket MCA-nak (marine cranking amps) is szokás nevezni. A melegindító áram elnevezés (Hot Cranking Amps HCA) már szinte sehol sincs használatban, ez +27 C hőmérsékleten értendő. 3 AH Amperóra az akkumulátor kapacitását (energiabefogadó képességét) jelenti. 1 amperóra egyenlő 1 A áramerősség 1 órán keresztüli leadásával, vagy 10 A áramerősség 0,1 órán keresztüli leadásval, és így tovább. Tehát ha van egy készülékünk, amely 20 A-t vesz fel, és azt 20 percen keresztül üzemeltetjük, akkor az amperóra-igény 20 (amper) 0,333 (óra) = 6,67 Ah.

112 Ha egy akkumulátor hosszabb ideig van használaton kívül és töltés nélkül, annál valószínűbb, hogy a lemezeken szulfát-lerakódás kezdődött meg. A legtöbb akkumulátoron fel van tüntetve a gyártás időpontja, vagy a gyártás időpontjára vonatkozó kód található. Egyik lehetséges változat, hogy az A betű januárt jelöli, a 4 szám pedig 2004-et és így tovább. Pl. C4 azt jelenti, hogy 2004 márciusában készült az akkumulátor. Az i betű nincs használatban, mivel könnyen összetéveszthető az 1 számjeggyel Napelemes rendszerekben javasolt akkumulátortípusok, szempontok Továbbiakban a ciklikus akkumulátorok felhasználási területén keresztül mutatjuk be a különbségeket az eltérő ciklikus akkumulátorok között. A meghajtó akkumulátorokat (traction vagy motiv, 5.9. ábra) nevezhetjük húzó-, vontató-, emelőgépeket mozgató akkumulátoroknak. Hagyományosan az elektromos emelőkhöz, targoncákhoz fejlesztett ciklikus akkumulátorok páncéllemezes kivitelűek (5.10. ábra). Kialakításuk lehetővé teszi a hosszú idejű nagy energia leadását kisütési működtető fázisban. Ezeknek az akkumulátoroknak a felhasználási területére jellemző az ipari környezet és a használatból adódó nagyobb kapacitásigény. A nagy igénybevétel és gyakori karbantartási lehetőség miatt általában nyitott akkumulátorokat használnak (folyadékos, síklemezes vagy páncéllemezes) a hosszabb élettartam eléréséhez, de napjainkban egyre jobban terjednek ezen a területen is az AGM gondozásmentes deep cycle (mélykisülést bíró) változatok is a ábra. Villás, villamos emelőtargonca 5.9b ábra. AGM gondozásmentes deep cycle-akkumulátor ábra. Páncéllemezes akkumulátor targoncához

113 A gondozásmentes használat bizonyos alkalmazásoknál biztonsági okokból is előírás lehet, ezért ezeken a helyeken szintén a már említett AGM vagy GEL deep cycle-akkumulátorok terjedtek el. Az elektromos hajók, golfkocsik, takarítógépek (5.11. ábra), ill. áruházakban használt beltéri elektromos emelők is ilyen akkumulátorral működnek. Az indítóakkumulátorokra jellemző paraméterként CCA értéket is megad némelyik gyártó (cold cranking ampere: hidegindító áram), főleg hajók és elektromos autók esetén, ahol a fedélzeti elektromos rendszer ellátása mellett motorindítási feladatot is ellátnak ábra. Golfkocsi Megtalálható a 2 V; 6 V; 8 V és 12 V-os akkumulátorok C20, C5 kapacitásadatokkal. Az elektromos járművek akkumulátoraihoz (elektromos roller vagy scooter, e-motorbicikli, kerekesszék) hasonlóan a fenti akkumulátorok mozgatófunkciót látnak el, de kisebb teljesítményigénnyel és szigorúbb környezeti és biztonsági feltételekkel. Itt csakis a zárt (síklemezes) gondozásmentes akkumulátorok terjedtek el, de kisebb kapacitásban (C20: 12 Ah, 14 Ah, 20 Ah < kisebb mint 100 Ah) és általában 6 V vagy 12 V-os blokkokban. El is érkeztünk a napelemes (5.12. ábra) rendszerekhez. Ezek a rendszerek nem végeznek dinamikus mozgást, egy helyben vannak, helyhez kötöttek, ellenben nagy energiát kell tárolniuk, amit hosszú idő alatt adnak le a fogyasztóknak. Ezeket nevezzük helyhez kötött (stationary) ciklikus akkumulátoroknak. Kapacitásukat többnyire 100 órás kisütési értékben adják meg (C100). Mind nyitott, mind zárt kialakítású 2 V, 4 V,6 V és 12 V-os modelleket is találhatunk. Hazánkban a kisütési értékek általában 20 órás periódusra vonatkoznak. Ez azt jelenti, ha egy akkumulátor 100 Ah-ás, akkor az 5 A-t tud leadni 20 órán keresztül úgy, hogy az akkufeszültség nem csökken 10,5 V alá ábra. Ipari távadó állomás akkutárolással

114 A 20 órás periódus. A magyarázatot a Peukert-effektusban találjuk meg. A Peukertérték közvetlen összefüggésben van az akkumulátor belső ellenállásával. Minél nagyobb az akku belső ellenállása, annál nagyobb a kisütés/töltés közbeni veszteség, különösen nagyobb áramerősségnél. Ez azt jelenti, hogy minél gyorsabban sütünk ki egy akkumulátort, annál kisebb az Ah-értéke (kapacitása). És fordítva, minél lassabban sütjük ki az akkumulátort, annál nagyobb lesz a kapacitása. Ez azért is fontos, mivel néhány akkugyártó 100 órás periódusra adja meg a kapacitás (Ah) értéket, amely így kissé kedvezőbben tünteti fel az adott akkutípust. Az 5.2. táblázatban felsorolunk néhány akkumulátortípust és azok jellemző kapacitásértékeit. Most már tudjuk, hogy melyek az ideális akkumulátorok a szolárrendszerünkhöz, de melyik kialakítást válasszuk? Ezt a döntést a lehetőségeink függvényében magunknak kell meghozni. Mindenképpen olyan márkát és kivitelt érdemes választani, amelynek van Magyarországon képviselete. Zárt és nyitott ólomakkumulátorokra gyakorolt környezeti, üzemeltetési hatások. Nem csak a nyitott, de a zárt, gondozásmentes akkumulátoroknál is figyelni kell az üzemeltetési körülményekre. A minél jobb élettartam kihasználásához szükséges néhány 5.2. táblázat. Néhány gyártó C100 és C20 értékeinek összehasonlítása dologra figyelni. A gyári adatokat kell figyelembe venni, amelyekhez néhány alapadatot összefoglalunk: Az akkumulátor kapacitása (C10, C20, C100). A névleges 100 %-os értéket 10, 20 vagy 100 órás kisütőáramra adják meg (ettől egyes gyártók eltérhetnek). pl. 100 Ah-s akkumulátor 10 A-es terheléssel 10 óra alatt éri el a gyár által megadott végső kapocsfeszültséget. Természetesen nagyobb terhelőáram esetén kisebb lesz a kapacitása. Pl. a 100 Ah-s akkumulátor 61,8 A-es terhelőáram esetén 1 órát tud teljesíteni, vagyis 61,8 Ah lesz a kapacitása. Ciklikus töltés esetén a töltőáram maximum 30 %-a lehet az akkumulátor névleges kapacitásának, tehát 100 Ah esetén max. 30 A-rel lehet tölteni. Az ideálisabb a 10 %-os töltőáram, vagyis 100 Ah-nál 10 A. A töltőfeszültséget 2,5 V körül kell beállítani cellánként. A hőmérsékleti együttható negatív, 3 mv/ C/Cella; 12 V-os akkumulátor esetén Standby vagy állandó töltés esetén. A töltőáram max. 30 %-a lehet az akkumulátor névleges kapacitásának, tehát 100 Ah esetén max. 30 A-rel lehet tölteni. Az ideálisabb a 10 %-os töltőáram, vagyis 100 Ah-nál 10 A. A töltőfeszültség 2,3 V körül van cellánként. A hőmérsékleti együttható 2 mv/ C/Cella; 12 V-os akkumulátor esetén. Akkumulátortípus 100 órás periódusra, Ah 20 órás periódusra, Ah Trojan T-105 Concorde PVX-6220 Surrette S-460 (L-16) Trojan L-16 Surrette CS-25-PS

115 A kapacitás aránya, % Hőmérséklet, C Kapacitás, % A kisülési aránya, % Kisütési Kisütési Kisütési mélység, mélység, mélység, 100 % 50 % 30 % Környezeti hőmérséklet, 25 C (77 F) Feltöltési ciklusok száma 40 C 30 C 25 C 0,05 CA 0,1 CA 0,25 CA 0,6 CA 1 CA 2 CA ábra. A hőmérséklet és a kapacitás kapcsolata ábra. Az akkumulátor életciklusa Tárolási időtartam, hónap A hőmérséklet és kapacitás kapcsolata (5.13. ábra). A névleges kapacitás adatait általában ázsiai gyártók 25 C-ra adják meg. Az Eurobat elvárása 20 C, ami egy kedvezőbb hőmérséklettartomány, így jobb adatokat mutathat. Célszerű a gyáraktól 20 C-ra is megkérni a várható élettartamadatokat: 0 C-on kb. 80 % az akkumulátor kapacitása, 10 C-on kb. 70 % az akkumulátor kapacitása, 20 C-on kb. 60 % az akkumulátor kapacitása. Életciklus (5.14. ábra): 100 %-os kisütés esetén kb. 300 ciklus, 50 %-os kisütés esetén kb. 500 ciklus, 30 % alatt kb ciklus. Ciklikus akkumulátorokkal ennél jobb adatok is elérhetők. Önkisülés tárolás mellett (5.15. ábra): +40 C-on 6 hónap alatt 50 %, 2 havonta kiegészítő töltés kell, +30 C-on 12 hónap alatt 50 %, 6 havonta kiegészítő töltés kell, +20 C-on kb. 18 hónap alatt 50 %, 9 havonta kiegészítő töltés kell, 0 C-on 18 hónap alatt 20 %, 12 havonta kiegészítő töltés kell. Működési idő, év ábra. Az akkumulátor önkisülése ábra. A hőmérséklet és élettartam kapcsolata Hőmérséklet, C

116 A hőmérséklet és élettartam kapcsolata (5.16. ábra). A várható élettartamot 25 C-on adják meg (2,26 V/cella esetén): +5 C esetén kb. 3 év, +15 C esetén kb. 6 év, +25 C esetén kb. 7 év. Az akkumulátor néhány tipikus hibája és a hiba oka. Egyre jobban terjednek el a gondozásmentes akkumulátorok, mivel jóval kevesebb előkészületet és kezelést igényelnek a nyitott akkumulátorokkal szemben. Az akkumulátor üzemeltetésének és tárolásának feltételei: kerülni kell a hőforrások közelségét, ne zárjuk rövidre az akkumulátorsarukat, ügyeljünk a töltő helyes polaritású csatlakoztatására, hidrogénkibocsátás miatt zárt rendszerben biztosítani kell a levegőmozgást, az akkumulátorok nagy ellenálló ABS műanyagból készülnek, ezért tisztítani csak enyhén nedvesített vizes kendővel lehet, kerülni kell a szerves oldószereket, olajokat és ragasztóanyagokat, ne préseljük, ne törjük össze, ne szedjük szét és ne égessük el az akkumulátorokat, mivel az elektrolit kénsavat tartalmaz, ami károsíthatja a szemet és a bőrt, tilos tűzbe dobni az akkumulátorokat, mindig szigetelőkesztyűben kell kezelni az akkumulátorokat az áramütés elkerülése végett, kerüljük a különböző kapacitású, korú és gyártmányú akkumulátorok egyidejű használatát, keverését egy rendszeren belül. soha ne tároljuk az akkumulátorokat kisütött állapotban, olyan alkalmazásokban, ahol erős vibrálás vagy rázkódásnak van kitéve az akkumulátor, rázkódáselnyelő anyaggal kell őket rögzíteni ábra. Nagy töltőfeszültség és túltöltés okozta gyors korrózió FONTOS! A +25 C-hoz képesti minden további tartós +10 C hőmérséklet-emelkedés felezi a várható élettartamot ábra. Mélykisülés okozta szulfátosodás, kisütött állapotban sokáig tárolt akkumulátor 116

117 Azonban a nem megfelelő használat vagy körülmények okozta jellemzők romlását visszafordítani nem lehetséges, szemben a nyitott akkumulátorokkal, amelyeknél bizonyos esetben lehetséges a felújítás (sav/desztillált víz utántöltése). Az elmúlt években az újrahasznosítása ezen akkumulátoroknak 90 % fölé emelkedett, így az elhasználódott akkumulátorokat vissza lehet helyezni a gyártási folyamatokba. Ne felejtsük el, hogy az elhasznált ólomakkumu- látorok veszélyes hulladékként kezelendők, ezért engedélyes begyűjtőbe vigyük, ahol igazolják az újrahasznosítást, még visszatérítést is kapunk, amivel új akkumulátor vásárlása esetén a költségeinket csökkenthetjük. A nyitott akkumulátorok kezelése. Röviden összefoglaljuk a nyitott rendszerű akkumulátorok kezelésének néhány fontos lépését, de minden esetben a gyári akkumulátor specifikációját kell követni. Itt csak általános információkat tudunk megadni ábra. Többszöri töltés-kisütési ciklus esetén az aktív lemezek meggyengülése ábra. Rövidzár okozta laptorzulás, ólom üledékesedés, elválasztó sérülése, ólomlap növekedése ábra. A hőmegfutás okai lehetnek: magas környezeti hőmérséklet, magas töltőáram, túltöltés, hullámos töltő, belső rövidzár ábra. Akkumulátor-karbantartó készlet 117

118 FONTOS! Tűz esetén biztosítani kell a teljes áramtalanítást. Ennek a DC akkumulátorkör megszakítását is magában kell foglalnia. Ehhez ún. EPO (Emergency Power Off) áramkört kell beépíteni a rendszerünkbe. Ezzel biztonságosan végezhető a tűzoltás olyan berendezésekkel és anyagokkal, amelyek elektromos tűz oltására alkalmasak. A következő eszközök szükségesek a biztonságos előkészületekhez (5.22. ábra): védőfelszerelés: szemüveg, kesztyű, lábbeli, desztillált víz az elektrolit szintjének beállításához, savsemlegesítő anyag (lúgos anyag), feszültségmérő, multiméter, a polaritás ellenőrzésére, optikai savsűrűség-mérő (diffraktométer), akkumulátortöltő. Az akkumulátor biztonságos kezeléséhez tartsuk be a következőket: az akkumulátor szemrevételezése. Semmiképpen ne kezdjünk hozzá sérült eszköz installálásához. A csatlakozók tiszták legyenek, ha savfolyást látunk, azonnal küldjük vissza a forgalmazóhoz; az ólom-savas akkumulátorokat, mindig függőlegesen kell tartani, megdőlt állapotban az elektrolit kifolyhat; fontos a helyes kábelméret (keresztmetszet) kiválasztása. A gyárnak az igényelt áramerősség függvényében kell javaslatot tennie kábelezésre; a csatlakozócsavarokat a megfelelő nyomatékkal kell meghúzni. Ha a csavarokat túlhúzzuk, nem látható hajszálrepedés keletkezhet a házon, amely a későbbi működés során savkicsapódást okozhat; 118 megfelelően legyenek méretezve a soros és/vagy párhuzamos kötések; korábbi könyvünkben (Véghely Tamás: Napelemek és napelemrendszerek szerelése. Ott a 60. és 70. oldalon részleteztük a lehetséges megoldásokat és azok hatását a teljes rendszer tulajdonságaira. Csak röviden: feszültségnövekedést sorba kötött akkumulátorokkal lehet elérni, kapacitásnövekedést (Ah) elérni párhuzamosan kötött akkumulátorokkal lehetséges; csak azonos feszültségű és kapacitású akkumulátorokat kössünk sorba vagy párhuzamosan az egyenlőtlenségek elkerülése végett. Többszörös párhuzamos soros kapcsolatnál javasoljuk, hogy a háromnál több párhuzamos ágat kerüljük, mert a kötések egyenlőtlen ellenállású egységeket hozhatnak létre, amelynek lehetséges következménye a cellák eltérő töltöttségi állapota, hosszabb távon meghibásodhatnak Az akkumulátor töltése A töltőegységnek nagyon fontos szerepe van az akkumulátorok élettartamában. A helytelen töltő miatti túl vagy alul töltött akkumulátorunk élettartama drasztikusan csökkenni fog. A töltőkábelnek szigeteltnek és természetesen tisztának és rögzíthetőnek kell lennie az akkumulátor csatlakozóihoz. A töltő hálózati kábelére szintén figyelni kell, hogy sérülésmentes legyen. A töltés szempontjai. Minden használat után teljesen töltsük fel az akkumulátorokat. Gondoskodjunk szellőztethető helységről, mert a töltés alatt a biztonsági szelepen keresztül gázok kerülhetnek a légtérbe, ha túltöltés következik be. Soha ne töltsünk hideg (fagyott) akkumulátort. Az ideális hőmérséklet C között van.

