Napelemek és napelemrendszerek szerelése

Átírás

1 1

2 Véghely Tamás Napelemek és napelemrendszerek szerelése 2 Budapest, 2013

3 Szerző: Véghely Tamás okl. villamosmérnök Lektorálta: Ferenczi Ödön okl. villamosmérnök Borítófotó: Véghely Tamás Véghely Tamás, Budapest, 2013 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. A könyv ábráit a Dunasolar, a Gaiasolar képtárából Véghely Tamás szerzői felvételeiből, az Észak-magyarországi Zéró Energiaház Klaszter és a Magyar Napelem, Napkollektor Szövetség (MNNSZ) anyagaiból, állítottuk össze. Az ábrák között archív anyagok is szerepelnek, ezek minősége esetenként változó lehet, ezért olvasóink szíves megértését kérjük. Köszönetnyilvánítás Köszönetet mondok feleségemnek, szüleimnek, valamint közvetlen és közvetett munkatársaimnak, akik végtelen türelmükkel, szeretetükkel és szakmai tanácsaikkal segítették munkámat. ISBN ISSN

4 Tartalom Előszó 5 Bevezetés 6 Az előttünk álló feladatok 6 Rövid összefoglaló a napelemek működéséről 8 A napenergia hasznosítása 8 Mi a napenergia, és milyen formái vannak? 8 Általános tudnivalók a házi rendszerekről 19 Megbízhatóság 19 A szerelés anyagai 20 A szerelés szerszámai 20 A szerelés helye 20 A szerelés módozatai 20 Kockázati tényezők 20 Mechanikai szerelés 22 A szerelés kulcskérdései 22 Tennivalók a szerelés megkezdése előtt 23 Előkészítés szállítás anyagmozgatás 23 Hasznos tanácsok 26 Kicsomagolás 26 A gyári csomagolás ellenőrzése 28 Szerszámok összekészítése, ellenőrzése 30 A szerelés optimális idejének megválasztása 32 A tervdokumentáció ellenőrzése 32 Kapcsolási rajz 32 A napelemek ellenőrzése 32 Műszerek 33 A szerelési hely ellenőrzése 35 A szerelési megoldások kiválasztása 36 Épületre szerelés 36 A hóhatár jelentősége 43 Szerelések sátortetőre 45 Egyéb borítású sátortető 50 Fémlemezzel borított tetők 50 Lapostetőre szerelés 51 Oszlopra szerelés. Egyedi szerelések oszlopállványra 53 Csoportos napelemek szerelése talajon fekvő állványra 55 Különleges szerelési technikák 55 Az alkalmazott szerelőanyagok 60 Tennivalók a szerelés befejeztével 60 Villamos szerelés 61 Szigetüzemmód 61 A váltakozó áramú rendszer 61 Hálózathoz csatolt rendszerek jogi és műszaki kérdései 63 A kábelezés 64 A csatlakozók, dugaljzatok 64 Az I U jelleggörbe 66 Napelemrendszerek villamos mérőeszközei 68 Sugárzásmérő 68 Az Ohm-törvény 68 Szigetüzemű rendszerek villamos szerelése 73 Az akkumulátorok főbb jellemzői 79 Az MPPT üzemmód 84 Inverterek 85 Hálózatra tápláló napelemes kiserőmű 91 A háztartási méretű kiserőművek (HMKE 50 kw) engedélyezése

5 A közcélú hálózatra való csatlakozásról szóló tájékoztató tartalmi elemei 92 Csatlakozási igény bejelentésének tartalmi elemei 92 Elosztói szabályzat mellékletek 93 A villamos energia elszámolásának menete 93 Napelem 95 Kábel 95 Inverter 96 Intelligens hálózati interaktív inverter 96 Védelmek 98 Villámvédelem 98 Balesetvédelem 101 Beüzemelés 108 Hasznos tanácsok felhasználók részére_ 110 Gondozás, karbantartás 110 Létesítménybiztonsági szempontok 112 Vagyonvédelem 112 Baleset- és életvédelem 114 Veszélyforrások 116 Tűzvédelem 118 Hulladékkezelés 121 Veszélyes anyagok 121 Dokumentációk 121 Garanciák 122 Garancia villamos eszközökre 122 Minősítések 123 Villámvédelemmel kapcsolatos fontosabb szabványok 123 A szerelő felelőssége általában 124 A szerelő felelőssége és magatartása javítások esetén 124 Függelék 126 Hasznos címek 126 Szakirodalom 126 Zárszó 127 5

6 Előszó Tisztelt Olvasó! Hagyományos energiakészleteink kimerülőben vannak, új technikák, új technológiák jelentek meg az energiatermelésben. A megújuló energiákkal való foglalkozás, ezek elterjesztése, sürgető társadalmi szükségszerűség. A változások az egész társadalmat érintik, de az új eszközök elterjedése csak akkor lehet sikeres és elfogadott, ha azok kivitelezése szakszerű. Minél előbb szükség van egy új szakember-generációra, akik szakszerűen és értően kezelik a mostani és a felmerülő újabb problémákat. Ez elsősorban a következő évek feladata lesz, de a szakma mai irányítóinak felelőssége is nyilvánvaló. Feladatunk, hogy mielőbb átadjuk az információinkat és tudásunkat fiataljainknak. Edison 1931-ben mondta: Minden pénzem a Napba és a napenergiába fektetném. Micsoda energia! Remélem nem kell kivárnunk, míg az olaj és szén kifogy, mielőtt elérhetjük ra a Föld népei energiaszükségletüknek egyre nagyobb részét a megújuló ener- giák forrásaiból nyerik. Az egyre növekvő klímaproblémák azt jelzik, hogy nem sok időnk maradt a cselekvésre. Mielőbb meg kell adnunk a társadalom minden tagjának a lehetőséget a megfelelő szintű tudás és képzettség megszerzésére. Gyorsan fejlődő ágazatról van szó, az éves fejlődés üteme %-os! A szerzett ismeretek egy-két év alatt megkopnak, elévülnek. Egy jellemző példa: ez idáig a napelemek átalakítási hatásfokának csúcsát kb. 40 % körül tudtuk laboratóriumban előállítani (USA, DOE, NREL). Nemrégen röppent fel a hír a tudományos világban, hogy 114 %-os hatékonyságú napelemet sikerült előállítani (MEG, Multiple Exciton Generation). Néhány év múlva valószínűleg ismét meg fogunk ismerkedni egy új technológiával! A könyv elsősorban telepítő-szerelő szakembereknek készült, de úgy gondoljuk, azok az olvasóink is sikerrel forgathatják, akik a beruházásokat előkészítik, finanszírozzák, esetleg üzemeltetik. A komplex megújulóenergia-képzés tankönyvét azzal a hiánypótló szándékkal állítottuk össze, hogy alapvető útmutatást, hasznos gyakorlati tanácsot adjon a szakmunkások, szakoktatók, ill. kivitelezők kezébe. A Szerző 6

7 Bevezetés Az előttünk álló feladatok A klímaproblémákkal kapcsolatos kutatások fontos következtetése: soha nem látott nehézségű és kifejezetten sürgető kihívásokkal kell szembenéznünk a következő évben gondoljunk csak a biotechnológiai genetikai manipulációkra, a fenntartható energia kérdésére, az atomerőművek problémájára, vagy alapvető szükségletünk az ivóvíz új forrásainak megóvására, felkutatására Az energiatermelés, -elosztás és -fogyasztás korábbi rossz gyakorlata a természeti források kimerüléséhez, a környezet gyors és nagymértékű pusztulásához, a fajok kihalásához vezet. Az életközösségek olyan veszélyben vannak, amelyről mit sem sejtenek. A fejlődés előnyeiből ugyanakkor nem mindenki részesül egyenlően, a gazdagok és a szegények közötti szakadék egyre mélyebb. Az emberi népesség példátlan, robbanásszerű növekedése hamarosan az ökológiai és társadalmi rendszerek túlterheléséhez vezet ben az emberiség létszáma túllépte a 7 millárdot. Mindez alapjaiban veszélyezteti a Föld globális biztonságát, a tendenciák súlyosak, de új megoldásokkal kiutat találhatunk. Miénk a választás: vagy létrehozunk egy országokon és nemzedékeken átívelő együttműködést a Föld és önmagunk védelmére, vagy kockára tesszük az élet sokszínűségét és a saját életünket. Tudatosítani kell magunkban, hogy ha alapvető szükségleteinket kielégítettük, a továbbfejlődést nem az jelenti, ha egyre többet akarunk birtokolni. Jelenlegi tudásunkkal és technológiáinkkal elláthatnánk az egész emberiséget, a környezet terhelését pedig mérsékelhetnénk. Egy új alapokon szerveződő társadalom megjelenése új esélyeket ad egy demokratikus és humánus világ építésére. Környezeti, gazdasági, politikai, társadalmi és szellemi feladataink összefüggnek egymással ezért komplex megoldásokat kell találnunk. A kizárólag emberközpontú társadalmak nem fenntarthatók! Az akut társadalmi problémáink többsége visszavezethető a jelenlegi energiatermelési, -birtoklási, ill. -elosztási folyamatokra. A jelenlegi állapot és a mai folyamatok fő tendenciái, az utóbbi mintegy éves technikai és gazdasági fejlődés eredménye, amelyre nem lehetünk büszkék. Az olaj- és szénhidrogén-lobbi hálójában vergődő politika lassan és késlekedve reagál a társadalmat fenyegető folyamatokra. Többnyire ésszerűtlen kompromisszumokkal odázzák el a valós döntések szükségességét, ezáltal saját maguk növelik azt a kockázatot, amelyet inkább hivatottak lennének csökkenteni. Erőműveink elaggottak, felújításuk nem gazdaságos, ugyanakkor a világ energiaigénye egyre nő, még azon területeken is, ahol a lélekszám csökken! 7

8 1. ábra. A Napkorszak Az egész emberi faj, az emberiség érdeke, hogy az energiatermelés és -elosztás mielőbb új technikai eszközökkel és új formákban történjen. Azonnali új tudományos világképre van szükség, a társadalmi és üzleti élet minden területén. Ez valószínűleg jelentősen befolyásolja majd a hatalmi szerkezeteket is. Elsősorban az energiatermelés-, elosztás és -felhasználás hatékonysága a leginkább érintett területek. Mindent meg kell tenni ahhoz, hogy az emberiség a jelenlegi állapotból mielőbb eljusson a Napkorszakba melynek kapui már nyitva állnak. A problémákra a választ az új technológiák mielőbbi bevezetése adja meg, és ehhez szakképzett munkások sokasága szükséges. 8

9 Rövid összefoglaló a napelemek működéséről A napenergia hasznosítása Mi a napenergia, és milyen formái vannak? A napenergia-hasznosító eszközök működésének megértése és az alapvető alkalmazási lehetőségek feltárása nem képzelhető el az energiaforrás ismerete nélkül. A földi élet energetikai alapját a napenergia jelenti. Ez ma a legfontosabb energia a földön, ez táplálja a Föld növény- és állatvilágát. A napenergia és a földhő (környezeti hő) jelenti a leghatalmasabb és kimeríthetetlen energiaforrásunkat. Az emberiség energiaigénye hosszútávon csak ezen források bevonásával elégíthető ki. A megújuló energiák csoportjai a következők: napenergia szélenergia vízenergiák talajhő geotermikus (geotermális) energia biomassza. A szél, a vízenergiák és a biomassza mind a napenergia leszármazottjai, a Nap gyermekei. A nap mintegy W teljesítménnyel sugároz, viszonylag egyenletesen és folyamatosan. A tudományos becslések szerint ez az állapot várhatóan még több száz millió évig fennmarad. Hogy ez valójában mekkora teljesítmény, akkor tudjuk értékelni ha összehasonlítjuk az általunk épített erőművek teljesítményével, ami erőművenként tipikusan MW. A Nap erőteljes sugárzást bocsát ki magából. A földi élet szempontjából a legfontosabb a Nap elektromágneses sugárzása (a nm hullámhossztartományban), amelynek egy viszonylag kis részét fény ( nm) és hő ( nm) formájában közvetlenül is érzékeljük. Ez a sugárzás közvetítőközeg nélkül az űrből jut a Földre. A Föld külső rétegéhez érkező sugárzás egy része visszaverődik, a másik része a Föld légkörébe belépve megtörik és lejut a Föld felszínére (2. ábra). Ezt az energiát a földi élet és az emberiség több millió éve használja. Az évmillárdok alatt elkorhadt növényi és állati testek ezt az energiát kőolaj, földgáz, szén, lignit formában őrizték meg. Nap I O hs G O G hmax Légkör Föld G 0 a Földön kívüli sugárzás G hmax a maximális besugárzás tiszta égbolt esetén Egyenlítő 2. ábra. A Föld felszínéhez érkező sugárzás ϕ 8

10 A mintegy 400 millió évvel ezelőtt keletkezett készlet véges, egyszer elfogy. Bár a termelődés folyamata ma is tart, emberi léptékkel mérve ez jelentéktelen, a felhasználás ugyanakkor jelentősen felgyorsult. A légkörön való áthaladás során a sugárzás többféle torzulást és veszteséget szenved. Az a tiszta energia, amelyet a Nap bocsát ki, a Föld légkörében lévő anyagok (maga a Föld légkörének gázösszetétele: vígőz, egyéb gázok, por, szennyezések, felhő stb.) jelenléte és hatása miatt megváltozik. A napsugárzással foglalkozó tudományok ezeket a változásokat rendszeresen figyelik. A hasznosítás szempontjából a következő jellemzőket célszerű figyelemmel kísérnünk: a sugárzás hullámhossz szerinti eloszlása (spektrális eloszlás), erőssége (a besugárzás alapértéke, erőssége), a szórt és a direkt sugárzás aránya, amely a földrajzi helye függvényében és évszakonként is változik. A légkör külső felületére lényegesen erősebb sugárzás érkezik, azonban mire ez a földfelszínre jut, egy része elnyelődik, elvész, számunkra csak a maradék (mintegy %) jelenti a felhasználható forrást. Azonban ez is jelentős érték. A hasznosítás szempontjából számunkra ezért a földfelszíni sugárzás mértéke és viselkedése a mérvadó. Érdemes megjegyezni, hogy a földfelszínre jutó napenergiából mintegy 23 % fordítódik a vizek földi légkörben történő körforgásának fenntartására. A 3. és 4. ábra a beérkező és a légkörön áthaladó sugárzások energiatartalmának megoszlását mutatja. Figyeljük meg hogy a légkörben lévő vízgőz stb., egyéb szennyezések hatásaként bizonyos energiasávok egyszerűen eltűnnek a besugárzásból. A megvál- tozások, eltűnések mértéke attól is függ, hogy a sugárzás valójában mekkora utat tesz meg a légkörben (áthaladási úthossz). A napenergia-ipar egyik fontos szabványos alapértéke az AM-érték* is ehhez a jelenséghez kötődik. A napállandó hivatalos értéke: 1366,1 W m 2 (SI unit) ± 0,37 %, azaz minden egyes négyzetméterről, megfelelő eszközökkel, ideális esetben 1366 W teljesítményt lehetne kinyerni. (Bizonyos irodalmakban más, ehhez közeli értékek is előfordulnak, pl. I 0 = 1367 W/m 2. Azt mondhatjuk, hogy az W/m 2 értékek is elfogadhatók). A napállandó értéke különféle mértékegységekben Napállandó 1366,1 W m 2 (SI unit) ± 0,37 % 0,13661 W m 2 136,61 mw m 2 1, erg m 2 s 1 126,9 W ft 2 1,959 cal cm 2 min 1 (± 0,03 cal cm 2 min 1 ) 0,0326 cal cm 2 s 1 433,4 Btu ft 2 h 1 0,1202 Btu ft 2 h 1 1,956 Langleys min 1 A Föld és általában a tárgyak nem csak elnyelik, de egyben kisugározzák is az energiát. Ezt a jelenséget albedónak nevezzük. (A Föld átlagos albedója az űrből nézve 5.) * AM (Air Mass, levegőtömeg) azt jelenti, hogy a számunkra érdekes sugárnyaláb mekkora utat tesz meg a légkörben. Az iparban az AM1,5 érték az elfogadott. Ez mintegy 48 -os becslést jelent a zenit irányához képest. 9

11 Napsugárzás erőssége a hullámhossz függvényében, kw m 2 /µm 2 1,5 1 0,5 O 3 H 2 O O 2, H 2 O H 2 O H 2 O, CO 2 a) 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 Zöld vonal: A feketetest sugárzása 6000 kelvin hőmérsékleten Hullámhossz, µm Piros vonal: AM0 besugárzási eloszlás Kék vonal: A jellegzetes elnyelődések és okaik Spektrális besugárzás, W/m 2 /nm 2,5 2 1,5 UV Látható Infravörös A napfény a felső légkörben Az 5250 C-os feketetest spektuma 1 H 2 O A sugárzás a tengerszinten 0,5 H 2 O H 2 O CO 2 H2 O b) Hullámhossz, nm 3. ábra. A Földre érkező sugárzás energiatartalmának megoszlása a) a napsugárzás erőssége; b) a napsugárzás hullámhossz szerinti eloszlása (spektruma) 10

12 A kisugárzás mértéke az adott tárgy energiaelnyelő képességével arányos. Minél több energiát nyel el egy test, annál többet képes kisugározni (l. Wien-féle sugárzási törvény) Ismeretes hogy a friss hó mennyire vakít. A friss hónak igen nagy az albedo értéke, %. A napenergia-hasznosításban, ezért a napelem-rendszerek közelében lévő tárgyak, felületek nagyobb albedó értékének hozamnövelő jelentősége van. 107 A visszavert napsugárzás, 107 Visszaverődés a felhők és az atmoszféra részecskéi miatt, 77 A felület által visszavert, A beérkező napsugárzás, 342 A légör által elnyelődött 67 Rejtett hő A légkör által kibocsátott, Üvegházhatású gázok Visszasugárzás Kimenő hosszúhullámú sugárzás a) A felület által elnyelt, 168 Termikus kisugárzás, 24 Elpárolgott, 78 Felszíni kisugárzás, 390 A felület által elnyelt, 324 Megjegyzés: a számok mértékegysége cal/cm 2, nap Visszaverődés Felső légkör Légkör (elnyelődés) Felhők (szórás és elnyelődés) Közvetlen Por (légkörben lebegő) okozta szórás Szórt b) A Föld felszíne 4. ábra. A napsugárzás megoszlása, hasznosulása és elnyelődése a légköri hatások következtében a) megoszlás és hasznosulás; b) elnyelődés 11

13 A földfelszíni sugárzások milyenségét és változását más tényezők is befolyásolják. Ilyenek pl.: a Föld Nap körüli pályájának alakja, a keringés jellemzői, a Föld forgástengelyének a keringési síkhoz viszonyított hajlásszöge. M. Milankovics tárta fel elsőként ezeket az összefüggéseket, amelyek Földünkön az évszakok változását okozzák (5. ábra). A Föld Nap távolság mintegy 150 millió km. A keringési pálya nem pontosan kör alakú, ezért a Nap nem pontosan középen van, és ez egyben azt is jelenti, hogy hol közelebb, hol távolabb vagyunk tőle. Ez jelentős különbségeket okoz a besugárzás szempontjából. Az időjárás változásának egyik legfőbb oka azonban mégsem ez, hanem a Föld forgástengelyének a ferdesége. Sarkcsillag Billenés Téli napforduló (dec. 21.) Napközel Tavaszi napéjegyenlőség (márc. 20.) Az ekliptika Márc. 20. normálisa Őszi napéjegyenlőség Jún. 21. (szept. 22.) Szept. 22. Dec. 21. Ősz Nyár évvel ezelőtt Fókusz Fókusz Jún. 21. Szept. 22. Naptávol (júl. 4.) 146 millió km 151 millió km Nap Dec. 21. Márc. 20. Tél Az elipszis közepe Tavasz Nyári napforduló 5500 évvel ezelőtt Föld (jún. 21.) Keringési pálya Szept. 22. Dec. 21. Márc ábra. Földünkön az időjárás változékony. Ennek egyik fő oka a Föld Nap körüli keringésének jellemzői, amelyet Milankovics-ciklusoknak nevezünk Ma Jún ábra. Magyarország éves globálsugárzástérképe (dr. Tar Károly közlése alapján) MJ/m 2 < >

14 A Föld Nap körüli keringésének jellemzőit összefoglalóan Milankovics-ciklusoknak nevezzük. A Föld görbültsége, a tengely körüli forgás, és a Föld Nap körüli keringése következtében a napsugárzás erőssége a földfelszín különböző pontjain eltérő lehet, és természetesen függ a légköri, ill. időjárási viszonyoktól is (6. ábra). A besugárzások adatait világtérképeken, helyi térképeken ábrázolják, ill. táblázatokban, ún. besugárzási idősorokban rögzítik. Minél több évszámra terjed ki az idősor, annál értékesebb. A megfelelő megbízhatóságú idősorokat méretezésekhez lehet használni. Meteorológiai, ún. besugárzási térképek alapján jól összehasonlíthatjuk ezeket az értékeket Földünk különböző pontjain (7. ábra). Azt tapasztalhatjuk, hogy a legkisebb, ill. legnagyobb érték között alig van 4-5-szörös különbség. A sugárzás értékét több mértékegységgel is mérik. A meteorológusok a (cal/cm 2 nap) egységet használják, de elfogadott a W/m 2 besugárzási teljesítménysűrűség (insolation), ill. a kw h/m 2 év fajlagos energiahozam (8. ábra). Magyarországon a téli nyári besugárzások aránya mintegy 1 : 5 1 : 6. A 9. ábra Európa besugárzási térképének egy változatát mutatja. Érdemes felfigyelni arra, hogy az adatok sok több helyen jelentős eltérést mutatnak a hosszútávú (25 éves) hivatalos magyar mérési eredményektől. Évi napfénytartam A napsugárzás évi összege Sokévi átlag órákban kw h/m 2 év ábra. Magyarország hivatalos napfénytartam- és besugárzás-térképe az OMSZ adatai alapján (2002, Dunasolar-Gaiasolar archívum) 13

15 E W h/nap (40 watt a-si) Kecskemét Szeged Pécs Budapest Miskolc Napi átlagok Jan. Febr. Márc. Ápr. Máj. Jún. Júl. Aug. Szept. Okt. Nov. Dec. kw h/év 8. ábra. Energiahozamok várható eloszlása Magyarország területén 1 db 40 W-os DS40 típusú amorf szilicium napelemmel mérve (Dunasolar-Gaiasolar archívum) 9. ábra. Európa besugárzástérképének egy változata a JRC kutató központ közlésében > > 14

16 Sugárzási formák A hasznosítás szempontjából horizontális, direkt és szórt sugárzási formákat kell megkülönböztetnünk. Az esetek többségében a szórt és direkt sugárzás mindig jelen van, arányuk és értékük nagymértékben változhat az időjárástól függően. Bizonyos eszközök (vákuumcsöves kollektorok és a vékonyréteg-napelemek) jobban hasznosítják a szórt sugárzásokat, ezért adott esetben ezek jelentik a többlethozamokat. A 10., 11. és 12. ábrákon a sugárzást felfogó helyzeteket mutatjuk be. A 13. ábra Berlin területén mért direkt/diffúz sugárzás arányát mutatja be. Figyeljük, meg hogy az erőteljes direkt sugárzás esetében (napos idő) is jelentős a szórt sugárzás értéke. Jelenlegi tudásunk szerint a napenergia hasznosításának két alapvető formáját ismerjük: a napkollektort és a napelemet. D Diffúz (szórt) sugárzás (főleg a légkör és a felhők miatt) G Globálsugárzás (B + D) 11. ábra. A ferde szögű telepítés besugárzási viszonyai R B Ferde szögű felületen Direkt sugárzás (nem merőleges) Visszavert sugárzás (albedo) D Diffúz (szórt) sugárzás (főleg a légkör és a felhők miatt) D Diffúz (szórt) sugárzás (főleg a légkör és a felhők miatt) B Direkt sugárzás B Direkt sugárzás (merőleges) G Globálsugárzás (B + D) G Globálsugárzás (B + D) R Visszavert sugárzás albedo) Vizszintes felületen 10. ábra. A globálsugárzás összetevői Normál helyzetű felületen 12. ábra. A Napkövető rendszerek besugárzási viszonyai 15

17 kw h/m 2 d Közvetlen sugárzás Diffúz (szórt) sugárzás Jan Febr. Márc. Ápr. Máj. Júni. Júli. Aug. Szept. Okt. Nov. Dec. 13. ábra. Közvetlen és diffúz (szórt) sugárzás napi lefolyása Berlinben A napkollektor Növényeink, állataink több millió év óta hasznosítják a napenergiát hőenergia formában sütkéreznek a napon, így gyűjtik össze az energiát. Az ember által készített technikai eszközöket, amelyek szintén a Nap hőjét gyűjtik össze, napkollektornak nevezzük. A napkollektor tehát energiafelfogó (-gyűjtő) eszköz, energiát nem alakít át. Mivel a Nap sugárzási erőssége a hosszabb hullámhosszakon ( nm) is jelentős, ezek a felfogóeszközök hatékonyan működnek. Főbb alkalmazási területek: uszoda- és medencefűtés, használati meleg víz készítés, és bizonyos kialakításokban fűtésrásegítés. Ez esetben azonban tudnunk kell, hogy a fűtés hőenergia-igényét csak részben képesek ellátni. A kereskedelemben sokféle kollektor kapható, két fő csoportjuk: a sík kollektor és a vákuumcsöves kollektor. A napelem Az olyan eszközt, amely a napenergiát elektromos energiává alakítja át, egyedül az ember tudott készíteni: az a napelem (elterjedt angol neve solar PV, azaz: solar PhotoVoltaic). Az első napelemeket az űrkutatás igényei hozták létre. A napelem energiafelfogó, -gyűjtő eszköz és a fényenergiát villamos energiává alakítja át. A napelem kimenetén egyenfeszültségű villamos energiát nyerhetünk. A napelem félvezető eszköz, többnyire sziliciumből készül, de vannak olyan technológiák (főleg űrtechnika), amelyek egyéb anyagokat pl. Ga-As (gallium-arzenid) használnak. A napelem igazából egy igen nagy méretű (0,5 1,5 m 2 ), félvezető alapú, fényre érzékeny energiaátalakító eszköz dióda, 16

