VIESMANN VITOVOLT Tervezési segédlet VITOVOLT 200 Mono- és polikristályos napelemek 5/2011
Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék 1. A napelemek alapjai 1.1 Az elektromos áram megvásárlásának lehetőségei... 3 1.2 Engedélyezés, biztosítás, karbantartás és ellenőrzés... 3 Építési engedély... 3 Biztosítás... 3 Karbantartás és ellenőrzés... 3 1.3 A napelemes rendszer... 4 Napelem napelem-modul napelemes rendszer... 4 Napsugárzás... 5 A tájolás, dőlés és árnyékoltság hatása... 7 A megtermelt áram hasznosítása... 8 A megtermelt áram betáplálása a közüzemi hálózatba... 8 Villámhárítás... 9 2. Műszaki adatok 2.1 A napelem-modul műszaki adatai... 9 2.2 Az inverter műszaki adatai... 10 Hatásfok... 10 Teljesítmény-szabályozás... 10 Elektromos csatlakozás... 10 Tudnivalók a biztosításhoz... 11 Inverterek alkalmazása... 11 2.3 Az inverter kiválasztása... 11 3. A napelem-modulok szerelési változatai és feltételei 4. Csatlakoztatási példák és kiegészítő tartozékok 3.1 Elhelyezés... 11 Elhelyezési lehetőségek... 11 A területszükséglet meghatározása... 12 3.2 Rögzítéstechnika... 12 Nyeregtetők tetőre történő szerelés... 12 Lapostetők... 14 3.3 Általános szerelési utasítások... 17 4.1 Csatlakozási példák... 18 4.2 Kiegészítő tartozékok... 18 5. Függelék 5.1 Tervezés és kivitelezés... 19 A napelemes rendszer kialakításának lépései... 19 Tervezési ellenőrzőlista... 19 Tervezési példa... 19 5.2 Szójegyzék... 20 2 VIESMANN VITOVOLT
A napelemek alapjai 1.1 Az elektromos áram megvásárlásának lehetőségei A betáplálási térítési díj nagysága a berendezés üzembe helyezésének évéhez igazodik. A térítési díjat az energiaszolgáltató 20 éves futamidőre, plusz az üzembe helyezés évébe eső üzemidőre fizeti a berendezés üzemeltetője számára. Részletes információ a www.viessmann.com (Támogatások > Szövetségi támogatási program > Megújuló energiáról szóló törvény) címen található. Kedvező kamatozású hitel a megújuló energiák hasznosítására, beleértve a közvetlenül a berendezés használatából eredő, meglévő és új lakóépületeken végzett intézkedéseket, a Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) pénzintézetnél igényelhetők a CO 2 -csökkentési program keretében. Ennek a programnak a keretében hő- és mechanikai teljesítményt fejlesztő csatolt berendezések (gázmotorok), hőszivattyúk, termikus napenergiával működő rendszerek, biomassza- és biogáz-berendezések, napelemes rendszerek, geotermikus berendezések, hőcserélők és hővisszanyerő berendezések telepítése finanszírozható. Más támogatásokkal összevonható, amennyiben a támogatások összege nem haladja meg a ráfordítások összegét. Címek Információs pont Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) iz@kfw.de http://www.kfw.de Információs pont Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) Postfach 04 03 45 D-10062 Berlin Telefon: 030 / 2 02 64-50 50 Telefax: 030 / 2 02 64-54 45 A finanszírozási pályázatok azonban nem adhatók be közvetlenül a KfW-hez, hanem a saját bankon, ill. egy megbízott bankon keresztül nyújthatók be. A Viessmann a Deutsche Umweltbankkal kötött együttműködési szerződés keretében egyszerű és bürokráciamentes folyamatot biztosít a napelemes rendszerek finanszírozására. Információk a www.viessmann.com címen találhatók. Néhány önkormányzat és energiaszolgáltató kiegészítő támogatást nyújt a napelemes rendszerek létesítéséhez. 