119 Példa töltési típusokra: feszültségszabályozott töltés hőmérséklet kompenzációval UU karakterisztika. állandó áramú töltés, IUI karakterisztika. Természetesen mindig kövessük a gyári ajánlást! Ha ez elmarad, akkor a szulfátosodás beindul, amely a kapacitás és az élettartam csökkenését okozza. A gépjárművek generátora egyben akkumulátortöltő is, és általában jól végzi a feladatát egészen addig, amíg az akkumulátort nem sütjük ki túlságosan. A generátor a mélykisütött akkumulátort rendszerint túltölti, ami megint csak nem tesz jót az akkunak. Általában egy mélykisütött indítóakkumulátort kb. tízszer tud a generátor újratölteni. Az akkumulátorok meghálálják, ha a gyári karakterisztika szerint töltik fel őket, különösen a mélykisütött állapotból. Ezt az optimális töltési karakterisztikát háromlépcsős töltési karakterisztikának nevezzük. Ezt a karakterisztikát csak speciális processzorvezérelt akkumulátortöltők képesek nyújtani, ilyen töltőket egyáltalán nem, vagy csak ritkán látni az áruházak polcain. Ha napelemes töltőt alkalmazunk, akkor ellenőrizzük, hogy képes-e MPPT üzemmódban dolgozni (l. 66., 67., 133. old.) A töltés folyamata. A jelenlegi ismereteink alapján a töltés összetett folyamat, több, szigorúan egymásra épülő folyamatból áll. Az első lépcső a teljes töltés (bulk charging), ahol az akkumulátor a kapacitásá- FONTOS! Az akkumulátor töltése esetében a legfontosabb: az akkumulátorból kivett energiát mielőbb töltsük vissza! 119 nak kb. 80 %-át visszanyeri a töltő maximális áramú és feszültségű töltése mellett. Amikor az akkumulátor feszültsége eléri a 14,4 V-ot, elkezdődik a második lépcső. A második lépcső, az ún. kímélő töltés (absorption charge). Ilyenkor a töltőfeszültség állandó 14,4 V-os értéken marad és a töltőáram folyamatosan csökken egészen addig, amíg az akkumulátor töltöttsége el nem éri a 98 % körüli értéket. A harmadik lépcső a csepptöltés (float charging, lebegő töltés), amely kb. 13,4 V-os töltőfeszültséggel és kis (többnyire 1 amper körüli) töltőárammal kímélve tölti az akkumulátort. Ezzel az utolsó lépcsővel az akkumulátor töltöttsége eléri vagy megközelíti a 100 %-os értéket. A csepptöltés ideje alatt az akkumulátor nem melegszik, és a töltöttségi szintje közel 100 %-os marad hosszú idejű pihenés alatt is. (Érdemes figyelni arra is, hogy bizonyos zselés vagy AGM akkumulátorok speciális töltési karakterisztikát igényelnek, olvassuk el a gyári ajánlásokat.) Száraz akkumulátorok aktiválása. Néhány akkumulátort a biztonságosabb szállítás miatt szárazon kaphatunk meg, külön csomagolva a savat hozzá. A savazási folyamatot bízzuk szakemberre, aki a gyári utasításoknak megfelelően, előírt és biztonságos helységben tudja végezni a folyamatot. Ha már aktivált akkumulátorokat vásárolunk, akkor teljesen feltöltött állapotban vegyük át. Ez azt jelenti, hogy az első alkalommal ún. üzembe helyező töltésen már át kellett menniük az akkumulátoroknak. A szállítás és tárolás alatt azonban az önkisülés elkerülhetetlen. Mindig ellenőrizzük az elektrolit szintjét (5.23. ábra). Az összes lemezt el kell fednie a folyadéknak. Amennyiben nem, akkor desztillált vízzel fel kell tölteni addig, amíg el nem lepi az összes lemezt, de ne töltsük tele az akkumulátordobozt, mert töltés alatt a

120 színt emelkedni fog és ha tele volt a tartály, akkor kifolyik a sav. Üzembe helyező töltés szükséges, hogy az akkumulátor üzemszerű állapotba kerüljön. Ez kb órás folyamat, ahol folyamatosan ellenőrizni kell a sav sűrűségét és szintjét. Célszerű szakemberre bízni ezeket a lépéseket. Ha minden lépésre nem is tértünk ki, de már ebből is látszik, hogy a nyitott akkumulátorok használata megfelelő szaktudást, gyakorlatot és odafigyelést igényel a megfelelő körülmények betartása mellett. Azonban mégis van létjogosultságuk a nyitott akkumulátoroknak, mert megfelelő, szakszerű használat esetén hosszabb élettartamot biztosítanak, ill. az esetleges nem megfelelő körülmények hatásait tudjuk csökkenteni, szemben a gondozásmentes társaikkal, amelyeknél az üzemeltetés során bekövetkezett kedvezőtlen hatások eredményei megfordíthatatlanok. Zselés vagy AGM? Ezt a kérdést már említettük. Ezek a leginkább összekevert akkumulátortípusok a köznyelvben. Külsőre nem lehet megkülönböztetni, mégis %-kal drágább egy valós zselés akkumulátor az AGM társánál (5.24. ábra). Összegezve: a GEL akkumulátoroknak jobb a hőmérséklettűrésük, kis terhelés (low rate) kapacitásuk, mélykisülést és túltöltést is jobban bírják, ill. ciklusállóbbak és hosszabb élettartamúak ezen üzemmódokban. Hátrány azonban a magas előállítási költség. Az AGM akkumulátoroknak a nagy terhelhetőségi (high rate) tulajdonságuk jobb, mint a zselés akkumulátoroknak, és jelentősen kedvezőbb az áruk. Az akkumulátor karbantartása. Az akkumulátor külső műanyag burkolatát célszerű időnként szódabikarbona és víz elegyével áttörölni (néhány evőkanálnyi fél liter vízbe). A kábelcsatlakozásoknak tisztának és kellő ábra. Karbantartás: elektrolitszint ellenőrzés ábra. AGM vagy zselés akkumulátor külsőre nincs sok különbség en meghúzottnak kell lennie. A karbantartást igénylő akkumulátorban ellenőrizni kell az elektrolitszintet, nyári, forró időszakban gyakrabban. Az elektrolit fedje el a lemezek legfelső részét kb. 1 1,5 cm-rel. Ha után kell tölteni, mindig használjunk desztillált vizet (tömény kénsav vagy csapvíz használata tilos). Sokan nem tudják, hogy az akkumulátorból kiszabaduló gázok a kábel és a saru fémrészeire lecsapódva korróziót okoznak. Ezért célszerű ezeket a fémrészeket szilikon-

121 5.3. táblázat. GEL és AGM akkumulátorok néhány tulajdonságának összehasonlítása Tulajdonság GEL rendszerű akkumulátor AGM rendszerű akkumulátor Nagy áramú viselkedés Töltőfeszültség Közepesen jó: a vastag szeparátor okozta relatív nagy távolság a tányérok között korlátozza ezt a tulajdonságot. A szilikon-dioxid (SiO 2 ) zselés formula növeli az elektrolit ellenállását, ami szintén korlátozza a nagy áramot Relatíve kicsi: a kis savsűrűség miatt Nagyon jó: az üvegszálas szeparátorkonstrukcióban kicsi a távolság a tányérok között. A nagyáramú kisütés 30 perc vagy kevesebb, de 5 %-kal nagyobb a kapacitás, mint a zselés akkumulátoroknál Relatíve nagy: nagyobb savsűrűség miatt Visszamaradó áram Elektrolit mennyisége Hőkapacitás Hőátadás Rekombináció/visszaalakítás Túltöltési állóképesség Hőmegfutás Savrétegződés Élettartam Kicsi: a kis töltőfeszültség miatt Nagy az elektrolitlekötés a zselében Nagy: a nagy elektrolit mennyiség miatt Jó a zselével feltöltött cellákban %. Az első évben kisebb, mint a következő évben Jó, köszönhető a nagy elektrolitmennyiségnek, lehetőség van korlátozni a túltöltést. Nagyon ritka, nagy a hőstabilitás. Okai kis visszamaradó áram, nagy hőkapacitás, jó hőátadás Nincs, a zselében lekötött elektrolitban lehetetlen Nagy: a nagy savsűrűség következtében Nagy: a nagyobb töltőfeszültség miatt Kicsi az elektrolitlekötés az üvegszálas anyagban Kicsi: a kis elektrolitmennyiség miatt Közepes, mert a cellák belső terei nincsenek teljesen feltöltve elektrolittal Állítható az elektrolitmennyiséggel Közepes, a kis elektrolitmennyiségnek köszönhetően, a túltöltést kerülni kell Gyakori, instabil hő szempontból. Oka a nagy visszamaradó áram, a hőátadás nem jó Igen, főleg magas vékony cellákban Közepes a nagy savsűrűség következtében zsírral vagy savmentes zsírral bevonni. Az akkumulátor ellenőrzése. Az akkumulátor többféle módon is vizsgálható és ellenőrizhető. A két legismertebb módszer a elektrolit savsűrűségének a mérése, ill. az akkumu- 121 látor feszültségének a mérése. Savsűrűség mérésére szükség van egy hőmérsékletkompenzált savsűrűségmérőre; akkufeszültséget pedig egy digitális multiméterrel tudunk mérni. Igazán pontos eredményt a savsűrűség mérése ad (5.25 ábra).

122 Először is töltsük fel teljesen az akkumulátort. Utána hagyjuk pihenni több órán (akár 12 órán) keresztül. Az ún. felületi töltést el kell távolítani a teszt megkezdése előtt. Ebből a célból kössünk az akkumulátorra egy kb. 20 A-es fogyasztót, amelyet kb. 3 percig üzemeltessünk. Például a fényszórók bekapcsolása is megfelelő erre a célra. Kapcsoljuk le a lámpákat, és megkezdhetjük a tesztelést. A kisütéses tesztelés egy újabb lehetőség az akkumulátor állapotának felmérésére. A kisütéses tesztelés alatt az akkumulátorból egy adott idő alatt nagyobb áramot veszünk fel, mintha pl. egy önindítót működtetnénk. Ilyen műterhelést (akkuteszt) már elég sok autóvillamossági szakbolt is forgalmaz. Néhány akkumulátorgyártó feltünteti az akku házán, hogy mekkora árammal lehet az akkut tesztelni. Ez általában a fele a hidegindító áram (CCA) értékének. Ez azt jelenti, hogy egy 500 A-es hidegindító áramú akkumulátort 250 A-rel lehet terhelni 15 másodpercen keresztül. Kisütéses tesztelést csak teljesen feltöltött akkumulátoron végezzünk. 5.25a ábra. Optikai refraktométer a savsűrűségméréshez Napelemrendszer vagy szimulátor Állandó feszültségű, állandó áramú tápegység, korlátozott V oc feszültséggel 5.4. táblázat. Az akkumulátor tesztelése Töltöttség, % Töltésvezérlő-vizsgálat folyamata Impedancia, diódák, és védelmi eszközök igény szerint A vizsgált töltésvezérlő Mélykisütött Savsűrűség, kg/l 1,265 1,225 1,190 1,155 1,120 Terhelések 1. Névleges terhelés 2. Túlterhelés 3. Abnormális vizsg. terhelés Akkufeszültség, V 12,7 12,4 12,2 12,0 11,9 Akkumulátor vagy szimulált akkumulátor 1. Kis akkumulátor megfelelően illesztett tápegységhez kapcsoltan 2. Bipoláris tápegység (kétirányú áramforrással) 3. Ellenállás/kapacitás (tápegységhez) 5.25b ábra. Akkutesztelő kapcsolás 122

123 A tesztelés eredménye a következők szerint kell, hogy alakuljon: A cellánként mért savsűrűségértékek nem térhetnek el egymástól több mint 0,05 kg/l értékkel. A digitális multiméterrel mért akku-kapocsfeszültség értéke a táblázatnak megfelelő kell, hogy legyen. A zárt AGM vagy zselés akkumulátorok gyakran nagyobb, 12,8 12,9 V-os értéket adnak (100 % töltöttség). Ha 10,5 V körüli értéket mér, akkor az cellazárlatra utal. Ha a tesztelendő akkumulátor teljesen zárt, ún. karbantartásmentes típus, akkor a savsűrűségmérés kiesik a lehetőségek közül, marad az üresjárati kapocsfeszültség-mérés vagy a kisütéses tesztelés. A legtöbb, teljesen zárt akkumulátorba beépítenek egy ún. varázsszemet, amely az egyik cella savsűrűségéről ad vizuális tájékoztatást. Ez sajnos a maradék öt cella állapotáról nem nyújt információt Az akkumulátor méretezése Ez a legnehezebb feladat, hiszen minden paramétert előre pontosan meghatározni nem tudunk, csak közelítéseket végezni. Gondoljuk végig, ki tudja garantálni évekre előre az állandó, mindig ugyanakkora fogyasztói terheléseket, és ami még nehezebb, a szolárrendszerünk alapját, és a napsütéses órák számát. Ezért mindig ráhagyással kell kalkulálnunk rendszerünk akkumulátorát. A méretezést két fő szempont figyelembevételével kell elvégezni: az egyik a terhelés biztonságos ellátása, a másik az akkumulátor lehetőségeinek optimális kihasználása (élettartam, max, ciklusszám, max. energia stb.). azaz: az energiaigények fedezése megújulóenergia-mentes napokon ; a teljesen feltöltött tárolórendszer működési ideje, teljes vagy részleges fogyasztással; teljes vagy részleges ellátás; terhelés meghatározása többnyire kompromisszumot igényel (100 %, vagy 75 %, vagy 50 % vagy terhelés); tartama: néhány órától 1 3 napig; vitális létesítmények ellátása kórház, segélyhely, szülőotthon; világítás, közvilágítás; vészellátás (haváriaesetek, vészjelzők, katasztrófavédelem, védelmi vezetési központok kommunikációs csatornái); haváriaesetek ellátása. Első lépésként ezért a terhelésünket, vagyis a rendszerünkről működtetni kívánt berendezések energiaigényét kell meghatározni. Fogyasztóink lehetnek egyenáramúak vagy váltakozó áramúak. Már ott kezdődnek a problémák, hogy honnan tudjuk meg a teljesítményfelvételt. Természetesen a gépkönyvek, felhasználói leírások tudnak segíteni, ill. az eszközökön is található általában egy címke, amely tartalmazza a teljesítményadatot voltamperben (VA) vagy wattban (W), de lehet, hogy az áramfelvételt amperben (A). Ha amperértéket tudunk, természetesen a tápoldali feszültség szorzatával megkapjuk A terhelés (szolgáltatás) biztonságos ellátásához kapcsolódik az autonómia fogalma, ábra. Energiafogyasztás-mérő monitor 123

124 AUTONÓMIA Az autonómia és az ebben az időszakban megengedett terhelések együttesen meghatározzák a szükséges akkumulátorkapacitást. a teljesítményadatokat. Az összes teljesítmény (VA) = feszültség (V) és áram (A) szorzata = hasznos teljesítmény + + meddő teljesítmény (pl. melegedés). Példa a méretezésre. Az összes terhelésünk legyen váltakozó áramú 1 kw = 1000 W, inverter/töltő és egyéb veszteség miatt 1250 VA és egy 48 Vdc inverterünk van, amelyen keresztül naponta 3 órát kell akkumulátorról működnie rendszerünknek. Mivel a napos időszak bizonytalan is lehet, feltételezzük, hogy legrosszabb esetben 3 napig nem süt a nap. Egyszerűség miatt zárt, gondozásmentes AGM akkumulátorba gondolkozunk. Tehát egy jó szolárakkumulátor 25 C-on 30 %-os kisütési mélységnél kb db ciklust képes teljesíteni, így kb. öthat évig szeretnénk használni akkumulátorunkat (ha több energiát veszünk ki az akkumulátorból, vagyis mélyebben kisütjük, a ciklusszámuk és ezzel az élettartamuk is csökken). Azonban ne felejtsük el, hogy a hidegkapacitás veszteséget okoz, a meleg pedig az élettartamot rövidíti. A hasznos vagy hatásos teljesítmény (W) = az összes teljesítmény, szorozva a teljesítménytényezővel (Power factor). Ha nem tudjuk számítással, felméréssel meghatározni az igényt, akkor javasolt energiafogyasztás-mérő óra alkalmazása. Ez egy kisméretű, hálózati dugaljzatba csatlakoztatható villamos mérőeszköz, amellyel folyamatosan mérhetjük a bekapcsolt készülékek energiafogyasztását és üzemidejét is. Ha már tudjuk az igényelt teljesítményt, és a környezeti feltételeknek megfelelő napelempanelünk és inverterünk is van, akkor kezdhetjük az akkumulátort méretezni. Itt ügyelnünk kell, hogy váltakozó áramú (AC) terheléseket is egyenáramú (DC) rendszerről kell működtetnünk és mindig a lehető legrosszabb esetet kell figyelembe venni. A számolásnál fontos, hogy a teljesítmény mind AC, mind DC oldalon azonos, függetlenül az alkalmazott feszültségszintektől. Tehát itt a következő bizonytalansági pont, amelynek hatását előre pontosan megjósolni nem lehet. Ezért érdemes jó minőségű akkumulátort választani, és lehetőleg állandó hőmérsékleti körülményeket megteremteni az üzemeltetéshez (pl. pincében telepített akkumulátor, ábra). Nyitott rendszereknél többszöri szakszerű karbantartással vagy zárt rendszereknél a zselés megoldások jobban viselik a környezeti paraméterek változásait. A példánknál maradva a 1250 VA-es terhelést 3 3 (= 9) órán keresztül kell biztosítani. Így a VAh -t visszaosztva a DC oldali 48 V feszültséggel, megkapjuk a rendszerünk kapacitásigényét: kb.234 Ah. Ez az összes teljesítmény 1250 VA és a feszültség 48 V hányadosból kapott terhelőáramot (kb. 26,04 A) az elvárt időtartamig, azaz 3 3 óra = 9 óráig tudja ellátni árammal ábra. Pincében elhelyezett akkumulátortelep 124

125 5.5. táblázat. Egy 12V/230 Ah-os akkumulátor futásiidő-táblázata Végleges feszültség, V 5 Perc Óra 1,90 1,85 1,80 1,75 1,70 1,67 1,65 1,63 1, ,8 124,3 113,4 65,8 196,3 144,9 128,2 71,8 223,1 160,1 137,8 75,1 231,6 165,6 141,9 77,0 237,1 169,1 144,7 78,2 238,8 170,1 145,5 78,5 240,4 171,2 146,3 78,8 241,6 172,0 147,0 79,1 242,7 172,9 147,7 79,4 50,5 54,2 55,9 57,0 57,5 57,8 58,0 58,1 58,2 41,69 35,57 30,65 43,75 37,65 32,44 45,02 38,60 33,26 45,80 39,10 33,69 46,16 39,30 33,86 46,31 39,45 33,99 46,47 39,60 34,12 46,50 39,60 34,12 46,54 39,60 34,12 23,99 19,91 10,42 25,36 21,05 11,01 26,03 21,60 11,30 26,39 21,90 11,50 26,64 22,10 11,50 26,64 22,10 11,50 26,63 22,10 11,50 26,64 22,10 11,50 26,66 22,10 11,50 A 5.5. táblázat egy 12V/230 Ah-ás akkumulátor futási időtáblázata állandó terhelőáramok függvényében, ahol látszik, hogy kb. 8 9 órát tud üzemelni 26 A-es terhelésen. Az előzőek szerint a feladat ellátására elegendőnek tűnik a 230 Ah/C100 kapacitású akkumulátor, de amennyiben ezt alkalmaznánk, úgy akkumulátorunk minden alkalommal leadná a teljes kapacitását, és így a legkevesebb ciklus alatt a lehető legrövidebb idő alatt elhasználódna. Nem közelítené meg az általunk elvárt öt-hat éves működési élettartamot. Ezért 30 %-os kisütési mélységgel kalkulá- lunk, ami azt jelenti, hogy olyan akkumulátort kell választanunk, amelynek 30 %-os kapacitása lefedi a kalkulált igényünket, tehát 234 Ah = 0,3 780 Ah. Egy tényezőt nem kalkuláltunk bele rendszerünk működésébe: a napos órákat, pedig ezek szükségesek az akkumulátorok töltéséhez. Tehát hiába méretezünk megfelelően, elég ráhagyással, ha az energiatároló egységet nem tudjuk megfelelően feltölteni, a teljes rendszer valós paraméterei eltérhetnek az elméleti méretezéstől táblázat. Számpélda lépésenként A javasolt megoldások a piacon kapható akkumulátorokból kiválasztott modellek. Ezek- A jellemzők AC oldal DC oldal Hatásos teljesítmény, W Inverter (töltő hatásfoka, egyéb veszteség kábeleken stb., PF: 0,8) valós teljesítménye, VA Használati idő, óra/nap Folytatás a következő oldalon 125