18 amelyben a fény hatására a töltéshordozók szétválnak. A dióda alapvetően egy PN (PiN) rétegszerkezetű félvezető eszköz. Ennek megfelelően a hagyományos napelemeknek mindig egy (vagy több) p-i-n diódaszerkezet az alapja. Ezt a p-i-n szerkezetet szelet alapú félvezetőn vagy egyéb hordozón (vékonyréteg) alakítják ki. Az energiát a hermetikus kivezetéseken kapjuk meg. A biztonságos kezelés, szerelés érdekében a p-i-n rétegeket hermetikus üveg/fólia vagy üveg/üveg védelemmel és alumíniumkerettel látják el. A fény (fotonok) hatására szétvált elektron lyuk párt excitonnak nevezzük. A 100 foton energia hatására szétvált exciton párok száma adja tulajdonképpen a napelem primer vagy alap hatásfokát. Az energiahozam azonban még nyolc egyéb tényezőtől is függ! A primer átalakítás hatásfok értékei: a vékonyréteg-napelemeké 5 12 %, a polikristályos napelemeké % és a monokristályos napelemeké %. Ez azonban korántsem jelenti azt, hogy a legnagyobb hatásfokú napelem termeli a legtöbb energiát. Az energiatermelő képesség legkomplexebb mérőszáma a termelési hatékonyság (angolul PR, performance ratio). Ipari méretekben 1987 körül kezdték alkalmazni. A napelemipar ma az egyik legnagyobb fejlődést felmutató iparág. Az éves fejlődési ütem mintegy %. Az alábbi táblázatban vázlatosan felsoroltuk a legfontosabb típusokat és azok hatásfokát. Fontos, hogy a megfelelő célra megfelelő napelemet alkalmazzunk, mert csak így lesz hatékony a rendszer. A 14. ábra a napelemek vázlatos keresztmetszetét és a működés elvét mutatja. A fény (foton) hatására az elektronlyuk-párok szétválnak. A P és N rétegek között elhelyezkedő I (insulation) szigetelőréteg tértöltése megakadályozza, hogy a töltések belül a napelemben azonnal egyesüljenek. Így a felületeken elhelyezett fémrétegen keresztül megindul egy külső áram, amely a fényből származik. A napelemek csak addig szolgáltatnak egyenáramot, amíg megfelelő fénysugárzás éri őket. A villamos kapcsolásokban a napelemet amennyiben szükséges a villamos helyettesítő képpel veszik figyelembe (15. ábra). Napelemek jellemzői Jellemző adatok A napelem típusa kristályos (c_si) polikristályos (p_si) amorf (a_si) Primer hatásfok, % Teljesítmény sűrüség, Wp/m Fajlagos energiahozam, kw h/kwp

19 Kivezetések Áram Fémezés Besugárzás N típusú réteg szabad elektron P típusú réteg lyuk Nagy energiájú elektronok Fogyasztó Hátsó fémezés A kis energiájú elektronok visszapattannak Negatív foszforral (P) szennyezett szilíciumréteg I kiürített rétegszigetelő Pozitív bórral (B) szennyezett szilíciumréteg 14. ábra. A napelem működésének vázlata R CS Fotovoltaikus áram Dióda Fogyasztó R CP R F 15. ábra. A napelem villamos helyettesítő rajza A napenergia-hasznosítás teljes folyamata A napenergia hasznosításra alkalmas teljes átalakítási folyamatának több fontos szereplője van, úgymint a napsugárzás, az időjárás, az energiafelfogó és -átalakító eszköz, ezek elhelyezése, kábelezése, további energiaátalakítók (inverter, akkumulátor töltő) és -tárolók (pl. akkumulátor). 18

20 Általános tudnivalók a házi rendszerekről Ma, a piacon sokféle technológiával előállított napelem létezik, számuk rohamosan nő a világon mintegy cég gyárt napelemet. Gyártónként átlagosan mintegy öt-tíz típust feltételezve, ez több ezer napelemféleséget jelent. A napelemes rendszerekkel való foglalkozás megköveteli a napelem mechanikai és villamos jellemzőinek, a rendszereknek és rendszerelemeknek az ismeretét. A szakma gyorsan fejlődik, ezért egy-három évente továbbképzés ajánlott. A tananyag ezen része elsősorban a kisebb, házi rendszerek szereléstechnikáját taglalja. A teljesség kedvéért megemlítjük az egyéb rendszereket is. A nagy napelem erőművek szerelése további mélyebb ismereteket igényel. A napelemek alkalmazásai az autonóm, önellátó, szigetüzemű árampótló megoldásoktól az ún. hálózatra visszatápláló napelemes rendszerekig terjednek. Villamos szempontból jelentős eltérés van a szigetüzemű rendszerek és a hálózati kapcsolattal kialakított rendszerek között. Ez utóbbi esetben a napsugárzásból nyert energia fel nem használt részét, egy az erre a célra szolgáló a hálózatra szinkronizáló inverteren keresztül, közvetlenül a kiépített közüzemi elektromos hálózatba juttatják. Ezért elöljáróban fontos megjegyezni, hogy utóbbi rendszerek szerelését, hálózatra kapcsolását, csak vizsgázott, e munkálatok elvégzésére engedéllyel rendelkező szakember végezheti. A tananyag jobb megértéséhez célszerű megismerni javasoltak az alábbi szakterületeket: a besugárzás alapjai, a napelem működése, konstrukciós lehetőségek, gyártástechnológia alapok, a napelem mechanikai és villamos jellemzői, ezek jelentése és értelmezése, villamossági alapismeretek, rendszertechnikai elemek (töltő, akkumulátor, inverter, állványok stb.), a rendszer felépítése. A szerelési művelet három fő feladatra osztható: a napelemek mechanikai felszerelése és rögzítése a kívánt helyen és módon; a villamos szerelés, kábelezés, kábelcsatornák, inverter és a többi villamos és villamos védelmi eszköz kialakítása, elhelyezése bekötése; bekapcsolások és az eszközök üzembe helyezése. Megbízhatóság A rendszer alapvető megbízhatóságát az egyes elemek (egységek) minősége, megbízhatósága és a szerelő személyzet képzettsége határozza meg. Ne feledjük a megbízhatóság ugyan fontos rendszerelem, a piacon eladható, pénzt ér, de soha nem vásárolható készen! Mindig mi hozzuk létre, a választott anyagokkal, munkánkkal, szakértelmünkkel odafigyelésünkkel. 19

21 A szerelés anyagai Fontos hogy a szerelést megfelelő anyagokkal és szerszámokkal végezzük. Ezek használata csökkenti a kockázatot és hozzájárul a minőséghez, sok esetben még az energiahozamokban is kimutatható. Javasolt, hogy jó minőségű vízmentes csatlakozókkal végezzük a szerelést házi gyártmányokkal nem érdemes kísérletezni, az olcsó ár később drága mulatság lehet. Ma már több cég gyárt minőségi csatlakozókat, kábeleket. A kábel és a csatlakozó látszólag szerény szürke eminenciás a rendszerben, de soros kapcsolatuk miatt esetleges rossz érintkezésük igen sok bosszúságot okozhat. Egy hibás invertert viszonylag könnyű azonosítani. Egy több kilométer hosszú, több ezer csatlakozót tartalmazó kábelrendszerben hibát keresni már nehezebb feladat. A szerelés szerszámai A napelemes rendszerek szerelőszerszámait két fő csoportra oszthatjuk: a mechanikai rögzítés és a villamos szerelés szerszámaira. Csak megfelelő, hibátlan szerszámmal dolgozzunk, mert a helytelen választás könnyen megbosszulja magát: selejt keletkezik, vagy esetleg baleset következik be, vagy mindkettő. A szerszámokat a műveletek jellegétől függően kell megválasztanunk. Itt a gyakorlatnak nagy szerepe van. A mechanikai rögzítés szokásos szerszámai: vágó-, szúró-, daraboló-, ütőszerszámok, csavarbehajtó eszközök (villamos kézifúró) kalapács (ritkábban), csavarhúzók különféle célfejekkel, villáskulcsok, dugókulcsok, nyomatékkulcs, vágóeszköz. A szerelés helye A szerelés helyét több szempont és tényező együttesen határozza meg. Ebben helyet kapnak a szakmai követelmények, vevői igények, hely- és felületigény, biztonsági tényezők, pályázati feltételek stb. A rendszertervező előírhatja a szerelés pontos helyét vagy annak főbb jellemzőit. A szerelés módozatai A szerelés módozatait is többféle tényező együttes figyelembevételével kell megállapítani. A rendszertervező vagy gyártó előírhatja a felszerelés pontos módját, anyagait vagy annak főbb jellemzőit. A szerelést végző személynek ezt be kell tartania. Kockázati tényezők A napelemek túlzott vagy mértéktelen használatának nincs kockázata. A nagyobb kockázat inkább a kivitelezések körül szokott lenni. A szerelések során a cégek munkásai többnyire szakszerűen végzik a dolgukat, ám mégis fontos felhívni a figyelmet a következőkre: védősapka nélkül ne másszunk fel a tetőre, ne készítsünk jelöletlen kábeleket, mindig nyomatékkulccsal húzzuk meg az akkusaruk csavarjait, helyes sorrendben kössük össze a szigetüzemű rendszereket, szerelés közben ne lépjünk rá a napelem közepére, ne ejtsük rá a szerszámot a napelemre, a megfelelő keresztmetszetű kábellel szereljünk, sérült napelemeket ne tegyünk be a rendszerbe, ne alkalmazzunk rosszul csupaszított (blankolt) kábelkötést, szerelés közben ne zárjuk rövidre az akkumulátor (napelem) kapcsait, ne dobjuk el a csikket, főleg ne a Figyelem gyúlékony anyag feliratú dobozba, ne dobáljuk szanaszét a szerszámokat, és még lehetne sorolni hosszasan a megfontolandó dolgokat. 20

22 Mechanikai szerelés A mechanikai szerelés az adott napelem(ek) adott helyen, adott helyzetben való biztonságos és működőképes rögzítését jelenti. A szerelés kulcskérdései A szereléshez többnyire bontható rögzítőelemeket használunk. Az anyagok megválasztásában a szerelőnek viszonylagos szabadsága van hacsak a tervező szigorúan nem írja elő a módszert és az anyagokat is de mindenképpen gondoljuk arra, hogy mintegy 20 év időtartamra építünk! Ennek megfelelően gondosan járjunk el (pl. korrózióvédelem). A napelem gyártója is előírhatja a napelem szerelési módját és anyagait. Ezen utasítások betartása fontos, mert összefüggenek a termék szavatosságával, vagyis a garanciával. A napelemek üvegből vannak, többnyire törékeny eszközök, ezért a szerelésnél különös gondossággal kell eljárni. A napelemek felületét SOHA ne érintsük fémmel, kővel, kemény anyaggal, főleg a hátoldal sérülékeny (az üveg-üveg lezárású napelemek karcokra kevéssé érzékenyek, de a műanyag Tedlar borítással ellátott napelemek hátoldala sérülékenyebb). A pici, jelentéktelen sérülésre mutat példát a 16b ábra. A sérülés felülete kicsi és jelentéktelennek látszik, ám a modul nedvességvédelme megszűnt! A napelem néhány hónapig, évig esetleg működhet, de a nedvesség miatti minőségromlás azonnal megindul. Ilyen sérült napelem nem javítható házilagos eszközökkel, beépítése nem javasolt. a) b) 16. ábra. A hátoldalon a Tedlar védőrétegben, sérült napelem. A dobozban lévő 38 db napelemből a szélső helyen lévő sérülését a villástargonca villája okozta a) sérült doboz; b) sérült napelem 22

23 Tennivalók a szerelés megkezdése előtt A szerelési műveletek megkezdése előtt számos fontos tennivalónk van, amelyek megkönnyítik a szerelést, vagy hozzájárulnak a jobb minőséghez. Előkészítés szállítás anyagmozgatás A beszerzési folyamathoz tartozó művelet a szállítás. A szállítás ide értve a munkaterületen belüli anyagmozgatást is, balesetveszélyessége és az áru sérülésének veszélye miatt a szerelés egyik legkritikusabb része. Gyakorlott és tapasztalt szerelők, alacsonyabb helyekre többnyire a kezükben vagy hátukon viszik fel egyesével a napelemeket. Ezzel nincs is gond, mert némi gyakorlattal és odafigyeléssel ez megtanulható. Mindig tartsuk szem előtt: üveget, és jelentős értéket képviselő eszközt szállítunk. Az üveg törése komoly baleseteket okozhat, ezért a balesetvédelemre mindig komolyan fel kell készülni. Új munkatársak mellett gyakorlott dolgozó jelenléte javasolt. Mindig tervezzük meg és cselekvés előtt jól gondoljuk át a teljes szállítási folyamatot. Ha megszokott, biztonságos, korábban már bevált módszereink vannak, ezen ne változtassunk SOHA indokolatlanul! A kisebb rendszerek (HMKE, azaz háztartási méretű kiserőmű, 2008 VET) esetében a szerelés helye többnyire egy vagy több lakószintes családi ház. Vegyük figyelembe, hogy már az egyszintes esetekben is (max. 6 8 m magasság) a tetőre szállítás gyakorlatot és figyelmet igényel. A szerelési helyszín többnyire a tetőt jelenti, a szerelési magasságba a következő módokon szállíthatunk. Egyedi, egyesével történő szállítás kézzel vagy emelőszerkezettel (csiga, emelőkocsi, emelődaru). Sok esetben, pl. ha terepen vagyunk, távol minden civilizált helytől, nincs is választásunk. Ha mégis van egyéb lehetőségünk, ezt a módot akkor érdemes választani, ha a szállítási (emelési) magasság nem nagyobb 2 6 m-nél, vagy a szállítandó napelemek száma nem több 1 20 db-nál. Hasznos az alpintechnika megtanulása és alkalmazása. 17. ábra. Háton történő szállítás a szerelés helyére 23

24 Ha gyakran kell ugyanazon típusú berendezést szállítani, érdemes segéd- vagy céleszközöket készíteni és használni. Csökkenthetjük a baleseti kockázatot szállítókalodák alkalmazásával. Egy kézi (háton történő) szállítást mutatunk be a 17. ábrán. Csoportos szállítás külső emelőlifttel, daruval stb. Ezt akkor érdemes használni, ha ezzel csökkentjük a baleseti kockázatot, csökkentjük a szerelési időt, és ha egyáltalán van erre lehetőség a helyszínen. Ügyeljünk a szállítandó anyagot rögzítő kötésekre! Az áru könnyen leeshet, megrepedhet. A gondatlan 18. ábra. Napelemek ládában történő kiszállítása erőművi szereléshez szállítás akár rejtett mikrorepedéseket is okozhat az üvegben, amelynek hatására a napelem gyorsan (egy-három év) tönkremehet. Egy 260 Wp -os napelem ára akár Ft is lehet. Indokolt esetben javasolt szállítás előtt/után minőség-ellenőrzést tartani. Földi telepítésű nagyerőművek kiterjedése több hektár is lehet. Az is előfordulhat, hogy rossz terepi viszonyok között kell szállítani villástargoncával, akár kilométeres távokon át (18. és 19. ábra). Magasabb épületek (4 20 emelet) esetében javasolt és a legbiztonságosabb megoldás (az áru és a személy számára is!) a belső szállító teherliftek igénybevétele. Bizonyos technikákkal (pl. alpintechnika) az épületen kívül, is szállíthatunk biztonságosan. Az alpintechnika elsajátítása külön ismereteket és gyakorlatot igényel. Mindenesetre ebben a szakmában nagyon hasznos és sok előnye van, érdemes megtanulni. A 20. ábra az alpintechnika előnyeit mutatja be egy 6 m-es oszlopszerelés esetében. Az energiaellátó állomás, az erdőben lévő környezetvédelmi monitoring rendszerben készült. Bizonyos esetekben (főleg lapostetős födémszerkezetek) nemcsak a napelemet kell szállítanunk, hanem esetleg súlyos akkumulátorokat is. Mindig gondoljuk át előre a feladatot, és válasszunk biztonságos technikát. 19. ábra. Napelemek csoportos szállítása villás targoncával 20. ábra. Szerelés alpintecnikával 24

25 A 21. ábra Magyarország első hálózatra tápláló erőművének szerkezetalapozó építését mutatja be. Az építési terület a gödöllői egyetem négy emeletes kollégiumának lapostetője. Bizonyos esetekben tagosított több elemből álló előre szerelt napelemegységekkel is találkozhatunk. Ezek előnye, hogy a szerelési idő jelentősen felgyorsítható, a hibalehetőség csökken, hiszen számos műveletet nem a szédítő magasban, a forró, perzselő tetőn, egylábon egyensúlyozva, kell elvégezni, hanem kényelmesen a földön lehet dolgozni (22., 23. és 24. ábra). 23. ábra. Integrált napelemek szerelésének menete 21. ábra. Betonszállítás négyemeletes magasságba (Gödöllő, SZIE, 2005) 24. ábra. Integrált, előre gyártott napelemház szerelése 22. ábra. A New York Times Bulding szerelése, a-si tagosított, előre gyártott napelemekkel (Dunasolar-EPV technológia) 25

26 25. ábra. A tetőn való szerelés veszélyei és a biztonság Hasznos tanácsok Ne szállítsunk a magasba felesleges dolgokat, mert azt egyszer majd le kell hozni! A teheremelés különösen nagy magasságokba külön szakma! A tetőn többnyire igen meleg van! Nehéz kapaszkodni. A szerelést nehezíti a magasság és a napsütés. Amit lehet, szereljük meg a földön! A tetőn mindig használjunk biztonsági kötelet! Egy ember, egyedül sose dolgozzon a tetőn! Baj esetén nincs segítsége. Mindig lassan, óvatosan, átgondoltan dolgozzunk! Ez egy veszélyes munka, amelyet gyakorolni, tanulni kell! (25. ábra) a) b) 26. ábra. Az alapvetően tengerentúli és összetett szállításra kifejlesztett Dunasolar szállítódoboz még 4 m magasból történő leejtés esetén is részben megvédi a 40 W-os a-si napelemtáblákból álló szállítmányt a) keményhabbal bélelt OSB szállítóláda összetett szállításhoz. A láda a napelemet nyolc ponton rögzíti; b) megtöltött láda a felső rögzítőhabbal Kicsomagolás A napelemeket többnyire a gyártó (nagykereskedő) csomagolja be. Ez a csomagolás megfelelően védi a napelemet akár tengerentúli vagy összetett szállítás esetén is. A jó csomagolás erős, védelmet ad, és egyszerűen bontható. A megfelelően elkészített csomag bontásához nem kell kalapácsot, feszítővasat vagy más agresszív eszközt használni, mert ezek károsíthatják a napelemet. Gyakran csavarhúzó vagy kés elegendő ( ábra). 27. ábra. Isofoton napelemszállító doboz (kettős papír hullámlemezbe csomagolt napelemek) 26

27 Furnérlemez szállítódoboz Szállított darabszám: 25 egység dobozonként A szállítóláda külméretei: hossz: 1,450 mm szélesség: 1,15 mm magasság: 1,110 mm A láda tömege 590 kg Egymásra helyezés: max. két láda Furnérlap 1,450 1,150 Kötőszalagok a) 1,110 Kicsomagolási utasítás és figyelmeztető feliratok cimkéje Fémlemez Szállítási felirat (dokumentáció) Fa raklap A termék kicsomagolási utasítása Nyissa ki ezt az oldalt és húzza ki a napelemet. Kérjük kövesse a csomagnyitási utasításokat Nyitási eljárás B C D E F G H I A csomag külsö megjelenési képe a megérkezéskor. Figyelem! Helyezze a csomagot sik felületre a földre. B I Polietilén kötőelemek Nyitási utasítás lépés Vágja el az B, E, F, G, H, és I kötőszalagokat. Figyelem! A C, D kötéseket ne vágja el addig, amíg nem vette ki a napelemeket. Kérjük kövesse a leirt tanácsokat a napelem felszerelésénél: A napelemeket úgy kell felszerelni, hogy az ALU-keretben lévő kerek és szögletes nyílásokat semmiképp se takarjuk el. b) lépés Távolítsa el a furnérlemez oldalt a kicsomagolási utasítás szerint. 3. lépés Húzza ki egyesével a napelemeket. 28. ábra. A csomagolás méreteit fontos megadni a szállító számára is a) a csomagolás méretei; b) gyári nyitási utasítás 27

28 megfelelnek a feladatnak, az többnyire elegendő. Ennek hiányában a megfelelőséget nekünk kell ellenőrizni. A megfelelőséget ellenőrizhetjük megtehetjük úgy is, ha a szállítójegyzéket (vagy adatlapot) összehasonlítjuk a napelem hátoldalán lévő adattáblával. Ez a legegyszerűbb formai ellenőrzés. Ha kétségek merülhetnek fel az adatok valódiságát vagy hitelességét illetően, akkor a további ellenőrzést műszeres eszközökkel kell megtenni. Tájékoztató méréseket el lehet végezni a terepen is, de ezek nem tekinthetők hitelesnek, többnyire csak magunk megnyugtatására szolgálhat. A paramétereket csak felkészült, akkreditált laboratóriumban, megfelelő szakemberek bevonásával lehet hitelesen ellenőrizni. Ilyen laboratóriumok pl., JRC, ISPRA, Fraunhofer intézet, TÜV stb. 29. ábra. A helyes csomagolás. Kartondobozos élvédett, raklapos csomagolás légi szállításhoz Előfordulhat, hogy olyan napelemeket kell felszerelnünk, amelyeket nem mi szereztünk be. Ezért a munkálatok megkezdésekor meg kell győződni arról, hogy a szerelésre beérkezett napelemek megfelelők-e? Ehhez a következőkre kell választ adnunk: a terv szerint megfelelő-e, a feladatnak megfelelő-e, a szerelési helyszínnek megfelelő-e, a rendelés paramétereinek megfelelő-e, sérült-e a napelem, egyéb. Ha megkapjuk a beszállító (vagy a rendszer tervezője) ún. megfelelőségi nyilatkozatát arra vonatkozóan, hogy a szállított eszközök A gyári csomagolás ellenőrzése Fontos, hogy meggyőződjünk arról, hogy az áru az eredeti gyári csomagolásban érkezett-e hozzánk a szerelésre. A gyártók saját jól felfogott érdekükben többnyire gondos csomagolást alkalmaznak, amely megfelel a szállítási módnak (szárazföldi, tengeri, légi, összetett stb.). Ha sérült a csomagolás, nagyon valószínű, hogy a napelem is sérült. A reklamálást mindig a helyszínen a szállító jelenlétében kell elvégezni, mert utólagosan szinte semmit nem lehet elfogadtatni (30., 31., és 32. ábra). A kicsomagolás során leggyakrabban tapasztalt hiányosságok: törötten érkező napelem vagy egyéb sérült áru, darabszámeltérés. 28

29 30. ábra. Napelemeket tartalmazó dobozok szállítása targoncával 31. ábra. A csomagolás sértetlenségének ellenőrzéséhez ajánlott a szállítmányt minden oldalon (alul és felül is) megvizsgálni, ezért azt fel kell emeltetni! 33. ábra. A sérült csomagolást mindenképpen alaposan meg kell vizsgálni, mert nagy valószínűséggel egy vagy több napelem is sérült. Javasolt, hogy a helyszinen bontsuk ki a csomagot Ha bármi hiányosságot észlelünk, javasolt Bontási jegyzőkönyvet felvenni. Ez a későbbi reklamációk, esetleges garancia érvényesítés alapjául szolgálhat. 32. ábra. Napelemmodulok csomagolás előtt A sérülésekről Hibajegyzéket célszerű felvenni. Hasznos, ha a helyszínen fényképeket is készítünk. A gyártó adatlapja tartalmazza a gyári STC feltételek alapján végzett mérések eredményeit. A leszállított árut szemrevételezni kell a külső sérülések szempontjából, szúrópróbaszerűen érdemes ellenőrizni a sorszámokat, és ha szükséges a teljesítményértékeket (33. ábra). 29

30 Szerszámok összekészítése, ellenőrzése Mielőtt megkezdjük a munkát, javasolt a majdan szükséges szerszámkészletet összeállítani, ellenőrizni, és a helyszínre szállítani. A nem megfelelő szerszám vagy hiánya is nagy bosszúságot okozhat. Képzeljük el, hogy hat-nyolc emelet magasságban dolgozunk tűző napon a tetőn, kollegánk egyszer csak szól: ugyan ugorj le mán a csavarhúzóért ( ábra)! 37. ábra. A szerelést jelentősen megkönnyítik az időszakos rögzítést biztosító rugós gyorsrögzítők (szigetelőszalag) 34. ábra. A mechanikai szerelési munkák fontosabb szerszámai 36. ábra. A szerelés szerszámai. Csak jó minőségű szerszámmal érdemes dolgozni 38. ábra. A villamos szerelési munkáknál igen fontos, hogy csak megfelelő minőségű szerszámokat használjuk 35. ábra. A mechanikai szerelési munkák csavarrögzítő szerszámai. Hasznos, ha minden csavarfajtához van szerszámunk. Ez főleg bizonyos fedelek nyitásánál előnyös 39. ábra. A villamos szerelési munkáknál az egyik legfontosabb a megfelelően szigetelt nyelű csavarhúzók, fogók használata. Ügyeljünk arra, hogy szerszámaink egyenfeszültségű villamos szigetelése 1000 Vdc (V) átütésű feszültségértéknél ne legyen kisebb 30

31 a) b) c) 40. ábra. Kábelvég rögzítő készlet. A legtöbb cég saját célszerszámokkal dolgozik. Igyekezzünk a szerelési anyagokat egy rendszeren belül tartani a) b) a) c) 41. ábra. Huzalvégcsupaszító célszerszámok több gyártótól a) huzalvég csupaszító oldalnézetben; b) felülnézet; c) egy másik típusú szerszám 43. ábra. A napelemek string (modul füzér) feszültségeit a legkönnyebben úgy tudjuk mérni, ha helyenként mérőpontkicsatolásokat hozunk létre a) mérőkábel pozitív polaritás; b) mérőkábel negatív polaritás; c) mérőkábelek helyszíni méréshez 44. ábra. Mérőpontkicsatoló elem (anya formátum) negatív polaritású pólussal (Y-leágazás) b) 45. ábra. Mérőpontkicsatoló elem (apa formátum) pozitív polaritással 42. ábra. A villamos szerelések helyességét célszerű azonnal ellenőrizni, erre a célra kiválóan alkalmas a multiméter vagy lakatfogó. Ügyeljünk a megfelelő méréstartományok meglétére a) multiméter; b) lakatfogó 31