1 1.2 Engedélyezés, biztosítás, karbantartás és ellenőrzés Építési engedély A napelemes rendszerek engedélyezése az általános építési rendeletekhez igazodik. Az önkormányzati előírásokat figyelembe kell venni. A nyeregtetőkre szerelt napelemes rendszerek túlnyomórészt nem engedélykötelesek. A helyi előírások (pl. beépítési tervek) és műemlékvédelmi rendelkezések azonban eltérhetnek ettől. Biztosítás Mivel egy napelemes rendszer aránylag magas befektetést igényel, ajánlott a megfelelő biztosítás megkötése. A biztosítás különösen az idegen finanszírozású berendezéseknél szolgálhat a vagyoni károk elleni védelemként. Felelősség A rendszer létesítése és üzemeltetése által okozott idegen károkért az építtető, ill. az üzemeltető felel. Ez a kockázat felelősségbiztosítással fedezhető. Előnyös, ha az üzemeltető bevonja a felelősségbiztosításába (a biztosítási védelmet vissza kell igazoltatni a biztosítóval). A betáplálási károk tehát azok a károk, amelyek az energiaszolgáltató oldalán keletkeznek rendszerint nincsenek fedezve, és üzemeltetői felelősségbiztosítással egészíthetők ki. Ha a rendszert harmadik személy tetőfelületén kell létesíteni, ügyelni kell rá, hogy a bérleményben okozott károk és a lassan kialakuló fokozatos károk is fedezve legyenek. Karbantartás és ellenőrzés Egyszerű működési elvük és hosszú élettartamú komponenseik miatt a napelemes rendszerek szinte semmiféle karbantartást nem igényelnek. Erre vonatkozó felvilágosítással az illetékes építésügyi hatóság szolgálhat. Rendszer- és jövedelemkiesési biztosítás A rendszerben pl. időjárás hatására, lopásból, vandalizmusból vagy kezelési hibából eredő károk biztosíthatók. Amennyiben a napelemes rendszert bevonják a meglévő tűz- és lakóépület-biztosításba, akkor a biztosítási védelem jelentősen kedvezőbben valósítható meg, ha a rendszer üzemeltetője egyben a ház tulajdonosa is. Egyértelműen definiálni kell a biztosítási dokumentumok tartalmát, mivel itt gyakran csak a tűz, közvetlen villámcsapás, legalább 8-as szélerősségű vihar, jégeső és vezetékes víz okozta károk kockázatai vannak biztosítva. Annak érdekében, hogy az üzemzavarok idejekorán felismerhetők és követhetők legyenek, a szabályszerű működés felügyeletét és a havi energiahozam rögzítését javasoljuk. A korábbi évekkel való összevetés segít megállapítani a berendezés szabályszerű üzemét. Erre a célra a kiegészítő tartozékként is kapható, adatrögzítő készülékek is alkalmazhatók. VITOVOLT VIESMANN 3
A napelemek alapjai (folytatás) 1.3 A napelemes rendszer 1 Napelem napelem-modul napelemes rendszer A napelem B napelem-modul C napelemes rendszer Napelem A mechanikus pl. kerékpárdinamó segítségével történő áramfejlesztéssel ellentétben a napelemben nincs mechanikusan mozgó alkatrész, ezáltal élettartama elméletileg korlátlan. Napelem-modul A napelem metszete A negatív elektróda B határréteg C n-szennyeződésű szilícium D p-szennyeződésű szilícium E pozitív elektróda A napelem a napelemes rendszer legkisebb építőeleme. Nagyszámú napelemet egy modulba kapcsolnak össze. A több modulból összeálló rendszert napelemes rendszernek nevezzük. A nagy tisztaságú szilíciumot a napelemek gyártásakor célzottan bórral szennyezik (p-szennyeződésű elektronhiány). A napfény felé fordított oldalra foszforatomokat visznek fel (n-szennyeződésű elektronfelesleg). A határrétegben (pn-átmenet) elektromos mező keletkezik, amelynek a negatív pólusa a p-szennyeződésű, pozitív pólusa az n-szennyeződésű területen van. Így az elektronok a szilíciumatomokról való leválás