126 Folytatás az előző oldalról A jellemzők AC oldal DC oldal Tartalék napok, napsütés nélküli, töltés nélküli napok száma Összes teljesítmény, Wattórában = 1250 VA 3 óra 3 (nap), VAh Feszültség, V Áramerőség, amelyet 3 nap 3 órán keresztül kell ellátni, A = VA/V Akkumulátorkapacitás 25 C-on 100 Ah-ban, ami tudja 9 órán keresztül a 26 A-t, teljesíteni, Ah , AGM kisütési mélység 30 % esetén, kb ciklus 5-6 év alatt; kapacitás, Ah Akkumulátorigény 1. megoldás: sorba kötve 4 db 12 V/290 Ah-os akkumulátor, párhuzamosan 3 db 12 V/290 Ah 2. megoldás: sorba kötve 8 db 6 V/370 Ah-s akkumulátor, párhuzamosan 2 db 6 V/370 Ah 3. megoldás: sorba kötve 24 db 2 V /945 Ah akkumulátor től eltérő megoldásokat is találhatunk Az akkumulátorra vonatkozó szabványok Környezetvédelem (2006/66/EC). Specifikálja azon akkumulátorok begyűjtését, elkülönítését, amelyek higanyt (Hg), ólmot (Pb) vagy kadmiumot (Cd) tartalmaznak. WEEE 2002/96/EC (Waste Electrical and Electronic Equipment). Villamos és elektronikai hulladékok kezelése. Az akkumulátor hulladékként gyűjthető együtt más berendezésekkel, de elszeparálva kell gyűjteni. ROHS 2002/95/EC (Restriction of certain Hazardous Substances). Veszélyes anyagok korlátozásáról. Az akkumulátorok használhatók azon készülékekben is, amelyek a ROHS V/ db 12 V/290 Ah 16 db 6 V/370 Ah 24 db 2 V/945 Ah 780 szabályozás hatálya alá tartoznak. Összefoglalva: ólomtartalmú akkumulátorok használhatók mind villamos, mind elektronikai berendezésekben. Ez vonatkozik egyedi cellákra, akkumulátorcsomagokra és akkumulátorra mint a berendezés tartozékára egyaránt. CE jelölés. A legtöbb gyártó rendelkezik CE jelöléssel, és ezen bizonyítvány 72 V-nál nagyobb feszültséget használó eszközökre, berendezésekre szükséges. Ha az akkumulátorok 12 V-nál nagyobb feszültséggel nem rendelkeznek, nem szükséges CE jelzés az európai szabványok szerint. VdS jelölés. Bizonyítvány tűzjelzők és biztonsági berendezésekhez. Előírja a négyévente kötelező akkumulátorcserét általános

127 célú akkumulátor használata esetén. IEC Általános követelmények és tesztfolyamatok, leírások napelemes energiarendszerek akkumulátoraihoz. Üzemeltetési és töltési körülményeket, jelöléseket és különböző tesztfolyamatokat ír le. Az ólom és ehhez tartozó szolárrendszerű akkumulátorokhoz igazából nincs kötelező előírás, amelyet kérhetünk, kivéve a veszélyeshulladék-kezelés előírásainak betartását. Itt említjük meg ami ugyan nem szabvány, hogy az akkumulátorok gyártóitól kérhető ún. biztonsági adatlap (Material Safety Data Sheet : MSDS, ábra), amely a következő adatokról ad tájékoztatást: a gyártó adatai; információk az alkotórészek; veszélyek; baleset esetén elsősegélynyújtás; tűz esetén intézkedések; mentesítés előre nem látható eseményektől; kezelés és tárolás; védőfelszerelések; fizikai/kémiai tulajdonságok; stabilitás és reakcióképesség; mérgezési veszélyek; ökológiai információk; ártalmatlanítási szempontok; szállítási információk; szabályozások; egyéb adatok. Külföldi szabványok: BS British Standards; DIN korábbi német szabványok; EN EU szabványok; UL Amerikai minősítés (Underwriter Laboratories); NEC Amerikai elektromos szabvány (National Electric Code); IEC Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (International Electrotechnical Commission; SdoInfo.aspx?sdoid=40#.Ubjgp-cqyB8; ábra. Az akkumulátorok gyártóitól kérhető ún. biztonsági adatlap: Material Data Sheet ANSI Amerikai Nemzeti szabványtár ( aspx?sdoid=40); BS 6133 Ólom-savas akkumulátorok biztonságos működése (Safe operation of lead acid stationary batteries); DIN ; DIN T3; EN (gázosodás, low gassing PbSbSnSe ötv); CE: EN55022, EN55014, EN60335, EN61000, EN60601; UL 60950, UL 1310; IEC 896; BS 6290; BS EN :2004 (BS EN :2004; IEEE (R2011) ( aspx?sku=ieee (r2011).

128 5.7. táblázat. Általános akkumulátorszabványok A szabványok száma IEC IEC , BS 387 IEC , BS ANSI C18.1M A szabványok címe International electrotechnical vocabulary. Chapter 486: Secondary cells and batteries. (Nemzetközi elektrotechnikai szótár. h86 fejezet: Másodlagos cellák és akkumulátorok) Primary Batteries General (Elsődleges akkumulátorok Áltlános) Batteries General (Akkumulátorok általános) Portable Primary Cells and Batteries with Aqueous Electrolyte General and Specifications (Hordozható cellák és vizes akkumulátorok Általánosan és részletesen) ANSI C18.2M ANSI C18.3M UL 2054 IEEE 1625 USNEC Article 480 ISO 9000 Portable Rechargeable Cells and Batteries General and Specifications (Hordozható újratölthető cellák és akkumulátorok Általánosan és részletesen) Portable Lithium Primary Cells and Batteries General and Specifications (Hordozható lítiumcellák és akkumulátorok Általában és részletesen) Safety of Commercial and Household Battery Packs Testing (Biztonsági kereskdelmi és otthoni akkumulátorcsomagok vizsgálat) Standard for Rechargeable Batteries for Mobile Computers (Hordozható számítógépek újratölthető akkumulátorai szabványok) Storage Batteries (Tárolóakkumulátorok) ISO 9001: 2000 A series of quality management systems standards created by the ISO. They are not specific to products or services, but apply to the processes that create them. (Az ISO által javasolt minőség-eelnőrzési szabványok listája. Ezek nem termékekre vagy szolgáltatásra vonatkoznak, hanem arra a folyamtra, amely ezeket létrehozza) Model for quality assurance in design, development, production, installation and servicing. (A minőségbiztosítás modellje a tervezésben, fejlesztésben, gyártásban, telepítésben és szolgáltatásban) ISO ISO/IEC/EN A series of environmental management systems standards created by the ISO. (A környezetvédelmi kezelőrendszerek szabványainak felsorolása az ISO szerint) General Requirements for the Competence of Calibration and Testing Laboratories (A hitelesítő és vizsgáló laboratóriumnak kompetenciáinak általános követelményei) 128

129 5.8. táblázat. Napelemes akkumulátorok szabványai (Photovoltaic Battery Standards) A szabványok száma IEC 61427: / DC A szabványok címe Secondary cells for solar photovoltaic energy systems General requirements and test methods (Szolar PV energiarendszerek másodlagos cellái. Általános követelmények és vizsgálati módszerek) BS EN Photovoltaic systems. Charge regulators. Part 1. Safety. Test requirements and procedures (Napelemes rendszerek, töltésszabályozók. 1. rész. Biztonság, vizsgálati követelmények és eljárások) 99/ DC 99/ DC 99/ DC 99/ DC 129 BS EN Photovoltaic systems. Charge regulators. Part 2. EMC. Test requirements and procedures (Napelemes rendszerek, töltésszabályozók. 2. rész. Teljesítmények, vizsgálati követelmények és eljárások) BS EN Photovoltaic systems. Charge regulators. Part 3. Performance. Test requirements and procedures (A napelemes rendszerek, töltésszabályozók. 3. rész. Teljesítmények, vizsgálati követelmények és eljárások) BS EN Accumulators for use in photovoltaic systems. Part 1. Safety. Test requirements and procedures (A napelemes rendszerek akkumulátorai. 1. rész. Biztonság, vizsgálati követelmények és eljárások) BS EN Accumulators for use in photovoltaic systems. Part 1. Performance. Test requirements and procedures (A napelemes rendszerek akkumulátorai. 2. rész. Teljesítmények, vizsgálati követelmények és eljárások) További hasznos webhelyek A lítiumakkumulátor a jövő megoldása? A továbbiakban ismertetünk néhány különleges vagy intenzív fejlesztés alatt lévő energiatároló megoldást, amelyek akár a jövő akkumulátorai is lehetnek. Napjaink egyik legnagyobb kihívása a költséghatékony, biztonságos és környezetbarát energiatárolás. Az eddigi akkumulátormeg- oldásokkal szemben a LiFePO4 (litium-vasfoszfát, és ábra) akkumulátoroknak van a legjobb adata, de a teljes költségmutatójuk nem elég alacsony a széles körű elterjedéséhez. LiFePO4 akkumulátor jellemzői: RoHS besorolású károsanyag-tartalma nincs (az ólomakkumulátorban az ólom maga a veszélyes anyag), ill. kevesebb az egyéb károsanyag-tartalma;

130 5.29. ábra. A lítium-vas-foszfát (LiFePO4) akkumulátor képe ábra. A lítium-vas-foszfát (LiFePO4) akkumulátor belseje üzemeltetési körülmények Cig (ólomakkumulátor 0 40 C között, de a szélső értékeknél erősen romló jellemzőkkel); az életciklusszáma több mint %- os kisütési mélységnél (az ólomakkumulátoré max ); teljesítménye nagy áramú terhelésnél 3 C: jó (C az angol current = áram pl. 100 Ah-s akkumulátor esetén 300 A); teljesítménye kis áramú terhelésnél 0,1 C: jó; teljesítménye nagy hőmérsékleten >40 C: jó; kisebb méret és tömeg, nagyobb energiasűrűség; csupán 1 2 %-os önkisülés havonta; memóriahatás nincs; töltés BMS (Battery Managment System) rendszerrel biztonságos; az újrahasznosítás (recycling) költséges, de lehetséges; az előállítás költsége nagy; a beszerzési ár kb. ötszörös az ólomakkumulátorokhoz képest. A lítiumionakkumulátorok között a lítium-vasfoszfát ugyan energiasűrűségben (Wh/kg) nem a legjobb (lítium-kobaltnak van a legnagyobb értéke), de teljesítményben (W/kg), nagy hőmérsékleten leadott teljesítményben, ciklikusélettartamban és ami a legfontosabb, biztonsági szempontból is a legjobb. 130 A LiFePO4 akkumulátor előnyei a felhasználási terület szerint: off grid és hibrid újrahasznosítható energiarendszerekben (nap- és szélenergia): szélsőséges üzemeltetési hőmérsékletek, hosszú ciklikusélettartam, környezetbarát; dinamikus ciklikus alkalmazások (elektromos autó, kerékpár, kerekesszék): szélsőséges üzemeltetési hőmérsékletek, hosszú ciklikus élettartam, környezetbarát; szünetmentes tápegység: szélsőséges üzemeltetési körülmények, kisebb méret és helyigény (energiasűrűség nagyobb); mobil, ciklikus alkalmazások (elektromos szerszámok, lámpák stb.): nagy ciklusszám és kis számú önkisülés; indítóakkumulátorként alkalmazható gépjárművekben. Az LiFePO4 akkumulátor hátrányai: drága: kevés lítium van a világon. A legnagyobb mennyiségben az ABC országokban található (Argentína, Bolívia, Chile). Az elmúlt 10 évben a megnövekedett kereslet miatt az alapanyagárak a tízszeresére nőttek. Drága az előállítási költség. A gyártási folyamat során szigorú környezetvédelmi és technológiai követelmények szükségesek; töltőre, ill. töltésre érzékenyek, így a már meglévő rendszerekhez illesztve csökken a várható élettartam, habár a töltési rendszer állandó áram- és utána állandó fe-

131 szültségrendszerű (CC-CV). A leghosszabb élettartamot a speciális lítiumtöltővel lehet elérni. a biztonságos töltés költségesebb akkumulátorvezérlő rendszerrel (Battery Managment System) oldható meg. Tapasztalatok alapján felügyelet nélkül is működnek ezek a rendszerek, de időszakos ellenőrzés javasolt; nehezen állapítható meg az akkumulátorok pillanatnyi helyzete az életgörbéjén. Így előfordulhat, hogy jóval az életciklusa vége előtt lecserélik a teljes akkumulátort vagy celláit. A jelenlegi mérések: nagy árammal történő kisütési teljesítmény, különböző hőmérsékleten történő kapacitásteszt, gyorstöltés és ciklikustesztek a felhasználási helyszínen nem vagy csak komplikált a valós működést akadályozó tesztekkel lehet elvégezni; költséges, kis hatékonyságú újrahasznosítás (recycle): a lítiummennyiség kb. 3 %-a a teljes lítiumion-akkumulátor előállítási költségének Energiatárolás vanádium redox akkumulátorban Az energiatárolás problémáinak egy igéretes megoldását jelentheti a VRB vanádium redox akkumulátor. Működése a vanádium különböző ionizált formáinak redukcióján és oxidációján alapul. Kénsavban oldva a vanádium mind elektronleadóként, mind elektronfelvevőként működik. Ez egy elektrokémiai energiatároló rendszer, amely környezeti hőmérsékleten működik. Ennek a folyadékakkumulátornak egyetlen eleme a vanádium, így keresztszennyeződés nem léphet fel. Az elektrolit sosem használódik el, így nagy a maradványérték. Töltés közben az egyenáram elektronokat továbbít az akkunak. Ezen elektronokat a vanádium elektronfelhője fogadja be és tárolja. A többlet elektronok által a protonok (a sav és víz hidrogénatomjai) átáramlanak a membránon a kisebb feszültség felé ábra. Vanádium redox akkumulátor

132 Kisüléskor a protonok visszaáramlanak a membránon. A protonok mozgása csekély töltésváltozást okoz, amelyet a vanádium többletelektronjainak mozgása egyenlít ki. Az elektronok ezen áramlása jelenti az akku egyenáram-leadását. Az oxidáció folyamata Töltés A redukció folyamata V 4+ V 5+ + e V 3+ + e V 2+ Kisülés V 5+ + e V 4+ V 2+ V 3+ + e integrált, kifinomult, multikvadráns, gyorsreagálású PCS (vezérlőrendszer) folyamatosan gondoskodik meddő energiáról (VAR) Az akkumulátor töltése A szigetüzemű és a hálózatra kapcsolt ún. hálózati interaktív rendszerek nélkülözhetetlen eleme az akkumulátor vagy a több akkumulátorból álló rendszer, ill. az akkumulátorok töltését végző töltőegység. A töltésvezérlő egység többféle feladatot lát el, elsősorban energiát fogad a napelemek oldaláról (DC energia). Az energiát (elektromosságot) elkülönített folyadékok formájában végtelenül sok ideig lehet tárolni nagyon kis számú az önkisülése. Tulajdonképpen egy reverzibilis tüzelőanyag-cella: egyazon anyag (vanádium) oxidációja és redukciója. A mélyciklusok (20 80 %) száma > Azonnali az energiavisszanyerés (<1 ms alatt). Az akku gyakorlatilag ugyanolyan gyorsan tölthető, mint ahogy kisül (1 : 1). A teljesítmény és a tárolt energia mennyisége különkülön meghatározható. Elenyésző a karbantartási igénye. További jellemzők: várható a 70 % feletti hatásfok nagyobb berendezéseknél; kis számú önkisülése miatt töltött állapotban marad, gyakorlatilag végtelen ideig; a tárolt energiamennyiség könnyen növelhető további elektrolitmennyiség hozzáadásával; az elektrolitok keveredése nem okoz keresztszennyezést; a működéséhez nem kell felügyelő személyzet, a karbantartási költsége kicsi (0,003 USD/kWh körüli érték) kis működési hőmérséklet is lehetséges; > mélyciklus, mielőtt a membránt cserélni kellene; 132 Az akkumulátortöltő. Az akkumulátorokat többféle eszközzel és módon lehet tölteni, de tisztában kell lennünk azzal, hogy az akkumulátor védelmét és maximális élettartamát csak akkor lehet elérni, ha a töltést kifejezetten erre a célra tervezett, kialakított eszközzel végezzük. Az angol szakirodalmi elnevezés charger controller, azaz töltésszabályozó egység, mert feladata összetett. Egyszerre végez töltési feladatot és egyben ellátja a szigetüzemű rendszerek DC fogyasztóit szabályozott egyenárammal (szokásos rövid elnevezése BCH, azaz Battery Charger, Controller). Az akkumulátortöltő fő feladatai: a beérkező energiát átalakítja, az átalakított energiát egy elektrokémiai folyamat révén (töltés) bejuttatja az akkumulátorba, az ehhez szükséges optimális feltételeket biztosítja, MPPT töltés biztosítása, a teljes töltési folyamat szabályozása, az akkumulátor védelme túltöltés esetére, az akkumulátor védelme mélykisütés esetére, kimenetén többnyire lehetőség van ( load terhelés, fogyasztó-kapocspár) DC fogyasztók működtetésére is. Az akkumulátortöltők jellemzői közül, továbbiakban a legfontosabbakat tekintjük át.