32 A szerelés optimális idejének megválasztása A szerelés idejét többnyire nem mi választhatjuk meg. Az átadási határidők kötik a kivitelezők kezét. Valamennyire mégis van lehetőség a szerelés optimális idejének meghatározására. Ha magas tetőn dolgozunk, próbáljuk a kora reggeli, késő délutáni időszakokat kihasználni, mert ekkor nincs nagy meleg. Ez főleg kisebb munkákra vonatkozik. Nagyobb beruházások esetében a munkavégzés folyamatos és határidőhöz kötött. Gondoljunk arra is, hogy a napelem egy fényre működő egyenfeszültség termelőegység. A napelemet a NAP helyezi üzembe. Ha erősen süt a Nap, akkor a sorba kapcsolt napelemeken, az áramütés veszélye is nagyobb. A kültéren végzett munkákra (főleg tetőn) ideális időszak a március vagy az október-november. Ha az évszakot megválaszthatjuk, javasolt a nagyobb (hosszabb időt igénybe vevő) munkákat ezekben a hónapokban elvégezni. A tervdokumentáció ellenőrzése Pályázatok esetében szinte mindig követelmény a megfelelő szintű dokumentáció előállítása és csatolása. Hasznos, ha már a kivitelezéshez úgy fogunk hozzá, hogy ez a papírmunka készen van. Gyakorlott szerelő kisebb rendszereket bizonyos gyakorlat után akár rajzdokumentáció nélkül is képes felépíteni, de az elrendezések, bekötések írásban, rajzban rögzítése fontos, főleg az esetleges későbbi javítások, ellenőrzések miatt. Különösen fontos a tervdokumentáció megléte akkor, ha meglévő rendszereket kell átalakítani, javítani, bővíteni. Ez a megállapítás akár a sajátunkra is vonatkozhat. (Több év után szinte mindig adódnak a kérdések: ki szerelte ezt? Már nincs a cégnél? Mit is kell csinálnunk ott?) Kapcsolási rajz A kapcsolási rajz vagy vázlat a kisebb és nagyobb rendszerek esetében is hasznos. Bármilyen kis rendszert készítünk vagy esetleg átalakítunk, bővítünk, szinte felbecsülhetetlen értéke van egy olyan rajznak, amelyet mi magunk készítettünk nyugodt, átgondolt körülmények között, és azt a helyszínen gyorsan, bármikor elővehetjük. Ha meglévő rendszereket átalakítunk, javítunk, bővítünk, szerelünk, először mindig próbáljuk megszerezni az eredeti szerelési dokumentációt (villamos terv, tömbvázlat, kapcsolási rajz stb.) Próbáljuk megérteni a rendszer működését és csak ezután kezdjünk átgondoltan a munkálatokhoz. A napelemek ellenőrzése A napelemek esetében az alábbi ellenőrzéseket javasolt megtenni: Szemrevételezés. Az esetleges mechanikai sérülések feltárása, megállapítása, minősítése. A minősítés háromféle lehet: a serülés működési zavart okoz, a napelem beépítése TILOS, a sérülés nem jelentős, a napelem beépíthető (de meg kell jelölni a sérült eszközt), a sérülés jelentéktelen, a napelem beépíthető. Villamos ellenőrzés. A napelemek villamos jellemzőinek ellenőrző mérése vagy vizsgálata. Az ellenőrzés lehet terepi mérés, vagy funkcionális vizsgálat célkészülék segítségével. 32

33 46. ábra. A napelem ellenőrzése terepen, a felszerelés előtt 47. ábra. A napelem ellenőrzése, mérési gyakorlat a terepen, multiméterrel Javasolt a többi villamos eszköz (inverter, töltő, akkumulátor, kábelek stb.) ellenőrzése is (46. és 47. ábra). Műszerek A mechanikai szerelések esetében a műszerezettség nem túl nagy igényű. A feladatok többsége vízszintmérővel, hosszmérővel, tolómérővel, stb., megoldható. Egyet azonban fontos és érdemes megjegyezni. Az akkumulátor csatlakozócsavarjait nyomatékkulccsal kell meghúzni. A villamos szerelés egyszerűbb esetben alapműszerezettséggel megoldható. Multiméter esetében az alábbiakra figyeljünk: DC tartományban (feszültség, áram): 200 mv 1000 V-ig. 200 ma 100 A (50 A) elegendő; AC tartományban (feszültség, áram) Vac, 200 ma 20 A, többnyire elegendő; DC/AC mérésére alkalmas lakatfogó javasolt a rendszerbeállításoknál. Kisebb rendszereknél is előfordulhat, hogy a rendszerben van távadatlekérdezési lehetőség. Ez esetben javasolt egyéb műszerek használata, ill. ezeket tartósan beépíteni a rendszerbe ( ábra). 48. ábra. Multiméter és lakatfogó a munkaasztalon 49. ábra. Fagyálló és savsűrűség mérő 33

34 50. ábra. Fagyálló mérőcsomag 53. ábra. Meteorológiai adatgyűjtő állomás 51. ábra. Jelalak vizsgálat oscilloszkópos méréssel 54. ábra. Besugárzásmérés terepen a) b) c) 52. ábra. Napsugárzásmérők a) horizontális vagy globálsugárzás (HGI) mérésére; b) meteorológiai mérésekhez; c) dómfelülettel 34

35 a) 57. ábra. Terepi mérés felületi elpiszkolódások hatásának mérése b) 55. ábra. Árnyékhatások mérése a) terepen; b) polikritályos napelemen 58. ábra. Napelem felületi hőmérsékletének mérése optikai műszerrel ábra. Terepi gyakorlati mérés A szerelési hely ellenőrzése A szerelés közvetlen megkezdése előtt helyszíni szemlét kell tartani. Egyrészt a munkavégzés szempontjából, másrészt balesetvédelmi szempontból. Régi házak tetőinél előfordulhat, hogy a tető vagy födémszerkezet statikailag nem alkalmas a napelemek okozta többlettömeg, vagy az ebből származó másodlagos szélterhelés elviselésére. Kritikus vagy kétes esetekben erre vonatkozóan vizsgálatra, ill. szakértői vagy egyéb nyilatkozatra van szükség. Ha a területen más szakágak munkásai is dolgoznak ugyanabban

36 Épületre szerelés 59. ábra. Magyarország első napelemerőművének helyszíni szemléje (2004. dec.) Háttérben a felvonulási épület az időben, akkor velük is egyeztetni kell. Több napig tartó szerelés esetén zárt, biztonságos felvonulási területet célszerű kialakítani és ezt az átadás-átvétel időpontjáig fenntartani (59. ábra). A szerelési megoldások kiválasztása A rögzítési módszer (módszerek) kiválasztása több tényezőtől is függ. Elsősorban a napelem (ill. a gyártó) határozza meg a szerelés módozatát és anyagait, ugyanis az eltérő módon gyártott napelemszerkezeteket különféleképpen kell szerelni. Pl.: Hol fogom meg? A rögzítés helye a napelemen? Hova teszem? A gyakorlatban a következő szerelési helyzetek fordulhatnak elő a leggyakrabban. Tetősíkra szerelés. Itt figyelembe kell venni a tetők anyagát, amely lehet: különféle anyagból készült sátortető, kerámiacserép típusú anyagokkal fedett tető (Bramac), síkpalával héjalt tető, hullámpala, fémmel fedett tető, fémlemez tetők (korcolt, Lindab, Rannila stb.). Tetősíkba szerelés (tetőbe integrált). Lapostetőre szerelés. Ez lehet: tetősíkból kiemelt elrendezés, tetősíkban elhelyezett megoldások, műanyag fedőlemez borítású tetőre szerelés. A földi állványra szerelés lehet: állandó rögzítésű (Fix), oszlopra rögzítésű, forgatós állványokra (egy, ill. két tengely). Épületbe integrálva (BIPV) szerelés lehet: nem transzparens, transzparens, nem termoüveges, termoüveges. Járművekre szerelés lehet: időszakos, VIPV (Vehicle Integrated PV) állandóan rögzített járműbe integrált. FIGYELEM! A napelem gyártója előírhatja a napelem szerelési anyagait és formáját. Ezen utasítások betartása fontos, mert összefüggenek a termékszavatossággal, azaz a garanciával. A kereskedelemben kapható napelemek többsége ún. szerelésre kész állapotban kerül forgalomba, de előfordulhat, hogy több csatlakozóelemet vagy a kábelezést magunknak kell elkészíteni. 36

37 A gyakorlatban is előforduló főbb konstrukciók és tulajdonságaik a) Szelet alapú, üveg/tedlar borítású, ALUkeretes napelem, vízmentes bekötődobozzal, előszerelt xx m kábellel, polaritásjelölt csatlakozóval. Ebbe a kategóriába tartoznak a c-si/p-si, Ga/As stb. típusú napelemek. A napelemmodulonkénti szokásos teljesítménytartomány: W p. (Ezek a piacon ma leggyakrabban előforduló típusok). Szokásos teljesítménytartomány a kisebb teljesítményigények esetén 3 50 W p, nagyobb teljesítményeknél W p, névleges feszültségük 12, ill. 24 U dc (V). A kisebb teljesítményű típusokat tanya, horgásztanya, szabadidős elfoglaltságoknál szokás alkalmazni. Épületekre többnyire W p teljesítményű napelemet érdemes felszerelni (60. ábra). nekünk kell azt felszerelni. Célszerű, ha ezt a terveknek megfelelően még a földön, szállítás előtt tesszük meg (61. ábra). c) Vékonyréteg alapú, üveg/üveg tokozású merev napelemtábla, keret nélkül, vízmentes bekötődobozzal, előszerelt xx m kábellel, polaritásjelölt csatlakozóval. Ilyen pl. az amorf szilicium vagy CdTe vékonyréteg napelemek többsége. (a-si, mikro a-si, CdTe, CIS, CIGS ). Tipikus teljesítménytartományok W p. Szokásos feszültségértékek V mp : V. A kisebb napelemeket (V mp : 1,5 5 V) inkább az elektronikai ipar használja (számológép, karóra, játékok stb.). A nagyobb teljesítményű napelemeket W p előszeretettel alkalmazza az épületintegrációs ipar, az erőműipar és a tanyavillamosítás, kedvező árnyéktűrő tulajdonsága és jelentősebb energia- b) Szelet alapú, üveg/tedlar borítású, fémkeretes napelem, vízmentes bekötődobozzal, kábel és csatlakozó nélkül. Gyakorlatilag megegyezik az előző a) típussal. Ha a napelem nem rendelkezik csatlakozóval, úgy 60. ábra. Szelet alapú, alumíniumkeretes napelem, hátulnézete 61. ábra. Szelet alapú, alumíniumkeretes napelem bekötődobozzal 37

38 termelési hozadéka miatt (PR, Performance Ratio = termelt energia/telepített teljesítmény, kw h/kwp A csi/psi és az a-si napelemek között jelentős eltérés van) (62. ábra). Az amorf szilícium merev napelemtáblák közül legelterjedtebek a 40 Wp teljesítményű változatok. Pl. DS40 típus (Dunasolar gyártmány), amely ma BS40 jelöléssel (Bankok Solar Company, Thaiföld) kapható. Összehasonlításként egy-egy 40 W-os amorf szilícium, monokristályos és polikristályos napelem felülete/tömege átlagosan rendre 0,79 m 2 /13,5 kg; 0,35 m 2 /5 kg és 0,36 m 2 /4,9 kg. Látható, hogy az a-si napelemtáblák telepítésénél mintegy 3-szor nagyobb tömegterheléssel és 2,5 3-szor nagyobb telepítésű területtel kell számolnunk, mint mono- és polikristályos napelemek esetében. Azonban előnyös tulajdonságaik is vannak a vékonyréteg amort szilícium napelemtábláknak. Az üveg/üveg tokozás miatt a vízállósága fokozott és energiatermelésük is jobb mint a szelet alapú napelemeké. Műfényű vagy gyenge megvilágítási, felhős körülmények között mintegy 8 12 % többletenergia begyűjtésére képesek. A jelenlegi kutatási tendenciák azt mutatják, hogy a vékonyréteg napelemek a jövő energiatermelési modelljeiben jelentős szerepet kaphatnak. a) c) b) 62. ábra. Vékonyréteg amorf szilícium (a-si) napelem a) aktív oldal; b) hátoldal a bekötődobozzal és kábellel; c) hátoldal alumínium rögzítősínekkel és bekötődobozzal; d) felszerelt állapotban (hátoldali kép) d) 38

39 d) Műanyag/fémlap tokozású napelem, keret nélkül, felerősítő alaplappal, vízmentes bekötődobozzal, előszerelt xx m kábellel, polaritásjelölt csatlakozóval. Ilyen pl. a tengeri (vízi) vagy járművön elhelyezhető napelemek többsége (hajó, lakókocsi, turisztika, expedíció stb). Szokásos teljesítménytartományok: W p, feszültség értékek: 12 V, 24 V. Gyakran bizonyos időszakra telepítik őket, pl. a nyári szezonra (63. ábra). elem, főleg lapostetőre szereléskor, egyben a tetőfedő anyag is. Szeréléséhez különleges ismeretek kellenek (tetőfedőfólia szerelése). Hasonló típusok kisebb hordozható méretben is kaphatók, szabadidős elfoglaltság, nyaralás, kirándulás, expedíció stb. esetére. A villamos jellemzőket tekintve a c) csoporthoz tartoznak, kivitelük változatos ( ábra). e) Hajlékony műanyag hordozóra szerelt vízmentes tokozású, vékonyréteg hajlékony napelem, keret nélkül, vízmentes bekötődobozzal, előszerelt xx m kábellel, polaritásjelölt csatlakozóval. Ez a speciális kialakítású nap- a) 64. ábra. Három aktív rétegű (3j, három színre érzékeny) vékonyréteg amorf szilícium (a-si), hajlékony napelem-tetőfedés céljára. A napelem össze van építve a tetőfedő fóliával, így egy lépésben fedjük a tetőt és szereljük a napelemet. Erősen ívelt vagy függőleges felületeken is használható. A tömegterhelése minimális, szélvédettsége maximális b) ábra. Érdesített műanyag felsőborítású fém alapú hajlékony napelem tengeri alkalmazásokra a) napelem tengeri alkalmazásokra; b) a mikroérdesítés közeli képe 65. ábra. Amorf szilícium, kihajtós hajlékony napelem szabadidős elfoglaltsághoz, hobbimunkákhoz, turisztikai, expedíciós célokra

40 66. ábra. Átlátszó napelem, épületintegrációs célokra, üvegportálokhoz 68. ábra. A világ legnagyobb napeleme 69. ábra. Fém (alumínium) alapú napelemcserép, tetőfedőrendszerhez a) b) 67. ábra. Átlátszó, napelemszerkezetek a) egykamrás termoüveg formában kiképzett forma; b) átlátszó napelem fedés egykamrás termonapelem üveggel f) Üveg/üveg tokozású, egyrétegű vagy termoüveg formában kialakított átlátszó napelem, keret nélkül, vízmentes bekötődobozzal, előszerelt xx m kábellel, polaritásjelölt csatlakozóval. Ez a típus főleg az épületbe integrált (BIPV) alkalmazásokban fordul elő. Különleges konstrukció, mérete többnyire egyedi. Az épülettel együtt tervezik (68. ábra). Szerelése különleges ismereteket igényel! g) Megfelelő formájú, tetőfedőelem vagy cserép alakban kiképzett napelemek, egyben tetőfedésre is alkalmasak. Az alaki és anyagi formától függően szerelésük változó. Adott esetben újfajta elemmel ún. napelemcseréppel történik a fedés (70. és 72. ábra). A tetőfedés egyben a napelemek felhelyezését is jelenti, ezért az elhelyezésükhöz tetőfedő és napelemszerelő szaktudás és gyakorlat szükséges. Többféle napelemcserép létezik. A 69. ábrán fémlemez alapra épített solar- 40

41 a) 72. ábra. Hajlékony napelem zsindelyfedés (shingle) cserepet mutatunk be. Ismeretesek újrahasznosított műanyagból kialakított cserepek is (70. ábra). Szerelésük különleges ismereteket igényel. b) 70. ábra. Újrahasznosított műanyagból készült napelemcserép a) újrahasznosított müanyagból készült napelem beépített formában; b) újrahasznosított müanyagból készült napelem és egyszerű fedőelem együtt 71. ábra. Tetőfedés a-si napelemmel (Dunasolar DS40 napelemek, Svájc 2000) h) Különleges kialakítású és konstrukciójú napelemek, főleg egyedi célokra, jellemzően járműipari felhasználásokra (űrtechnika vagy földi alkalmazások: hajó, repülő, autó, kerékpár stb.). A napelemek konstrukciója és anyagai a jármű és a nem megszokott alkalmazás különleges követelményei szerint készülnek. Mivel ez jelenleg ugyan gyorsan fejlődő, de ma még alapvetően a kísérletezés állapotában lévő alkalmazási terület, a tipizáltság mértéke kicsi, ennek megfelelően a termékek drágák ( ábrák). Annak eldöntésére, hogy milyen megoldásokat válasszunk a rögzítéshez, a következő tényezőket javasolt megfontolni: a rendszer típusa, a felszerelés helye, az időjárás hatásai, árnyék, szél, egyéb, üveg, feszültségek, hóteher, vízzáró (tető), későbbi javíthatóság, későbbi csere-, és bővítési lehetőségek, hőtágulás. 41

42 A hóhatár jelentősége 73. ábra. Napelemmel működtetett hajó A szerelés helyének, módozatának, anyagainak stb., megválasztásában a helyi időjárásnak meghatározó szerepe van. Magyarország a mérsékelt égövben fekszik, éghajlatunk jellemzően kontinentális. Nyáron az árnyékban a levegő hőmérséklete a C-ot (a tetőn akár C is lehet), télen pedig a 20 C-ot is elérheti. A csapadékként leeső hóterhelés is jelentős lehet A magyar szabvány szerinti méretezéseknél (terhelések) 40 (60) cm hóhatárt javasolt figyelembe venni. Erre a földi telepítéseknél és tető esetében is figyelni kell. Bizonyos napelemek megfelelő körülmények között (l. főleg amorf Si napelem) (a-si) a hó alatt is képesek energiát termelni (vékonyréteg-tipusok). Megfelelően telepített rendszer esetében a havazás elmúltával, ha kisüt a Nap, a hó hamar elolvad és lecsúszik (feltéve ha van lehetősége). Az ALU-kerettel szerelt napelemekről nehezebben csúszik le a hó, ezt vegyük figyelembe. A hótakaró leárnyékolja a napelemet, a mono- és polikristályos napelemek ekkor nem szolgáltatnak energiát. 74. ábra. Napelem energiaforrású autó 75. ábra. NASA első fejlesztése: a HELIOS 1 napelemes repülőgép. Kizárólag napelemmel működik FIGYELEM! A szelet alapú napelemek esetében szinte a legkisebb hóterhelés hatására is jelentősen csökken az energiatermelés, mert a hóréteg a besugárzást lecsökkenti. A megfelelő módon és pozícióban telepített amorf napelemek esetében ezen káros hatások kevésbé jelentkeznek. Egyrészt azért, mert a karakterisztikájuk lineáris, másrészt az árnyékolásokat jobban tűrik az elosztott paraméterű áramutak miatt ( ábra). 42

43 76. ábra. Havas tető. A jól megépített rendszer esetén a tetőről hamar lecsúszik a hó, és megindul az energiatermelés. (DS40 napelem a-si, Magyarország, Balaton, 2003) 79. ábra. A hó csak megfelelő feltételek esetében tud lecsúszni. Figyeljük meg hogy a 45 -nál meredekebb hajlásszög esetén a hó hamar lecsúszik 77. ábra. Földi állványra telepített DS40 vékonyréteg a-si merev napelemtáblák, az azimuth szög os. A napelemeket reggel mintegy 1 cm vastag dér és hó fedte. Ennek ellenére a rendszer 1 A áramot adott le (nyáron napos időben ez mintegy 8 A) 80. ábra. A gödöllői SZIE egyetem naperőműve télen 78. ábra. A napelemek 3 órával a havazás után 81. ábra. Jól és rosszul telepített tetőrendszer. A kétféle hajlásszögű tető havazás esetén jól megmutatja a különbségeket. Az energiahozamok különbsége néha ilyen apróságon múlik 43

44 82. ábra. Hajlásszögpótló megoldások 83. ábra. Kis hajlásszögű tető esetén a hajlásszöget meg kell emelni Szerelések sátortetőre A sátortető szerelések módozatai az alkalmazott napelemtől és a tető jellemzőitől függenek. Hazánk jellemző földrajzi szélessége a 47, ezért a javasolt optimális telepítési szög 45 körüli. Éves viszonylatban ez biztosítja a maximális hozamot. Ha a tető hajlásszöge ettől jelentősen eltér, akkor a hozam megtartása érdekében szög-emeléseket kell alkalmazni. Ez többletanyagot, többletmunkát jelent, a kivitelezés költségét növeli (ezért érdemes korábban megfontolni a tetőszerkezetet, és jó házat építeni). Általános szabályként elmondhatjuk a következőket: a nyári energiahozam optimalizáláshoz az emelési szög a vízszinteshez képest (a helyszín földrajzi szélességi foka) 10 (esetleg 15 ); téli energiahozam optimalizáláshoz az emelési szög a vízszinteshez képest (a helyszín földrajzi szélességi foka) +10 (esetleg 15 ); hazánkban (északi szélesség 47 ) ezért a vízszinteshez képest a következő emelések javasoltak: nyári optimum: 35 37, téli optimum: 57 60, éves optimum: A szerelést többféle módon is el lehet végezni. Ma már rendelkezésre állnak megfelelő választékban ún. szabványos szerelőelemek, amelyekkel szinte mindenféle napelem könnyen szerelhető. Természetesen dönthetünk úgy is, hogy saját magunk állítjuk elő a szerelőalkalmatosságokat. Négy dolgot kell alapvetően megoldani: biztos, stabil rögzítés, viharállóság, optimális pozíció tartása (azimut és emelési szög a vízszinteshez képest), árnyékhatások, elpiszkolódás kizárása (minimalizálása), a vízzárás fenntartása. Minden tetőre érvényes, hogy a terhet sohasem a tetőhéjalásra, hanem az alatta lévő tartószerkezetre (szarufa, szelemen, keresztgerenda stb.) kell rögzíteni. Ezt a szabályt csak ritkán, nagyon indokolt esetben érdemes áthágni. A cserép jellegű tetőfedések esetében ezért először kibúvókat kell kialakítanunk. Ezek feladata az, hogy az erőterhelést a cserép alá, a gerendára vigyék be. A kibúvó elkészítéséhez a cserepet óvatosan feltoljuk, majd facsavarokkal rögzítjük a kívánt elemeket. A napelemeket ezután ezekre a kibúvókra rögzítjük további kereszttartókkal. Az ún. ALU-keretes napelemet a keret megfelelő részein elhelyezett szerelőnyíláson át csavarral rögzítjük. Gondoljunk arra, hogy később esetleg javítani, cserélni kell valamit: hagyjunk 44

45 megfelelő járócsatornákat a napelemek között! A szerelés befejeztével a cserepeket gondosan helyezzük vissza. Figyeljünk arra, hogy szerelés közben soha ne lépjünk a napelemre, főleg ne a kellős közepébe! Ez ugyan abban pillanatban sőt kissé később sem 60 látszik meg, de előfordulhat, hogy emiatt mikrorepedések keletkeznek és a rendszer 5 8 év múlva rendellenesen kezd viselkedni. A szerelési műveleteket be kell gyakorolni megfelelő tanfolyamokon ( ábra). Rozsdamentes rögzítőcsavar, M10 20 mm Ovális szerelőnyílás, Rögzítőanya, rozsdamentes (INOX), M10 H Furatok, 11 mm 46 a) b) c) d) 84. ábra. A Cserépfedésű sátortetőkhöz alkalmas szerelőelemek a) kibúvó; b) szelemencsavar; c) egyéb szerelő csavarok; d) egyéb szerelvények 45

46 85. ábra. Lépcsős kibúvóelem rozsdamentes acélból 87. ábra. Szerelt cserépkibúvó 86. ábra. Alumínium kereszttartó profil ábra. Szerelt tetőtartó az egyes elemekkel

47 mm 4 mm 2 kábel és csatlakozó Földelésjelző Földelőfuratok, 2 4 mm ( ) (+) mm 4 mm 2 kábel és csatlakozó C C a) Csapadékelvezető nyílás, ,394 Csatlakozó Anya Apa Kábel Cimke neve Kivezetődoboz 1,094 A napelem gyártási sorozatszáma Csapadékelvezető nyílás, 8 3,5 Csapadék- Anya elvezető nyílás, Apa Csapadékelvezető nyílás, 16 6,7 15 Csapadékelvezető nyílás, 16 7,5 15 b) Csapadékelvezető nyílás Csapadékelvezető nyílás Mértékegység mm-ben 89. ábra. Alumíniumkeretes napelem szerelőnyílása a) a napelem elő- és hátoldala; b) napelem szerelőnyílásai 47

48 c) a) b) 90. ábra. Szerelt sátortetők vékonyréteg a-si napelemmel a) amorfsziliciumnapelem alkalmazása tetőfedőként; b) fémlemez tetőre szerelt vékonyréteg-napelem; c) 45 -os sátortetőre szerelés vázlata és a kereszttartók elhelyezése; d) cseréptetőre szerelt DS40 napelem d) 48

49 Egyéb borítású sátortető Az egyéb borítású sátortetők esetében a borítás jellemzői (anyag, forma, szerelési korlátozások) jelentős mértékben befolyásolhatják a szerelést. Az ábrákon egy régebbi azbesztcement hullámpala tető szerelési részleteit mutatjuk. Ez esetben már előfordulhat régi tetők esetében gyakrabban hogy a tetőt át kell fúrni. Ez esetben a megbízható vízzárást mindig helyre kell állítani (91. és 92. ábra). 91. ábra. Rögzítés hullámos tetőre, elvi vázlat Fémlemezzel borított tetők A fémlemezzel borított tetők lehetnek: korcolt típusok (álló vagy fekvő korcolás), trapéz bordákkal merevített síktetők, egyéb típusok. A korcolt lemeztető esetében (pl. VM Zink) is több lehetőségünk van. A szelet alapú ALUkeretes merev napelemek rögzítéséhez is kaphatók különleges rögzítőelemek, amelyekkel a tető megbontása nélkül rögzíthetjük a kereszttartókat, és utána erre a napelemeket. A rögzítőelemet a korcra rögzítjük erős csavarkötéssel. Az így felhelyezett tartó már alkalmas további rögzítőelemek fogadására és tartására. A szerelés további fázisai az előző műveletekhez hasonlítanak. Erre a típusú tetőre gyakran telepítünk ún. hajlékony (3j a-si) napelemet, ezt már ragasztásos vagy egyéb technikákkal is lehet rögzíteni. A napelem méretét a gyártó a korcok közötti nyíláshoz igazítja, ezért ez a szerelést, illesztést megkönnyíti (93. ábra). Ha a tető trapéz bordákat tartalmaz, akkor ennek megfelelő szerelvényeket kell alkalmaznunk. Ha a lemezt meg kell fúrnunk, akkor szilikon gumit vagy butil csíkot alkalmazzunk a vízzárás biztosítására. 92. ábra. Villamos áramellátás tanyán, (Sapard program, 2003). A régi rossz minőségű azbesztcement hullámpala tetők szerelésénél elővigyázatosan kell eljárni 93. ábra. Álló korcolású fémlemez tetőbe rögzített a-si napelem 49