után a p-szennyezés irányába áramlanak. Az ezáltal keletkező hiány (lyuk) ellentétes irányba vándorol. Így a pn-átmenet a nap felé fordított oldal elektronfölöslege és a hátoldal elektronhiánya által elektromos feszültségről gondoskodik. Ha a pólusokra fogyasztót kötnek, áram folyik. A fotonok által felszabadított elektronok a negatív pólusról a pozitív pólus felé vándorolnak, ilyenkor a pozitív pólus felől a negatív pólus felé folyó áramról beszélünk. A eloxált alumínium keret B vasszegény üveglap C beágyazás EVA-fóliába EVA: Etil-Vinil-Acetát D kristályos szilíciumelem E alsó EVA-fólia F hátoldali fólia A standard kristályos napelemes modul több napelemből áll, amelyeket külön ágakká kapcsolnak össze. Soros kapcsolásnál az elem elülső érintkezőjét (negatív pólus) mindig a következő elem hátoldali érintkezőjével (pozitív pólus) forrasztják össze. Ez növeli a modul feszültségét. Párhuzamos kapcsolásnál az áramerősség nő. Az elülső oldalon több ágat együttesen üveglappal, a hátoldalon Tedlar fóliával vákuumban EVA-fóliává laminálnak. A modul így legalább 20 évre védett a mechanikai igénybevételekkel szemben. 4 VIESMANN VITOVOLT
A napelemek alapjai (folytatás) Minden ágat saját bypass-dióda biztosít, hogy az egy elemre eső árnyékok esetén elkerüljék a túlmelegedésből (hot spot) eredő károkat. Ezáltal a modul minimális teljesítményét is korlátozzák. A modulok csatlakoztatása a telepítést biztonságossá és egyszerűvé tevő érintés- és polaritásvédett csatlakozódugókkal történik. A legtöbb modult a könnyű telepítés érdekében a stabilitási követelményektől függően alumínium kerettel látják el, ami max. 5400 Pa nyomó és húzó igénybevételt tesz lehetővé a modulon. Az erőbevezetés sokféleségének köszönhetően a szerelés során nagyobb szabadság áll fenn, és az üveg feszültség általi törése közel kizárt. A keret nélküli modulok rendkívül esztétikusak, mivel egyenletes felületet tesznek lehetővé. Mivel itt nincs keret az üveg körül, nincsenek szennyeződési vonalak. Emiatt ezek a modulok különösen alkalmasak kis dőlésszögű tetőkre. Leromlás (degradáció) A félvezető elektromos paramétereinek jelen esetben a hatásfok öregedésből eredő változását leromlásnak (degradáció) nevezzük. A napelemek esetében a vizsgált időszak max. 25 év, amely idő alatt a korszerű standard modul teljesítményvesztesége mintegy 10 15 % ( 0,5 %/év). E hanyatlásért lényegében a fotoreakció által kiváltott rekombinációs effektusok felelősek, amelyek során a bór elveszti pozitív töltésű lyukát és negatív töltésű ionná alakul. Ezáltal oxigént vonz, amely kötést létesít a bórral és a szilíciummal. A leromlás (degradáció) azonban nem azonos a teljesítményveszteséggel. Ennek többnyire egyszerűbb okai vannak: elszennyeződött fedőüveg, elemek leárnyékolása lerakódások és mohaképződés által, különösen a peremterületeken, részleges leárnyékolás a növényzet növekedése miatt vagy barnulás (a beágyazásra szolgáló polimer sárgulása). 