133 5.9. táblázat. Az akkumulátortöltők főbb jellemzői Akkumulátortöltők/ töltésvezérlők főbb elektromos jellemzői Jelentése/értelmezése Mértékegysége Szokásos tartomány(ok) Bemenő feszültség Az eszköz bemenetére érkező egyenfeszültség a napelemekből volt (dc) V be, U be 12 36; 24 64; Bemenő áram Az eszköz bemenetére érkező egyenáram a napelemekből amper, (I be ) 4, 10, 20, 30, Optimumkövetés (MPPT, Maximum Power Point Tracking) Az eszköz képessége arra, hogy a mindenkori maximális munkapontot megtalálja A korszerű töltőkben megvan Töltőfeszültség (névleges) Automatikus töltőfeszültség választása Túlfeszültség-védelem Túltöltésvédelem Mélykisütés-védelem Bemeneti kapcsok Az eszköz névleges kimeneti feszültsége. Értékét az alkalmazott akkumulátor rendszerrel kell egyeztetni Bizonyos töltők automatikusan érzékelik az akkumulátor telep feszültségét (12 V vagy 24 V), és ennek megfelelően állítják be a töltőfeszültséget A védelem célja az akkumulátor megvédése abban az esetben, ha a töltőfeszültség az adott értéknél nagyobb lenne A védelem célja az akkumulátor megvédése és a töltési művelet megszakítása a töltés befejeztével A védelem célja az akkumulátor megvédése a fogyasztói oldal felől. Védelem nélkül az akkumulátor mélykisütésbe vihető, ami a tönkremenetelét jelenti A polaritásfüggő (+, ) bemeneti kapocspár a napelemek bekötésére szolgál, többnyire oldható, csavaros kötés. Érvéghüvely használata javasolt volt (dc) V ki, U ki 12; 24 Az előző jellemzőkhöz igazított Az előző jellemzőkhöz igazított Az előző jellemzőkhöz igazított A maximális áramterhelhetőséget figyelembe kell venni A jellemzők értelmezése a következő: Bemenő feszültség. Az akkumulátortöltő fogadófeszültsége (a napelemrendszerből érkező DC feszültség). Értéke tipikusan a (20 23 V) (45 65 Vdc) tartományba esik. Akkumulátorfeszültség. Az akkumulátortöltő által biztosított töltőfeszültség az akkumulátor(ok) számára. Értéke tipikusan Vdc tartományba esik. Régebbi gyártmányok esetében a rendszertervezéskor pontosan meg kellett határozni az akku- 133

134 rendszer feszültségét és ehhez kellett választani a töltőt (12 24 V dc ). Később piacra kerültek átkapcsolós változatok is, ahol kézi dugaszolóval (jumper) lehetséges volt a feszültség váltása. A mai korszerűbb töltőkben automatikus feszültségfelismerő funkció is van a 12/24 V dc tartományban. Akkumulátortöltő áram. A töltő kimeneti árama, többnyire vezérelt áram. Értéke az adott töltő kapacitásától függ. Tipikus értékek: 4 30 A dc. A szigetüzemű rendszerek többsége 12 vagy 24 V dc feszültségen működik. A korábbi 5 8 évvel ezelőtti gyártmányok esetében a tervezőnek (kivitelezőnek) előre döntenie kellett, és meg kellett határoznia a rendszerfeszültséget (akkumulátortelep, napelem stb.), mert a töltők csak egy adott feszültségen tudtak üzemelni (esetleg mobildugaszokkal jumperral lehetett feszültséget váltani). A mai, korszerű gyártmányok esetében a töltésvezérlők többféle feszültségen is tudnak üzemelni, sőt automatikusan felismerik a 12 V/24 V rendszereket. Ismeretes, hogy kis feszültség esetén (12 24 V) nagyobb áramot kell kezelnünk ugyanazon teljesítmény eléréséhez (P = UI). Kézenfekvő igény, hogy alkalmazzunk 48 V dc rendszereket, mert ez esetben a 12 voltos rendszerhez képest 16-szor kevesebb a veszteség! Ez így is van, de vegyük figyelembe a piaci tényeket is. Ha a 48 V-os akkumulátorból 230 V ac feszültséget szeretnénk előállítani, ehhez másféle inverterre van szükség. Az iparban és a piacon ritkák és nehezebben beszerezhetők a 48 V-os inverterek (48 V dv 230 V ac kimenet) és meglepően drágák is. Miután az invertergyártók tömegesen kezdték alkalmazni a teljesítménynövelő MPPT algoritmusokat azzal a szándékkal, hogy az inverter folyamatosan és automatikusan keresse meg a napelem számára az adott pillanatban legkedvezőbb munkapontot, a korszerű töltésvezérlőket is ellátták MPPT képességgel. Alkalmazása mintegy 3 8 % többletenergiát jelent. MPPT (Maximum Power Point Tracking) automatikusan működő, maximális munkapontkereső algoritmus, amelyet egy beépített mikroprocesszor állít elő. Autonóm kültéri világítás. Különleges feladatot jelentenek az autonóm világítások. Ide tartoznak a vezeték nélküli, azaz saját energiaellátással működő automata köztéri világítások. Ilyen egységet mutat be a ábra. A világítóegység automata üzemű, ezért a felhasználó által állítható jellemzők listája igen bő ábra. Kültéri világítás, hagyományos fényforrással (Na-gőz) ábra. Kültéri, napelemmel táplált LED fényforrás éjjel 134

135 ábra. Kültéri világításhoz alkalmas töltésvezérlő egység Teljesítmény, W 100 A hagyományos szabályozók 90 működési tartománya Az MPPT szabályozás munkapontja Feszültség, V Energiaáramlás az akkumulátorba ábra. Az MPPT töltés jelleggörbéje A beállíthatóság egyértelműen meghatározza a töltésvezérlő megbízhatóságát és használhatóságát, valamint energiafelhasználását is (5.37. ábra). A töltésvezérlő feladata összetett, a vezérelt jellemzők a következők: boost feszültség (töltőfeszültség), kiegyenlítőfeszültség (Equalisation voltage), a kiegyenlítőfeszültség ideje (Equalisation hold time), a kiegyenlítő frekvenciája (frequency), a kiegyenlítő műveletek darabszáma, mielőtt a töltő visszatér a normál töltő üzemmódra (Equalisation attempts before returning to normal operation), az abszorpciós feszültség (Absorption voltage), MPPT szabályozó Hagyományos 150 szabályozó Jan. Febr. Márc. Ápr. Máj. Júni. Júli. Aug. Szept. Okt. Nov. Dec ábra. Az MPPT töltés energianövelő hatása

136 A világításvezérlés lehetőségei Naplemente Kikapcsolt állapot 2 óra bekapcsolt állapot 4 óra bekapcsolt állapot 6 óra bekapcsolt állapot 8 óra bekapcsolt állapot 10 óra bekapcsolt állapot 3/KI/1 (3 óra be, kikapcsolt, 1 óra be) 4/KI/2 6/KI/2 Szürkülettől hajnalig Éjjel Napkelte az abszorpciós idő (Absorption hold time), a lebegő töltés (Float voltage), a buszter visszatérő feszültsége (Boost return voltage), a terhelés lekapcsolási feszültsége (Load disconnect voltage), a pillanatnyi terhelés lekapcsolása (Instantaneous load disconnect), a terhelés visszakapcsolási feszültsége (Load reconnect voltage), a napelem nyitott kapocsfeszültsége (U oc ) (V oc, Solar open-circuit connect voltage), a napnyugtához tartozó feszültsége (Solar sunset voltage), a nap lenyugvási időpontja (Solar sunset time), a napfelkeltéhez tartozó feszültségérték (Solar sunrise voltage), a napfelkelte időpontja (Solar sunrise time), a bekapcsolás időpontja (Load on time), a bekapcsolás feltételei (alkony, napfelkelte előtt vagy vezérelt külső jelre ) (Load on conditions, sunset, before sunrise, ext. button), a kikapcsolás feltételei (időzítőprogram lejárta, napfelkelte vagy vezérelt külső jelre ) Load off conditions (timeout, sunrise, ext. button) ábra. Az MPPT vezérlő RS 232 kapcsolata ábra. Az MPPT töltésvezérlő felhasználói vezérlőképernyője A töltésvezérlő akkumulátortöltő helyes bekötésének sorrendje. Először mindig az akkumulátort vagy akkumulátorokat csatlakoztassuk a készülékhez. Az akkumulátortöltő bekötését a bekötési vázlat alapján végezzük. Ne csatlakoztassunk olyan akkumulátort a berendezéshez, amelyre a max. 6 A-es töltőáram nem megengedett (a töltőáram általában a névleges akkumulátorkapacitás %-a lehet). Fordított polaritású csatlakoztatás esetén a beépített olvadóbiztosító megszakad!

137 5.10. táblázat. A különféle akkumulátorok tipikus kisütési feszültsége Elektrokémiai Cellafeszültség, V Megjegyzés Lead-acid Nikkel-cadmium Nikkel-metal hybride Litiumion Litium-polymer Zink-air 2.0 1,2 1,2 3,4 3,0 1,2 A legolcsóbb technológia Memóriaeffektus létezik Hőmérséklet-érzékeny Biztonságos, fémes litiumot nem tartalmaz Fémes litiumot tartalmaz (!) Komoly szellőztetést igényel az önkisülés kis értéken tartásához Csatlakoztassuk a napelemeket a lehető legrövidebb és a lehető legnagyobb keresztmetszetű vezetékekkel. Ezzel csökkenthetjük a vezetékeken fellépő veszteségeket. Mindig rézvezetékeket használjunk, min. 2,5 4,0 mm 2 keresztmetszetűt. Ügyeljünk a vezetékek polaritására, ellenkező esetben a töltőberendezés nem működik. A napelemek sorba kapcsolásával csökkenthető a vezetékekben folyó áram és így a vezeték melegedése, ezáltal javulhat a kivehető teljesítmény. Az ábra egy töltésvezérlő kapocslécének képét mutatja. A töltésvezérlőknek rendszerint három pár kapcsuk van, mindegyik polaritás-jelölt DC kapocs: napelem plusz-mínusz, akkumulátor (rendszer) plusz-mínusz, terhelés (fogyasztó) plusz-mínusz. Helyes bekötési sorrend: 1. akkumulátor (és/vagy fogyasztók) (az inverter fogyasztónak minősül), 2. a napelem. A kikötés helyes sorrendje: 1. napelem, 2. akkumulátor (és/vagy fogyasztók). Feltöltés a beüzemeléskor (Start-up charge): Az akkumulátor esetében az első feltöltésnek különös jelentősége van, mert a mód, ahogy ezt végezzük, kihatással van a teljes további élettartamra és a működés jellemzőire. Ezért ezt formázásnak nevezik. Ha lehetőségünk van, inkább vásároljunk gyárilag feltöltött akkumulátort. Ha saját magunk kívánjuk feltölteni, használjuk állandó feszültségű töltőt és végezzük a töltést 2,35 2,4 volt/cellafeszültségen legalább 48 óráig, legfeljebb 72 óráig, 25 C-on, 0,1 C10 árammal. Ha az előző módszerekre nincs lehetőség, akkor kapcsoljuk az akkumulátort egy megbízható napelemes töltőre és hagyjuk rajta legalább egy-két hétig ábra. SEBC kapocsléc A töltésvezérlő helytelen bekötési sorrendje tönkreteheti a készüléket! 137

138 Töltéskisütésarány. Ha egy akkumulátort kisütünk egy adott Ah kapacitásértékre, és újból fel akarjuk tölteni, akkor ugyanazon töltöttség eléréséhez több energia szükséges, ezt jelzi a töltés/kisütés arány (C/D). Ez az arány függ a kisütés mértékétől és a hőmérséklettől is. Ha egy akkumulátor esetében a C/D arány 1,1, ez azt jelenti, hogy 10 %- kal több energia szükséges az energia pótlásához, mint amennyit kivettünk Kedvelt töltők Magyarországon Magyarországon már több akkutöltőgyártmányt is beépítettek (Steca, Morningstar, Tarom, TSBC (SEBT), IVT). Az elmúlt esztendőkben ( ) Magyarországon kedvelt és elterjedt töltésvezérlő volt a magyar gyártmányú TSBC család, ma is sok ilyen készülék üzemel Korszerű PWM töltők A nemzetközi akkumulátortanács megállapítás szerint az ólom savas akkumulátorok meghibásodásának mintegy 84 %-a szulfátosodásra vezethető vissza. Ez főleg amiatt következik be, hogy a napelemes rendszerek ún. esetleges töltése jelentősen különbözik az általános célú akkumulátor töltésétől. A napelemes esetekben előforduló alultöltés gyakran okoz belső elektródalap-korróziót, és az akku pozitív elektródája szulfátosodik. A gyártók újabb fejlesztései arra irányulnak, hogyan lehetne ezt megszüntetni vagy csökkenteni. A PWM (pulzus szélesség modulációval) vezérelt töltési módszerek egyre inkább kezdenek terjedni, mert képesek megakadályozni ezeket a hibákat. Ennek köszönhető: az elvesztett akkukapacitás visszaállítása (90 95 %), a szulfátosodás megszüntetése, az akku melegedésének és gázosodásának csökkenése, egyes cellák közötti eltérések kiegyenlítődése, az akku öregedésének lassulása, a rendszer megbízhatóságának a javítása. TSBC xx (SEBC) akkutöltő. A készülék 12 V-os névleges feszültségű nyitott és zárt savas ólomakkumulátorok töltésére alkalmas, elsősorban napelemről üzemel. A készüléket elsősorban amorf szilicium napelemekhez fejlesztették ki ( ) ezért a bemenőfeszültség-tartománya igen széles. Újabban a kristályos napelemek többsége is nagyobb feszültségen üzemel, így ez a tulajdonság hamar előnnyé vált. A töltő működése. A TSBC-1212 és a TSBC 1220 töltőberendezések VDC bemenőfeszültség-tartományban üzemelő amorf vagy kristályos napelemek által szolgáltatott energiával működnek, 12 V névleges feszültségű nyitott vagy zárt ólomakkumulátorok töltésére alkalmasak max. 12 A, ill. 20 A töltőárammal és 13,5 15,0 V között állítható töltőfeszültséggel. A LOAD kimenet, mindkét típus esetén mélykisütés-védelemmel, túláramvédelemmel, valamint a kimeneti terhelés bekapcsolását érzékelő fokozattal van ellátva. Automatikus töltőteljesítmény-optimalizálás. A készülékeket mikrokontroller vezérli, amely biztosítja, hogy a napelem által szolgáltatott teljesítmény mindig a legnagyobb mértékben legyen hasznosítva. Változó megvilágítási viszonyok esetén a készülékek automatikusan megkeresik a maximális hatásfokú munkapontot. 138

139 A LOAD kimenet vezérlése. A kimenetnek intelligens terhelésfelismerő egysége van, amely biztosítja, hogy 5 W-nál nagyobb terhelés esetén a készülék bekapcsol. Ha a terhelést lekapcsoljuk, akkor a töltő is standby-állapotba kerül, csökkentve ezzel is a fogyasztást. Ez a funkció opcionális, kérésre kikapcsolható. FIGYELEM! A TSBC (SEBC) típusú akkumulátortöltők nem kapcsolhatók egymással sorba vagy párhuzamosan! A LOAD kimenet mélykisütés-védelemmel van ellátva. A kimeneti feszültség 10,5 V alá csökkenése esetén 5 s késleltetés után lekapcsol. Lekapcsoláskor a DDP (mélykisütés elleni védelem = Deep Discharge Protection) LED villog 15 s-ig. A kimenet visszakapcsolása csak akkor történik meg, ha a kimeneti feszültség 12,5 V felé emelkedik. A LOAD kimenet elektronikus túláramvédelemmel van ellátva. Ha a kimeneten folyó áram tartósan 14 A, ill. 22 A fölé emelkedik, akkor a készülékek automatikusan lekapcsolnak. A vissszakapcsolás 3 perc késleltetés után történik meg. A BATT bemenet 15 A, ill. 25 A-es ol- PV IN Feszültségátalakító és töltésszabályozó vadó biztosítékkal biztosított a zárlati áram és az akkumulátor fordított polaritású csatlakoztatása ellen. A LED-es beépített kijelző. A háromféle színű, LED-ekböl felépített LED-sor és a körülötte elhelyezkedő LED-ek a töltőáram, a feszültség és az egyéb paramétereket jelenítik meg. Az LCD kijelző ugyanezeket a paramétereket jeleníti meg számjegyekkel. A ábra egyakkumulátoros, az ábra kétakkumulátoros rendszert mutat. Mélykisütésvédelem és akkumulátor biztosító LOAD ábra. Az SEBC-1206 típusú töltésvezérlő bekötése egy akkumulátor esetén

140 5.41. ábra. Az SEBC-1206 típusú töltésvezérlő bekötése két akkumulátor esetén FIGYELEM! A helytelenül megválasztott töltőfeszültség az akkumulátort károsíthatja, sőt balesetveszélyt is okozhat. A rossz töltőfeszültség beállításából adódó károkért a gyártó semmilyen felelősséget nem vállal. (Feltétlenül nézzük meg a használt akkumulátor adatlapját vagy konzultáljunk az akkumulátor forgalmazójával!) 140