50 Lapostetőre szerelés Ez a szerelés nagyon hasonlít a földre szereléshez, azzal nagy különbséggel, hogy a tetőt többnyire nem szabad megbontani. A megoldás az lehet, hogy különféle állványokat készítünk amelyeket ún. tömegterheléses módon rögzítünk. Sok esetben meglévő épületre (néha régi) kell szerelni, ezért a tető állapotát és a megengedett felületi födémterhelést figyelembe kell venni. Ha bizonytalanok vagyunk a tető műszaki állapotának felmérésében és megítélésében, mindenképpen vegyük igénybe statikus szakember segítségét! A tömegterhelés kialakítására többféle lehetőség ismeretes. Ezek lehetnek szabványos elemekből készített egyedi készítésű vagy típusállványok. Ha a tető megfelelően nagy (több száz négyzetméter) akkor akár egy komolyabb helyi erőművet is képes befogadni. 1 m 2 felületen ma már mintegy W p teljesítményű napelem helyezhető el. Ilyen megoldást mutat be a gödöllői Szent István Egyetem egyik épületének tetejére telepített napelemrendszer. A megvalósításból néhány ábrát mutatunk be a szerző felvételeiből. Érdemes megfigyelni, hogy a tető integritását sehol sem bontották meg, ugyanakkor jelentős (20 30 cm) függőleges irányú egyenetlenségeket kellett kiegyenlíteni, miközben a tetőterhelést minimálisan kellett tartani (l. 21. és ábra). a) a) b) 94. ábra. Lapostető felmérése a) zsúfolt tető, napelemek elhelyezése igen nehéz; b) sok szabad felület van a lapostetőn 50 b) 95. ábra. Magyarország legnagyobb lapostetőre szerelése (Gödöllő) a) a gödöllői naperőmű légi felvétele; b) a napelemerőmű részlete

51 Az állványok többsége fix telepítésű, de sokszor lehet ettől elérő igény. Az egyik ilyen igény a fix pozicióban telepített de napkövető állvány, ez is többféle lehet. A másik gyakori igény a fix állásszögű, de mobilizálható állvány. Ilyen igény jelenhet meg pl., egy zöldtető telepítésénél, ahol a napelem helyét változtatnunk kell, a növényzet vagy az elrendezés miatt (98. és 99. ábra). 96. ábra. Lapostetőre szerelt napelemrendszer egyedi, helyben készített állvánnyal 97. ábra. Lapostetőre szerelt napelemrendszer típusállvánnyal szerelve 99. ábra. Helytelen módon tervezett lapostetőre szerelés. Elégtelen öntisztulási lehetőség a) b) 98. ábra. Napelemállvány, lapostetőre szereléshez a) egytengelyben állítható; b) fix telepítésű 51

52 Oszlopra szerelés. Egyedi szerelések oszlopállványra Gyakran előfordul, hogy napelemeket vagy nap- és szélgenerátoros kombinációt alkalmaznak világításra, elsősorban utcai lámpák elektromosenergia-ellátásához. Ez esetben egy oszlopra (2 8 m magas) célszerű szerelni a berendezést. A szereléshez többnyire hozzátartozik az oszlop rögzítése, alapozása és felállítása is. Ilyen megoldásokat kíván az autópályák mentén elhelyezett segélyhívók, meteorológiai vagy környezetvédelmi mérőés monitoringállomások elektromos árammal való ellátása (napelemes világítások, erdei vészvilágítások és sok-sok egyéb, ehhez hasonló alkalmazás). Ez esetben is szóba kerül a fix vagy időszakos telepítés lehetősége. Az oszlopos telepítések többsége fix állásszögben telepített napelemeket tartalmaz. A napelemeket mindig fordítsuk dél felé. Az oszlopot célszerű statikailag méretezni, hogy elkerüljük a kellemetlen meglepetéseket és baleseteket. A telepítésre további szigorú szabályok vonatkoznak. Vegyük figyelembe, hogy a szélgenerátor mindig rezgéseket kelt. Ez a folyamatos vibráció mégha oly kicsi is erősen igénybe veszi a szerkezetet. A csavarkötések idő előtt kilazulhatnak. Kifáradás vagy szétesés veszélye nagyobb. Ezt elkerülendő: alkalmazzunk rugósalátétet, vagy kicsavaródás biztos anyacsavarokat. Ha erre nincs lehetőség, festék befolyatásával rögzítsük a kötéseket. Ez a megoldás egyéb esetekben is hasznos ( ábra). a) b) 100. ábra. Oszlopszerelésű napelemrendszerek a) autópálya-jelzőberendezések áramellátása; b) autópálya-segédberendezés energiaellátása (figyeljük meg a lopás elleni rácsos védelmet) 52

53 101. ábra. Oszlopra szerelt, napelemes közúti térvilágítás a) b) 102. ábra. Oszlopra szerelt LED fényforrás napés szélgenerátoros szigetüzemű áramellátó rendszerrel a) akkumulátorral; b) integráltan szerelt világítótest: napelem + akkumulátor + LED forrás egy egységben a) 103. ábra. Mobil állvány olyan különleges esetekre, amikor gyakran kell áthelyezni a szerelvényeket. Egyetlen személy is gyorsan, mintegy 10 perc alatt fel tudja állítani az oszlopot a kívánt helyen. Helyigénye 1,5 1,5 m b) 104. ábra. Oszlopszerelés támasztott oszloppal a) nap- és szélgenerátoros átjátszóállomás; b) nap- és szélgenerátoros utcai világítás 53

54 Csoportos napelemek szerelése talajon fekvő állványra Ez többnyire már az ipari fél profi vagy profi erőművek világa (SPP = solar power plant, napelem erőmű). A naperőművek szerelését csak teljesen kidolgozott tervdokumentáció megléte esetén szabad elkezdeni. A tervdokumentációnak több mindent kell tartalmazni, éspedig: megvalósíthatósági tanulmány, környezetvédelmi hatástanulmány, villamos tervek, engedélyes tervek, hálózati csatlakozási tervek, talajmechanika, kockázat- és haváriaelemzések, megtérülési számítások, hozamszámítások, becslések stb. A nagyerőművek szerelése és beüzemelése ennek a tankönyvnek nem tárgya (105. ábra). Különleges szerelési technikák A napelemek ma már az élet szinte minden területén megtalálhatók. Egyre több és több olyan alkalmazási terület van, amely ma még nem sorolható be a szokványos alkalmazások kereteibe. a) A különleges alkalmazási területek többnyire különleges szerelési technikát és felkészültséget igényelnek. Pl. épületintegrációs megoldások (BIPV), függőleges felületre történő szerelések. Ide tartoznak a transzparens és nem transzparens típusú napelemek szerelése, transzparens nem termo, az egykamrás termo- vagy kétkamrás termoüveg kialakítású napelemek. Ezek szerelése többnyire homlokzatra szerelési (facade) típusba tartozik. Nemrégen megtörtént a napkollektor és a napelem összeházasítása is. Az új eszköznek magyar neve még nincs. De már szerelési igény van. Ismét egy újabb feladat ki tudja majd ezt szerelni? b) 105. ábra. Napelemek csoportos szerelése a) erőművi alkalmazás, sík terepen, talajszinten történő szerelés, fémállvánnyal; b) erőművi alkalmazás, sziklás, dombos terep, faállvánnyal Az átlátszatlan típusú napelemeket a külső falra vakolat helyett is szokták alkalmazni. Ehhez üvegfalszerelési és napelemszerelési ismeretek együttes alkalmazása szükséges. A tetőbe integrált napelemek (roof BIPV) 54

55 kétféle megoldásban használatosak. Az egyik esetben a napelem(ek) tagosított formában egy-egy nagyobb felületként vannak elhelyezve a szokványos tetőben. A szereléshez megfelelő vízzárásokat kell kialakítani (106., 107. és 108. ábra). c) a) d) b) e) 106. ábra. Épületintegrációs alkalmazások (BIPV) a) tetőfedés és falsíkba szerelt napelem villamos fal és villamos tető; b) falborítás napelemmel; c) kristályos napelemmel borított ivelt fal; d) üvegfal (facade) napelem homlokzati oldalon (California, Sacramento egyetem, Dunasolar gyártmány, 2001; e) üvegfal napelem belső oldala még nyitott állapotban, később ezt lezárták 55

56 a) a) b) b) c) 107. ábra. Transzparens napelemes tetőfedések a) ferde tetős folyosó részlet fedése; b) az új berlini pályaudvar transzparens c) napelem üveg borítása, számítógépes modell; c) a megvalósult épület belülről ábra. Transzparens napelem tetőbe integrálva (tűzoltósági épület, Németország) a) szerelés közben; b) belülről kitekintve; c) a kinai madárfészek stadion bejáratának transzparens napelemes fedése

57 A másik esetben, a tetőbe integrálás a helyszínen történik. A meglévő házak tetőinél szokás ezt a módszert alkalmazni. Ilyen megoldást mutat a 109. ábra (tanya, Nagykáta, 2004). Végezetül ide tartoznak közlekedési eszközökbe vagy egyéb nem szokványos eszközbe telepített napelemek. Napelemes hajó, napelemes autó stb. Új házak esetében ha az építész tervező is kellően felkészült akkor a ház energiaellátása együtt valósulhat meg a ház építésével. A helyszínre szállított egységek valójában kész falak ablakkal, a kész tetőszerkezet a benne levő napelemekkel és kollektorral. Most még bizonyára fantázia kérdése de talán nem túlzás, hogy lassan az IKEÁBAN is megrendelhetjük napelemes házunkat, amelyet lapra szerelt változatban fognak kiszállítani és magunk szerelhetünk össze üres óráinkban! 109. ábra. Tetőbe integrált napelemrendszer. Régi felújított tanya,

58 Az alkalmazott szerelőanyagok A szereléshez alkalmazott anyagok minősége nagyos fontos. Ők a rendszer szürke eminenciásai. Sokszor és többnyire láthatatlanok, de a minőség jelentős felelősei és egyben letéteményesei. Egy rosszul megválasztott anyagot (csavar, kábel, tömszelence stb.) az idő hamar kikezd. A napelemek és napelemes rendszerek pontos élettartama nem ismert, de többnyire évre tervezik őket. Ha sivatagi klímát tételezünk fel, ez esetben reggel 10 C is lehet, nappal pedig C. Ez mintegy T = 100 C változás. Tudjuk, hogy minden felmelegedés és lehűlés hőtágulással és zsugorodással jár. Nos, pontosan ez játszódik le a következő 30 évben ráadásul mindennap kétszer! Ez kb igénybevételi alkalom. A piac az olcsó árut kínálja, de ne adjuk meg könnyen magunkat! Egy kis szakítószilárdságú csavar (megjegyezzük, hogy sajnos sok távolkeleti gyártó spórol ezen ) több százezer forintos értékeket tehet tönkre. A mi döntésünk, hogy alkalmazott anyagaink: a napelem, a kábelek, inverterek, vízmentes csatlakozók, tömszelencék, villamos anyagok, csavarok, gumi, fa stb. európai színvonalúak-e vagy sem. Tennivalók a szerelés befejeztével A napelemek telepítése nem jelenti azonnal a munka befejezését. Még egyszer járjuk végig a szerelt egységeket, legjobb, ha egy ebben járatos kollégát kérünk meg erre, mert a mi szemünk sokszor már azt látja, amit mi akarunk látni! Ellenőrizzük vizuálisan és ha kell nyomatékkulccsal a mechanikai csatlakozásokat, csavarokat, meghúzásokat, kábelfeszességet stb. Ahol szükséges, alkalmazzunk a csavarokhoz kilazulásgátlókat. Nagy áramnak kitett kötések csavarjait nyomatékkulccsal kell meghúzni (akkumulátor, inverter, kötő- és gyűjtődobozok). A végső szerelt állapotról és a munka közbeni állapotokról is mindig készítsünk jó minőségű fényképeket, több nézetből is. Ha minden rendben találtatott, akkor szedjük össze a szerszámokat és az esetleges hulladékanyagokat. Különítsük el és tároljuk ideiglenesen a veszélyes anyagokat. Ezek végleges megsemmisítését az érvényes Veszélyes Hulladékok Kezelése szabályok szerint kell végezni. Ez a kivitelező felelőssége. Gyakrabban előforduló veszélyes hulladékféleségek: akkumulátorsav, törött megrongálódott akkumulátormaradványok, ólomhulladék, bizonyos elektromos hulladékok, kábelhulladék, törött napelem, üveg, szerelési műanyag hulladékok, festékesdobozok stb. Végezetül zárjuk le, és/vagy biztosítsuk a helyszínt, hogy illetéktelen személy ne hatolhasson be a területre. 58

59 Villamos szerelés A napelem elektromos szempontból kisfeszültségű, változó erősségű egyenfeszültségű áramforrásként kezelendő. (A kimeneti feszültséget és áramot részletesen a műszaki adatlapok ismertetik). Fontos tudni, hogy a fogyasztót (tv, video, telefon, lámpa stb.) nem szabad vagy nem ajánlott közvetlenül összekötni a napelemmel, mert a fogyasztó meghibásodhat, adott esetben tönkre is mehet. Mivel az elektromos eszközök többsége stabilizált (egyen- vagy váltakozó) áramforrást igényel, a napelem energiáját egy elektromos átalakító-illesztő egység, pl. inverter közbeiktatásával kell a fogyasztóhoz vezetni. (Ilyen pl. az akkumulátortöltő, a napelem és az akkumulátor stb. között). Még egyenáramú fogyasztók esetében is szükséges valamilyen illesztő egység alkalmazása. (Ez többféle eszközt jelenthet, többféle elnevezés is használatos: inverter, konverter, átalakító elektronika stb.) Szigetüzemmód A szigetüzemű napelemrendszerek, amint elnevezésük is sejteti, elszigetelten dolgoznak, a hálózattal nincsen kapcsolatuk. Az angol szakirodalom az off-grid (offgrid) vagy az island mode ( ájlend mód ) elnevezést használja. A szigetüzemmód lényegében autonóm, önellátó (Stand alone) villamosáram-üzemmód. Szigetüzemmódról akkor beszélünk, amikor a megtermelt (begyűjtött) elektromos energiát hálózati kapcsolat nélkül, helyben saját célra használjuk fel. A szigetüzemű felhasználások többségében akkumulátoros tárolást alkalmazunk. Ezek tipikus szigetüzemű alkalmazása az autók, elektromos járművek, hajók, repülőgépek tanyák áramellátó rendszerei. A szigetüzemű rendszer működhet teljesen egyenfeszültség üzemmódban, ekkor a rendszerben csak egyenáram/egyenfeszültség (az angol szakirodalomban DC, direct current) található, a névleges feszültség szokásos értékei: 12 és 24 V. Az ennél nagyobb rendszerfeszültségek ritkábban használatosak. 96 V fölé nem érdemes menni. Természetesen az akkumulátortelep feszültségét is érdemes ehhez igazítani. Ha eltérő DC feszültségekre is szükség van, akkor ezt DC-DC átalakítókkal tudjuk biztosítani. Ne feledjük: minden átalakítás veszteséggel jár! A szigetüzemű egységek energiaforrása/ tárolója az akkumulátor, amelyet rendszeresen karbantartani, időszakosan/rendszeresen tölteni kell. A váltakozó áramú rendszer Ha a szigetüzemmód rendszerünkben váltakozó áramra is szükség van, akkor ezt egy egyen/váltakozó feszültség átalakító (inverter) egység alkalmazásával tudjuk megoldani. Az inverter DC egyenfeszültségből váltakozó feszültséget (az angol irodalomban AC, alternate current) állít elő. A bemeneti és 61

60 a kimeneti feszültségek határozzák meg a rendszerbe illeszthetőséget, ezt a tervezés során határozzuk meg. Szokásos bemeneti szintek 12, 24 és 48 V dc. A kimeneti feszültség az esetek többségében 230 V 50 Hz, ez megfelel az európai szabványoknak. A világ más területein ettől eltérő feszültségeket is használnak ezért 110 V 60 Hz, és más kimeneti feszültségek is vannak. Ha már inverterünk van a rendszerben, akkor lehetőségünk van egyszerre egyenfeszültségről (pl. 12 V) és váltakozó feszültségről üzemelő fogyasztókat is használni (230 V). Az inverterek kimeneti feszültségének jelalakja többféle lehet (110. ábra). A szinuszos jelalak esetében a kimeneti jel alakja megegyezik a hálózatnál megszokott jelalakkal. Ez azt jelenti, hogy az adott teljesítménykorlátokon belül gyakorlatilag szinte minden 230 V-os fogyasztó működtethető erről. Szinusz Módosított szinusz Trapéz Négyszög a) b) 110. ábra. Egyenáramot váltakozó árammá átalakító inverter kimenetén megjelenő jelalakok a) szinusz, módosított szinusz, trapéz, négyszög; b) a négyszögjel felharmonikus tartalma igen nagy. Mindenképpen javasolt ellenőrizni, hogy milyen zavaró hatása van esetlegesen az egyéb elektronikus készülékekre 62

61 A módosított szinuszjel többnyire azt jelenti, hogy a szinuszjel tetejét levágjuk. Minden olyan változtatás a jelalakban, amely megváltoztatja az eredeti kimeneti szinuszgörbét, egyben azt is jelenti, hogy a jel egyre több felharmonikus tartalommal (THD, total harmonikus torzítás) rendelkezik, amelyek bizonyos torzításokat, zavart okozhatnak a velük közvetlenül kapcsolatban lévő (vagy közelükben lévő) elektromos hálózatokkal. A trapézjel estében amint a neve is sugallja a módosított jelalak már alig hasonlít az eredeti szinuszgörbére, a görbéket egyenesek váltják fel. Felharmonikus tartalma jelentős. Ennek ellenére kedvelt invertertípus. A szinusz jelalaktól való teljes eltávolodást jelenti a négyszög kimeneti jelalakú inverter. Ha rárajzoljuk az eredeti szinusz alakot, némi jóindulattal felfedezhető a rokonság. Ahogy távolodunk az eredeti szinuszgörbéktől, úgy az inverterek ára is csökken. E mögött minőségi változás is van, amely a szolgáltatásokban is jelentkezik. A felhasználók szemszögéből a gond akkor jelentkezik, amikor egy adott inverterre többnyire mindenfajta fogyasztót rá szeretnénk kötni! Az inverter kimeneti feszültségének jelalakja, terhelhetősége, a fogyasztó bekapcsolási áramlökése és egyéb jellemzők határozzák meg, hogy az mely fogyasztók üzemeltetésére alkalmas. Érdemes megjegyezni, hogy a szinuszos szigetüzemű inverterek által szolgáltatott villamos jel szinte mindig kedvezőbb paraméterekkel (feszültségingadozás, zavarok, harmonikus torzítás THD) rendelkezik mint a hálózat. FIGYELEM! Szigetüzemű invertert hálózatra kapcsolni TILOS! Hálózathoz csatolt rendszerek jogi és műszaki kérdései Az alkalmazások egy igen nagy és gyorsan bővülő területe a hálózatra tápláló rendszerek. Nagy előnyük, hogy viszonylag kevés egységből állnak, ezért árfekvésük is kedvező. A januártól hatályos VET (villamosenergia törvény, évi LXXXVI. Törvény a villamos energiáról) bevezeti a háztartási méretű kiserőmű (HMKE) fogalmát. Röviden: ez azt jelenti, hogy mindenkinek joga van saját felhasználásra áramot termelni. A kistermelőkre vonatkozó teljesítmény felső határa 50 kva. Ez napelemek esetében mintegy 50 kwp létesítést jelent. A hálózathoz csatolt rendszerek a következők lehetnek: Tisztán vételező. Ilyen rendszerek a megszokott otthoni villamos ellátórendszereink és tulajdonképpen minden olyan épület vagy hely ahol csak vételezés történik. Tisztán visszatápláló. A visszatápláló rendszer neve is mutatja energiát juttat vissza ugyanabba a hálózatba, amely egyébként feladata szerint inkább elosztó és nem gyűjtő jellegű. Az alkalmazás során jelentkező feladatok (problémák) többsége is ebből származik. Hálózati interaktív rendszer. A megújuló energiák egyre fokozottabb előretörésével új igények jelentek meg, amelyek lényegesen komplexebbek mint az előző két eset. Nappal, amíg süt a Nap, van energiatermelés, a megtermelt elektromos áram egy része kifelé folyik más fogyasztók felé. Napszegény időszakokban és este, ill. éjjel a közüzemi szolgáltatótól vételezzük az áramot. A napelemmel megtermelt energiánkkal ugyanolyan energiaszolgáltatóvá válunk, mint egy kis erőmű. Az általunk 63

62 megtermelt nappali energiafelesleg a közüzemi hálózatba kerül, így azt rajtunk kívül más fogyasztók is használhatják. Képletesen szólva: ez esetben villanyóránk visszafelé forog, mert áramot adunk el. Hálózati backup rendszer. A rendszer biztonsági tartalékként szolgálhat akkor, ha az adott területen előfordul a gyakori áramkimaradás. A rendszer hálózatfigyelő érzékelőket tartalmaz, és ha a hálózat megszűnik, gyorsan életbe lépteti a tartalék szigetüzemű rendszert, amely további korlátozott mértékű ellátást biztosít. Működése hasonlít a számítógépiparban ismert UPS szünetmentes áramforrások működéséhez. Tulajdonképpen ide sorolhatók továbbá az ún. prioritás vezérelt bypass ellátó rendszerek (A/B >C) is. Ezek két független forrásból biztosítanak ellátást minden esetben a C fogyasztónak. A csatlakozók, dugaljzatok A használati értékét tekintve kétféle csatlakozó van: az egyik a vevő által hozzáférhető, és rendszeresen használt csatlakozó, a többi ide nem sorolható csatlakozó a rendszer része és csak szakértő szerelő férhet hozzá. A kisfeszültségű DC rendszerek alapvetően különböznek az AC típusú (230 V-os) rendszerektől. A berendezéseink is e szerint készülnek. Tápellátásuk módját a műszerkönyvek, használati utasítások, gyári adatlapok egyértelműen közlik. Ha véletlenül AC tápellátásra kialakított villamos eszközt DC ellátásra kapcsolunk, nagy valószínűséggel azonnal tönkremegy, és ez fordítva is igaz. A kábelezés A kábelezés függ a rendszer típusától is. A kisfeszültségű DC rendszerekben nagyobb áramok alakulnak ki, ezért vastagabb kábelezésre kell törekedni. FIGYELEM! A DC kábelnek minden esetben polaritásjelzettnek kell lennie, ha a gyártó esetleg ezt nem jelezte, úgy ezt nekünk kell megtenni. Jelentős különbségek lehetnek az épületen kívüli, külső és az épületen belüli belső kábelezés esetében. Igyekezzünk az invertert, (és ha van, a töltésszabályozót, akkumulátort) egy helyre telepíteni. Törekedjünk arra, hogy a DC oldali kábelezés (szigetüzemű rendszerek) a lehető legrövidebb legyen. Ezzel csökkentjük a veszteséget és energiát nyerünk. FIGYELEM! DC berendezést AC ellátásra kapcsolni TILOS és VESZÉLYES. A csatlakozás nemcsak anyagi kárt okoz esetleg nagy értékű berendezésünk mehet tönkre de rövidzárlat (szikra, robbanás) is előfordulhat, amely akár az életünkre is veszélyes lehet. Ezért a DC rendszerek használati csatlakozóelemeit (dugaljzat, dugvilla) úgy kell kialakítani, hogy azoknál AC rendszerű csatlakozót ne lehessen használni (111. és 112. ábra). Ez egyaránt vonatkozik a papa, ill. mama csatlakozókra is. A DC rendszerek feszültsége kicsi, V körüli. Ez azt jelenti, hogy ugyanazon teljesítmény (energia) biztosításához nagyobb áram szükséges (l. következő táblázatot). 64

63 A jellemző 12 V(DC)-os rendszer 24 V(DC)-os rendszer 48 V(DC)-os rendszer Feszültség, V Áram, A Teljesítmény, W ábra. DC dugaljzat. Figyeljük meg, hogy a dugaljzat üregei a polaritástól függően eltérő méretűek, ezért a fordított polaritással történő csatlakozás lehetetlen a) b) 112. ábra. Inverterdugaljzatok a) 75 W-os, hordozható inverter (12 V/220 V) angol szabványú kimeneti csatlakozóaljzattal; b) Európai szabványnak megfelelő kimeneti AC dugaljzat 65

64 A különféle gyártók inverterei különféle kimeneti csatlakozókkal készülnek. Fontos, hogy olyan kimeneti csatlakozót használjunk, amely az adott területen szabványos és engedélyezett. A mechanikai szerelés befejeztével a rendszerszerelés tovább folytatódik a rendszerelemek villamos szerelésével. Előfordul, hogy a mechanikai szereléskor kell elvégezni bizonyos kábelszereléseket vagy csatlakozásokat, mert utána már nem lehet a helyhez hozzáférni. Ezekre előre gondolni kell, beszéljük meg a munkatársakkal mi és hogyan történjen. Röviden összefoglaljuk a napelemek angol szövegekben használatos villamos és egyéb jellemzőit (a különféle napelemek villamos jellemzői, csak azonos peremfeltételek esetében hasonlítható össze), a zárójelbe tett jelölések elsősorban az angolszász szakirodalomban használatosak: Az alábbi paramétereket a napelem áramfeszültség jelleggörbéje alapján tudjuk értelmezni (I U jelleggörbe). Az I U (az angol szakirodalomban I V) jelleggörbe A jellegörbe (113a ábra) egy adott pontja jelzi, hogy a napelem éppen milyen munkapontban üzemel. A munkapontot az adott napelem jellegörbéje és az aktuális terhelés (ohmos) jelleggörbéjének (egyenes) metszéspontja adja. Ezek a paraméterek a munkaponti feszültség U (V) és áram (I). A napelem teljesítménye P = U I. Gyakorlatilag végtelen sok munkapont létezik, ám ebből csak egyetlen esetben kapunk maximális energiát, a napelem csak ebben Jelölések W p U oc (V oc ) U mp (V mp ) U sys (V sys ) I sc I mp T k (U mp ) T k (I mp ) T k (P) NOCT LPG WRG FF PR Megnevezés névleges teljesítmény 1 (watt peak 2 ) üresjárási feszültség munkaponti feszültség a legmagasabb rendszerfeszültség az egyen oldalon rövidzárási áram munkaponti áram hőmérsékleti együttható (feszültség) hőmérsékleti együttható (áram) hőmérsékleti együttható (teljesítmény) működési hőmérséklet korlátozott teljesítménygarancia (Limited Power Guarantee) gyártóművi garancia (workmanship Guarantee) kitöltési tényező (Fill factor) hatékonysági tényező (termelt energia/felvett teljesítmény aránya) 1 STC (Standard Condition = szabványos feltételek) esetében. (STC feltételei: AM1,5; G o = 1000 W/m 2, T = 25 C) W napi csúcsbesugárzás esetén érvényes névleges teljesítmény, katalógusadat, gyári végmérés eredménye, ez tekinthető a napelem hivatalos teljesítményének. A Wp csak STC feltételek esetén érvényes. 66