1 Napsugárzás Napenergiából nyert áram Magyarországon a primer energiafelhasználás mintegy egyharmada kerül az áramellátásba. Ebből mintegy kétharmad az áramfejlesztéskor a központi erőművekben és a villamoshálózaton keresztüli elosztáskor elvész. Az elektromos energia rendelkezésre bocsátása rendszerint nagy környezetterheléssel jár. Tehát különösen megéri az áramot megújuló energiával, nap, szél, víz vagy biomassza segítségével fejleszteni és az elektromos energiát a fogyasztóhoz közel, decentralizáltan előállítani. Napenergiára vonatkozó kiinduló adatok Magyarország területére évente a teljes energiafogyasztás mintegy 80-szorosának megfelelő energiamennyiség jut. Ennek csaknem a fele éri a talaj felszínét közvetlen napsugárzásként, a másik fele szórt fényként. A napelem tehát az elektromos áram előállítása közvetlenül napenergiából elegáns és megbízható lehetőség. A napelemes rendszerek nappal biztosítanak energiát, tehát pontosan akkor, amikor nagy a kereslet. Annak érdekében, hogy megtermeljék körülbelül azt az árammennyiséget, amely egy állampolgár átlagos éves fogyasztásának felel meg, kb. 10 m 2 napelemfelület szükséges. Így minden évben összesen mintegy 950 1200 kwh/m 2 éri a vízszintes felületeket. A napelemes rendszerek ebből több mint 10 %-ot alakítanak elektromos energiává, amelynek során az energia kétharmada nyáron és egyharmada télen realizálódik. Így a nap egész évben nem csupán kimeríthetetlen, hanem egyben környezetbarát energiaforrásként is szolgál. VITOVOLT VIESMANN 5
A napelemek alapjai (folytatás) 1 6 VIESMANN VITOVOLT
A napelemek alapjai (folytatás) A tájolás, dőlés és árnyékoltság hatása +110 +130 +120 +100 nyugat +80 +70 +60 +140 +50 +150 +30 +40 +160 +20 +170 +10-170 észak -160-150 -140-130 10 20 30 40 50 60 70 80 90 dél -10-20 -30-40 -50-120 -60-110 -100-70 kelet -80 Évi Napsugárzás %-ban 30 40 50 60 70 80 90 95 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Hajlásszög 1 : Példa: 30 ; 45 délnyugat; 95% Optimális tájolás és meredekség Déli irányba beállítva és a vízszintestől mért 30 35 fokos meredekséggel a legmagasabb a napelemes rendszer éves átlagos áramtermelése. Azonban az ettől lényegesen eltérő esetekben is (délnyugattól délkeletig terjedő irányba beállítva, 25 55 fokos meredekséggel) előnyösnek bizonyul a napenergiával működő áramtermelő rendszerek telepítése. A diagram szemlélteti a termelésveszteséget a napelemes rendszer optimálistól eltérő alkalmazása esetén. A kisebb dőlésszög akkor kedvező, ha a napelemes rendszer nem állítható déli irányba. 30º-os meredekséggel rendelkező, 45º-os délnyugati irányba állított napelemes rendszer az optimális hozam 95 %-át képes nyújtani. Keleti vagy nyugati irányba való beállítás esetén is elérhető az optimális termelés 80 %-a, ha a tető hajlásszöge 25 és 40º közötti. Télen a meredekebb hajlásszög előnyösebb volna ugyan, a berendezés azonban a termelés kétharmadát a nyári félévben nyújtja. 25 és 40º közötti tetőhajlásszög és a déli iránytól mért max. 45º-os eltérés esetén a hozamcsökkenés elhanyagolhatóan kicsi. Kerülje el azonban a 20º-nál kisebb állásszöget, mert azáltal fokozódik a napelemes rendszer elszennyeződése. Mivel a napelemes rendszerekhez viszonylag nagy tetőfelületre van szükség, a generátorfelület felosztható különböző tetőfelületekre. Amennyiben ezeknek a felületeknek eltérő az iránya és a dőlésszöge, akkor minden napelemes rendszert saját hálózati betápláló készülékkel (inverterrel) vagy úgynevezett multistringgel kell üzemeltetni, hogy optimális illesztést és ezáltal optimális hozamot érjenek el. Az energiahozam csökkenése árnyék következtében A napelemes rendszert úgy helyezze el és méretezze, hogy a szomszédos épületek, fák, áramvezetékek ne vessenek rá árnyékot. Ennek során vegye figyelembe, hogy a szomszédos telkeket beépíthetik, ill. beültethetik. A felület és a kémények vagy a tető más árnyékolófelületei között tartson nagy távolságot. Az antennákat és hasonló