141 6. A rendszerelemek kiválasztása A rendszerelemek kiválasztásának lépései: a napelem kiválasztás, az inverter kiválasztása, az akkumulátor és akkutöltő kiválasztása, a csatlakozók, kábelek kiválasztása. Minőség megítélése. A távol-keleti gyártók egyre nagyobb és nagyobb részesedést kívánnak az európai piacokból. Az európai piac hozzászokott egy átlagosan jó minőségi színvonalhoz (ez az elvárt minimum), és a bejövő termékeknek is ezt kellene teljesíteniük. Az inverter a napelemes rendszer legbonyolultabb eleme (ha ilyen rendszert telepítünk, valószínűleg a házunk egyik legbonyolultabb villamos berendezése lesz), gyengeáramú vezérléseket, erősáramú végrehajtó szerveket, bonyolult szoftvert tartalmaz. Szerencsére az utóbbi néhány évben a hazai elvárások növekedtek, a hatóságok álláspontja is egységesebbé vált, hazai vizsgálattal (tanúsítvánnyal) nem rendelkező invertert nem lehet hálózatra kötni! FONTOS! A minősítési dokumentum megléte nem jelenti automatikusan a termék megfelelő minőségét! MINŐSÍTÉS MINŐSÉG! Ugyan ma már figyelmet fordítanak arra, hogy az inverterek megfelelő minősítéseken essenek át, de hangsúlyozni kell a következőket. A minősítés során olyan fontos jellemzők, mint pl. a hosszú idejű tartósság, megbízhatóság, anyagminőségek, nem elsőrendű vizsgálati szempontok. A vizsgálat célja a szabvány előírásai szerinti megfelelőségek vagy eltérések tanúsítása, rögzítése! Az inverterforgalmazók és -telepítők gyakran a következő átlátszó és szakmailag vitatható ténnyel tévesztik meg a gyanútlan felhasználót: Ez jó termék! Higgye el! Tessék nyugodtan megvenni! Megvan a minősítése, Koreában elfogadták (vagy Németországban elfogadták) A CE jelzés. Sőt az még gyakrabban előfordul, hogy a CE jelölést (Európában kötelező) akarják minősítő dokumentumként értelmezni, a gyanútlan vevővel elfogadtatni. A CE jelzés nem minősítés, csak egy jelzés. A gyártó saját hatáskörében állíthatja ki (megfelelő szabályzatok betartásával), ezzel jelzi, hogy a gyártásban jó minőségű anyagokat, megfelelő előállítási technológiát alkalmazott. Szerepe hasonlít az ún. kivitelezői nyilatkozathoz. 141

142 6.1. A napelemek kiválasztása Mint a szerző előző könyvében láthattuk (Véghely Tamás: Napelemek és napelemrendszerek szerelése c. könyv), ma már közel napelemgyártó van és a piaci választék szinte zavarba ejtő, de legalább nehezen áttekinthető. A kivitelezők számára egyre fontosabb, hogy szakmai felkészültséget szerezzenek és ily módon megfelelő rendezőelveket kialakítva kiválaszthassák a számukra legkedvezőbb napelemet. Ha első közelítésben szakmai ösztönösségtől vezérelve csak a napelemek elfoglalt felületét tekintjük, akkor azt mondhatjuk, hogy a választás könnyű: a szelet alapú napelemek kisebb felületen nagyobb teljesítményt jelentenek, tehát ezt kell választani. A beruházások célja azonban többnyire úgy fogalmazható meg: minél több energiát termelni, minél kevesebb befektetéssel. Ez a célrendszer már nem oldható meg alaposabb, mélyebb szakismeret nélkül, hiszen több rendszerelemet is optimalizálni kell táblázat. Napelemek osztályozása Felületi fajlagos teljesítmény, W/m 2 Árnyéktűrés Garancia A minősítés fajtája Kábelminőség PR tényező Hatásfok, % Szállítási idő Nemzetközi teszt eredménye szerinti Ár /érték arány Kockázat Stb igen 10 év LPG, 5 év CE nem ismert Eu raktárról x1 jó N/A A távol-keleti gyártók ontják magukból a napelemeket. Nagyon könnyű olcsó napelemet vásárolni. Sőt gyanúsan könnyen lehet találni. Ösztönösen felmerül a kérdés, vajon miért tud ez ennyire olcsó lenni? Nincs-e mögött valamilyen kockázat? Sajnos van! Érdemes más kárán tanulni. Szlovákiában, az elmúlt 5 8 évben telepített több 100 megawattnyi erőmű siralmas tapasztalatai ráirányították a figyelmet az előkészítés és a minőségbiztosítás fontosságára, ugyanis többségük 6 év alatt tönkrement!. Németországban is csak mostanában (amikor már több 100 ezer rendszert kötöttek hálózatra) kezdenek rájönni arra, hogy a kivitelezések legalább 50 %-a hibás! A kiválasztás, döntés megkönnyítéséhez érdemes elkészíteni egy egységes táblázatos követelményrendszert, és ebben pontozással osztályozni az egyes napelemeket. (Ez a döntéselemzési folyamat természetesen más eszközöknél is alkalmazható). A napelem jellemzői A gyártó B gyártó C gyártó 135 nem 20 % 20 év IEC MC nap (4 hét) x2 közepes van 110 nem 8 %...10 év Tyco nap x3 kicsi Nem ismert

143 Ami látható és ami nem látható. A napelemek esetében az igazi minőséget a látható felület nem képes jelezni (l és 6.2. ábra). A 6.1. ábra bal oldali képe a szabad szemmel látható képet mutatja. A jobb oldali kép egy alaposabb vizsgálat eredményét mutatja. Ha egy kissé beletekintünk a gyártástechnológiába, akkor már cellaszinten is érzékelhetjük a problémát. A 6.3. ábra bal oldali része egy károsodott monokristályos és egy károsodott polikristályos cellát mutat. A meghibásodásokat kellően magas színvonalú gyártási kultúrával és szigorú ellenőrzéssel már a cella szintjén fel lehet tárni. Ellenkező esetben rejtett hibás napelemet építünk be ábra. Napelemek látható felülete A meghibásodás elkerülhetetlen, csak idő kérdése. Az eredmény előre megjósolható, és 1 6 éven belül biztosan jelentkezik. A 6.4. és 6.5. ábra kész, kereskedelmi forgalomban kapható napelemeken végzett vizsgálati eredményeket mutatnak be. Az ábrák jobb oldali része mutatja a látható napelemet, amely mindkét esetben szép és megfelelő. Ám ha a képeket figyelmesen összevetjük a bal oldali részekkel, akkor feltűnővé válnak a rejtett hibák! A 6.4. ábra alsó celláján mikrorepedések vannak. A 6.5. ábra napelemének egy celláján saroktörés van. A napelem feltehetően gondatlan szállítás során sérült meg. Sokkal alattomosabb hibát okozhat az időjárás hosszú távú hatása. Minden esetben alaposan nézzük meg a napelem sarkait, illesztéseit. Olyan kialakításúnak kell lennie, hogy a csapadék ne tudjon rajta megmaradni. Napelemek ár/érték arányú kiválasztása. Ha több gyártó napelemeit összehasonlítjuk, érdemes az áron kívül megvizsgálni, hogy éves tartományban milyen termelési garanciát ajánl a gyártó. Számítással kijöhet, hogy hosszú távon a drágább az olcsóbb ábra. A napelemek szabad szemmel nem látható része 6.3. ábra. Hibás cella 143

144 Műszaki adatok Cella típusa: monokristályos (n-típusú) Külméretek: 1, mm Tömege: 19,1 kg A felszerelés ideje: január Rövidzárási áram: 8,9 A Nyitott hurkú feszültség: 38,6 V Névleges teljesítmény (STC): 267,9 W % W 1kW A hatásfokgörbe túl magas egy jelentős tartományban és csak kevéssé csökken Kereskedelmi forgalmú napelemek vizsgálata (YL260C-30b Panda) Pirossal keretezve a láthatatlan hiba Vizuális optikai kép ábra. Egy vizsgálati teszt eredménye az egyik gyártó napeleméről. A napelem egyik cellája rejtett hibát tartalmaz Műszaki adatok Cella típusa: monokristályos (n-típusú) Külméretek: 1, mm Tömege: 19,5 kg A felszerelés ideje: Június Rövidzárási áram: 8,8 A Nyitott hurkú feszültség: 37,4 V Névleges teljesítmény (STC): 249,3 W % 110 Meglepetés a hatásfokgörbe. Átlagos megvilágítási 100 szint esetében ez meglehetősen alacsonynak tűnik W 1kW % A hőmérsékleti együttható is kissé az átlag felett van 6.5. ábra. Egy vizsgálati teszt eredménye egy másik gyártó napeleméről. A napelem saroktöréses cellát tartalmaz 6.2. Az inverter kiválasztása Gyakorlott forgalmazó-telepítő kivitelezők megjegyzései és hasznos tanácsai alapján Kereskedelmi forgalmú napelemek vizsgálata (TSM-250PC05) Hibahely pirossal keretezve! (szabadszemmel nem látható hiba) Látható tartományú vizuális optikai kép Az inverter teljesítményének kiválasztása is befolyással van a megtermelt energiára. Általában a katalógusadat a névleges teljesítményre vonatkozik. Ha megnézzük a megengedett bemenő áramokat és feszültségeket, azok szorzata nagyobb, mint a névleges teljesítmény. Ez némi rugalmasságot engedélyez. Az áramerősség a stringek számától, a feszültség a stringekbe kötött elemek számától függ és természetesen a napelemek típusától is. Ez is befolyásolja a kiválasztást. A bemenő határértékeknél még figyelembe kell venni a hőmérséklet-változást is, mivel

145 a hőmérséklet szempontjából negatív jelleggörbe jellemző a napelemekre. Az invertert (amennyiben a gyártó ezt megengedi, mivel túlterhelésnél leszabályoz) érdemes teljesítményben kissé fölétervezni, ezzel a naperőművünk éves termelése szintén megnövekszik, hiszen a névleges teljesítmény környékén a legjobb a hatásfok, és több ideig van a termelés ebben a tartományban. A műszaki, fizikai jellemzők fontossága. Az elektronikában a méret csökkenése egyenes arányban van a berendezés fejlettségével, ámbár bizonyos eszközök méretét nem lehet a végletekig csökkenteni. Az elhelyezhetőséget azonban nagymértékben befolyásolja a méret. Nem is gondolnánk, hogy az inverter szakszerű elhelyezése során milyen nagy szerepet játszik a méret. Ugyanis nem egyszerűen olyan helyet kell keresnünk, amely megfelel a gépkönyv leírásainak holott gyakran ez sem egyszerű, hanem olyan helyet, ahol az inverterünk 10 évig vagy akár még tovább is biztonságban és az eredeti körülmények között megfelelően működik. (Pl. a későbbiekben ne építsük be esetleg egy szekrénybe helyszűke miatt.) A másik apró figyelmesség, amelyre most már majdnem minden gyártó odafigyel, hogy miután elhelyeztük az invertert a falon és folytatjuk a szerelést, ne essen a nyakunkba, ezért leemelésgátlóval látják el. Nem kell komoly dologra gondolni, ez egy egyszerű csavar betekerése is lehet, amellyel egy konzolhoz rögzítjük az invertert. Ez a leemelésgátló az inverter teljes élettartama során hivatott elkerülni a baleseteket A szerelés költséghatékonysága Az invertert a DC oldalon el kell látni DC kapcsolóval, túlfeszültéség-védelemmel, szakaszolhatósággal. Korábban a tervezők minden 145 string (füzér) minden vezetékére DC kismegszakítót és DC kapcsolót is elhelyeztek. Ma már a biztosítógyártók is publikálják, hogy a napelem névleges áramánál csak 10 %-kal nagyobb a zárlati árama, ezért a biztosító soha nem fog leoldani, ezért eredeti funkcióját nem képes betölteni. A vészforgatókönyv az lett a gyártók részéről, hogy használjunk olvadóbiztosítót, mert azzal megoldható a szakaszolás is, és nem kell drága DC kapcsolót használnunk, ha az inverter DC oldaláról le szeretnénk választani a napelemeket. A biztosítóknak DC oldalon csak 3 string felett van értelme, alatta egyszerűen nem lehet olyan zárlati kapcsolást összeállítani, hogy az kioldjon. Egyes invertergyártók úgy oldották meg az inverter szakaszolhatóságát, hogy nem sorkapocsba kell bekötni a DC stringeket, hanem MC4 csatlakozóval van az inverterbe bekötve. Így egy egyszerű 1 eurós szerszámmal az MC 4 bármikor oldható, és az inverter könnyen leválaszthatóvá válik a napelemekről. A DC kör nyomvonal-tervezésénél a mechanikai és időjárási viszonyok figyelembevétele mellett két ellentétes szempontot kell megfontolni. Először is, minél kisebb területet foglaljon el a pozitív és negatív vezeték, hogy a villamos zavarok, túlfeszültségek nagysága csökkenjen, ill. tűzvédelmi szempontból az lenne a jó, ha külön nyomvonalon vezetnénk. Az egyenáramú oldalon az inverter előtt természetesen túlfeszültség-védelem, szakaszolási lehetőség szükséges. Úgy helyezzük el a berendezéseket, hogy a DC vezetékek minél rövidebbek legyenek, hiszen ezek a vezetékek mindig feszültség alatt vannak. AC oldal. A szokásos szerelési technológiákat lehet választani, semmi különleges előírás

146 nincs. Egyetlen egy többletelőírás van, miszerint a betáplálást a hálózati engedélyes mérőberendezésétől számított első mért elosztóba kell betáplálni (pl. házi főelosztó). nem egyenlő a magyarországi garanciával. Az EU garancia sokkal körülményesebb. Nagyon fontos, hogy a garanciális eljárás menete előre meg legyen határozva. A szolgáltató elvárja az AC oldali túlfeszültség-védelmet, egy AC főkapcsolót és a biztosítókat, és a FI relét a hálózat és a fogyasztó védelmére. Ezeknek a beépítését nem ússzuk meg. De nagyon hasznos, ha az inverterbe be van építve a C típusú védelem, mert ha az AC vezeték az inverter és a védelem között hosszabb, mint 10 m, akkor az inverternél meg kell ismételni a védelmet egy C tipusú védelemmel. Egyes gyártók ezt beépítik az invertereikbe. A FI relé megléte az adott ingatlanban nem elégséges a szabvány szerint, mindenképpen kell egy FI relé az inverter AC vezetékébe. Ha az épületben meglévő FI relé után kötjük be az invertert, akkor az épületet hagyjuk védelem nélkül, ha pedig elé, akkor a hálózatnak nem lesz védelme az inverterrel szemben. Szerencsére vannak gyártók, akik ezt a védelmet is beépítik a berendezéseikbe. Kezelhetőség. Az inverter üzembe helyezése nem a vezetékek csatlakoztatásával fejeződik be. Minden inverternél első bekapcsoláskor be kell állítani az adott országra vonatkozó jellemző értékeket. Ez invertergyártóktól és -típusoktól függően vagy valamilyen tárcsák elforgatásával, vagy menüből történik. Más gyártógombokkal, ill. meglepő módon hangvezérléssel (kopogtatással) kezeli az invertere menürendszerét. Ennek a legnagyobb előnye, hogy semmilyen mozgó alkatrészt nem igényel, így se elromlani, se beázni nem tud a készülék (GROWATT). Az ország kiválasztása után az inverter minden paraméterében megfelel a helyi szolgáltató elvárásainak. A garancia érvényesíthetősége érdekében a gyártótól meg kell követelni a felelősségbiztosítást, ami akár a gyár megszűnése esetén is biztosítja a garanciális feltételek érvényesíthetőségét. A biztosítás meglétét elégséges az értékesítés időpontjában leellenőrizni. Hatásfok. Minél nagyobb, annál jobb, de önmagában ez nem elég! A napelemek legtöbbet nem az ideális maximális (Wp) teljesítménytartományukban termelnek, hanem lényegesen alatta. Ezért fontos hogy az inverterünk a nagy hatásfokot minél szélesebb teljesítménytartományban képes legyen teljesíteni. Ezt a nagy hatásfokot széles teljesítménytartományban kell teljesítenie. Ezt az ún. foltdiagrammal tudjuk ellenőrizni (6.6. ábra). A legbelső folt a legnagyobb hatásfok, ennek minimum 96 %-nak kell lennie. A közepes besugárzás talán még fontosabb is, hiszen ritkán van nagy sugárzási érték. Feszültség, V MPP V, (volt) Névleges teljesítmény, % (PMPP) Garancia. Nagyon fontos a garancia érvényesítésének a menete. Az európai garancia 6.6. ábra. Az inverter feszültségkapuja a lehető legszélesebb legyen 146

147 6.4. A termelés fenntarthatósága Biztosítani kell a napelemes rendszer működési körülményeit és a legkedvezőbb állapotát. Erre a célra 12 órában figyelő személyzet vagy automata monitoringrendszer szükséges. Műszaki elvárások: nagyobb, mint EUR 96 % hatásfok közepes besugárzás mellett (valamely hiteles tesztriporttal igazolva), DC oldalon szakaszolhatóság, AC oldalon minimum C osztályú védelem, beépített FI relé (AC oldalon), TÜV (vagy egyéb vizsgálatok megléte, azonosító számmal, másolatban). A monitoringrendszertől minimális elvárás a string szintű figyelés, hiba esetén vagy SMS küldése. A több MPPT lehetőség nem csak különböző tájolások esetén előnyös. Azonos tájolás esetén több MPPT termelési adatait összehasonlítva, nagyon hamar kaphatunk visszajelzést a gyenge termelésről. A legkorszerűbb IGBT áramkörrel és boosterrel felszerelt inverterek nem csak a névleges teljesítményük határán képesek hozni az elvárt minimum 96 %-ot, hanem lényegesen kisebb, akár 15 % terhelés mellett is. Ennek köszönhetően építhetünk olyan rendszereket, ahol az inverter névleges teljesítményének csak a 2/3-os teljesítményű napelemmel van szerelve. A rendszer bővíthető marad. Ha a későbbiekben az életkörülmények változásához igazodva bővíteni szeretnénk a rendszert, nincs más dolgunk, csak a napelemek számát kell növelnünk. További előny, hogy ezen ügyfeleket nyilvántartva, a saját szabad kapacitásunkra van bízva, hogy mikor ajánljuk fel nekik a rendszerbővítést akcióban vagy más módon. Mi oszthatjuk be a munkát a legalkalmasabb időszakra. Minimum elvárások egy korszerű, költséghatékony inverterrel szemben: Fizikai elvárások: kis méret, kis tömeg, leemelés elleni védelem, IP 65 védettség. 147 Jogi elvárások: 5 év garancia alap + bővíthető legyen akár 25 évig (árajánlattal igazolni 5-ös lépcsőkben), felelősségbiztosítás a gyár megszűnésére (kötvénnyel igazolni), magyarországi garanciális raktár (gyártói szerződéssel igazolni). Fenntarthatósági feltételek: beépített monitoring. Az inverterösszehasonlítás számítási módja (az árakon alapulhat): az inverterberendezés alapára (ehhez jön még): a DC szakaszoló ára, a FI relé ára, a AC túlfeszültség C osztályú ára, a szállítási költség, a monitoring kiegészítő ára, a monitoringszolgáltatás ára mai értékre diszkontálva (3 %/év), a karbantartási igény (monitoring esetén passzív hűtésnél 0 Ft). Így a végeredmény egy korszerű fenntartható inverter tényleges ára Az akkumulátor és akkutöltő kiválasztása A kiválasztás fő szempontjai lehetnek a következő jellemzők és körülmények: a várható működési idő (1 3 év; 3 8 év; 8 12 év), amely meghatározza, hány évente kell cserélni a rendszerben az akkumulátorokat;