65 Áram, A I 1 Fill faktor F = A1/A2 A2 I mp P max P 1 A1 I 2 a) P 2 V 1 V mp V 2 V OC Feszültség, V Feszültség, V A legnagyobb teljesítmény munkapontja az áram függvényében, I mpp Teljesítmény P max A napelem oldali dc-dc átalakító terhelő ellenállása P 1 P 2 b) Az eredeti terhelés vonala I ref1 I ref2 I mpp Áram, A 113. ábra. Napelem I U jelleggörbéje és a főbb nevezetes pontjai a) U oc, U mp, I sc, I mp ; b) az MPPT eszközök algoritmusa a pontban adja le a maximális teljesítményt (P mpp = P max ). A maximális munkapont matematikailag is meghatározható, sőt az újabb fejlesztésű ( után gyártott) inverterek és töltők automatikusan megkeresik a maximális munkapontot. A kereső algoritmust az eszközbe épített mikropocesszor egység vezérli. Ezt a tulajdonságot az eszköz jelölésében, ill. az adatlapon is feltüntetik. Jelölése az angol szakirodalomban MPPT (Maximum Power Point Tracking, maximális munkaponti teljesítmény). Az MPPT eszközök bizonyíthatóan 8 10 %-kal több energiát szolgáltatnak, ezért drágábbak is. Az MPPT eszközök algoritmusának modelljét a 113b ábrán láthatjuk. 67

66 Napelemrendszerek villamos mérőeszközei Munkánk során szükségünk van: feszültségmérésre (egyen váltó), árammérésre (egyen váltó), ellenállásmérésre. Ezen villamos mennyiségek esetében a következő feszültségmérési tartományok fordulhatnak elő: napelemek esetében: 1, V(DC); tipikusan V(DC), akkumulátorok esetében: V(DC); tipikusan V(DC), akkumulátortöltők esetében: V(DC); tipikusan V(DC), inverterek esetében: V(DC) (szigetüzem), ill. ha hálózatra tápláló rendszerek esetében fel kell készülni KIF (kis feszültség), KÖF (közép feszültség) tartományok mérésére is. Bonyolultabb esetekben szükségünk lehet pontosabb jelalakvizsgálatra is. A mérések indokoltságát célszerű előre felmérni, és ha lehet a telephelyen megtenni. Ez sokkal kényelmesebb és pontosabb is lehet mint a terepi mérések. A mérések elvégzésére multiméter, lakatfogó, oszcilloszkóp szükséges (l. 48. és 51. ábra). Gyakran előforduló igény a besugárzási értékek folyamatos követése, monitorozása. Nagyobb napelemrendszerek esetében ez követelmény is. Erre a célra véglegesen letelepített mérőrendszert használunk, amely a napsugárzáson kívül egyéb meteorológiai jellemzőket (szél, hőmérséklet, páratartalom) is mér. A pontos hozambecslések esetében ezeknek nagy jelentősége lehet. A telepítési pozíciókat a háromféle sugárzási jellegnek megfelelően kell megválasztani. Fontos, hogy tudjuk, a szelet alapú (monoés polikristályos) napelemek relatív spektrális érzékenysége lényegesen eltér a vékonyréteg (többnyire amorf szilícium) alapú napelemek érzékenységétől. Ezt a különbséget a mérésben, ill. a mérőeszközöknél (referencia standardok) is messzemenően figyelembe kell venni. Az Ohm-törvény Egyenáramú rendszerekben használatos alakban jól leírja az áramkörben kialakuló feszültség, ellenállás és a kialakuló áram kapcsolatát (114. ábra): I = U/R az áramkörben az áram értéke a feszültség és az ellenállás hányadosa; R = U/I az áramkörben a feszültség és az áram hányadosa állandó, ez az ellenállás; Sugárzásmérő Gyakran szükség van a helyszínen a beeső energia mértékének megállapítására. Ez sugárzásméréssel oldható meg. Figyelem, a sugárzásmérő típusát a mérendő sugárzás jellege és erőssége szerint kell kiválasztani. Helytelen választás értelmetlen és/vagy téves adatokat eredményez. Érdemes a mért értékeket egybevetni a tervezésben használt adatokkal ábra. Az Ohm-törvény 68

67 U = IR az áramkörben a feszültség arányos az áramkör áramával, az arányossági tényező az ellenállás; A Kirchoff I., II. törvények. Kirchoff I. és II. törvénye írják le számunkra az elektromos csomópontokban és hurkokban kialakuló feszültség- és áramviszonyokat. Segítségükkel viszonylag egyszerűen meghatározhatjuk egy adott soros vagy párhuzamos, vagy összetett kapcsolás áramait és feszültség (115. ábra). Soros és párhuzamos (vegyes) kapcsolások fordulhatnak elő: napelemek, akkumulátorok, akkumulátor töltők, inverterek stb. esetében. Napelemek (továbbá akkumulátorok, ill. feszültségforrások) soros kapcsolása esetében az egyes elemek feszültségei (ellenállásai) összeadódnak. Az eredő áramot az eredő ellenállás és az eredő feszültség határozza meg. A soros kapcsolású eszközök esetében az áramok kiegyenlítődnek, ezért az ág árama, a legkisebb áramú (legnagyobb ellenállású) eszköz árama lesz. Minden gyártásnak van egy adott szórása többnyire Gauss-féle normál eloszlás vagy egyéb eloszlások szerint. Két, pontosan azonos adatokkal rendelkező napelem, akkumulátor stb. nem létezik. Ezért nem mindegy, hogy milyen elemeket használunk a soros és párhuzamos kapcsolásokban. Csoportos kötésekben az azonos elemek használata javasolt. Ennek jelentőségét néhány példán mutatjuk be. Adott két napelem: mint említettük, két tetszőleges napelem akkor sem azonos, ha azonos gyártó azonos típusáról van szó, jelen esetben legyen két azonos teljesítményű napelem két különböző gyártótól. 1 db Siemens SP75, 75 W p (4,4 A és 17,0 V), 1 db BP solar SX75, 75 W p (4,54 A és 16,5 V). U 1 U 2 ΣU = 0 U 3 U 6 U 4 ΣI = 0 I be = I ki U 5 U 1 = U 2 + U 3 + U 4 + U 5 + U 6 Egy adott csomópontban az áramok összege nulla => Befolyó áramok ( ) = Kifolyó áramok (+) Egy zárt vezető hurokban a feszültségek összege nulla 115. ábra. Kirchoff hurok- és csomóponti törvényei 69

68 Ha párhuzamosan összekapcsoljuk az SP75 és a SX75 napelemet, akkor áramaik összeadódnak, és az eredő áram 8,94 A lesz. A feszültségek a párhuzamos kapcsolásban azonos értékűvé alakulnak, a kapcsolás eredő feszültsége a kisebb napelem feszültsége lesz, azaz 16,5 V (BP SX75). A napelemek teljesítménye külön-külön számolva: SP75 17 V 4,4 A = 74,8 W p, SX75 16,5V 4,54 A = 74,91 W p, összesen SP75 + SX75= 149,7 W lenne! A párhuzamos kapcsolás miatt az eredő teljesítmény azonban csak (8,94 A 16,5 V): SP75 + SX75 = 147,51 W p. Több mint két watt teljesítményt elvesztettünk a helytelen illesztés miatt. A másik példában két kissé eltérő napelemet kapcsolunk sorosan. 1 db SX40, 40 W, 2,37 A és 16,8 V, 1 db SX60, 60 W, 3,56 A és 16,8 V, összes teljesítmény: ( ) W p = 100 W p. A soros kapcsolás következtében áramuk kiegyenlítődik (minimalizálódik), a feszültségeik összeadódnak. A kapcsolás eredő árama (I) ezért 2,37 A lesz, az eredő feszültség (U) pedig 2 16,8 V. A P eredő teljesítmény ennek megfelelően: P = 79,63 W p. A veszteségünk mintegy 20 W! Akkumulátor. Elsősorban a szigetüzemű vagy backup rendszerek fontos alkotórésze. Egyaránt használjuk (nap- és szélgenerátoros) rendszerekben az elektromos energia tárolására. Az akkumulátor részben (vagy teljesen) zárt egység, veszélyes anyagokat a) b) c) d) 116. ábra. Kábelek a) sivatagi klímához; b) sós tengervízi klímához; c) fagyos, sarkköri klímához; d) különféle huzal-keresztmetszetű kábelek. Figyeljük meg a polaritásfüggő színjelöléseket 70

69 c) Biztonsági záróbetéttel ellátott szerelt csatlakozó a) b) d) A Multilam = Hosszú idejű stabilitást eredményez 117. ábra. Vízmentes gyorscsatlakozók és szerszámok a) kábelszerelő szerszám, érvéghüvely-roppantó; b) csatlakozópár összeillesztés előtt; c) biztonsági záróbetéttel ellátott szerelt csatlakozó; d) a kábel mechanikai feszültségét csökkentő megoldás a) Csoportszerelő kábelvezetékek B : A FLEX-SOL-XL 4,0 B : B FLEX-SOL-XL 2,5 J Rendelési formák FLEX-SOL-XL 4,0 FLEX-SOL-XL 6,0 G H I J Csoportkábel műszaki adatai S3 S4 00 PV-KST3 PV-KST4 B3 B4 mm PV-KBT3 PV-KBT4 D H H H H C F = 1 F = 2 F = 3 F = n-1 F = n 1 2 n-1 I 4a 4a 4a 4a 4b 4b 4c b) C 118. ábra. A kábelek alkalmazási mátrixának áttekintése 119. ábra. Csoportszerelő kábel a) csoportos kábelszerelési példák; b) csoport kábel tartozék elemekkel 71

70 A Határolófalak Kivezetés fülek B D 1 a D 2 b C D 120. ábra. Kábeladapterek Határolóelem (gát) c D 2 Határolóelem (gát) d D 1 vagy D 2 Határolófalak 121. ábra. Huzalhajlítás helyigény Csavarral rögzített nyomott huzalok meghúzási nyomatéka A rögzítendő huzal méretei amerikai és SI rendszerben AWG/kcmil mm /0 2/0 3/0 4/ ,82 5,3 8,4 13,3 21,2 26,7 33,6 42,4 53,5 67,4 85,0 107, A horony szélessége 1,2, vagy kisebb, hossza 6,4 mm (1/4 inch) vagy kisebb 2,3 (20) 2,8 (25) 4,0 (35) 4,0 (35) 4,5 (40) Meghúzónyomaték, N m és (pound-inch) Hornyolt fejű csavar 10 és nagyobb A horony szélessége 1,2 mm-nél nagyobb (0,047 inch) vagy hosszúsága több mint 6,4 mm (1/4 inch) 4,0 (35) 4,5 (40) 5,1 (45) 5,6 (50) 5,6 (50) 5,6 (50) 5,6 (50) 5,6 (50) 5,6 (50) 5,6 (50) 5,6 (50) 5,6 (50) 5,6 (50) Hatlap fejű csavar esetén a külső megfogású csőkulcs, csavarkulcs, villáskulcs Hornyolt fejű csatlakozók 9,0 (80) 9,0 (80) 18,6 (165) 31,1 (275) 31,1 (275) 31,1 (275) 43,5 (385) 56,5 (500) 73,4 (650) 93,2 (825) 93,2 (825) 113,0 (1000) 124,3 (1100) 124,3 (1100) Egyéb csatlakozó 8,5 (75) 8,5 (75) 12,4 (110) 16,9 (150) 16,9 (150) 16,9 (150) 20,3 (180) 28,2 (250) 36,7 (325) 36,7 (325) 42,4 (375) 42,4 (375) 56,5 (500) 67,8 (600) 72

71 Soros összekötőkábel Véglezáró sapka Véglezáró sapka a) Anya Apa Anya Apa Anya Apa Apa Anya Anya Apa Apa Anya Anya Apa Apa Anya Anya Apa Apa Anya Apa Anya Apa Anya Soros összekötőkábel PV modul PV modul PV modul Anya Apa Anya Apa Apa Anya Anya Apa Apa Anya Apa Anya Anya Apa b) c) 122. ábra. Napelem bekötési vázlatai a) soros kapcsolás lehetséges csatlakozóváltozat elrendezései; b) soros kapcsolás huzalozási vázlata; c) párhuzamos kötés egysíkú huzalozási terve a csatlakozótípusok feltüntetésével 73 Anya Apa Apa Anya Anya Apa Apa Anya Apa Anya PV modul PV modul PV modul

72 tartalmaz (kénsav, lúg, ólom, cadmium stb.). Az akkumulátorok ún. alapcellából épülnek fel. A cella képviseli fizikailag azt a legkisebb egységet, amelyben energia tárolható. Fogalmilag megfelel a napelemcellának. Egy cellafeszültség értéke savas ólomakkumulátoroknál 2 V(DC). A 2 V(DC) feszültség a gyakorlati alkalmazásokhoz igen kicsi, ezért 6 db cellát kötnek sorba, így 12 V(DC) feszültséget kapunk. Az akkumulátor polaritással rendelkező egység, két kapcsa van: Pozitív, PLUSZ (+) és Negatív MÍNUSZ ( ). FIGYELEM! Egy tíz darabból álló soros kapcsolás esetén 63 V, U oc, (42 45 V U mp ) az eredő feszültség és áram akár 630 V ( V), ill. 1 A is lehet, ez már veszélyes. Ezeket kapcsolásokat azért kell alkalmaznunk, hogy a napelemek napelemcsoport (füzér, string) és a hozzá kapcsolódó elektromos feldolgozóegység (töltésszabályozó vagy inverter) bemeneti feszültségeit és áramait illesszük egymáshoz a megfelelő működés érdekében. Ha ezt nem tesszük, akkor a rendszer működésképtelen lesz, vagy nem nyújtja az optimális adatokat. Az akkumulátorok elektromos energiát tároló egységek, melyeket független áram és feszültségforrásként alkalmazunk. A leggyakrabban használt akkumulátorfajták: savas, lúgos, Ni-metálhidrid (NiMH), Li-ion, VRLA, AGM, solar, tubular (hengeres, cső alakú). A legújabb fejlesztésű akkumulátor (vanádium-redox) rendszerek egészen eltérő elveken alapulnak, fizikailag elkülönített elektrolitrendszereket tartalmaznak, és ezért gyakorlatilag mentesek az önkisüléstől. A hadiiparban már sikeresen alkalmazzák kw-os háttértárolós (back-up) rendszerekben. Hatékonyságuk többszöröse a hagyományos akkumulátorokénak. Szigetüzemű rendszerek villamos szerelése Napelem. A szigetüzemű telepítések többségében elegendő szokványos teljesítményű Szalag kötés (a napelem tényleges áramkivezetése) Bypass dióda áthidaló (megkerülő) 123. ábra. Napelem bekötődoboz belsejének képe a bypass diódák feltüntetésével 74

73 Kötődoboz Napelem kábel Csatlakozók és kábel egységek A vevőnek leszállított kábelezési elemek, szerelt, bevizsgált, szerelésre kész állapotban Műszerfal átvezetők Inverter 124. ábra. Vegyes kötési rendszer vázlata 125. ábra. Műszerfalátvezetés Lezáró sapkák: a PV- VK3 jelzésű sapkák TPE anyagból készülnek és szoros lezárást biztosítanak a még nem csatlakoztatott végek számára. Elvesztés ellen biztosító kábellel rendelkeznek, melynek hurkos részét egyszerűen át kell húzni a csatlakozó testen. PV-BVK3 20 PV-SVK , ,5 13,5 3 3 PV-BVK3-OL PV-SVK3-OL 25,1 23,3 Rögzítő nélkül 3,2 13,2 20 Rögzítő nélkül 13, ábra. Kábelvéglezárás, por- és vízlezáró ideiglenes vagy végleges alkalmazásra 3,2 75

74 napelemeket választanunk. Gyakori értékek: Wp, tipikusan Wp javasolt. Gondoljuk meg: lehet, hogy a napelemeket kézi erővel kell felszállítanunk a tetőre. Egy kisebb kg tömegű eszköz kézi szállítása még nem nagy probléma kg teherrel létrát mászni egy-két emelet magasságba, már igen fárasztó és veszélyes is. Kábel. A kábelezés feladata az energiagyűjtő, -tároló, -átalakító egységek összekötése és az energiaáramlás biztosítása, ezért a kábelezés függ a rendszer típusától is. DC rendszerekben nagyobb áramok alakulnak ki, ezért nagyobb keresztmetszetű kábeleket célszerű használni. Figyelem a DC kábel polaritásjelzett kell legyen minden esetben. Ha nincs ilyen típusú gyárilag jelzett kábelünk, akkor a polaritásjelzést nekünk kell kialakítani. A tisztán DC rendszerek esetében minden kábelt DC energia szerint kell méretezni. A villámvédelem sok esetben különleges kábelezést igényel. Ha távadatfeldolgozás is történik a napelem rendszerből, akkor erre külön adatkábelezést kell kialakítani, amelyet javasolt többszörös (de minimum egy) zavarvédelemmel ellátni (pl. árnyékolt kábelharisnya). Az invertert is tartalmazó szigetüzemek esetében az inverter utáni oldal kábelezése megegyezik a szokásos egyfázisú 230 V, 50 Hz típusú vagy (3-fázisú) rendszer kábelezési előírásaival. Szigetüzemű, ill. kisebb rendszerek esetében földkábel használata nem szokásos, hacsak ennek nincs külön indoka. A mérésekhez használjunk megfelelő adaptereket. Ügyeljünk arra is, hogy a nagyobb kábelkötegek hajlításának nagyobb a helyigénye ( ábra). A nagy áramot szállító kábelek kötegelésénél vegyük figyelembe a melegedési folyamatokat, a kábelszilárdságot villamos és termikus melegedésre is méretezni kell. Soros és párhuzamos kapcsolás. A napelemek (és némely más villamos eszköz, pl. akkumulátor) üzemszerűen sorosan és párhuzamosan kapcsolhatók. A soros/párhuzamos kapcsolás egyes ágaiban kialakuló áramokat és feszültségeket a Kirchoff- törvények alapján számolhatjuk ki. A soros kapcsolás esetében az egyes elemek feszültségei összeadódnak. Az áram nem változik. Párhuzamos kapcsolás esetén az egyes ágak áramai összeadódnak. A napelemek kábelezését a gyártó a bekötődobozig (JB, junction box) végzi el. A termékek többségében a bekötődoboz tömszelencés (IP 65 védettségű), polritásjelzett 0,4 0,6 m hosszú, vízmentes csatlakozóval felszerelt kábelt is tartalmaz. A szerelő feladata a bekötődoboznál kezdődik. A bekötődoboz biztosítja a kivezetéseket és többnyire tartalmaz egy fordított polaritású védődiódát is. A monokristályos és polikristályos napelemmodulban a cellák soros kapcsolásúak, így egyetlen cella leárnyékolása (pl. falevél, Az akkumulátor jellemzői Nickel Cadmium (NiCd) Nickel Metal Hydride (NiMH) Lithium Ion (Li-ion) Energiasűrűség, W h/kg Belső ellenállás m m m Önkisülés egy hónap alatt 20 % 30 % 10 % A legjobb élettartam (kisütések száma) vagy 2 év 76

75 a) kémény, tetőtéri ablak stb.) is meggátolhatja az energiatermelést. Az ilyen részleges árnyék esetén megoldást jelenthet ez esetben (több napelemmodul esetén) a mono- és polikristályos modulok áthidalása: a bypass dióda. Ekkor a kikapcsolódott modul bypass diódáján keresztül tud a többi napelemmodul még áramot adni (sorosan kapcsolt napelemmodulok kimenetére záróirányban kötött áthidaló (kis feszültségesésű Schottky) diódák. A kábelvégek vagy egymáshoz vagy a gyűjtősínhez, vagy az inverterhez csatlakoznak. Az inverter dobozon történő átvezetéséhez a megfelelő csatlakozó ellendarabot használjuk. A szabad kábelvéget megfelelő víz-, por- és érintésvédelemmel kell lezárni. Erre a kábelgyártók különleges lezáróelemeket ajánlanak ( ábra). A soros és párhuzamos kötések feszültségés áramviszonyait az alapvető villamos törvények írják le. Az elektromos iparban, elektrotechnikában három alapvető törvény ismerete nélkülözhetetlen (l old.) b) FIGYELEM! Az akkumulátor kapcsait rövidre zárni TILOS és életveszélyes! c) 127. ábra. Kézi refrakrométer a) akkumulátorok savsűrűségének és fagyálló folyadékok fagyáspontjának mérésére; b) készletben kapható refraktométer; c) a refraktométer használata, savsűrűség mérési gyakorlat Az akkumulátorban teljesen feltöltött állapotban sok energia van. A rövidzárlat során a fellépő nagy áramerősség több száz ampert is elérhet. Áthúzási szikra keletkezik, amely tüzet okozhat, kezünk, szemünk sérülhet, a rövidzárlat robbanásveszélyes helyzetet idézhet elő! 77

76 Az akkumulátorok főbb jellemzői Feszültség (többféle feszültségszintet kell értelmeznünk). Az akkumulátor feszültsége sosem állandó, de egy adott határon belül változik, ez a működési tartomány. Minél jobban feltöltött az akkumulátor-rendszer annál nagyobb a feszültsége is. Ha kisütjük az akkumulátort (energiát vételezünk) akkor a feszültség csökken. Figyelem! A 12 V-os rendszer egy névleges megjelölést jelent. Az akkumulátorok feszültsége a kisütött (11,8 V) és a feltöltött szint (13,8 14,4 V) között változik. Nyitott kapocsfeszültség. Az akkumulátor nyitott kapcsain (terhelés nélkül) mérhetjük a nyitott kapocsfeszültséget. Ez egy névleges feszültség. 12 V-os esetben tipikus értéke V(DC) között van. Mélykisütési feszültség. Ha energiát vételezünk az akkumulátorból, akkor az akkumulátor feszültsége csökken, ez a kisütés folyamata. Minden akkumulátorból csak adott mennyiségű energiát vehetünk ki, és terhelőáram erőssége is korlátozott. Ha túl sok energiát veszünk ki, elérhetünk egy olyan pontra, ahol az akkumulátor mélykisütésbe kerül. Ez az akkumulátort tönkreteszi (csak néhány különleges akkumulátor van, amely ezt elviseli). A mélykiütési feszültség tehát alsó határ, azt átlépni nem szabad! Töltésszabályozó nélkül használt akkumulátort nem védi semmi a mélykisütéstől! Tárolóképesség (kapacitás). Az akkumulátorban tárolt energia értékét általában amperórában (A h) adják meg a katalógusokban. A feszültség (U vagy V jelöléssel) és a kapacitás (jele C, mértékegysége A h) érték alapján meghatározhatjuk az akkumulátorban tárolt névleges energiát. Mértékegysége: W h. Pl. ha egy akkumulátor névleges feszültsége 128. ábra. Kettős kivezetésű napelem. A két bekötődoboz kapcsainak váltogatásával ugyanazon napelem 12 vagy 24 V kimenettel üzemeltethető 12 V, kapacitása 200 A h, akkor a tárolt energia névleges értéke 2400 W h. Tárolt energia. Az akkumulátorban tárolt energia névleges értéke (W h): energia = akkumulátorfeszültség kapacitás (tárolóképesség), azaz E akku = U akku A h akku = U C akku. Sajnálatos tapasztalati tény, hogy az akkumulátorból sosem lehet a teljes tárolt energiamennyiséget kivenni, hanem csak egy részét. A legtöbb esetben a betöltött energiának csak az %-át vehetjük ki. Az akkumulátor önkisüléssel is veszít az energiájából. Az akkumulátor feszültsége ugyan arányos a 78

77 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 12 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 12 V 24 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 12 V 12 V 12 V 12 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 2 V 12 V 12 V 12 V 12 V a) b) 2 V 2 V 2 V 2 V Beágyazott vezetéksín Bal oldali támasz Oldalkorlát Rögzítőfül 2 V Középső támasz 2 V 24 V-os rendszer-feszültségű akkumulátorrendszer 12 V-os cellák soros és párhuzamos kapcsolásával 24 V rendszer-feszültségű akkumulátor-rendszer 2 V-os cellák soros és párhuzamos kapcsolásával V 12 V 12 V 12 V 48 V 1600 A h/2 V-L2 Szerelt akkumulátorállvány Akkumulátor Összekötősín Kimenősín Jobb oldali támasz Összekötősín a sorok között Kereszttartó 2 V-os akkumulátorcellák soros kapcsolása 48 V rendszerfeszültségre (200 A h kapacitás) 48 V/200 A h Méretek mm-ben 2 V-os akkumulátorcellák soros kapcsolása 12 V rendszerfeszültségre, 400 A h összkapacitással c) A telepek mindegyike 2 V/200 A h-ás 12 V/ 400 A h 129. ábra. Akkumulátor-rendszer a) akkumulátor-rendszer elrendezési vázlata; b) akku soros és vegyes kapcsolási vázlata; c) 12 V és 48 V-os akkumulátor-rendszerek kialakítása 2 V-os cellákból 79

78 130. ábra. Akkumulátor helytelen telepítése tanyán a) 131. ábra. Akkumulátor helytelen használata. A laza, oxidálódott csatlakozókon nagy átmeneti ellenállás miatt nagy áramveszteség keletkezik b) 132. ábra. Tanyai akkumulátorok a) érdemtelenül sorsára hagyott tanyai akkumulátor; b) akkumulátortelep állattartó tanyán, elkülönített helyiségben. Figyeljük meg a jelentős por lerakódást töltöttségi szinttel, de energiatöltöttségi szintjét pontosan csak savsűrűségméréssel lehet megállapítani. Minden egyéb mérés tájékoztató jellegű (127. ábra). Memóriajelenség. Az akkumulátorokban lejátszódó fizikai kémiai folyamatokat egyenletekkel, képletekkel közelítően le lehet írni, azonban a képletekben nagyon sok jellemző csak tapasztalati (kísérleti) úton határozható meg. Észrevették, hogy ha bizonyos akkumulátorokat nem sütnek ki megfelelően, akkor a következő alkalommal látszólag úgy viselke ábra. Nap- és szélgenerátoros rendszer kiegészítő egységei (akkuk, töltésszabályozó, inverter stb.) egy tanyai épületben