mozgó akadályokat lehetőség szerint más tetőrészre szerelje fel. Hot spot effektus A napelem B bypass-dióda Amennyiben a napelem-modul összes elemét sorba kapcsolják és egy elemre árnyék esik, akkor ez az elem ohmos ellenállásként viselkedik, azaz áramfogyasztóként. Úgynevezett hot spot effektus lép fel. A teljes mező csak annyi áramot tud adni, amennyi átfolyik a leárnyékolt elemen, amely eközben felmelegszik. A hot spot effektust mindenképp el kell kerülni, mert: csökkenti a berendezés teljesítményét, a túlmelegedés következtében károsítja a leárnyékolt elemeket. VITOVOLT VIESMANN 7
A napelemek alapjai (folytatás) 1 A Viessmann napelem-modulok bypass-diódákkal vannak felszerelve. Ha egy napelemsort leárnyékolnak, akkor a bypass-dióda vezeti az áramot és az elkerüli azt az elemsort. A megtermelt áram hasznosítása Az inverter funkciója A napelem-modulok egyenáramot adnak. A hálózati betápláláshoz azonban váltakozó áram szükséges. Az inverter fő feladata ezért az egyenáram hálózatképes váltakozó árammá alakítása; a lehető legnagyobb hatásfokkal. Ezen túlmenően az inverter állandóan utánszabályozza a berendezés optimális munkapontját (MPP maximum power point), és így hozzáilleszti a rendszert a dinamikusan változó időjárási és besugárzási viszonyokhoz. Az inverter további funkciója, hogy a napelemes rendszert hálózatkimaradás vagy a hálózaton történő munkavégzés esetén biztonságosan leválasztja a hálózatról. Ha a közüzemi villamoshálózatot, pl. karbantartási munkák céljából lekapcsolják, akkor az inverternek le kell választania a napelemes rendszert a hálózatról. Máskülönben a napelemes rendszer áramot táplál be a hálózatba, ami veszélyezteti a karbantartó személyzetet. Az inverter lekapcsolási kritériumainak betartását a megfelelő irányelvekkel és szabályzattal ellenőrzik. Ezen túlmenően az inverter által betáplált áram nem lépheti túl az EN 60555 szabványban meghatározott felharmonikus-hányadot. Egyfázisú HBK max. 4,6 kva (maximális aszimmetrikus fázisterhelési) értékig megengedett. Nagyobb rendszerekhez a generátor teljesítményét (max. 30 kva-ig) 3 fázisra kell felosztani. Az inverternek eleget kell tennie a villamos gyártmányok elektromágneses összeférhetőségére vonatkozó európai irányelv követelményeinek. A Viessmann által alkalmazott inverterek kielégítik az EN 60555 szabvány és az elektromágneses összeférhetőség követelményeit, valamint hálózatkimaradás esetén megszakítják a betáplálást. A megtermelt áram betáplálása a közüzemi hálózatba A napelem-modulok B inverter C betáplálásmérő Az európai alkalmazásokat megvizsgálva leggyakrabban a hálózatra kötött berendezéseket telepítenek. Az áramot ekkor teljes mértékben a közüzemi villamoshálózatba táplálják be. A házi áramellátáshoz szükséges áramot plombával lezárt, főbiztosítékokkal ellátott mérőn keresztül teljes mértékben a közüzemi hálózatból vételezik. A csatlakozódoboz után található a mérőszekrény, amelybe a vételezési árammérőt szerelik. A napelemmel fejlesztett áram betáplálása közvetlenül a vételezési mérő előtt történik. A betáplált áram számlázásához betáplálási mérő szükséges, amelynek biztosítani kell egy szabad mérőhelyet. A mérők rendszerint az áramszolgáltató tulajdonát képezik, aki a betáplálási mérőért általában bérleti vagy rendszerhasználati díjat számít fel. A napelemes rendszereknek a villamos hálózatra történő csatlakoztatását csak felhatalmazott villamossági szakember végezheti. Rendszerint a helyi áramszolgáltatóval szerződéses jogviszonyban áll. 8 VIESMANN VITOVOLT