148 a gyártási idő (csak friss akkumulátorokat vásároljunk); előfordulhat, hogy alkalmi vételben használt akkumulátorokhoz jutunk. Mindenképpen tanácsolt az alapos átnézés, tesztelés, felújítás; több akkumulátorból álló telep esetén (battery bank) javasolt az összeset egyszerre cserélni; csak azonos gyártótól származó akkumulátorból építsünk akkumulátortelepet; először mindig az akkumulátorokat válasszuk ki, majd ezután ehhez válasszuk (méretezzük) az akkutöltőt. a megújulóenergia-iparban az energia begyűjtése és felhasználása jelentősen ciklizált, periodikus, gyakran változó. Ezért ezen a területen a ciklikus akkumulátorok a kedvezőbbek, sőt bizonyos típusok elektródarendszerét továbbfejlesztették, ezek az ún. szolarakkumulátorok (sajnos a gyakorlat azt mutatja, hogy bizonyos gyártók, kereskedők visszaélnek a felhasználók tájékozatlanságával és bizalmával, csak átcímkézik az akkumulátort és drágábban solarként adják el!); mindenképpen olyan márkát és kivitelt érdemes választani, amelynek van Magyarországon képviselete (ez szinte minden eszközre általánosságban elmondható); napelemes (szél) alkalmazásokhoz javasoljuk a helyhez kötött (stationary) ciklikus akkumulátorokat, például az AGM típusokat. természetesen a pénztárca alapú döntés mindent felülírhat, de a gyakorlat azt mutatja, hogy aki olcsót vesz, többször veszi meg azt! 6.6. Csatlakozók és kábelek kiválasztása A napelemes rendszer összetettsége, bonyolultsága függvényében a csatlakozók és kábelek elenyésző tételnek tűnhetnek, ám ez nem így van. Valójában ők a rendszer szürke 148 FONTOS! Minden energiának át kell haladni a kábeleken és a csatlakozókon. Javasolt, hogy egy rendszerben csak ugyanazon gyártótól származó csatlakozórendszerrel dolgozzunk. eminenciásai a háttérben meghúzódva fontos szerepük van. A napelemek kivezetései többnyire csatlakozót is tartalmaznak, ezért sok minden már a napelemek vételekor eldőlhet. Az is előfordulhat, hogy a napelemgyártó jó terméket gyárt, de a kábel, csatlakozó minőségére nem fektet hangsúlyt: olcsóbb a kábel, olcsóbban tudom adni a napelemet is! Ezzel az ajánlattal próbál élni. Ez egy láthatatlan csapda, szakértelem nélkül könnyű besétálni. Egy jó tanács: csak megbízható gyártótól származó, bevizsgált csatlakozóval és kábellel dolgozzunk, mégha ez kissé drágább is. Egy rendszerben, ha az inverter vagy egyéb fő elem hibásodik meg, viszonylag könnyű azonosítani és megtalálni a hibát. Ám ha a csatlakozókkal, kábellel van probléma, azt igen nehéz megtalálni. Ha meg is találtuk, kábelt, csatlakozót cserélni a rendszerben nem egyszerű feladat. Csere esetén az inverter egyszerűen kiszakaszolható, a kábel nem! Még inkább igaz ez, ha nagyobb rendszerekről beszélünk. Egy több megawattos rendszer esetében több 10 km-nyi kábel kerül beépítésre, és csatlakozóból is lehet akár több darab. Egyetlen hibás darab esetén is borul a rendszer. Az is megfontolandó, hogy a PV-tüzek többségében a kábelhiba is jelentős szerepet játszik.

149 7. Rendszertervezés A tervezés a méretezéssel kezdődik, ahol az alapvető összefüggéseket és mennyiségeket állapítunk meg a tervezés számára. A méretezés összetett feladat, amely komoly ismereteket és gyakorlatot igényel. A méretezés alapalgoritmusa. A méretezés eredményei a tervezés fázisában többféle megoldással is megvalósíthatók. A mérete- 1 ENERGIATERMELÉS Több energia kell! 3 alapeset: 1. E-igény > E-termelt 2. E-igény = E-termelt 3. E-igény < E-termelt zés során az igényelt energia és a termelt energia lehetséges arányaiból kell kiindulni. Három alapvető eset lehetséges: a termelt energia kevesebb, mint az igény, a termelt energia több, mint az igény, a termelt energia pontosan annyi, mint az igény. Ez az eset a gyakorlatban szinte sosem fordul elő. Így elsősorban az első két esettel érdemes foglalkozni. Az összefüggéseket a 7.1. ábra mutatja. 3 ENERGIAIGÉNY Többlettermelés: értékesítés 2 Elegendő energia: a legritkább eset 7.1. ábra. A méretezés alapalgoritmusa 149

150 A legbonyolultabb esetet az akkumulátort tartalmazó szigetüzemű rendszer jelenti. Ezért ezzel, és a hálózatra csatolt rendszerekkel egyaránt fogunk foglalkozni. A kiindulási lehetőségeket a 7.1. táblázat mutatja. Az igények meghatározása. A legelső lépés az energiaigények meghatározása. Ez többféle módon történhet. A vevő (beruházó) az adatokat rendszerint táblázatban adja meg, amely tartalmazza a napi/heti/éves részletes villamosenergiaigényt. A tervezésnél ezt kell alapul venni. Ennek hiányában becslésekkel javasolt dolgozni. A 7.2. táblázat egy vízigény-felmérést mutat, emberi felhasználás különféle területeken, növénykultúrák és állattartás vízigényét. Ezt alapul véve és kiegészítve az adott hely talaj táblázat. A szigetüzemű méretezés kiinduló és eredményadatai Az adatok Bemenő adatok Adott a felület Adott az árlimit Adott az energiaigény (napi, heti) Egyéb feltételek kimeneti érték egyéb tervezési peremfeltételek 7.2. táblázat. Vízigények a világ különböző helyein A vízigény típusa WHO ajánlások Általános használat, USA Általános használat, EU, Dél-Amerika Magyarország (felnőtt) Általános használat Észak Amerika Az állattartás vízigénye Kimeneti adatok Felület Költségvetés Termelt energia Vízigény, L/nap/fő L/nap/állat Marha Birka és kecske Ló Szamár Teve Folytatás a következő oldalon 150

151 Folytatás az előző oldalról Öntözési igények Házikertek Rizs Magvas növények Cukornád Gyapot m 3 /ha, nap mechanikai vizsgálataival már meghatározhatjuk például egy automata víznyerőrendszer főbb adatait, napi víz- és energiaigényét, napelemszükségletét. Alapesetben is javasolt az inverter teljesítményének %-os túlméretezése. Motorok esetében %-os túlméretezés javasolt. A tárolási kapacitás meghatározása. Amennyiben sikerült az energiaigényt meghatározni, a következő lépés a tárolási kapacitás kiszámítása. Itt javasolt figyelembe venni, hogy egy akkumulátorrendszerből a névleges kapacitás értékének csak %-át érdemes kivenni, ezzel növelhetjük az élettartamot és a ciklusszámot. A számolt kapacitásértékeket (Ah) egy 1,2-es korrekciós tényezővel (veszteségek és a hőmérséklet hatása) javasolt megszorozni. A méretezést az 5. fejezetben (l old.) leírtak szerint végezzük. A töltésvezérlő meghatározása. A töltésvezérlőt a napelemek és az akkumulátor adatai szerint kell megválasztani (feszültség, áram). Ez esetben is felhasználhatjuk az 5. fejezetben leírtakat. Az inverter teljesítményének meghatározása. Itt figyelembe kell vennünk a részletes energiafelhasználási szokásokat: egyidejűség, legnagyobb fogyasztó, csúcsárammal induló berendezések (motorok), zavarvédelem, jelalak, stb. 151 A kábelezés adatainak meghatározása. Itt a következő jellemzőket kell meghatározni: kábelkeresztmetszet, típus, hosszúság, nyomvonal, védettség. A kábelkeresztmetszetet a megengedett feszültségesés (max. 1 3 %), áramterhelés és anyagadatok (réz, alumínium) alapján kell kiválasztani. Köztes értékek esetén mindig felfelé kell kerekíteni (vastagabb vezeték). A kiválasztást nomogramok segítik. A csatlakozók kiválasztása. A csatlakozók minőségéről és a választás kockázatáról (l fejezet, 149. old.) már korábban esett szó. A lényeg annak eldöntésében rejlik, hogy az olcsóbb ár megéri-e a kockázat felvállalását. A szigetüzemmódú rendszerek tervezése. Ezt a oldalon már áttekintettük, a továbbiakban ezzel nem foglalkozunk. Hálózatra csatolt rendszer méretezése. E rendszer összetettsége kevésbé bonyolult, mint a szigetüzemé, mivel rendszerint nem tartalmaz akkumulátort. A rendszer azonban kiegészül további elemekkel (AC oldali védelmek, esetleg monitoring stb.).

152 Vevőigény Berendezések energia? Tárolt energia Tervezés DC oldal AC oldal Villámvédelem Földelések Érintésvédelem Terület? Napelem kwp meghatározása Költségvetés Limit? Egyéb szempont, adott kwp-igény Inverterválasztás A 7.3. táblázatban összefoglaljuk a főbb összefüggéseket. A hálózatra tápláló rendszerek célja a villanyszámla csökkentése, megszüntetése, ezért a kívánság elsősorban az, hogy az éves szaldó lehetőleg nulla legyen. Szemben más országokkal, a jelenlegi magyar átvételi törvények Biztonsági berendezések Állvány, mechanikai szerelvények 7.2. ábra. A tervezés lépései és sorrendje Mechanika Tervezés Talajmechanika Statikai terv Elrendezési terv Szerelési terv Kábelezés, csatlakozó Védelmi berendezések Tervezés Egyvonalas villamos terv Kiviteli terv Hálózatra csatolás terv Kábel nyomvonali terv Villamos szerelési terv Tervezés (KÁT) nem kedveznek a többlettermelésnek, ezért a szükségesnél nagyobb rendszer kiépítése nem célszerű, megtérülése elhúzódik. Inkább javasolt olyan rendszert kiépíteni, amely optimalizált a vevő fogyasztásának fedezetére. Ehhez célszerű pontosan tudnunk az energiaigény havi értékét, de legalábbis az éves energiafogyasztást táblázat. A hálózatra tápláló rendszer méretezésének kiinduló- és eredményadatai Bemenő adatok Hálózatra tápláló rendszer jellemzői Kimeneti adatok Felület Költségvetés Termelt energia Adott a felület Adott az árlimit Adott az éves energiaigény Egyéb feltételek kimeneti érték egyéb tervezési peremfeltételek 152

153 Ez a rendszer optimalizálását jelenti, melyet csak képzett szakember képes szimulációs vagy egyéb módszerrel elvégezni. Természetesen ezen adatok hiányában is hozzá lehet kezdeni a feladathoz, de a nullás szaldó így kétséges lehet. A rendelkezésre álló felületet (és költséget) természetesen itt is figyelembe kell venni. A hálózatra csatolt rendszerek érzékenyebbek a napelem-generátor/inverter teljesítményarány illesztettségére, ezért a tervezési művelet sok esetben iterációt is tartalmaz. Kit bízzunk meg a tervezéssel? A tervező kiválasztása természetesen nagymértékben befolyásolja a beruházásunk üzembiztos és jó hatásfokú üzemeltetését. Először is legyenek meg az eljáráshoz szükséges engedélyei (általában a Mérnöki Kamaránál érvényes tervezői jogosultsággal rendelkező erősáramú mérnök, de egyes szolgáltatók megelégszenek a területükön regisztrált villanyszerelőkkel!). Mindenképpen szükséges megfelelő gyakorlattal rendelkeznie a tervezőnek, ehhez különböző továbbképzések adnak segítséget. Megjegyezzük, hogy az elosztói engedélyes csak egy csatlakozási dokumentációt követel meg, ami nagy részben a működtetett elosztói hálózatának a biztonságáról szól (ez természetes is). Ebből eredően nem foglalkozik azokkal a lényeges kérdésekkel, hogy milyen a naperőművünk hatásfoka, biztonságos működése. Mivel a tetőre fémberendezések kerülnek, gondolni kell a villám- és túlfeszültség-védelemre is. A csatlakozási dokumentációban szükségszerűen csak az elosztói hálózatra követeli meg a hálózati engedélyes a védelmet. Azonban szükségszerűnek tartjuk a megfelelő villámvédelmi berendezés kiépítését is. Ez nemcsak a tetőre kerülő villámvédelmi 153 berendezéseket, hanem a túlfeszültség elleni védelmet is jelenti. Ennek figyelembevételével a naperőművet csak együtt érdemes tervezni a villámvédelemmel. Ehhez olyan szakember közreműködése szükséges, aki jártas a villámvédelmi berendezések tervezésében is. A főbb lépések a következők: A napelem összes teljesítményének meghatározása (W p, PV total ) A string villamos adatainak meghatározása: Napelem kiválasztása A stringek darabszámának meghatározása A string-feszültségek (U str ) (legnagyobb és legkisebb feszültségek) meghatározása a napelem villamos adatai segítségével A string-áramok (I str ) és az összes áram (I sys,tot ) meghatározása Az inverter kiválasztása: Az inverter és a string villamos adatainak ellenőrzése (szélső értékekre) DC és AC oldali védelmek meghatározása, az elemek kiválasztása Villámvédelem kialakítása (csak vizsgázott tervező végezheti) Villamos tervek elkészítése. A rendszertervezés dokumentációja. A rendszertervezés során a következő dokumentációkat kell elkészíteni (kis- és közepes rendszerek esetében). Nagyobb rendszerek esetében módosítások, kiegészítések szükségesek: egyvonalas villamos terv (engedélyezéshez), villamos kiviteli terv, hálózatra csatolási terv, topológiai elrendezés, kábelnyomvonal-terv, vagyonvédelmek tervei, állványtervek, statikai terv (indokolt esetben), talajmechanika (indokolt esetben), villámvédelmi terv.

154 8. Napelemes rendszerek elosztóhálózatra való visszatáplálásának hosszúhullámú rádiós körvezérléses szabályozása és eszközei A megújuló energiák közül a szél- és napenergia termelésének az elosztóhálózatba történő visszatáplálása komoly nehézséget okoz a rendszerirányítóknak, mivel a termelés teljes mértékben ki van szolgáltatva az időjárás változékonyságának. A háztartási méretű kiserőművek tömeges terjedésével olyan beavatkozási lehetőségre van szükség, amelylyel gyorsan, néhány másodperc alatt a területileg és mennyiségileg elosztott termelést korlátozni lehet. Az okosmérés funkcióit tekintve alkalmas lehetne erre, hiszen mind a visszatáplálás mérésére, mind a ki-bekapcsolásra távolból is lehetőség van, viszont a kommunikációs módszer miatt a gyors, tömeges elérést nem teszi lehetővé. A hálózatirányító részére ezért szükség van egy olyan eszközre, amellyel indokolt esetben képes beavatkozni a hálózat energiaáramlásába, és ha szükséges, a betápláló vagy fogyasztó eszközöket letiltani. Ezt a problémát a hosszúhullámú rádiós körvezérlés (RKV) oldja meg. 154 A körvezérlések áttekintése. Világszerte elterjedt, így Magyarországon is használják a Hangfrekvenciás Körvezérlő (HFKV) rendszereket, amelyek zömében a hőtárolós, vezérelt áramú fogyasztók ki-bekapcsolására szolgál, ezenkívül a közvilágítás kapcsolására használják a szolgáltatók. A középfeszültségű alállomáson elhelyezett HFKV adó és a fogyasztóknál elhelyezett HFKV vevő között a vezérlési kommunikáció az elosztóhálózat vezetékeire szuperponálódott hangfrekvenciás jellel történik. A hőtárolós berendezések vezérlése elsősorban a szolgáltató terhelésmenedzsment feladatainak megoldását szolgálják, azaz fogyasztási csúcsidőszakok levágására és a völgyidőszakok feltöltésére alkalmasak. Ezért a szabályozhatóságért a fogyasztó a lényegesen olcsóbb tarifát kapja cserébe környékén az EON magyarországi áramszolgáltatói elkezdték bevezetni a Németországban már régebben elterjedt technológiát, a hosszúhullámú rádiós körvezérlést (RKV). A rendszer eredendően ugyanazon célokat szolgálja, mint a HFKV, de lényegesen rugalmasabb, több célra használható. Magyarországon a Lakihegyi adó sugározza a vezérlési utasításokat 135,5 khz-es frekvencián, emellett pontos időtáviratokat is kiad 11 másodpercenként, amely általánosan más időszinkronizációs célokra is használható. Németországban két adó üzemel, Burgban (139 khz) és Mainflingenben (129,1 khz) 200 Bd-os egyirányú kommunikációt biztosítva km-es vételi körzeten belül (8.1. ábra). Az adók üzemeltetését és a táviratok kisugárzását mindhárom adó esetében a német EFR Gmbh végzi (forrás: A rendszer rugalmasságát az adja a HFKVhoz képest, hogy a lefedettségi területen belül a vezetéki topológiától függetlenül lehet