79 Egy 300-as ciklusszám azt jelenti, hogy 300 alkalommal tudjuk ezt megtenni ábra. Helyesen telepített akkumulátor-rendszer (50 db 12 V 100 A h) VRLA egység. Magyarország első zéróenergia-házában (fotó: Véghely) dik mintha a tárolóképessége lecsökkent volna. Az eszköz látszólag memorizálta ezt a határt és a továbbiakban ezt tekinti alsó szintnek. Az újabb fejlesztésű akkumulátorok már mentesek ettől a jelenségtől. A memóriajelenség elkerülése érdekében az akkumulátort első alkalommal teljesen fel kell feltölteni és kisütni. Ezt nevezzük az akkumulátor formázásának. Ezért gondosan el kell kerülni minden olyan esetet, amelyben az akkumulátor (vagy akkumulátor-rendszer) pólusainak rövidzárási helyzete, vagy ehhez közeli eset előfordulhat! A szerelésnél kerüljük az akkumulátoron a nyitott pólusok megérintését, alkalmazzunk pólusvédő sapkát vagy műanyag fedelet. Az akkumulátorok (túlságosan is) érzékeny eszközök, névleges adataikat csak adott hőmérséklet-tartományban tudják teljesíteni. Töltés-kisütés. A töltés és kisütés folyamata gáz- és hőenergia-képződéssel jár. Túltöltés és mélykisütés egyaránt károsítja az akkumulátort, ezért töltésszabályozó alkalmazása javasolt. Az akkumulátor ciklusszáma megadja, hogy az akkumulátort, üzemi körülmények között hány alkalommal lehet feltölteni. Az akkumulátorok telepítése. Az akkumulátorok fokozottan veszélyes eszközöknek minősülnek. A szereléshez megfelelő szorítástbiztosító szerelvényeket (sarukat) kell alkalmazni. A csipeszes kábelrögzítést kerülni kell, csak ideiglenesen, pl. tájékoztató jellegű mérésre lehet használni. A saru méreteit, anyagát az alkalmazásnak megfelelően kell megválasztani. A sarucsavarokat nyomatékkulccsal kell meghúzni. Az érintkezőket oxidmentesen kell szerelni, az oxidációt póluzsír alkalmazásával akadályozhatjuk meg vagy csökkenthetjük. A póluszsír tulajdonképpen szilikonzsír, amely széles hőmérséklet-tartományban nem változtatja meg tulajdonságait. A 12 V-os napelemek Ump (Vmp) feszültsége V(DC), feszültségük V(DC). Bizonyos napelemek hátoldalán két kötődobozt is találhatunk. Ezek olyan megoldást kínálnak, hogy néhány külsőleg hozzáférhető kábelátkötéssel a napelemet 12 V-ról átalakíthatjuk 24 V(DC)-re (128. ábra). Ez egy hasznos kialakítás, mert adott esetben nem szükséges az akkumulátor- rendszert átszerelni, a megfelelő feszültségillesztést megoldhatjuk a napelemoldalon is. A korábbi gyártású akkumulátor-töltésszabályozók csak azonos feszültségű akkumulátort tudtak tölteni, 12 V-on vagy 24 V-on. A mai korszerű gyártmányok automatikusan felismerik az akkumulátor feszültségét. A töltőn látható jelzés: 12/24 V. Szinte minden töltésszabályozónak három pár polaritásérzékeny kapocsbekötése van. A polaritásokra nagyon kell ügyelni. A polaritás felcserélése az eszközöket tönkreteszi ( ábra). Az akkumulátorok elhelyezése. Erre a célra elkülönített, jól szellőző helyiség javasolt. Ha 81

80 FIGYELEM! Egy adott munkapont (U mp és I mp ) fogalmilag NEM azonos a maximális munkaponti beállításokkal, némely katalógus azonban ebben az értelemben használja (U mp = U mmp ). Érdemes meggyőződni az értelmezésről! erre nincsen mód, akkor zárt, szellőző, alsófelső áramlásos szekrényben helyezzük el őket. A szekrényt zárhatóvá kell tenni, és biztosítani, hogy csak különleges kulccsal lehessen nyitni. Javasolt már előre feltöltött akkumulátort szállítatni a rendszerbe (133. és 134. ábra). Az akkumulátorszekrényt (helyiséget) külsőleg jól látható felirattal kell ellátni. Ehhez a megfelelő tűz- és vagyonvédelmi előírásokat kell alkalmazni. Nagyjából ugyanezen javaslatok vonatkoznak az inverterek telepítésére is. Az akkumulátortöltőt, az akkumulátor-rendszert, és az invertert többnyire egymáshoz közel javasolt telepíteni. Az akkumulátor-rendszer kezelése, karbantartása. Az akkumulátor és -rendszerek kezelést, folyamatos karbantartást igényelnek ábra. Háromfázisú inverter rackszekrény Igény szerint rendszeresen ellenőrizni kell a pólusok korrodálódását, ha szükséges, akkor le kell bontani a kötéseket, korróziómentesíteni kell és újra vissza kell kötni. Figyelemmel kell kísérni az akkumulátorra esetleg rárakódó szennyeződést is (levél, törmelék, por, elhullott rovarok, kisállatok tetemei stb). A karbantartás során ezeket el kell távolítani, a jelenség okait meg kell keresni, és ha lehet azokat meg kell szüntetni. Megnevezés Napelem Akkumulátortöltő és -szabályozó Akkumulátor Inverter Kimeneti jel Szigetüzem 12 vagy 24 V(DC) van van van nincs csak DC egyenszint Szigetüzem inverterrel van van van van AC és DC feszültség egyaránt 82

81 Napelemek (PV) legegyszerűbb rendszerbe való kapcsolása Töltésvezérlő Napelemek Egyenáramú terhelés (fogyasztó) Napelemek Akkumulátor telep Egyenáramú terhelés (fogyasztó) a) Napelemek közvetlen rákötése a fogyasztóra, akkumulátoros tárolás nélkül és vele Az ábra bal oldali kapcsolása nem javasolt! b) A TSBC-1206M tipusú akkumulátortöltő bekötési vázlata 136. ábra. DC feszültséget szolgáltató napelemes szigetüzemű rendszer (napelem, töltésszabályozó, DC fogyasztó, kisfeszültségű kompakt fénycsövek) a) szigetüzemű, egyenáramú rendszer elvi kapcsolási rajza; b) megvalósítási vázlat Váltóáramú terhelés (fogyasztó) Napelemek Inverter Váltakozó áramú (AC) energiaellátó egység napelemmel, inverterrel. és terheléssel 137. ábra. 230 V váltakozó feszültséget szolgáltató szigetüzemű napelemes rendszer vázlatos felépítése (napelem, inverter, akkumulátor és 230 V-os váltakozó áramról működő fogyasztók) 83

82 A VRLA (Valve Regulated Lead Acid, szeleppel szellőztetett ólom-savas akkumulátor) típusú akkumulátorok zárt, gondozásmentes egységek, de a kapcsokat, sarukat ezeken is ellenőrizni kell. A hagyományos savas ólomakkumulátorok savszintjét ellenőrizni kell. Akkumulátor-töltésszabályozó. Ez egy egyenáramú eszköz, feladata a napelemből származó energia szabályos bejuttatása a tárolórendszerbe. Az egység többféle feladatot lát el. Kihagyása esetén a rendszer ugyan működőképes lesz, de az akkumulátort semmi sem védi. Túltöltés esetében az akkumulátor károsodik. A töltésszabályozó hiányában a fogyasztó korlátlanul fogyaszthat áramot, ami az akkumulátor mélykisütését okozhatja. Ekkor az akkumulátor végérvényesen tönkremegy. Csak cserével javítható a rendszer. Érdemes tehát még a legegyszerűbb esetben is töltésszabályozót alkalmazni. Az akkumulátortöltő-rendszerbe illesztésének jellemzői: Bemeneti és kimeneti feszültség (mind egyenfeszültségű DC-értékek) Szokásos V-os bemeneti feszültségek a napelemek adatainak megfelelően. A kimeneti feszültség 12/24/48 V), ez a feszültség az akkumulátor-rendszer eredő feszültsége, értékét ennek megfelelően kell megválasztani. A töltőáram szokásos értékei 1 2, 4, 10, 20, 30 A, ill. egyéb értékek. Egyes készülékek a töltésszabályozót és az invertert egy egységben tartalmazzák. Az MPPT üzemmód A napelem áram-feszültség (I U jelleggörbe) karakterisztikája alapján több munkapont is beállítható. Bizonyítható, hogy ezek között csak egyetlen olyan munkapont van, ahol a kinyerhető teljesítmény a legnagyobb. Ezt nevezzük a maximális munkapontnak MPP (angolul: maximum power point, MPP, l ábra, 69. old.) Az olyan töltésszabályozókat, amelyek képesek megkeresni a maximális munkapontot, maximális munkapont kereső eszköznek nevezzük, angolul Maximum Power Point Tracking (MPPT). A korszerűbb töltésszabályozók hasonlóan a jó minőségű inverterekhez maximális munkapontban (MPPT) dolgoznak. Az MPPT jelzés az adatlapon, ill. az eszközön is fel van tüntetve. Az MPPT működési mód akár 8 10 % energianyereséget is eredményezhet. Az ilyen eszközök drágábbak, de előnyük vitathatatlan. Inverterek A DC-AC átalakítók (egyen-váltakozó feszültség átalakítók, az egyenfeszültségből meghatározott értékű és frekvenciájú (és fázisszámú) váltakozó feszültséget előállító egységek. Többnyire 12, 24 vagy 48 V akkumulátorfeszültségből 110, 230 V, 50 Hz (60 Hz)-es hálózati feszültséget állítanak elő. A szigetüzemű (stand alone) inverterek alkalmazási területe minden olyan hálózati feszültséget igénylő fogyasztó áramellátása, amelyek adott helyen hálózatból történő áramellátása nem lehetséges (135. ábra). Az inverterek kialakítása, funkciója, az általuk nyújtott szolgáltatás sokféle lehet, ezért az áraik is különbözőek (136. és 137. ábra). A hibrid inverteres rendszerek a váltakozó áramú kimenet mellett DC szintet is képesek szolgáltatni (l. táblázat). A tipikus bemeneti feszültségek a hagyományos invertereknél 12 V(DC), ill. 24 V(DC). A rendszerfeszültséget többféle tényező határozza meg, elsősorban a tervező dönti el. 84

83 Lehetséges nagyobb feszültségek használata is pl. 48 V(DC), de minél nagyobbra választjuk a feszültséget, az inverterek annál ritkábbak lelhetők fel és drágábbak is. Egyre jobban terjednek az intelligens hálózati interaktív inverterek, amelyek minden szokásos üzemmódra alkalmasak. Egyaránt használhatók szigetüzemű (stand-alone), hálózatra visszatápláló és szünetmentes áramellátást biztosító üzemmódra (UPS = Uninterruptiple Power System). Inverter kimeneti jelalakjai. Kezdetben az inverterek mind szinuszos kimeneti jellel rendelkeztek. A fejlesztések később lehetővé tették olcsóbb inverek megjelenését, de azon a műszaki áron, hogy a tisztán szinuszos kimeneti jelalakot felváltották a módosított szinuszos, trapéz és négyszög jelalakok. Ismert tény az elektronikában, hogy minél inkább eltérünk a tisztán szinuszgörbétől, a kimeneti feszültség annál több felharmonikus frekvenciát tartalmaz. Ezek a rendszerben torzító, káros tényezőként jelennek meg. Ezért a szigetüzemű inverterek egyik fontos jellemzője az összes harmonikus torzítás THD (total harmonic distortion). Egy megfelelő inverter esetében a THD 3 % alatt van. Különféle használati eszközök különféle módon vételezik az áramot. Legegyszerűbben az eszközök impedanciája alapján tájékozódhatunk. A tisztán ohmikus fogyasztók a legmegfelelőbbek. Bekapcsolásuk és tartós üzemelésük között alig van eltérés. Ilyen eszközök a hagyományos izzólámpák, villamos főzőlap (villanyrezsó), kenyérpirító, merülőforraló stb. Az induktivitást és/vagy kapacitást tartalmazó eszközök ettől lényegesen eltérően viselkednek. Bekapcsoláskor ún. bekapcsolási áramlökés jelenik meg, amely az üzemszerű, tartós állapothoz képest akár 3 5-szörös is lehet. Ilyen eszközök a villamos motort tartal- FIGYELEM! A földeléseket a műszerkönyv, ill. kapcsolási vázlat alapján kell elvégezni. Az érintésvédelmi vizsgálat elvégzése és a hivatalos jegyzőkönyv kiállítása kötelező! Szigetüzemű invertert hálózatra kapcsolni TILOS! Invertert csak villamos képzettséggel és gyakorlattal rendelkező személy szerelhet és üzemelhet be! Ne telepítsünk invertert mosókonyhába, ruhaszárítóba, vizeshelyiségekbe! ábra. Szigetüzemű rendszer töltésszabályozójának helyes bekötési sorrendje 1 akku; 2 fogyasztó; 3 napelem 2 85

84 139. ábra. Hálózatra csatolt rendszer napelemrésze 140. ábra. Hálózatra csatolt rendszer inverterrésze mazó eszközök szivattyú, fűnyíró, hűtőszekrény, ventilátor, villamos forgó kéziszerszámok (pl. fúrógép), turmixgépek stb. Az ilyen fogyasztók tápellátásakor az inverter kiválasztása fokozott figyelmet igényel. Az inverterek többsége tartósan automatikus üzemelésű, a be- és kikapcsoláson kívül más beállításokat nem igényel. Az inverternek saját fogyasztása is van: ez a készenlétet biztosítja. Ha nincs szükségünk az elektromosságra, javasolt az invertert kikapcsolni. Egy 2000 W-os inverternek akár W saját fogyasztása is lehet óra alatt, ez W h energiát jelent ez már összemérhető egy napelem által szolgáltatott energiával! Az inverter elhelyezése, telepítése. Hasonlóan a többi villamos eszközhöz elkülönített, jól szellőzött helyiségben javasolt telepíteni. Ha erre nincsen mód, akkor zárt, alsó felső szellőztetésű szekrényben helyezzük el. A szekrényt zárhatóvá kell tenni és biztosítani, hogy csak különleges kulccsal lehessen nyitni. Az inverterek többsége a lágy indítást kedveli. Ezért először mindig az invertert kapcsoljuk be (főkapcsoló, MAIN) majd ezután adjuk rá a terheléseket (ha több inverter van, akkor javasolt egymás után fokozatosan bekapcsolni őket). A kikapcsolás fordított sorrendben javasolt. (1. lépés a terhelések lekapcsolása, 2. lépés az inverter lekapcsolása). Ha nincs energiafogyasztás, javasolt az inverter teljes kikapcsolása (OFF állás), mert így a készenléti állapot energiafogyasztását (néhány watt) is megtakaríthatjuk. Ennek főleg szigetüzemben van jelentősége. A szekrényt (helyiséget) kívülről jól látható felirattal kell ellátni. A felirat utaljon a villamos eszköz jellegére és védelmi és biztonsági tulajdonságaira. Ehhez a megfelelő tűz- és vagyonvédelmi előírásokat kell alkalmazni. Az inverter védelme. Az inverterek többségét olyan területen használják, ahol a kezelőszemélyzet szakmailag nem képzett, sőt esetleg még nem is látott ilyet. Ezért az invertereket a gyártók a bemeneti és kimeneti oldalon védelmekkel látják el. Az inverter csak akkor működik, ha a bemeneti oldalon a minimális feszültség jelen van. (ennek védelmi jelentősége is van: a lemerült akkumulátorból az inverter nem vesz ki áramot, mert akkor az akkumulátor-rendszer mélykisütési állapotba kerül!). 86

85 Így ismert a bemeneti és kimeneti oldalon: a rövidzárlat-védelem, pólusfelcserélés elleni védelem, túlmelegedés elleni védelem stb. A telepítő feladata (előtte a tervezőé) meggyőződni arról, hogy az inverter valóságosan milyen védelmekkel van ellátva, és hogy ezek elegendőek-e a feladat megoldásához! A beltéri eszközök ipari védelmi osztálya többnyire IP 25, ha mindenképpen kültérre kell telepíteni, akkor magasabb fokozatot kell választani, pl. IP 65. A szigetüzemű rendszerek bekötési sorrendje (138. ábra): 1. az akkumulátor és/vagy fogyasztó rákapcsolása a töltésszabályozóra, 2. inverter bekötése, 3. a napelem(ek) rákapcsolása. FIGYELEM! A felszerelés után a rendszeren bármi nemű változtatás TILOS! A szigetüzemű rendszerek szétkapcsolási sorrendje: 1. a napelem(ek) lekapcsolása, (napelem kábelek és kapcsok megszakítása), 2. az akkumulátor és/vagy fogyasztók lekapcsolása, 3. az inverter lekapcsolása. A 139. és 140. ábra egy hálózatra csatolt rendszert mutat be a HMKE kategóriában. Hálózatra tápláló napelemes kiserőmű A földgázellátásról szóló évi XL. törvény (GET), valamint a villamos energiáról szóló évi LXXXVI. törvény (VET) adja meg a jogi környezetet a stratégiai fontosságú energiaszektorban tevékenykedő energiaipari társaságok működéséhez, a fogyasztói érdekek védelméhez, valamint a szolgáltatások színvonalának ellenőrzéséhez januárja óta a VET engedélyezi az 50 kw (névleges) teljesítménynél nem nagyobb energiatermelő egységek hálózatra kötését visszatáplálási szándékkal. A visszatáplálás műszaki és létesítési feltételeit a helyi áramszolgáltató határozza meg. A visszatáplált és fogyasztott energia elszámolása odavissza mérő fogyasztásmérő alapján történik. Az elszámolás feltételeit (termelt energia ára/fogyasztott energia ára) a fogyasztó és az áramszolgáltató közötti szerződés szabályozza. A kistermelőkre érvényes szabályzat szerint a saját célra termelt energiát ugyanazon az árban lehet elszámolni, mint a vételezett áramot. Az ártáblázat különbséget tesz a csúcsidőszak és a völgyidőszak között. A többlettermelés elszámolása viszont már csak, mintegy 85 %-on történik! (Megjegyezzük, hogy Európa és a világ számos országában ez pont fordítva van, a többletenergiáért többet fizetnek.) A termelő ún. éves SALDO elszámolásban a különbözetet fizeti az áramszolgáltató felé. A fogyasztó SALDO szerződést köt az áramszolgáltatóval. Az energiahozamokat mérőóra méri (ad-vesz mérő), amely folyamatosan méri a bejövő és kimenő energiát. A fogyasztó valós időben egyszerre termel és fogyaszt. Az óra felhelyezése (kicserélése) a helyi áramszolgáltató feladata és költsége. Az aktuális árakat (tarifatáblázat) a Magyar Energia Hivatal honlapján lehet megtalálni. (389/2007. (XII. 23.) Korm. Rendelet a megújuló energiaforrásból vagy hulladékból nyert energiával termelt villamos energia, valamint a kapcsoltan termelt villamos 87

86 energia kötelező átvételéről és átvételi áráról). Az így kiépített rendszert természetesen engedélyeztetni kell a helyi áramszolgáltatóknál. A rendszert villamos szempontból (energiatermelő egységek, védelmi egységek) szakemberrel meg kell terveztetni. Csak az áramszolgáltatók által elfogadott műszaki berendezések és kapcsolások alkalmazhatók, ennek műszaki technikai, ill. életvédelmi okai vannak, valamint meg kell felelnie az elosztói szabályzatnak is. A hálózatra csatoláshoz csak az erre alkalmas szinkronizáló invertert lehet alkalmazni. A rácsatlakozás (bővítés és változtatás) engedélyköteles. A villamos szerelést csak vizsgázott villanyszerelő végezheti. A korábbi rendszerekhez hasonlóan a hálózatra kapcsolt rendszerek is több elemből állnak azzal a különbséggel, hogy akkumulátort többnyire nem tartalmaznak, ill. csak azon esetekben, ha az ún. backup üzemmód is megvalósul. (l. Villamos szerelés c. fejezet, old.) A háztartási méretű kiserőművek (HMKE 50 kw) engedélyezése A teljesség igénye nélkül az elosztói szabályzatból (2011. augusztus) idézünk néhány fontosabb részletet. A teljes szabályzat 230 oldal terjedelmű. A közcélú hálózatra való csatlakozásról szóló tájékoztató tartalmi elemei A csatlakozási eljárás és adatszolgáltatás részletes szabályait az elosztói engedélyesek üzletszabályzata tartalmazza. Csatlakozási igény bejelentésének tartalmi elemei Általános adatok Az igénybejelentő (rendszerhasználó) adatai: neve, pontos címe, igénybejelentés oka, jogcíme. A felhasználási hely adatai (neve/megnevezése, címe, helyrajzi száma, a csatlakozási pontok darabszáma, rendeltetése, a felhasználási hellyel össze nem függő terület, ahová a rendszerhasználó a villamos energiát át kívánja vinni). A hálózatra csatlakozás kezdeti időpontja. Csatlakozóberendezések adatai (jelenleg meglévő csatlakozóberendezés(ek) típusa, feszültségszintje, tulajdonjoga, igényelt csatlakozó berendezés(ek) típusa, feszültségszintje, tartalék csatlakozóberendezésen igényelt rendelkezésre álló teljesítmény). Jelenlegi, ill. igényelt egész napos, ill. vezérelt, külön mért rendelkezésre álló teljesítmény (kva, kw, A fázisonkénti névleges áramerősség). Nyilatkozat, hozzájárulás a teljesítményigény méretlen felhasználói hálózaton keresztül történő kielégítéséhez. Kivitelezői nyilatkozat (név, cím, működési engedéllyel kapcsolatos adatok). Közösen vételező (al)felhasználók felsorolása, saját áramfejlesztő berendezés, transzformátorok adatai, egyéb igények. Speciális feltételek a villamosenergia-termelő berendezésekre Helyszínrajz, amelyen látszik a telekhatár és a berendezés felállítási helye. Villamos termelői berendezés valószínűsíthető üzemmódjainak (hibaállapotainak) megjelölése és az azokra megtett intézkedések. Az összes villamos berendezés áttekintő kapcsolási rajza a beépített üzemi eszközök névleges adataival (a kapcsolás egyvonalas legyen, kivéve, ha a működés áttekinthetőségéhez háromfázisú ábrázolás szükséges). 88

87 Az üzemi berendezések és védelmi eszközök részletes műszaki leírása. Az elosztói engedélyes szakemberei számára a berendezés feszültség-, áram-, ill. azok időbeli működési jellemzőinek, és az elosztói engedélyes hálózatát érintő minden kellő részletességű információnak rendelkezésre kell állni. Elosztói szabályzat mellékletek Ez különösen az üzemszerű és védelmi jellegű be- és kikapcsolásokra, a berendezés saját védelmeinek az elosztói engedélyes hálózatát érintő kérdéseire vonatkozik. A leírás csak olyan alapvetően hatásvázlat részletességű legyen, amely alapján az elosztói engedélyes szakemberei a kapcsolódási, leválási feltételeket, a feltételeknek az elosztói engedélyes hálózatát érintő részleteit megítélhetik. A leírásnak ki kell terjednie a hajtógép, a generátor, és adott esetben az inverter váltóirányító fajtájának és üzemmódjának ismertetésére, továbbá a hálózathoz való kapcsolódás módjára: a kapcsoló berendezések zárlatbiztossági adatai, hálózati visszahatás, feszültségszennyezés kérdései; a hangfrekvenciás jelszint befolyásolására vonatkozó vizsgálat (számítás) eredménye; a csatlakozási helytől függően környezeti hatástanulmány; az eszközökre vonatkozó gyártói megfelelőségi nyilatkozat stb. A nov. VET (2007 LXXXVI.) törvény (hatályos jan. 01. és évi XL törvény: A földgázellátásról) értelmében létezik a háztartási kiserőmű (HMKE) fogalmi köre. A Magyar Energia Hivatal a kötelező átvételszabályzatban (KÁT) közzé tette az érvényes tarifákat. Az adatok az interneten elérhetők. (MEH asp?msid=1&sid=0&hkl=1&lng=1, ill. asp?msid=1&sid=0&hkl=657&lng=1 A villamos energia elszámolásának menete A termelt energia ún. SALDO (éves SALDO) elszámolás keretében kerül elszámolásra. Háztartási méretű kiserőmű által termelt energia elszámolására vonatkozóan a következő jogszabályok alapján járunk el. A 273/2007 Korm. rendelet (VET Vhr.) 5. rendelkezik a háztartási méretű kiserőművek csatlakoztatásával, mérésével elszámolásával, ennek (5) pontja rögzíti az elszámolást. (5) Ha a háztartási méretű kiserőmű a csatlakozási ponton a közcélú hálózatba villamos energiát betáplál, akkor a háztartási méretű kiserőmű üzemeltetőjével, mint felhasználóval jogviszonyban álló villamosenergia-kereskedő, ill. egyetemes szolgáltató elszámolási időszakonként a hálózatba összesen betáplált és vételezett villamos energia vonatkozásában a felek megállapodása szerint havi, féléves vagy éves szaldó elszámolást alkalmaz. A 119/2007 GKM rendelet (rendszerhasználati díjak), A) általános szabályok 2. pontja rögzíti az elszámolás módját. 89

88 2. Kétirányú mérés esetén az elszámolás alapját képező villamosenergia-mennyiségeket az adott mérési ponton a kereskedelmi szabályzatban rögzített elszámolási mérési intervallumokban irányonként kell megállapítani, és a forgalomarányos rendszerhasználati díjakat az elszámolási időszakonként a háztartási méretű kiserőműnek nem minősülő erőművek esetében a mérési intervallumokban irányonként elkülönített mennyiségek összege alapján irányonként, minden más esetben az irányonként elkülönített villamosenergia-mennyiségek összegeinek különbsége alapján kell fizetni. A fentiek alapján az irányonként elkülönített villamosenergia-mennyiségek összegeinek különbsége alapján kell fizetni, tehát a rendszerhasználati díjat a szaldó alapján kell megfizetni, tehát a felhasználó a helyben előállított energia rendszerhasználati díját is megtakarítja, ill. nullszaldó esetén nem fizet semmit. Az alábbiakban a teljesség igénye nélkül néhány fontosabb információt idézünk az EON tájékoztatóból: HMKE-nek minősül az a villamosenergiatermelő berendezés, amelyre az alábbiak jellemzők: közcélú kisfeszültségű hálózathoz, ill. kisfeszültségű magán- vagy összekötő vezeték hálózatra csatlakozik, erőművi névleges teljesítőképessége nem haladja meg a felhasználó rendelkezésre álló teljesítményének mértékét, maximum 50 kva erőművi névleges teljesítőképességű. Megjegyzés: 2-3 kva kapacitású napelemes berendezés által megtermelt energiamennyiség egy átlagos lakás éves fogyasztását képes fedezni HMKE közcélú elosztóhálózathoz csatlakoztatása csak az adott területen működési engedéllyel rendelkező elosztói engedélyes hozzájárulásával lehetséges. Abban az esetben, ha a HMKE a közcélú hálózattal, ill. kisfeszültségű magán- vagy összekötő vezeték hálózattal párhuzamosan nem üzemel (szigetüzem), a HMKE létesítését elegendő csak bejelenteni az elosztói engedélyesnek. Saját hálózatára villamosenergia-termelő berendezést ez elosztó hálózati engedélyes tudta nélkül nem csatlakoztathat! A felhasználónak a későbbi helyes elszámolás miatt nyilatkoznia kell (igénybejelentő nyomtatvány 5. pont) az alábbiakról: a termelt energia minden időpillanatban elfogy a saját hálózaton, energia nem kerül a közcélú elosztóhálózatba, vagy a termelt villamos energiát részben vagy teljes egészében a közcélú hálózatba táplálja be. A törvényi rendelkezés lehetőséget ad a közcélú elosztóhálózat energiatárolóként való használatára is, így a termelés és a felhasználás időben eltolódhat egymástól. A betáplált energia az elszámolási időszakon belül többletköltség nélkül felhasználható (pl.: a napközben termelt energiát este; éves elszámolás esetén a nyáron termelt energiát akár télen felhasználhatja a háztartási méretű kiserőművel rendelkező felhasználó) Csatlakozás: A termelőberendezés csatlakoztatása a belső felhasználói hálózatra történik, így a termelt energia a saját fogyasztói berendezéseken, részben vagy teljesen felhasználásra is kerülhet. Ha a pillanatnyi felhasználás nagyobb, mint a termelt energia, a szükséges többletenergia a közcélú hálózatból kerül a felhasználói hálózatra. Ha a pillanatnyi termelés meghaladja a felhasználást, a többlettermelés a közcélú háló- 90

89 zatba kerül. A forgalmazó/telepítő felelőssége annak biztosítása, hogy a termelő berendezés részegységei Magyarországon alkalmazhatók legyenek, valamint megfeleljenek a közcélú hálózati csatlakoztatáshoz előírt elosztói követelményeknek. Továbbá a HMKE létesí- 91 FIGYELEM! A rendszertípus megválasztása egyben az inverter típusát is meghatározza. A rendszerkövetelményektől eltérő invertert alkalmazni VESZÉLYES és TILOS. tésnél be kell tartani a villamos energiatermelő berendezések létesítésére és üzemeltetésére vonatkozó egyéb jogszabályi kötelezettségeket, ill. az építési- és környezetvédelmi előírásokat is. A HMKE berendezést TILOS üzembe helyezni addig, amíg a kétirányú (ad-vesz) mérőt nem szerelte fel a szolgáltató! Ellenkező esetben a felhasználó szerződésszegést követ el. A mérő felszereléséig megtermelt energiát a későbbiekben nem áll módunkban elszámolni. A szakszerűtlen HMKE szerelés és/ vagy az engedély nélküli üzembe helyezés miatti kártérítési és egyéb felelősség az igénybejelentőt terheli Az idézett dokumentumok teljes szövegei a megfelelő internet oldalakról beszerezhetők, nagy terjedelmük miatt kiadványunkban saj- FIGYELEM! Az engedély nemcsak műszaki, de egyben jogi kategória is! Magyarországon ezt a vizsgálatot a TÜV Rheinland Hungary végzi, amely feladatot korábban a MEEI látott el. nos nem tudjuk közölni. Napelem A hálózatra csatolást, vagyis a hálózatra visszatáplálást csak egy bizonyos teljesítménynagyság felett érdemes alkalmazni: W teljesítménytől felfelé. A napelemek esetében ez azt jelenti hogy nagyobb teljesítményű napelemeket is alkalmazhatunk, érdemes W p névleges teljesítménytartományban gondolkodni. A napelemek kiválasztásánál az alábbiakat javasolt figyelembe venni: az inverterhez való illeszkedések, a feladathoz és a rendszerhez való illeszkedés, a helyi időjáráshoz való illeszkedés, a vevő elvárásai az energiatermeléssel kapcsolatosan, felületkitöltés a szerelési helyen és pozícióban, szállítás a helyszínre és a szerelési pozícióba, megbízhatóság, ár, egyéb. Kábel A hálózatra csatolt napelemek esetében a DC oldalon 1000 V (Vdc) feszültség is megjelenhet. A kábelezésnek ezért sokkal nagyobb szerepe van, mint a szigetüzemű esetekben, és a kockázat is nagyobb. Használjunk kiváló minőségű kábelt eleve itt is megvéd bennünket sok kellemetlen eseménytől. A szigetüzemű rendszereknél említetteket érdemes itt is betartani. A HMKE esetekben a szerelés többnyire tetőre történik. Az invertereket javasolt a fogyasztás mérőóra (villanyóra) közelében, vagy védett helyen elhelyezni. Ha monitoring

90 rendszert is telepítünk akkor az külön kábelterv szerint végezzük. Tűzvédelmi szempontból javasolt a PLUSZ (+) és a MÍNUSZ ( ) kábelágak egymástól távoli elhelyezése. Nagyobb rendszerek esetében kwp névleges teljesítmény esetén a DC oldali áramok növekedése jelentős. Méretezzük a kábelt és vegyük figyelembe megengedhető hőmérséklethatárokat is. Sérült, javított kábellel ne dolgozzunk. A kábelek kiváló minőségben gyárilag készülnek, a sérülések házilagos javítása nem javasolt. Inverter A hálózatra csatolt napelemes rendszerek esetében a rendszer jellegének megfelelően többféle invertert alkalmazhatunk. A korábbi fejezetekben olvashattunk a főbb rendszertípusokról. A hálózati engedélyes azaz a helyi áramszolgáltató felelőssége, hogy milyen invertert (invertereket) engedélyez a saját területén felszerelni. Az előírások az üzemeltetési szabályzatban találhatók meg. Ez azonban nem írhatja felül, a Magyar Energiahivatal és egyéb felső szervek előírásait, különös tekintettel a vizsgálatok elvégzésének szükségességére! Csak az országban hivatalosan engedélyezett, bevizsgált invertert javasolt alkalmazni. A napsugárzás megszűnése esetén (este, szürkület, erősen felhős idő) az energiatermelés csökken, adott esetben megszűnik, ekkor az inverter is energiamentessé válik. Évenként egyszeri (vagy szükség szerinti) alkalommal a teljes rendszer felülvizsgálata javasolt. Intelligens hálózati interaktív inverter A hálózattal kapcsolt napenergia-rendszerek 92 (grid- connected) többféleképpen végezhetnek energiacserét a hálózattal. Az egyik fő típus csak visszatáplál energiát a hálózatba (grid feedback). Ekkor szerződéses megállapodás van a hálózati szolgáltató és a zöldenergiát termelő között. Egyre inkább igény azonban, hogy ez a kapcsolat ne csupán ennyire egyoldalú legyen, hanem ennél sokkal nagyobb komplexebb, fejlettebb energialogisztikával rendelkezzen az inverter. A hálózatból történő energiavételezés pl. ha több napig nincs napsütés és a tartalékok is elfogytak biztonsági tartalékot jelent, és ezt egyre többen igénylik. De előfordulhat az is, hogy a hálózat meghibásodik, nincs energia, természetesen éppen akkor, amikor ez a legjobban kellene. Az áramkimaradás veszélyezteti a hűtött gyógyszereket, élelmiszereket, a biztonsági berendezések, segélyhívók működése kétségessé válhat. Ebben a vészhelyzetben a saját napenergia-rendszerünknek kell azonnal reagálnia és pótolnia a kiesést (azonnali átváltás UPS üzemmódra, hasonlóan, mint a számítógépek esetében). Indokolható igény pl. az is, hogy ha a napelemes rendszerünk egy adott pillanatban nem képes azt az energiát nyújtani, amit éppen igényelünk, akkor forduljon segítségül a hálózathoz és onnan fedezze az igényeket, de ahogy ez az állapot megszűnt, azonnal téren át teljesen a napenergia használatára (Zéró Energia mód). Sőt jó lenne, ha hiányt nem úgy fedezné, hogy azonnal teljes kapacitással a hálózatra kapcsol, hanem pl. csak a különbözeti energiát vegye onnan! Vételezzen, visszaadjon, töltsön, szabályozzon, kommunikáljon. Ezek bizony már a legkorszerűbb házi autonóm villamos energetikai rendszerek ismérvei és követelményei. Védelmek A hálózatra csatolt napelemes rendszerek esetében hálózatra csatolás előírásai a mérvadóak. Ezek műszaki technikai, ill. jogi jellegű előírások.

91 A hálózatra tápláló rendszer különleges védelmi jelzésekkel van ellátva, ezek betartása kötelező. A műszakilag megfelelő berendezésekkel megfelelően kialakított rendszer, automatikus működésű, beavatkozást nem igényel. A külső szolgáltatói hálózat megszűnése (hosszabb kimaradása) esetén az inverter automatikusan lekapcsol, a visszatáplálás megszűnik. Ez az életvédelmet és a biztonságot szolgálja. A hálózat visszatérése után azt követően mintegy 4 perc késleltetéssel, maga is működni kezd. A hálózatra visszatápláló rendszer több, sorosan kapcsolt napelemet tartalmaz. A napelemmező közvetlen közelében a kapcsolástól függően a feszültség akár az 1000 V-ot V(DC) is elérheti. Illetéktelenek behatolása veszélyes! A 122/2004. (X. 15.) GKM rendelet rendelkezik a villamosmű biztonsági övezetéről. A HMKE nem veszélyeztetheti a közcélú villamos hálózat biztonságos üzemét, és nem ronthatja a villamosenergia-szolgáltatás minőségi paramétereit: nem táplálhat a közcélú hálózati zárlatra 1,1 In-nél nagyobb áramot, nem maradhat a közcélú elosztóhálózattal szigetüzemben, nem okozhat megengedettnél nagyobb feszültségváltozást, nem okozhat a szabványban előírttól eltérő feszültséget, nem okozhat zavaró mértékű aszimmetriát, harmonikus torzítást, villogást, nem táplálhat a közcélú hálózatra a KIF/KÖF transzformátort aszimmetrikus gerjesztési állapotba juttató egyenáramú komponenst. A fentiek alapján HMKE-nél minimálisan az alábbi védelmekről kell gondoskodni: rövidzárlati védelem, túlterhelési védelem, feszültségnövekedési védelem, feszültségcsökkenési védelem, frekvencianövekedési védelem, frekvenciacsökkenési védelem, elosztóhálózati-szigetüzem elleni védelem, földzárlati/testzárlati védelem, érintésvédelem, egyenáramú védelem. A HMKE védelmi berendezéseit az érvényes szabványok szerint kell tervezni, kivitelezni. Ha a telepítendő HMKE vagy ennek működtetésével összefüggő felhasználói hálózati elemként tervezett berendezést, vagy műszaki megoldást nem a vonatkozó hatályos szabványok előírása szerint tervezték, a tervezőnek összehasonlító elemzéssel be kell mutatnia az engedélyezési tervdokumentációban az engedélyező elosztói engedélyes részére az eltérés mibenlétét, annak az alkalmazásra előírt szabványban írtakkal való egyenértékűségét, és indokolnia kell annak szükségszerűségét, vállalnia kell a szabványtól való eltérésből eredő következményeket. D > 108 D 141. ábra. A felfogórúd és a modulok távolsága 93

92 DC-oldal Napelemek Napelem-string SPD Inverter AC-oldal SPD Villámvédelem Napelemes rendszerek villám- és túlfeszültség-védelme A villámvédelmi intézkedések két részre oszthatóak: Villámvédelmi rendszer (lightning protection system, LPS): Azon szerkezetek és intézkedések összessége, amelyek a közvetlen villámcsapás által okozott károsodásoktól óvják az építményt és a PV-rendszer tetőn elhelyezett részeit; Napelem-string SPD Villámimpulzus elleni védelmi rendszer (LPMS/SPM): Azon szerkezetek és intézkedések összessége, amelyek a (villámeredetű) túlfeszültség-impulzusok hatására fellépő meghibásodásoktól védik a napelemes rendszert ábra. Védelem kiépítése Az alábbiakban leírt védelmi intézkedések elsősorban olyan, a kisfeszültségű hálózatra 143. ábra.földelt pólusú kapcsolás 144. ábra. Földfüggetlen kapcsolás 94

93 csatlakozó, háztartási célú kiserőműként létesített napelemes rendszerekre vonatkoznak, amelyek elhelyezése többnyire épületek tetején történik. Hasonló műszaki megoldásokkal biztosítható a szabadmezős és a sziget-üzemű létesítmények védelme is. A villámvédelem létesítésének szükségességét, a tervezéshez és kivitelezéshez szükséges jogosultságokat alapvetően az Országos Tűzvédelmi Szabályzat (OTSZ) és az MSZ EN villámvédelmi szabvány határozza meg. A villámvédelem kialakításához akkor is célszerű a témában jártas szakember segítségét kérni, ha az OTSZ nem teszi kötelezővé villámvédelmi intézkedések alkalmazását, azokra csak vagyonvédelmi szempontok alapján kerül sor. Napelemes (PV-) rendszerek villámvédelmi rendszerének kialakítása Az LPS-t lehetőleg ún. elszigetelt villámvédelmi rendszerként kell kialakítani, mert ebben az esetben a villámimpulzus vezetéses csatolásából adódó igénybevétellel nem kell számolni a napelemes rendszer vezetékein. A villámvédelmi felfogót úgy kell elrendezni, hogy lehetőleg ne vessen árnyékot a PV-modulokra. (Az árnyékvetés a teljesítmény csökkenését, hosszabb távon pedig a modulok tönkremenetelét okozza.) Ha az árnyékvetés nem kerülhető el, akkor a felfogórúd és a modulok távolsága a felfogórúd D átmérőjének legalább 108-szorosa (141. ábra) legyen. Napelemes (PV-) rendszerek villámimpulzus elleni védelme A közcélú kisfeszültségű hálózatra csatlakozó PV-rendszerek esetében az elosztói engedélyes a csatlakozás feltételeként általában megköveteli túlfeszültség-védelem kiépítését, különösen a PV- rendszer invertere és az elszámolási mérőkészülék között (AC-oldali védelem). Ez a védelem nemcsak a mérőkészüléket és a közcélú elosztóhálózatot védi a napelemek irányából érkező túlfeszültségimpulzusoktól, hanem az invertert is, a közcélú hálózat felől. Függetlenül a csatlakozás műszaki feltételrendszerétől, a napelemes rendszer üzemeltetőjének saját érdekében is célszerű a védelem kiépítése, mind az AC-, mind pedig a DC-oldalon (142. ábra). Az AC-oldalon alkalmazott védelmi eszközök nem térnek el a szokásos 1- vagy 3-fázisú védelmektől: szikraköz vagy varisztor alapú túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD) egyaránt használható. A DC-oldali védelmek kiválasztása azonban a napelemes rendszer adatainak és az SPD-k műszaki jellemzőinek részletes ismeretét feltételezi. A DC-oldali SPD kapcsolásának kiválasztása A DC-oldal kialakítása kétféle lehet: Földelt pozitív vagy földelt negatív pólusú. A védelemhez az általában 2-pólusúnak nevezett, a 143. ábrán bemutatott kapcsolású SPD szükséges. (A túlfeszültségvédelemben szokásosan pólusnak nevezett egységeknek semmi köze az egyenáramú rendszerek pólusaihoz! Ráadásul a PV-rendszerek védelméhez alkalmazott 2-pólusú SPD-kben a pólusokat alkotó varisztorok egymással sorba vannak kötve, eltérően az AC-rendszerekben alkalmazott SPD-k pólusaitól.) Földfüggetlen. A védelemhez 3-pólusúnak nevezett, a 144. ábrán bemutatott kapcsolású SPD szükséges. (A PV-rendszerek védelméhez alkalmazott 3-pólusú SPD-k pólusait alkotó varisztorok olyan Y kapcsolásba vannak kötve, amelynek csillagpontja nincs kivezetve.) DC-oldali védelemhez szikraközök használata nem jellemző, az utánfolyó zárlati áram megszakításának nehézségei miatt. Ezért az AC hálózatra szánt szikraközök PV-rendszerek DC-oldalán történô alkalmazása nem lehet- 95

94 séges. A DC-oldali SPD típusának kiválasztása A DC-oldali védelem típusát a villámvédelmi rendszer (LPS) meglététől függően kell meghatározni: LPS nincs, vagy az LPS felfogója/levezetője nincs összekötve a PV-rendszerrel: az inverter előtt 2. típusú SPD alkalmazása célszerű. az LPS felfogója/levezetője össze van kötve a PV-rendszerrel: az inverter előtt típusú SPD alkalmazása célszerű. A DC-oldali SPD névleges feszültségének kiválasztása A napelemes rendszerek DC-oldali védelmét biztosító túlfeszültség-védelmi eszközöket úgy kell kiválasztani, hogy az egyenáramú pólusok között, ill. a pólusok és a föld között üzemi körülmények között fellépő maximális feszültségkülönbség ne okozhassa az SPD működését (tehát az üzemi feszültség kisebb legyen a varisztorok határfeszültségénél). A napelemes rendszer DC-oldali feszültsége viszonylag széles határok között változhat, a napsugárzás intenzitásától és a környezeti hőmérséklettől függően, továbbá attól, hogy az ún. stringeket (l ábra) hány egymással sorbakötött napelem-modulból alakították ki. Az SPD-ket a string maximális üresjárati feszültségére kell méretezni, amelyet a sorbakötött modulok számának és az egyes modulok maximális üresjárati feszültségének szorzata ad. A modulok maximális üresjárati feszültségét (U OC, MAX ) szélsőségesen kedvező időjárási körülményekre határozzák meg. A gyártók ehelyett gyakran a szabványos időjárási körülmények (1000 W/m 2 besugárzási intenzitás, 25 C hőmérséklet) között mért U OC, STC vagy U OC értéket adják meg. A két érték közötti összefüggés: U OC, MAX 1,2 U OC. közelítő összefüggés áll fenn. DC-oldali védelemhez szükséges SPD-k mennyisége Kisebb teljesítményű rendszerek esetében az összes napelemmodult sorba kötik, és így, egyetlen stringet alkotva csatlakoztatják az inverter bemenetére. Ebben az esetben a DC-oldalon egyetlen 2- vagy 3-pólusú SPD-t kell beépíteni. Nagyobb rendszereknél a napelemmodulok leadott teljesítményének maximalizálása érdekében több stringet alakítanak ki, amelyeket (feltéve, hogy a stringek nem párhuzamos kapcsolásban, azonos MPP-követőre dolgoznak) külön-külön kell SPD-vel védeni (l ábra). Balesetvédelem Megelőzés A balesetet nem lehet előre látni, ezért a megelőzés többnyire arra korlátozódik, hogy a nyilvánvalóan veszélyes forrásnak tekinthető helyzeteket, anyagokat kizárja. A munkavégző személy elképzelt helyzetek megismerésével gyakorlatot szerezhet a veszélyhelyzet vagy annak előzményeinek felismerésében és gyakorlatot szerezhet az elhárításban vagy védekezésben. Baleseti források A baleseti forrásokat az ember által alkalmazott anyagokból, helyszínből, technológiák- BIZTONSÁGI TÁVOLSÁGOK 1000 V-ig 1 m V-ig 3 m V-ig 4 m V-ig 5 m Ismeretlen feszültség 5 m 96

95 ból, és ún. nem várt eseményekből vagy ezek együttes hatásából lehet levezetni. Lehetséges források: a helytelen, hiányos öltözék sok balesetet idézhet elő (megfelelő cipő, védőszemüveg, kesztyű, védősapka, szigetelt villamos szerszámok használata; magas tetőről való leesés biztosítás, több ember dolgozzon együtt; erős szél a szállítást (anyagbiztonság is!) és a tetőn való tartózkodást veszélyezteti, indokolt esetben hagyjuk abba a munkát; teher emelése különösen veszélyes művelet. A teher alatt tartózkodni tilos. Ha mindenképpen ott kell állnunk, megfelelő személyi védőfelszerelés használata köztelező; hibás, megrongálódott szerszámok használata napi rendszeres szemlével csökkenthető a veszély a vizsgálatot azoknak a személyeknek javasolt elvégezni akik a szerszámot használják; erős napsütés a túlzott meleg sok embernek kellemetlen használjunk sapkát, árnyékolásokat, igyunk sok folyadékot; erős napsütés ne hagyjunk fémtárgyakat sokáig a tűző napon, mert erősen átforrósodnak. Hirtelen megfogjuk és hirtelen el is dobjuk (!), olyan forró. Hogy kit talál el, nem tudhatjuk Tetőn történő munkavégzés megkezdése előtt a leesés és leejtés elleni védelmet a DIN es DIN szabványok betartásának lehetőségét szükséges ellenőrizni. A biztosítóköteleket mindig a használó felett rögzítsük. Vegyük figyelembe a kikötési pont terhelhetőségét! Csak minősített munkavédelmi eszközöket (öv, heveder, beülő, kötél, karabíner stb.) használjunk. Soha ne használjunk sérült vagy hibás létrát! Soha ne javítsunk létrát! Használjunk biztonsági védőszemüveget fúrásnál, flexelésnél vagy kollektor szerelésénél. Vágás- és szakadásbiztos munkavédelmi kesztyűt használjunk, különösen ami- 97 kor vákuumcsöves vagy sík kollektort szerelünk. Villamos baleseti források: a napelemet a NAP helyezi üzembe! erős napsütés erős napsütésben a napelemek áramot termelnek, ezért a szerelés előrehaladtával az áramütés veszélye fokozódik. Adott esetben a kritikus műveleteket halasszuk a hajnali és esti órákra. Ha erős napsütésben soros kötéseket végzünk, takarjuk le az egyik napelemet megfelelő anyaggal; akkumulátorkapcsok rövidzárlata. Tilos az akkumulátor kapcsait rövidre zárni; Tilos olyan anyagokat az akkumulátorra vagy FIGYELEM! Felszerelt és működésben lévő napelemet vízzel ne mossunk az áramütés veszélye miatt! Az áramütés veszélye abból ered, hogy az elektromos kábelek csupasz részeivel érintkezhet a víz. A napelem vízzel szemben hermetikusan zárt. Csupasz kézzel, vagy főleg vizes nedves kézzel ne érintsük meg a napelem vezetékeinek vagy egyéb további vezetékek fémrészeit (vagy az akkumulátorok csupasz pólusait), mert az áramütést okozhat. Az invertereket és akkumulátorokat elkülönített, lehetőleg zárható, helyen kell elhelyezni. Gondoskodni kell arról, hogy gyerek ne kerülhessen a közelükbe. Tilos és életveszélyes a napelemet közvetlenül összekapcsolni a vezetékes vagy egyéb hálózattal. Hálózati feszültséget és 380 V(AC) szolgáltató, szigetüzemmódú, vagy a vezetékes hálózattal (230 V 50 Hz, vagy nagyobb feszültséggel működő rendszerekkel) összekötött egységek (hálózatra visszatápláló vagy hálózati interaktív inverterek) szerelését villamos szakemberrel kell végeztetni.

96 Rajzképi jelölések gyűjteménye I. Jelölés Megnevezés Jelölés Megnevezés Jelölés Megnevezés napelem inverter DC-DC akkutöltő akkumulátor 3-fázisú megszakító generátor kompakt fénycső földelés műterhelés túlfeszültségvédelem hálózat ellenállás MOS-Fet tranzisztor tranzisztor kondenzátor tekercsinduktivitás áramgenerátor dióda vezérelt kapcsolórelé mérőeszközfeszültség túlfeszültséglevezető B-3f-TN-S túlfeszültséglevezető C-3f-TN-C túlfeszültséglevezető C-3f-TN-S túlfeszültséglevezető D-3f-TN-TN szakaszolóbiztosító-3p túlfeszültséglevezető B-3f-TN-C terheléskapcsoló-3p biztosító PT 100 hőmérsékletérzékelő állítható ellenállás F-biztosító-3P 3 fázis transzformátor feszültséggenerátor hibaáram- kapcsoló- 4P F-kismegszakító-3P főkapcsoló- 3P megszakító-3p 3 fázis dugaszolóaljzat-3f+n+föld motorvédőkapcsoló-3p biztosító- NH-3P M-motor-3f tápegység 98

97 Rajzképi jelölések gyűjteménye II. Jelölés Megnevezés Jelölés Megnevezés Jelölés Megnevezés huzalátkötés csatlazozó pont nagyfeszültség Nf. változtatható átkötés változtatható ellenállás hőmérsékletfüggő ellenállás kondenzátor elektromos ellenállás bontható csatlakozó varisztor ohmos ellenállás áramforrás, áramgenerátor túlfeszültséglevezető túlfeszültségvédelem 3-fázis földelés tirisztor izzólámpa dióda robbanás veszélyes övezet induktivitás vagy komplex impedancia bontó/záró érintkező dugaljzattípusok biztosító (olvadó) 99

98 annak közvetlen közelébe tenni, amelyek a kapcsokat rövidrezárhatják (fémlétra, vizesvödör, festékesvödör, megázott munkakabát stb.); tartsuk be a szigetüzemű (akkumulátort és töltésszabályozót) tartalmazó rendszerek pontos szerelési sorrendjét. A helytelen sorrend az anyagot tönkreteszi és balesetet okozhat; vizes, nedves kézzel TILOS villamos szerelést végezni ha izzadunk, tartsunk magunknál erős nedvszívó ruhát az izzadság megszüntetésére; amennyiben a helyszín felett vagy annak közvetlen közelében nagyfeszültségű kábelek, ill. távvezetékek futnak, munkát csak abban az esetben kezdjük meg, ha a kábelek és távvezetékek feszültségmentesítve lettek, és erről magunk is megfelelően meggyőződtünk; a feszültség alatt lévő vezetékeket megfelelően kell határolni; az előírás szerinti biztonsági távolságot köteles megtartani. Fontos figyelmeztetések: a napelemek felszerelésénél vegyük figyelembe, hogy fő alapanyaguk üveg, ugyan- INVERTEREK BEKAPCSOLÁSA Hálózatvezérelt invertereknél elsőként az egyenáramú oldalt kell bekapcsolni. A váltakozó áramú oldal bekapcsolása csak ezt követően megengedett. ISZM invertereknél a szinkrongenerátorok rákapcsolási feltételeit kell betartani. a) b) 145. ábra. Hálózattípusok a) TT hálózattípus; b) TN-C hálózattípus; c) TN-CS hálózattípus; d) TB-S hálózattípus úgy kell bánni velük, mint bármilyen más üveglappal, ne karcoljuk meg a felületüket; a felerősítési pontok egy síkba essenek így nem alakul ki az üvegben olyan káros mechanikai feszültség, ami idővel repedést okozhat; a napelem az időjárási viszontagságokat (szél, hó, jég, kisebb jégverés stb.) elviseli, de nagyobb kővel megrongálható; a napelemeket csak természetes napfénnyel szabad megvilágítani. Koncentrált fény a napelemet károsíthatja, tönkreteheti; igyekezzünk úgy elhelyezni a napelemeket, hogy ne kerüljenek árnyékba, de ha ez nem oldható meg, akkor törekedjünk úgy elhelyezni (ez főleg vékonyréteg-napelemekre vonatkozik), hogy az árnyék mindig merőleges legyen a vágásokra, azaz a napelemen látható csíkok azonos hosszon legyenek árnyékban; azonos üresjárati feszültségű napelemek párhuzamosan köthetők, de sorba csak azonos típusokat szabad kötni; d) c) 100