155 a vevőkészülékeket több dimenzió szerint csoportokba szervezni, akár egyedi címmel 2-3 másodpercen belül elérni. A rendszerirányítóknak az EFR terminálok használatával közvetlen lehetőségük van a kívánt táviratok kívánt időben történő kisugárzására. Ezekből a tulajdonságokból következően a rendszer alkalmas nagytömegű megújulóenergia-termelő egységek hálózatra való visszatáplálásának szabályozására, korlátozására. Kommunikációs protokollok. A különböző gyártók kétfajta, szabványosított, egyirányú adatátviteli protokollt használnak a 200 Bd-os hosszúhullámú kommunikációs csatornán. Az egyik a DIN Typ A, vagy népszerűbb nevén Versacom, a másik a DIN Typ B, vagy népszerűbb nevén Semagyr Top. Mindkettő a HFKV rendszerekben alkalmazott protokollokból jött létre. A Semagyr Top a Landys&Gyr gyártói protokolljából nőtte ki magát DIN szabvánnyá. Alapjai még a bájt szervezésű világ előtt, az analóg áramkörökön megvalósított pulzusalapú HFKV kommunikációra készültek, aminek jellemezőit az RKV-ra átfogalmazott szabvány is megtartotta, azaz az információs egységek nem bájthatárra esnek, hanem ábra. Körvezérlést sugárzó adók eshet a fele az egyik, másik fele a másik bájtba. Ezzel együtt is egy nagyon jól használható, sok lehetőséget és rugalmasságot adó protokoll. Címzési rendszere elsődlegesen a vevőkészülékeket, azok csoportjait célozza. Adatátviteli parancsai pedig nem közvetlenül a relék ki-be kapcsolását kezdeményezik, hanem kisebb programok, algoritmusok futtatását, amelyek tartalmazhatják a fizikai relék kapcsolását is, de nem szükségszerűen. A Versacom több gyártó által közösen megformált, szintén elsődlegesen HFK rendszerekre fogalmazott szabvány. A Semagyr Tophoz viszonyítva egyszerűbb, könnyebben megérthető, de kevesebb lehetőséget és rugalmasságot adó rendszer. Címzési megoldásának központjában nem a készülékek, hanem a relék és relécsoportok állnak. Adatátviteli parancsai zömében az egyes relék kibe kapcsolásaira vonatkoznak. Az EON németországi és magyarországi cégei a Semagyr Top-protokollt használják. Hosszúhullámú vevőkészülékek. Vevőkészülékeket több európai gyártó is gyárt, többek között a svájci Landis&Gyr, a német Langmatz, az osztrák Elster és a magyar Prolan Irányítástechnikai Zrt. A továbbiakban a Prolan Zrt. készülékeit mutatjuk be. Az RKV technológia magyarországi bevezetésével a Prolan Zrt. is kifejlesztette a maga hosszúhullámú vevőkészülék-családját (RRCR Radio Ripple Control Receiver), amelynek három tagja van: RRCR 230-as háromrelés kivitel, amelyet zömmel Magyarországon alkalmaznak, RRCR 260-as hatrelés kivitel, Németországban alkalmazzák, RRCR 330-as, közvilágítás-vezérlési célokat szolgál. A Prolan vevőkészülékei a korábban említett két protokoll mindegyikére alkalmasak. A gyár-

156 tás során eldönthető, hogy melyik protokollal készüljenek. A vevőkészülékek közös jellemzői, hogy sem protokollban, sem a beágyazott szoftverük vonatkozásában nem térnek el egymástól, inkább csak a kivitelükben, a relék darabszámában és az alkalmazási területben különböznek. Mindegyik készülék motoros hajtású önbeálló antennával készül, amely felszereléskor, ill. bármilyen vételi zavarforrás akár ideiglenes megjelenésekor is megkeresi a legjobb vételi irányt. A 8.2. ábrán látható készülékcsalád legnagyobb tagját, az RRCR-260-as hat relés készüléket Németországban használják az áramszolgáltatók hőtárolós készülékek és tarifaváltások vezérlésére. Ezt a készüléket alkalmazzák külső rádióval kiegészítve a megújuló energiák visszatáplálás-menedzsmentjére is. A háromrelés RRCR-230-as készüléket zömében a kelet-európai EON-cégek használják a hőtárolós készülékek és tarifaváltások vezérlésére Magyarországon, Csehorszában és Szlovákiában. Az RRCR-330-as háromrelés készüléket a közvilágítás kapcsolására fejlesztették ki. A hosszúkás, lekerekített élű dobozolás azt a célt szolgálja, hogy szükség esetén a lámpaoszlopok lábazati belterében is elhelyezhető legyen, de a gyakorlatban a közvilágítási körzetet ellátó transzformátorházban helyezik el. A készülék másik fontos jellemzője, hogy a tetejéről lecsúsztatható külső rádióval van ellátva, amely lehetőséget ad árnyékolt vagy zavart térből a rádiót jó vételi lehetőségű kültérre kihelyezni ábra. A RKV készülékcsalád A készülékek az egyirányú, hosszúhullámú kommunikáció mellett rendelkeznek kétirányú helyi infrakapcsolattal is. Amellett, hogy laptoppal is kapcsolódhatunk a készülékekhez, amely a helyszínen kényelmetlenül tehető meg, használhatjuk az erre a célra kifejlesztett, a képen is látható RCM teszterkészüléket. Az RCM robusztus kivitelű, a mindennapi használatra tervezett egyszerű menüt tartalmazó eszköz, amely lehetőséget ad a helyszíni konfigurálásra, tesztelésre, a regisztrált események kiolvasására, ill. a hosszúhullámú térerő mérésére, annak grafikus megjelenítésére is, ami nagy segítséget jelent a külső rádió elhelyezésében. Napelemrendszerek visszatáplálásának szabályozása. Magyarországon a háztartási méretű napelemrendszerek darabszáma még olyan kicsi, hogy ezeknek az elosztóhálózatba történő visszatáplálása jelenleg nem jelent komoly rendszerirányítási problémát. Németországban ezeknek a kiserőműveknek a száma már jóval meghaladta a darabot, és a beépített névleges teljesítmény elérte a 33 GW-ot, így már komoly rendszerirányítási feladatok* jelennek meg. * A németországi napenergia-termelés pillanatnyi állapotáról és archív adatairól a unternehmen/pv-leistung-in-deutschland.html honlapon tájékozódhatunk. 156

157 Ezekről a kérdésekről a németországi megújulóenergia-eeg törvény (Erneuerbare-Energien-Gesetz) rendelkezik végéig csak a 100 kw-nál nagyobb névleges teljesítményű napelemes rendszereket érintette a törvény. Az EEG törvény előírásainak megoldásra a németországi szolgáltatók a Prolan Zrt. termékpalettájából az RRCR-260-as készülék belső rádió nélküli változatát alkalmazzák, 8 m-es kábellel ellátott külső rádióval. Az 8 m-es kábel lehetőséget ad az invertertértől eltávolítva ott elhelyezni a rádiót, ahol megfelelő hosszúhullámú vételi lehetőség van. Egy módosítás értelmében 2012-től a 100 kwnál kisebb teljesítményű rendszereknél is meg kell oldani a visszatáplálást központilag, a rendszerirányító általi vezérelhetőségét. Kivételt képezhet az az eset, amikor a napelemrendszer üzemeltetője vállalja, hogy az energiatermelésének legfeljebb csak 70 %-át táplálja vissza. Ebben az esetben nem kell központilag vezérelhető berendezést felszerelnie. A törvény azt is kimondja, nem csak az újonnan telepített rendszerekhez kell ezt a távvezérelhetőséget kiépíteni, hanem 2014-ig a korábban telepített kw-os közötti rendszereknél visszamenőlegesen is fel kell szerelni. Az RKV készülék lehetséges hat reléjéből tipikusan négyet használnak a 0 %, 30 %, 60 % és 100 %-os visszatáplálási fokozatok beállítására. A relékimenetek nem közvetlenül kapcsolódnak az inverterhez, hanem egy Power Reducer Box közbeiktatásával. A box feladata, hogy a relék kontaktusait az invertergyártó-specifikus kommunikáció felhasználhassa. Mivel jelen pillanatban a különböző gyártók invertereinek kommunikációs interfésze nem szabványosított, ezért szükséges ennek a boxnak a közbeiktatása, ami a bonyolultabb rendszerstruktúra mellett jelentős többletkiadást is okoz. A kommunikációs protokollok egységesítésével és szabványosításával egy a napelemrendszerek gyártóiból létrejött szervezet foglalkozik. A szervezet céljául tűzte ki, hogy olyan nyitott interfészszabványt hoz létre, amely megkönnyíti a jelenleg szabványos IT-rendszerek illesztését. A szabvány létrejöttével megnyílik a lehetőség olyan RKV készülék fejlesztésére, amely a drága relék és a Power Reducer Box közbeiktatása nélkül közvetlenül a nyitott, szabványosított kommunikációs interfészen keresztül az inverterhez kapcsolódik ábra. RKV, Power Reducer Box és az inverterek (telepítés közbeni állapot) Az RKV készülékeket igény esetén közvetlenül is beszerezhetik a napelemrendszerek üzemeltetői. A készülékek nemcsak a napelemes rendszerek visszatáplálásának szabályozására alkalmasak, hanem ugyanezen elvek és megoldások mentén alkalmazhatók a szél-, a víz- és a biomassza erőművekre is. 157

158 9. Napelemes rendszerek a hálózatirányító szempontjából 9.1. A napelemes energiatermelő egységek együttműködése a csatlakozóhálózattal A csatlakozás műszaki követelményei A magyar villamosenergia-rendszer (VER) integráns része az ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity Európai Átviteli Rendszerirányítók Egyesülete) kontinentális európai villamosenergia-rendszer régiónak (RG CE). A rendszer kiterjedése Portugáliától és Dániától immár Törökországig tart, és az összterhelése GW között van. A 9.1. ábra az ENTSO-E régióit mutatja. Az RG CE villamosenergia-rendszer tagrendszerei egymással párhuzamosan, szinkron üzemmódban működnek, ami azt jelenti, hogy a frekvencia értéke a néhány másodperces időállandójú jelenségektől eltekintve mindenhol azonos. A frekvencia a villamosenergia-szolgáltatás egyik fontos, jellemző mutatója; névleges értéke 50 Hz, ami azt jelenti, hogy a párhuzamosan járó villamosenergia-rendszerekben a (erőművi)termelés (P g ) és a fogyasztás (fogyasztói terhelés, P f ) egyensúlyban van. A 9.2. ábra a VER-rendszer helyes működését biztosító frekvenciaegyensúlyt szemlélteti. 158 IS RG a kontinentális Europa RG északi terület RG Baltikum RG Egyesült királyság (UK) RG Írország PT IE ES MA GB FR NL BE DZ CH NO DK DE TN SE 9.1. ábra. Az ENTSO-E régiói Fl EE LV RU LT BY PL UA CZ SK MD AT HU SI HR BA RS RO IT ME BG NK AL GR TR A rendszerirányítók (TSO-k, Magyarországon a MAVIR ZRt.) szabályozási tevékenységükkel igyekeznek ezt a frekvenciaértéket a névleges érték körül tartani. A névleges értéktől ± 200 mhz sávon belüli eltérés még normál működésnek felel meg. A frekvencia nagymértékű csökkenése (jelentős mértékű termeléskiesés) üzemzavarok esetében következik be. A 49,0 48,0 Hz tartományban a rendszerirányítók automatikus intézkedésekkel az ún. frekvenciafüggő terheléskorlátozás (FTK) próbálják meg helyreállítani a VER-frekvencia egyensúlyát. A 9.3. ábra egy franciaországi erőművi kiesés szinkronizált fazorméréssel* készült diagramját mutatja. Jól látható a 2600 MW kiesés * Forgó vektor ( CY

159 FREKVENCIA TERHELÉS Csökken f (Hz) 50 Hz Nő TERMELÉS Fogyasztók bekapcsolása Szabályozás Fogyasztók kikapcsolása P f (kw) Fogyasztók Tárolt energia tompító hatása P g (kw) Termelők 9.2. ábra. A VER-frekvencia egyensúlyának szemléltetése hatására közel 100 mhz frekvenciacsökkenés történt a jelölt magyar alállomásokon. Frekvencia, f, Hz 50,020 50,000 49,980 49,960 49,940 49,920 49,900 48,880 f 100 mhz fogyasztók bekapcsolása Győr (400 kv) Sajószöged (400 kv) Dunamenti (220 kv) Sándorfalva (400 kv) Pécs (400 kv) 49, t, s 9.3. ábra MW erőművi kiesés az RG CE régióban (Flamanville, Franciaország, CET) Termelő egységek kiesése A képen a szabályozás folyamata is látszik, amelynek hatására a frekvencia értéke kb. 300 s múlva már 50 Hz közelébe kerül. A fogyasztók kikapcsolása és/vagy a termelés növelése növeli a frekvenciát. A fogyasztók bekapcsolása és/vagy a termelés csökkentése csökkenti a frekvenciát. Az utóbbi évtizedben, a világban és néhány európai országban is, jelentősen megnövekedett az elosztott energiatermelő egységek száma, amelyek főleg a közép- és kisfeszültségű elosztóhálózatokra csatlakoznak. Ezért, az eddigieknél nagyobb hangsúlyt kell fektetni a hálózatra tápláló rendszerek villamos berendezéseire (főleg inverterek), a kivitelezés minőségére és a csatlakozó hálózattal, valamint a villamosenergia-rendszerrel történő megfelelő működési összhang megteremtésére, a műszaki követelmények teljesítésére. 159

160 9.1. táblázat. A fogyasztó és a termelőegységek energiaforgalmának hatása a ferekvencia-egyensúlyra Megnevezés A frekvenciát csökkentő hatás A frekvenciát növelő hatás Fogyasztó Termelés Normál üzemi tartomány Intézkedési tartomány A frekvenciafüggő terheléskorlátozás (FTK) tartománya bekapcsolás kikapcsolás csökkentése növelése 49,8 Hz f 50,2 Hz f < 49,8 Hz f > 50,2 Hz 48,0 Hz < f < 49,0 Hz A hálózatra visszatápláló napelemes rendszerek visszahatása A napelemes (solar, PV) technológia jellegéből (és a jelenlegi alkalmazások elterjedéséből) fakadóan a termelés jelentős része, közel 80 %-a kizárólag a kisfeszültségű hálózatokhoz kapcsolódik. A napelemes termelés részarányának jelentős növekedése miatt ezen termelőegységek viselkedése jelentősen kihat a villamosenergia-rendszerek működésére. Nézzük meg, miért kell ma már a kis, háztartási méretű energiatermelő egységeket is bevonni a VER szintű szabályozás körébe. Egyetlen darab 5 kw-os napelemes kiserőmű (HMKE) ki- és bekapcsolódása például elhanyagolható hatással van a VER üzemére. Ha azonban az alkalmazások darabszáma jelentősen megnő, például százezres nagyságrendre, akkor a hatás már nem elhanyagolható. Az egyes napelemes rendszerek energiatermelése egyedi és erősen függ a helyi időjárástól. sa a hálózatról akár 1000 MW forráskiesést okozhat (fél Paksi Atomerőmű!), ami már rendszerszinten nem elhanyagolható. A kontinentális európai régióban a legutóbbi adatok alapján ma már durván 64 GWp a napelemes termelés, amely kb. 14,5 %-a a maximális rendszer összterhelésnek. Ezen termelésből az adatok alapján tudjuk, hogy például az 50,2 Hz-nél történő automatikus leválás mértéke durván 20 GWp, amely egy 0,75 %-os egyidejűségi tényező mellett is 15 GW, és ennek automatikus kikapcsolódása adott esetben katasztrofális következményekkel járhat az RG CE régió kontinentális európai villamosenergia-rendszer üzemére. A 9.4. ábrán folyamatában láthatjuk, hogy egy ilyen esemény hogyan alakulhat ki: a még normál üzemi sávban lévő, de az 50,2 Hz-et megközelítő frekvencia a francia-angol egyenáramú összeköttetés (HVDC) esetleges kiesését követően ugrásszerűen 50,2 Hz fölé növekszik. Miután a VER-ben fellépő adott hatásra minden üzemelő PV-egység fizikailag azonos módon reagál, egy adott frekvenciavédelmi beállítás (például 50,2 Hz, illetve 49,8 Hz) mellett napos időszakban db 5 kwos napelem egység automatikus leválá- Frekvenciacsökkenéskor, ami egyébként erőművi forráskiesésre utal, a frekvenciacsökkenési védelmi működés további, a VER stabilitására kedvezőtlen hatású, pótlólagos forráskiesést jelent, ami hozzájárulhat egy üzem-zavar kialakulásához, vagy egy folya- 160

161 50,17 50, Hálózati frekvencia 50,10 50,05 matban lévő üzemzavar térbeli és időbeli kiterjedéséhez. Az RG CE régióban jelenleg 49,5, 49,7 és 49,8 Hz-es működési értékek mellett összesen durván 9500 MWp az ilyen esetekben automatikusan kikapcsolódó PV-termelés. A fentiek alapján érthető az ENTSO-E azon törekvése, hogy a napelemes energiatermelő egységek jelenlegi frekvenciavédelmi beállítási értékeit és a csatlakoztatás műszaki feltételeit európai szinten harmonizálni igyekszik. A csatlakozás feltételei korábban általában olyan követelményeknek feleltek meg, amelyeket a csak fogyasztói jellegű (passzív) elosztóhálózatok tervezésénél és üzemeltetésénél használtak. Azon hálózati területeken, ahol megnövekedett az elosztott termelés, a korábbi elvek szerint kialakított relévédelmi rendszerek a szigetüzemi és egyéb, nem meghatározott üzemállapotokhoz vezető hibákat nem tudták megfelelően kezelni ACE mért érték 23:00 23:30 00:00 00:30 Frekvenciamenet december 13., 22:47 14., 00: ábra. Az 50,2 Hz-es frekvenciaérték megközelítése üzemzavarmentes esetben és a 2000 MW-os egyenáramú összeköttetés (HVDC) Franciaország és Anglia között, amelynek kiesése a frekvenciát ugrásszerűen 50,2 Hz fölé emeli 50,00 49,95 49, A hálózati kapcsolat elvesztése A termelőegység hálózati kapcsolata elvesztésének érzékelése (LOM: loss-of-mains detection) munkavédelmi és biztonsági szempontból igen fontos. Ezt az eseményt korábban csaknem minden esetben a frekvenciaeltérés mérésével érzékelték és működés esetén automatikusan leválasztották a termelőegységet a hálózatról, megakadályozva ezzel a szigetüzem kialakulását. Ez az oka annak, hogy a szigetüzemi érzékelés egyedüli módjaként az elosztott termelőegységek csatlakozási pontján telepített frekvenciavédelmek beállítása 49,8 és 50,2 Hz volt és döntő mértékben ma is ezek a beállítások vannak alkalmazásban. Az utóbbi években a szigetüzemi érzékelésnek több megbízható módját is kidolgozták, így a kizárólagosan csak a frekvencia-eltérés