99 a napelem azonnal energiát szolgáltat, ha megfelelő fény éri. A szerelés során, az összekötéseknél ezért vigyázni kell, különösen erősen napos időben. Javasolt a szerelés alatt lévő napelemet letakarni, fénytől védeni, így elkerülhetjük az áramütés veszélyét. Sorba kapcsolt napelemeken kialakuló nagyobb feszültség miatt ez fokozott veszélyt jelenthet. Sorba kötött napelemeknél, lehetőleg a napelemek azonos része legyen árnyékban, ha egy részük mindenképpen árnyékba kerül; a napelemek és a csatlakozó elektronikus berendezések között a lehető legrövidebb, megfelelő átmérőjű, és megfelelően szigetelt, vezetéket használjunk. (A villamos szerelési szabványok meghatározzák azt a megfelelő vezeték keresztmetszetet mely alkalmas a vezetékben kialakuló legnagyobb áramterheléshez); a napelemek a rövidzárlatot elviselik (a modul saját kivezetései összeköthetők), de más független elektromos forrásból (pl. hálózati feszültség, generátorfeszültsége stb.) feszültséget nem szabad rájuk kapcsolni, mert az károsíthatja őket. (Ez alól kivétel a párhuzamos kapcsolás, itt azonban nem független forrás kerül kapcsolatba, hanem ugyanolyan típusú napelemek vannak összekötve); az elektromos kivezetéseket, összekötőkábeleket, úgy kell elhelyezni, hogy ne sérülhessenek meg, és a csatlakozások nedvességet ne kapjanak. Beüzemelés A szerelés és telepítés befejezése és a szokásos rutinellenőrzések után történik a rendszer beüzemelése. Ez a eszközök bekapcsolását és az üzemszerű működés megindítását jelenti. Rákapcsolási feltételek. Háztartási méretű kiserőművet az elosztói engedélyes csatlakoztatásra vonatkozó jóváhagyása után lehet a hálózattal párhuzamosan kapcsolni. A megtermelt villamos energiát csak a megfelelő mérőberendezés felszerelését követően lehet a kereskedő részére értékesíteni. A HMKE hálózatra csatlakoztatásánál, a minimális követelmény, hogy a rákapcsolás tartós hálózati feszültség esetén fázissorrend-helyesen, ill. egyfázisú csatlakozás esetén az előírt fázisra történjen. Egyedi elbírálás alapján a teljesítmény függvényében az elosztói engedélyes megkövetelheti a külön engedélyeztetést. A HMKE felhasználói, ill. összekötő berendezésen, vagy magánvezetéken keresztül csatlakozhat a közcélú hálózatra. A beépített berendezéseket fixen kell csatlakoztatni, bontható csatlakozás (pl. dugaszolóaljzaton keresztül) nem engedélyezett! Fontos, hogy az inverter és egyéb villamos eszközt az aktuális hálózattípus szerint válasszuk meg és tervezzük meg a rákötést (145. ábra). A tulajdonos (átvevő) tájékoztatása a rendszer működéséről. A beüzemelés befejeztével javasolt a tulajdonos és/vagy a rendszert használó személyek tájékoztatása a kiépített napelemes rendszer tulajdonságairól. A tájékoztatás terjedjen ki a rendszer felépítésére, a korábbi megszokott állapottól való eltérések ismertetésére, működésére, szolgáltatásaira, kezelésére. Ilyen pl. amikor egy olyan tanyát látunk el elektromos árammal szigetüzemben, ahol korábban nem volt áram. Nyomatékosan fel kell hívni a figyelmet 101

100 a veszélyforrásokra és a lehetséges balesetveszélyekre. A bemutatás közben járjuk be a teljes rendszert, és minden elemet mutassunk meg. Különösen fontos hogy, gyerekek, ill. állatok ne kerülhessenek a veszélyforrások közelébe. Figyelmeztető és/vagy azonosító feliratok, táblák elhelyezése. A kiépített rendszert figyelmeztető, tájékoztató, azonosító jelzésekkel kell ellátni. Ezek a feliratok, táblák főleg tűzvédelmi szempontból fontosak. A tűz esetén a tűzoltóság kiérkező személyzetének késlekedés nélkül kell cselekednie, ezért azonnal tudniuk kell milyen villamos rendszerrel állnak szemben, hol vannak a főkapcsolók és hogyan lehet áramtalanítani a rendszert. Az interaktív napelemes rendszerek esetében előfordulhat olyan eset is, hogy ha lekapcsoljuk a hálózati főkapcsolót a backup típusú rendszer éppen ekkor kezd automatikusan üzemelni. Tűzvédelmi tájékoztatás. A korábbi tájékoztatás fontos része a tűzvédelmi információk átadása, ill. tűzveszély lehetőségeinek ismertetése. A tűzvédelmi veszélyekre és lehetséges védekezésekre, megelőzésre a kivitelezőnek kell felhívni a tulajdonos (üzemeltető) figyelmét. Javasolt, hogy a későbbi üzemeltető személyzet is vegyen részt ezen. A tűzvédelemről szóló tájékoztatást javasolt jegyzőkönyvben rögzíteni. FIGYELEM! A kábelt megbontani TILOS és ÉLET- VESZÉLYES! Próbaüzem. A rendszer fizikai létrehozását követően szükséges próbaüzem megindítása. Szokásos ideje 1 15 nap, nagyságtól és bonyolultságtól függően. A próbaüzem célja az üzemszerű működés bizonyítása, és egy lehetőség arra, hogy esetlegesen kisebb hiányosságok felszínre kerüljenek. A próbaüzem a rendszer későbbi megbízhatóságát növeli. A próbaüzem megkezdését és befejezését jegyzőkönyvezni kell. Átadás-átvételi eljárás. Ez jelenti tulajdonképpen a rendszer építésének teljes és jogi értelemben is vett befejezését. Az eljárásra többnyire a próbaüzem befejeztével kerül sor. Az átadás során az építő/kivitelező (vagy megbízottja) hivatalosan átadja a rendszert a megrendelőnek (vagy megbízottjának). Az eljárásról jegyzőkönyvet kell készíteni. Az eljárás során, egy bejárás keretében be kell mutatni a teljes rendszert, annak vázlatos működését, (ha kell, akkor ennél részletesebben) a védelmi rendszereket. Az eljárás befejeztével, ill. a jegyzőkönyvek aláírásával a rendszer minden értelemben átszáll az új tulajdonosra. Karbantartás. A jól megépített rendszerek különösebb felügyeletet nem igényelnek. Vannak azonban olyan teendők, ellenőrzések, amelyeket érdemes figyelemben tartani. A legnagyobb törődést az akkumulátorok igénylik. Javasolt évente két alkalommal ellenőrizni a kötéseket, oxidációjuk állapotát, esetleges elpiszkolódást. Ha a környezet jellege ezt indokolja (állattartó telepek, tanya, nagy páratartamú vagy ammoniagázban dús helyek, pl. istálló stb.) az ellenőrzést gyakrabban, esetleg havonta javasolt megtenni. A napelemek nem igényelnek különösebb karbantartást, de ez esetben is érdemes ellenőrizni a felületi elpiszkolódást. Erősebb 102

101 viharok után javasolt a rendszer teljes felülvizsgálata, különös tekintettel a kötések, csatlakozások kilazulására, az esetleges kábelsérülésekre vagy -törésekre. A sérült elemeket azonnal ki kell venni a rendszerből. Az inverterek automatikus működésű eszközök, rendszeres karbantartást nem igényelnek, évi két alkalommal ellenőrzésük (méréssel) javasolt. Hasznos tanácsok felhasználók részére STOP! Ha Ön eddig olyan villamosenergia rendszert használt amely akkumulátorból nyerte az energiát és nem volt invertere, akkor önnek egyenáramú rendszere volt. Ezek feszültsége többnyire 12/24/48 V(DC). Ha Önnek a napelemes rendszer kiépítése során invertert szereltek fel, akkor feltehetően most olyan rendszere van, amely 230 V feszültséget szolgáltat Önnek! tonsági, Tűz- és robbanás védelmi, és egyéb ide vágó szerelés-, és létesítés-biztonsági törvények és előírások betartásával kell végezni. STOP! A hálózatra visszatápláló rendszer több, sorosan kapcsolt napelemet tartalmaz. Ezért napelemmező kábeleinél és a napelemek közvetlen közelében, a feszültség akár az 1000 V(DC) értéket is elérheti. A napelemmezőt üzemi napsütéses állapotban megközelíteni VESZÉLYES, mert áramütés veszélye áll fenn. Illetéktelenek behatolása veszélyes! A napsugárzás megszűnése esetén (este, szürkület, erősen felhős idő) az energiatermelés megszűnik. A rendszeren nem szakember által bármi nemű változtatás TILOS! Egyrészt a garancia azonnali elvesztését jelenti de ÉLET- VESZÉLYT is jelenthet. ÉRINTÉSVÉDELMI és az áramütés veszély szempontjából ez ugyanolyan, mint a megszokott hálózati feszültség! Saját biztonsága érdekében tartsa szem előtt az előbbieket, továbbá ne nyúljon a konnektorba, és ne engedjen gyereket vagy más nem kellően képzett személyt a rendszer közelébe! STOP! Ha a rendszer a falba épített elektromos hálózatba csatlakozik pl. tanyán akkor erre ugyanazok a biztonsági szabályok vonatkoznak, mint a vezetékes hálózattal ellátott családi házakra. Szerelések javítások megkezdése előtt a rendszert áramtalanítani kell! Az áramtalanítást a napelemrendszer lekapcsolásával kell elvégezni! A felszereléskor szigorúan be kell tartani a mindenkor érvényes Életvédelmi, Vagyonbiz ábra Ellopott napelemrendszer 103

102 a) 147. ábra. Behatolás elleni védelem infrasorompóval a) védelem infra kapuval, sematikus ábrázolás; b) naperőmű térvédelme infrasugaras védelmi megoldással (Szlovákia) b) a) b) 148. ábra. Lopás elleni védelem a) kerítéssel; b) térfigyelő kamerával 104

103 szempontok Gondozás, karbantartás A felület tisztasága ugyan befolyásolja az energiatermelést, de napelemek a felszerelés után gondozást, karbantartást nem igényelnek. Ha szükséges a felszerelés előtt, a Nap felé néző felületük vízzel vagy üveg tisztítására alkalmas egyéb háztartási tisztítószerekkel lemosható. Savas, lúgos vagy egyéb más módon agresszív (pl. karcoló hatású) anyagokat TILOS használni. Mivel üvegből készült eszközökről van szó, ezért ügyeljünk, hogy kemény tárggyal ne üssük meg, mert ez repedést, törést idézhet elő. Létesítménybiztonsági Vagyonvédelem A napelemrendszerek ma még ritkaságnak számítanak, viszonylag drágák. Sok esetben illetéktelen emberek, törvénytelen módon próbálják megszerezni ezeket, és nem is tudják, hogy sokszor az életüket kockáztatják. Házunkban, birtokunkon a napelem többnyire szem előtt van, magunk is tudunk vigyázni rá. Az utak mentén elhelyezett helyi energiatermelők vannak a legnagyobb veszélyben, mert könnyen hozzáférhetők. Nagyobb rendszereket több okból is védelmi kerítésekkel kell körbevenni. Komolyabb rendszerek infrafényű behatolásjelzőket és riasztókat is alkalmaznak. Ezek tervezése, szerelése külön szakmát igényel. A védelem kulcsszava: a hozzáférhetőség megnehezíté- 60 Hz-es (50 Hz) váltakozó áram megfigyelt hatása az emberi szervezetre Az áram erőssége, ma k (15 20 A)* Megfigyelt hatás a szokásos biztosító, illetve kismegszakítók működnek egy 100 W-os izzó körülbelül ennyi áramot fogyaszt súlyos égési sérülések keletkeznek megáll a lélegzés megáll a szívverés (ventrikuláris küszöbérték) fulladás előfordulhat akaratlan izomösszehúzódások ( a légzőizmok bénulása) azon áramerősség határa, amely esetén egy átlagos férfi már nem tudja elereszteni a megfogott vezetéket Az automatikus földelésihiba-érzékelő ( magyar szakirodalomban FI relé, angolul GFCI, Ground Fault Circuit Intrerrupter) kiold és megszakítja az áramkört enyhe sokk az áram ütésének érzése érzékelési küszöb (éppen hogy érzékelhető érték) * Megjegyzés: A közötti áramok esetében a szokásos házi biztosítónak működnie kell! 105

104 se. A saját tulajdonú rendszerek esetében a tulajdonos többnyire azon a helyen lakik, ahol a rendszert telepítették. A vagyonvédelmet a személyes jelenlét biztosítja. Kivételt képeznek időszakosan használt telepítések, mint pl. hétvégi házak, nyaralók, másodlagos lakások, házak. Indokolt a nem személyes jelenléten alapuló vagyonvédelem alkalmazása. A házak többségében kiépítenek automatizált vagy félautomata távfelügyeleti rendszereket (térvédelmek, térfigyelő kamerák). Némi módosítással kis kiegészítéssel ezek a rendszerek alkalmassá tehetők külső vagyonvédelemre is. A felügyelet nélküli helyen telepített rendszerek esetében bonyolultabb a helyzet és több problémás eset is adódhat. Ilyenek pl. az út mentén telepített napenergiás ellátóegységek, amelyek SOS hívások számára szolgáltatnak energiát, vagy távadatot gyűjtő- és továbbítóegységek. Ezek esetében az értéküktől használati értéküktől függően javasolt védelmeket kiépíteni. Ilyen telepítések pl. védelmi rendszerek, távadatgyűjtők, biztonsági rendszerek primér és szekunder egységei. Néhány ilyen rendszert mutatunk be a ábrákon: bizonyos esetekben a védelem mechanikai körülkerítést, feljutás védelmet jelent, figyeljük meg az oszlop aljára telepített acéltüske rendszert, a lopást rongálást ezek a megoldások jelentősen megnehezítik, bizonyos esetekben az állatok behatolása ellen kell védekeznünk, trópusi telepítések esetében a rendszer specifikációban is figyelembe kell venni a hatásokat, hangyák, madarak, kártevése ellen különleges megoldásokkal kell védekeznünk, pl. acélpáncél cső. Baleset- és életvédelem Az elektromos áram élettani hatása elektrosokk Mindenki, aki az erősáramú villamos szakmá- Az áram a férfiakra, ill. a nőkre kifejtett élettani hatása Az áram hatása Váltakozó áram, A Megjegyzés nők férfiak Érzékelési küszöb Enyhe áramütés (nem fájdalmas) Izomműködést nem befolyásol Fájdalomküszöb (izomműködést nem befolyásol) Erős áramütés (izomműködés leáll, légzési nehézség, (az elengedés még lehetséges) Szívizom működési problémák, 3 mp-es sokk, (ventrikuláris fibrilláció) Szívizom működési problémák, 1 mp-es sokk, (ventrikuláris fibrilláció) A szívizom működés leáll! A szövetek és szervek megégnek! 0,0010 0,0018 0,0090 0,0230 0,1000 0,2000 0,5000 1,5000 0,0007 0,0012 0,0060 0,0150 0,1000 0,2000 0,5000 1,5000 fokozott figyelem veszélyhelyzet halálos halálos 106

105 ban tevékenykedik, munkája során többször szembesül a villamos áram veszélyességével, ezért nem árt, ha mindig szem előtt tartjuk és ismételjük az alábbiakat. Áramütéses baleset akkor következik be, ha az emberi test a villamos áramkörbe bekapcsolódik. Ez leggyakrabban akkor történik, ha azonos áramkör két vezetékét vagy a földpotenciál és egy feszültség alatt álló pontot megérintünk. A villamos áram vegyi, hőés sokkhatása révén fejti ki káros hatását: az egyenfeszülségű villamos áram vegyi hatása során az emberi szervezetben gázképződés jön létre, amely embóliát okozhat; a) a villamos áram égési sérüléseket okoz, amelyet a testen átfolyó áram által kifejtett és az emberi test ellenállása mértékétől függő, valamint a villamos ívet kísérő hőhatás idéz elő; a villamos áram sokkhatását a váratlan áramütés hozza létre, amely hatás nagymértékben függ az egyén egészségi állapotától. A villamos áramütés súlyosságát az áramerősség, a behatás időtartama, az áram útja, az áram neme (legyen az egyen- vagy váltakozó áram), az áram frekvenciája, az emberi test ellenállása és az áthidalt feszültség nagysága befolyásolja. Az áramütéskor további tényezők is számottevőek, mint pl.: az egyén testi, lelki, egészségi állapota, valamint az, hogy az áramütést elszenvedő egyén számít-e a baleset esetleges bekövetkezésére. Veszélyesség szempontjából az érzékelhető áramerősség átlagosan 0,5 1 ma, amelyet érzetküszöbnek nevezünk. Veszélyes az a határ, amely a végtagizmok görcseit kiváltja. Ez az elengedési áramerősség kb ma körüli érték már a szívkamra és a pitvar egyidejű összehúzódását okozza, aminek követ- b) c) ábra. Biztonsági üvegek a) az edzett üveg vizsgálata; b) az edzett üveg morzsalékos törése; c) az edzett üveg oly erős, hogy akár egy 100 kg-os embert is elvisel. Ennek ellenére ne álljunk rá

106 keztében a normális szívműködés az áramütés megszűnése után sem áll helyre. A klinikai, majd a biológiai halál állapotát okozhatja a 100 ma vagy ennél nagyobb áramerősség. Az áramütés az idegközpontok zavarát, az izmok görcsös összehúzódását okozza, aminek következménye eszméletvesztés is lehet. Az áram a testen belül a test részeinek ellenállása függvényében halad. így pl. a legkedvezőbb eset, amikor a két láb hidalja át a két különböző feszültségen lévő pontot. A váltakozó árammal szemben az ember sokkal érzékenyebb. Míg az egyenáram hőés vegyi hatása miatt káros az emberi szervezetre, addig a váltakozó áram az idegekre fejt ki sokkhatást. Az áramütésre sokkal érzékenyebbek a szívbetegek, az alkoholisták, a magas vérnyomás-ban szenvedők stb. A villamos áram káros hatásait a villamos berendezések szakszerű létesítésével, érintésvédelemmel és a munkavégzés szabályainak betartásával lehet megakadályozni. Fontos tudni, hogy lakásokban, a lakóépületekben az időszakos szerelői ellenőrzést nem csak a szabályzatokban előírt kilenc évenként, hanem annál gyakrabban szükséges lenne elvégezni. A tűzoltási tevékenység során a lehetséges kockázatok közül az egyik legfontosabb az elektromos áramütés veszélye. Az életre veszélyt jelenthet a feszültség és az áramerősség (egyenáramú esetekre az Ohmtörvény ad segítséget az adott feszültség esetén fellépő áramerősségre). Adott esetben szívbénulás és azonnali halál a) c) b) 150. ábra. Ragasztott biztonsági üveg és törése a) saroktól kiinduló repedés; b) felületen belül kiinduló törés, figyeljük meg a sugaras irányokat; c) többszörös törés; d) sérült napelem villámcsapás következtében d) 108

107 áll be 100 ma váltakozó áram vagy 500 ma egyenáram esetén (l. még a feszültség és áramerősség törvényeit.) Veszélyforrások Szerelés közben: magasság (megcsúszás szédülés), hőség, a ferde tető hajlásszöge (többnyire csúszásveszély), a tető műszaki állapota (kockázati tényező), nehéz terhet kell vinni (milyen magasságba? mekkora tömeget? kezelhetőség), üvegtörés (jelentős veszélyforrás főleg BIPV portálos/transzparens), elektromos szerelés áramütés veszélye ( V(DC), 230 V(AC), 400 V(AC), nagyobb rendszerek esetében (12000 V és e feletti feszültségek esetében ügyeljünk a biztonságos megközelítési távolságok betartására), egyedül lehetőleg ne szereljünk, ne dolgozzunk a rendszeren, szanaszét hagyott szerszámok, gondatlan szerelési munka. A sérülések típusa: mechanikai, égési (napelem, tető, felforrósodott tetőanyagok, főleg fém, üveg), vágás (pl. törött napelem), elektromos sokk (áram alatti csupasz vezeték), savmarás (akkumulátor). Veszélyforrások tűz esetén: FIGYELEM! Az energia forrása minden esetben a napelem és/vagy akkumulátor. A hálózattal összekötött interaktív rendszerek (backup típusú) éppen akkor aktivizálódnak, amikor megszüntetjük a hálózati kapcsolatot! Napelem DC 17 V 18 V dc Akkutöltő DC kábel Akkurendszer Inverter AC kábel Mérőóra Napelem DC kábel Inverter Bemeneten: DC Bemeneten: V dc 17 V 1000 V dc V dc Kimeneten: V ac Mérőóra AC kábel Kimeneten: V ac 151. ábra. Áramtalanítás, szigetüzemben. A beavatkozási helyeket piros nyilak jelzik 152. ábra. Áramtalanítás, hálózatra kapcsolt rendszerben 109

108 a napelem műanyag és gumianyagai (főleg régebbi gyártások esetén éghetők lehetnek, az újabb gyártások már lángálló kivitelt is ajánlanak), kábeltűz, rövidzárlat kialakulása kábelszigetelés sérülése miatt, veszélyes gázok felszabadulása várható (a kollektor külön eset), nagy hőmérsékleten és mechanikai terhelés alatt az üveg szétrobbanhat, repülő szilánkveszély, tűzoltáskor a kötelező a TELJES testfelületet védeni! Az üveg + acél + kábel + magasság + ferde tető = VESZÉLYES ÜZEM, ennek megfelelően fontos a következőket fokozottan szem előtt tartani: Ne lépjünk az üvegre! A tetőn minden forró lehet Tűző napon ne locsoljuk a napelemet! Ha nem tudjuk kikapcsolni a napelemet takarjuk le! Keressük meg az invertert hálózat/sziget üzemmód? Áramütés veszélye max V(DC) is lehet! A napelemben gyakorlatilag nincs kiszabaduló mérgező anyag. A napelem a nagyobb nyomásokat elbírhatja de könnyen törhet! Akkumulátor = savmarás és áramütésveszély Inverter DC AC energiaátvivő egység! A kollektorban vákuum lehet befelé robban! repülőszilánk! Fagyálló feltöltése: E/P-glikol! forró folyadék. A napelem nagy nyomást, ütést nem bír ki! Az üvegtörések fajtái (149. és 150. ábra): Edzett üveg morzsalékos törés; l. autóütközéseknél; 153. ábra. Tűzvédelmi szempontból helytelen kábelezés. Javasolt a pozitív és a negatív kábelágak elkülönítése legalább cm távolságra Ragasztott üveg hasadásos törés, a ragasztó miatt egyben marad l. az autó szélvédője Egyszerű üveg szilánkos törés, l. lakásablakok törése. Tűzvédelem A napelemes rendszerek esetében is előfordulhatnak tűzesetek még akkor is, ha ezek oka többnyire nem közvetlenül a rendszer hiányos működése. A tűzoltási szakembereknek ez esetben fokozott veszélyekkel kell szembenézne. A helyszínre érkező csapat először megkeresi a helyi közműforrásokat (víz-, gáz-, áramellátás), ezek elzáró szerkezeteit, és hatástalanítják, kikapcsolják. Ez jelentősen csökkenti a további baleseti forrásokat (pl. gázrobbanás) és többnyire életet ment. A szokványos közműellátások esetében az elhelyezkedések és az elzárószerkezetek viszonylag jól ismertek. A nap- 110

109 154. ábra. Nyeregtető szerelése helyes tűzvédelmi szempontok alapján 156. ábra. Napelem helyes elhelyezése nyeregtetőre 155. ábra. Napelem helyes elhelyezése sátortetőre 157. ábra. Napelem helyes elhelyezése kereszt nyeregtetőre Napelemmező Tetőn lévő tereptárgyak min. 1 m Napelemmező min. 1 2 m 158. ábra. A tűzvédelmi előírásoknak is helyesen méretezett napelemelrendezés felülnézeti terve 111 Járóutak

110 elemes rendszerek esetében a teljes áramtalanítás okozza a legnagyobb gondot. A napelemes rendszerek áramtalanítása A rendszertípustól függően, többféle módon történhet. Különbséget kell tenni a szigetüzemű és a hálózatra tápláló rendszer szerint, valamint hogy tartalmaz-e akkumulátort. A szigetüzemű rendszerek szinte kivétel nélkül tartalmaznak akkumulátort. JÓ TANÁCS A munkavezető vagy ha nincs ilyen, akkor mi magunk járjunk körül, gondosan szemlélve a területet és szedjük össze a kommunális típusú szemetet is! Ez egyben előírás, és mindenképpen növeli a cég iránti vevői bizalmat. A teljes áramtalanításhoz több helyen be kell avatkozni (151. ábra). Az áramtalanítás javasolt pontjai hálózatra csatolt üzem esetén a 152. ábrán láthatók. A tüzoltás és tűzmegelőzés számára a napelemes (és tágabb értelemben az összes villamosenergia- kimenetű megújulóenergiaeszköz) világviszonylatban új eszköznek számítanak. Bizonyos módszerek léteznek, de nem egységesek és főleg nincsenek kiforrva. Fokozottan vegyük figyelembe a következőket: új eszköz = új veszélyforrások, az eszköz felismerése, a veszély felismerése, döntés meghozatala, végrehajtás (elhárítás, védelem, veszélyés kockázatcsökkentés), utótevékenység, egységes jelek, 159. ábra. Hulladék újrahasznosítás logo felkészülés begyakorlás, terepi gyakorlatok, A tűzoltóság beavatkozása tűz esetén A tűzoltóság tűzoltási és műszaki mentési tevékenységének szabályairól kiadott 1/2003. (I. 9.) BM rendelet első rész V. fejezetében Tűzoltás feszültség alatti berendezésekben címen találunk a beavatkozással kapcsolatos információkat. Mivel a rendszer áramtalanítási lehetősége, a napelem és az inverter között többnyire nincs megoldva, így a 136. és 137. pontot kell figyelembe venni. A feszültség alatt levő berendezés (pl. szabadvezeték) megközelítése esetében a biztonsági távolság szigetelt vezeték esetén 0,3 m. Életveszély elhárításának, valamint a tűz továbbterjedésének megakadályozása végett a feszültség alatti berendezés tüze száraz, biztonságos helyről, kötött sugár alkalmazása esetén 10 m, porlasztott vízsugárral kizárólag a ködsugárcső ködállásában 5 m szabadon belátható távolságról oltható. Az oltás befejezése után a feszültség alatti villamos berendezést és nedves környezetét tilos megközelíteni. Az inverterből eredő kettős szigetelésű kábelvezeték a hurokszakadás miatt nincs feszültség alatt. Beavatkozás szempontjából vagy a + vagy a csatlakozást javasolt kihúzni, 112