162 érzékelésén alapuló módszer idejét múlta, sőt a drasztikusan megnövekedett elosztott termelési részarány miatt az RG CE régió együttműködő rendszerében veszélyes rizikófaktorrá változott. Az utóbbi években ezért az ENTSO-E keretében európai szinten egységes követelményeket fogalmaztak meg a hálózatokhoz csatlakozó termelőegységek (generátorok) számára (NC-RfG: Network Code on Requirements for Grid Connection of Generators) [1]. A kidolgozott javaslat alapján európai jogszabály készül, amely az általános előírásokat tartalmazza majd. A javasolt szöveg jelenleg az EC előtt van komitológiai eljáráson. Elfogadás után egy honosítási folyamat keretében (nemzeti implementáció) több részletkérdés az Üzemi Szabályzatban (a rendszerirányító kompetenciájában, TSO - Grid Code, MAVIR ZRt.) és az Elosztói Szabályzatban (DSO, KDSZ kompetenciá-jában) pontosítják majd. A NC ugyanis több esetben sávokat, tartományokat ad meg, amelyeknél a tényleges értékeket a nemzeti implementáció során kell véglegesen meghatározni. A rendszer szabályozhatóságának fenntartása mellett az 50,2 Hz probléma megoldása az elosztott energiatermelés sikeres integrációja miatt égetően aktuális feladat. 162 A napelemes termelőegységnek 47,5 51,5 Hz között a hálózatra csatlakoztatva kell tudni működnie, automatikus leválás nélkül. A hálózati frekvencia növekedésekor a termelt hatásos teljesítményt csökkenteni kell a 9.5. ábrán megadott meredekséggel (LFSM-O funkció: Limited Frequency Sensitive Mode Overfrequency). Az aktiválási frekvenciaértékét (50,2 50,5 Hz között) és az elvárt meredekséget (2 12 %) a nemzeti implementáció során a rendszerirányító (TSO, Magyarországon a MAVIR ZRt.) határozza meg. Az NC-ben megadott karakterisztikát a 9.5. ábra mutatja. Az MSZ EN 50438:2013 szabványban a frekvencianövekedés esetén a javasolt termelés-visszafogás indulófrekvenciája 50,2 Hz és meredeksége 5 % (40 %/Hz). Az elosztói üzemirányítótól (DSO, Relevant Network Operator, KDSZ) érkező távparancs 5 s-on belüli követésére logikai bemenetet kell kialakítani a hatásos teljesítmény csatlakozóhálózatba történő kimenetének szüneteltetésére. A rendszerirányító (TSO, MAVIR ZRt.) az elosztói üzemirányítókkal együttműködve (DSO, KDSZ) meghatározza az automatikus visszakapcsolás feltételeit: A napelemes termelőegységek számára megadott csatlakozási követelmények közül itt most csak a frekvenciával összefüggő alapvető követelményeket emeljük ki. Egyéb vonatkozásban utalunk az érvényes MSZ EN 50438:2013 (Requirements for micro-generating plants to be connected in parallel with public low-voltage distribution networks) szabványra [2]. DP P ref Df 1 P ref : Maximális teljesítőképesség f n : Névleges frekvencia s 2 : Meredekség 9.5. ábra. Termelés-visszafogás frekvencianövekedéskor (NC RfG) f n s 2 Df f n

163 a frekvenciatartományt és a megfelelő késleltetési időt, a maximális felterhelési gradienst. Az MSZ EN 50438:2013 szabványban javasolt tartományok a kikapcsolódás utáni automatikus visszatérésre: 47,5 Hz f 50,05 Hz és 0,85 U n U 1,10 U n, minimálisan 60 s megfigyelési idő után. Tájékoztatásul közöljük, hogy a CENELECnél folyamatban van a TS és TS jelű műszaki specifikációk kiadása, amelyek a kisfeszültségű hálózatokra kapcsolódó 16 A-nál nagyobb, és a középfeszültségű hálózatokhoz kapcsolódó termelőegységek számára határozzák meg a csatlakozási követelményeket. (A december 18-án szavazásra bocsátott dokumentumok a [3] és [4] irodalomban találhatóak.) 9.2. Irodalomjegyzék [1] ENTSO-E Network Code for Requirements for Grid Connection Applicable to all Generators, 8 March [2] MSZ EN 50438:2013: Requirements for micro-generating plants to be connected in parallel with public low-voltage distribution networks. [3] TS : Requirements for generating plants larger than 16 A per phase to be connected in parallel with a low-voltage distribution network. [4] TS : Requirements for generating plants to be connected in parallel with a medium-voltage distribution network. 163

164 Az EU-Solar Kft. ( már több gyártó termékét honosította meg Magyarországon. Jelenleg az egyik világelső, a Growatt-inverterek kizárólagos forgalmazásában. A Growatt cég 24 órás on-line segítséggel, folyamatos technológiai fejlesztéssel támogatja munkánkat. A gyár mintegy 60 fejlesztőmérnökkel dolgozik, a szabadalmainak száma több mint 20. A világelső Photonmagazin tesztje ( a termékeit a nemzetközi mezőnyben a top 3 közé sorolta. A Growatt tulajdonosa világszerte ismert amerikai befektető, a Sequoia Capital (egyéb befektetései: Apple, Youtube, Google, Yahoo, Cisco ). A termékek ked- vező ára, a megbízható teljesítménye, a biztos szakmai háttér és a vevők elégedettsége következtében a Growatt gyorsan növekszik világszerte. A Growatt 1 kw-tól 1 MW-ig kínál hálózatra kapcsolt invertereket, számos hasznos kiegészítővel, ingyenes monitorozási lehetőséggel, PC, iphone, Android alkalmazásokkal. Az EU-Solar Kft. Magyarországon, jelentősebb raktárkészlettel rendelkezik, a ki- szállítás folyamatos. A kockázatmentes garancia és a terméktámogatás a legmesszebbmenőkig meg van oldva. Vásárlóinkat betanítjuk, és folyamatosan működő akkreditált képzésekkel segítjük

165 10. Szabványok felsorolása Napelemek IEC amorf szilícium napelemek IEC szelet alapú napelemek IEC biztonsági szabvány (Safety Test, SCII) IEC Sós köd korróziós vizsgálat (Salt Mist Corrosion Test) Inverterek A MEEI-TÜV az alábbi szabványok szerinti megfelelőséget vizsgálja (az egyfázisú és háromfázisú berendezéseknél 50 kw alatt): Vizsgálati szabványok Biztonságtechnikai vizsgálatok (safety) IEC :2010 (MSZ-EN ) Black-box vizsgálat, hálózati interfész mérésére IEC 61727:2004 (MSZ-EN 61727) Black-box jellegű vizsgálat, pontosan definiált feltételek mellett az inverter nem kívánt szigetüzem elkerülési képességének mérésére IEC 62116:2008 Elektromágneses kompatibilitási vizsgálatok (EMC) és zavarérzékenység EN (2); EN (4) Black-box jellegű vizsgálatok IEC Megfelelés a leírt specifikációnak IEC Paraméterezés-vizsgálat 165 IEC A nem kívánt szigetüzem kialakulásának vizsgálata (anti islanding védelem) További hasznos és egyéb, az inverterrel kapcsolatos szabványok (Megjegyzés: az MSZ-EN szabványok változatlan átvételei az adott számú IEC és EN szabványoknak) EN (galvanikus leválasztás) EN A kisfeszültségű kapcsolókra és szabályozókra, szétkapcsolókra és biztosítókra vonatkozó előírások. EN Sokszor látjuk felbukkanni inverter-adatlapokon, egy általános elektromos régi (1999) európai, biztonsági szabvány (Elektronikus készülékek erősáramú alkalmazásban alkalmazható, ha nincs termékszabvány az adott készülékre), nem inverterspecifikus, túlhaladott VDE Sokszor látjuk felbukkanni inverter-adatlapokon. Ez egy német, inverterspecifikus szabvány, az első kiadását rég felülírta az élet, a benne előírt 50,2 Hz-es felső kikapcsolási frekvencia olyan veszélyeket rejtett magában, hogy 2012-ben kiegészítették, módosítva ezt a rosszul kitalált felső kikapcsolási frekvenciahatárt ezért itt ismét kiemeljük: fontos,

166 hogy a tanúsított inverter milyen kiadási évjáratú szabvány szerint lett tanúsítva. Nem kompatibilis sem az IEC , sem az IEC 61727, IEC os szabványcsaláddal. Bizonyos szintig elvár functional safety (üzemelési biztonság, egyszeres hibatűrés, bizonyos hibák előfordulása esetén) képességeket, illetve vizsgálja azt. Mindenesetre az az inverter, amelyik ennek a szabványnak megfelel, nagyobb eséllyel felel meg a Magyarországon is használt, már többször hivatkozott IEC szabványtrió vizsgálati követelményeinek, mint amelyik nem rendelkezik ilyen tanúsítvánnyal. UL 1741 USA inverterspecifikus szabvány, szintén frissített, foglalkozik a vezérlőszoftver (firmware) biztonságával is, de nem kompatibilis az IEC szabványtrióval. Természetesen hordozza magában az USA hálózatának specifikumait (pl. 60 Hz, V). Az inverter, amelyik ennek a szabványnak megfelel, nagyobb eséllyel felel meg a Magyarországon is használt, már többször hivatkozott IEC szabványtrió vizsgálati követelményeinek, mint amelyik nem rendelkezik ilyen tanúsítvánnyal. VDE ARN 4105 Korszerű (2011), német inverterspecifikus szabvány. Kialakításánál az inverter hálózati üzemével kapcsolatos speciális szolgáltatóknak fontos jellemzőkre, illetve azok esetleges, szolgáltató vezérlésekkel is kapcsolatos paramétereivel szemben is támaszt követelményeket. Nem foglalkozik az inverter sw, illetve funkcionális biztonságával. Nem kompatibilis az IEC szabványtrióval. Az inverter, amelyik ennek a szabványnak megfelel, nagyobb eséllyel felel meg a Magyarországon is használt, már többször hivatkozott IEC szabványtrió vizsgálati követelményeinek, mint amelyik nem rendelkezik ilyen tanúsítvánnyal. DK5940 Olasz, inverterspecifikus szabvány (Olaszországban is kiváltották, egy újabb, olasz elvárások szerint kialakított korszerűbb szabvánnyal.) Nem kompatibilis az IEC szabványtrióval. Emellett még számos szabványt használnak a különböző európai országokban, Ázsiában, Ausztráliában és környékén stb. sok, nemzeti, hálózati jellegzetességgel. Általánosságban ezekről azt mondhatjuk el, azok az inverterek, amelyek egy ilyen nemzeti, de inverterspecifikus szabványnak megfelelnek, nagyobb eséllyel készíthetőek fel az IEC szabványtrió elvárásainak megfelelően, de azért erre nincsen garancia. Hálózatra csatolással kapcsolatos szabványok MSZ HD C-melléklet a hálózatra csatolás ellenőrzése MSZ EN : 2011 (alap biztonsági) MSZ EN 61727: 1998 (áramminőség) IEC 62116: 2008 (nem kívánt szigetüzem elleni védelem) MSZ EN , 3 (EMC követelmények 10 kw alatt) MSZ EN , 4 (EMC követelmények 10 kw felett) Akkumulátor BS 6133 Ólomsavas akkumulátorok működése (Safe operation of lead acid stationary batteries gives a procedure for calculating ventilation requirements) DIN DIN T3 EN (gázosodás, low gassing PbSbSnSe ötv) 166

167 BS 6290 IEC Standard / IEC 896 UL 60950, UL 1310; CE: EN55022, EN55014, EN60335, EN61000, EN60601 Akkutöltő CE, RoHS and REACH Compliances ETL Listed [UL-1741 and Canadian CSA C22.2 No ] EMC Compliance Semlegesség (Immunity) EN :2005 Kibocsátás (Emission): EN55022:2007 Biztonság (Safety): EN :2002 and EN :2005 FCC Class B Part 15 Compliant U.S. National Electrical Code (NEC) Compliant Villámvédelem MSZ EN szabvány a villámcsapás kárkockázatainak kiértékelése DIN CLC/TS : Túlfeszültség-védelmi készülékek kisfeszültségre Túlfeszültség-védelmi készülékek különleges alkalmazásokhoz, beleérve az egyenfeszültséget is 12. rész: Kiválasztás és alkalmazási alapelvek fotovillamos installációkhoz MSZ EN (IEC ) szabvány szerint, ha a védelmi készülék és a végberendezés közötti távolság nem nagyobb 5 m-nél (a DIN CLC/TS : szerint 10 m-nél) Ha az inverter AC oldala és a DEHNventil beépítési helye közötti távolság nem nagyobb 5 m-nél (a DIN CLC/TS : szerint 10 m-nél), nincs szükség további védelmi készülékre az AC oldalon. Mindkét földelőelrendezést egymással is össze kell kötni, figyelembe véve a felhasznált anyagokra vonatkozó szabályokat a betonból kilépő földelővezetők korróziójára az IEC (EN ) és DIN alapján A villámvédelmi célú potenciálkiegyenlítés kialakításánál az MSZ EN :2006 szabvány előírásait kell szem előtt tartani. Mind a túlfeszültség-védelmi potenciálkiegyenlítés, mind a földelőrendszer kialakításának gyakorlati megvalósítására alkalmazható példákat találhatunk a szakirodalomban. Érintésvédelem MSZ HD :2006 szabvány előírja a napelemes rendszerek létesítésekor betartandó pontos követelményeket. Az egyenpotenciálra hozással az MSZ HD :2007 szabvány pontja foglalkozik. Egyenpotenciálra hozást életvédelmi szempontból használunk. MSZ HD :2006 Napelemes (PV) energiaellátó rendszerek előírásait kell alapul venni a megfelelő megoldások vizsgálatához. Az MSZ EN 61140: 2007 Villamos áramütés elleni védelem. A villamos berendezésekre és szerkezetekre vonatkozó közös szempontok szabvány megjelenése. Az MSZ HD :2007 Kisfeszültségű villamos berendezések rész: Biztonság. 167

168 Áramütés elleni védelem MSZ HD :2007 Kisfeszültségű villamos berendezések rész: Villamos szerkezetek kiválasztása és szerelése. Földelőberendezések, védővezetők és védő összekötő vezetők.szabványok már az MSZ EN szabvány szerint megváltoztatott fogalmakkal jelentek meg, és jelentősen módosították a méretezési előírásokat is. SELV és a PELV tápforrásai közül a biztonsági szigetelőtranszformátor kialakítása az MSZ EN :2010 szerinti kell, hogy legyen. A szabvány és így a cím is az egységes terminológiára való áttérés előtti kiadásra utal, azaz az MSZ EN Áramütés elleni védelem. A villamos berendezésekre és a villamos szerkezetekre vonatkozó közös szempontok szerinti együttes alapvédelemről és hibavédelemről van szó. Valójában a SELV és a PELV törpefeszültség alkalmazását teszi lehetővé, ami a ma már szokásos nagy teljesítmények esetén nem járható út, mert a kétszer-háromszor nagyobb kábelkeresztmetszet hihetetlenül megnöveli a kivitelezési költségeket. Egyébként a szabvány erre az esetre semmilyen többletkövetelményt nem ír elő, csak az Un feszültség helyett az UOC STC (szabványos vizsgálati feltételek melletti üresjárási feszültség) értéke nem haladhatja meg a 120 V-ot. Alapvédelem (közvetlen érintés elleni védelem) Az MSZ HD szabvány ezzel a kérdéssel külön nem foglalkozik, azaz az MSZ HD szabvány általános előírásait kell alapul venni. Az érvényes magyar szabvány (MSZ HD :2006 Napelemes (PV) energiaellátó rendszerek) Azonban a vékonyréteg-napelemek negatív pólusának földelése többé nem teszi lehetővé az IT érintésvédelmi mód alkalmazását, mert az MSZ HD szabvány pontja szerint Az IT-rendszerekben az aktív részeket vagy el kell szigetelni a földtől, vagy egy elegendően nagy impedancián keresztül össze kell kötni a földdel. Az MSZ HD :2007. évi szabvány egyenpotenciálú összekötésre vonatkozó pontja szerint: A földelővezetőt, a fő földelőkapcsot, valamint a következőkben felsorolt vezetőképes részeket minden egyes épületben be kell kötni az egyenpotenciálú összekötésbe: az épületben lévő közüzemi csővezetékeket, pl. gázvezetékeket, vízvezetékeket; a szerkezeti idegen vezetőképes részeket, ha azok normál használat esetén hozzáférhetők, a fémes központi fűtési és a légkondicionáló berendezéseket; a vasbeton épületszerkezetek fémrészeit, ha a fémrészek hozzáférhetők és megbízhatóan össze vannak egymással kötve. Az ilyen, az épületbe kívülről bevezetett vezetőképes részeket az épületen belül, az épületbe való belépési pontjukhoz a lehető legközelebb kell bekötni az egyenpotenciálú összekötésbe. Ha azonban védő egyenpotenciálra hozást alkalmazunk, akkor az érvényes magyar szabvány (MSZ HD :2006 Napelemes (PV) energiaellátó rendszerek) a napelemek létesítésekor betartandó követelmé- 168

169 nyeket pontosan előírja. Ezen szabvány szakaszának előírása szerint Védő egyenpotenciálra hozó vezetők alkalmazása esetén, azokat az egyenáramú és váltakozó áramú kábelekkel, vezetékekkel és szerelvényekkel párhuzamosan és amennyire lehet, azokhoz közel kell elhelyezni. A különböző gyártók kétfajta, szabványosított egyirányú adatátviteli protokollt használnak a 200 Bd-os hosszúhullámú kommunikációs csatornán: DIN Typ A vagy népszerűbb nevén Versacom, DIN Typ B vagy népszerűbb nevén Semagyr Top. Számos országban nincs a túlfeszültség-védelem alkalmazására kötelező érvényű előírás. Nem úgy, mint nálunk, ahol 9/2008. (II. 22.) ÖTM rendelet az Országos Tűzvédelmi Szabályzat kiadásáról és annak 3. melléklete rendelkezik a villámvédelem létesítéséről. Miután ez az MSZ 274-es szabvány műszaki megoldásain alapuló előíráshalmaz, így az építmények villámvédelme az új OTSZ megjelenéséig a rendelet szerint alakítandó ki. Körvezérlés-szabványok Hálózatvezérlés (VER ENTSO-E) MSZ EN 50438:2013: Requirements for micro-generating plants to be connected in parallel with public low-voltage distribution networks. ENTSO-E Network Code for Requirements for Grid Connection Applicable to all Generators, 8 March TS : Requirements for generating plants larger than 16 A per phase to be connected in parallel with a low-voltage distribution network. TS : Requirements for generating plants to be connected in parallel with a medium-voltage distribution network. 3495, Ft

170 170