A napelemek alapjai (folytatás) Villámhárítás Villámhárítók esetében meg kell különböztetni a közvetlen és a közvetett villámcsapás elleni védelemre szolgáló berendezéseket. Külső villámhárító közvetlen becsapás esetén Villámhárító berendezést a napelemes rendszer telepítését követően csak néhány kivételes esetben kell létesíteni, pl. villámcsapásnak különösen kitett helyeken. Amennyiben az épületen van villámhárító berendezés, akkor a felfogó berendezés DIN VDE 0185-3 szerinti szükséges leválasztási távolságait be kell tartani. Ellenkező esetben a rögzítőszerkezetet rövid úton földelővezetékkel alkalmas, elektromosan vezetőképes részekre kell kötni. Ezeket a részeket ismét csak földelő vezetékhez kell kapcsolni. Vegye figyelembe a DIN VDE 0190 előírásait. Leválasztott rögzítőszerkezet esetén gondoskodni kell a potenciálkiegyenlítésről, és ügyelni kell az elektromos ellátás meglévő tetőállványaitól mért elegendő távolságra. Mivel a tetőállványokat tilos bevonni a földelésbe, mindkét rész érintését meg kell akadályozni. A villámhárító nélküli épületek esetében azt ajánljuk, hogy a napelemes rendszerhez se létesítsenek villámhárítót, mivel a villámvédett és földelt napelemes rendszer káros túlfeszültséget indukálhat. Amennyiben a napelemes rendszer, pl. lapostetők esetében jelentősen túlnyúlik a tetőfelületen, akkor a villámhárító létesítését szakemberrel ellenőriztesse. Belső, túlfeszültség elleni villámhárító Az inverter túlfeszültség-levezetései megóvják a modulokat és az elektronikát a káros túlfeszültségtől. A túlfeszültség-levezetések hatásossága megnő, ha az invertert a lehető legközelebb telepítik a napelemes rendszerhez, adott esetben a hozzáférhetőség rovására is. Felszereléskor a levegő be- és kivezetőnyílásait úgy kell elhelyezni, hogy a modulok hűtését ne zavarjuk. 2 Műszaki adatok 2.1 A napelem-modul műszaki adatai Napelemes rendszer árama [A] Napelemes rendszer feszültsége [V] MPP MPP MPP Az ábra egy napelem-modul három jelleggörbéjének példáját mutatja különböző üzemi feltételek között. Azon a helyen, ahol a jelleggörbék metszik az y tengelyt (napelemes rendszer árama), a legnagyobb az áramerősség és nulla a feszültség. Ezt a maximális áramerősséget rövidzárlati áramnak nevezzük. Ez erősen függ a napsugárzástól. Azon a helyen, ahol a jelleggörbe metszi az x tengelyt (napelemes rendszer feszültsége), a legnagyobb a feszültség, de nulla az áramerősség. Ezt a pontot üresjárati feszültségnek nevezzük. A napelem-modul által leadott teljesítmény a pillanatnyi áram és feszültség számtani szorzata. Ezek az elektromos jellemzők üzem közben nem állandóak, hanem a napsugárzás erősségétől és a napelemek hőmérsékletétől függően változnak, ez felismerhető a módosuló jelleggörbéről. A hálózati betápláló készülék MPP-vezérlése mindig azt a munkapontot keresi a jelleggörbén, ahol a feszültség és az áramerősség optimális értéket ér el, tehát ahol a teljesítmény a legnagyobb (MPP = Maximum Power Point). áramsűrűség [ma] I MPP U MPP A rövidzárlat (I SC ) B I-U jelleggörbe C teljesítmény D MPP E üresjárati feszültség, U OC U feszültség [V] Két munkaponton, az üresjárati feszültségnél és a rövidzárlati áramnál nincs teljesítmény. Mivel az elektromos teljesítmény a leírtak szerint közvetlenül a napsugárzás intenzitásától függ, a laboratóriumban szabványosított tesztkörülmények (STC = Standard Test Conditions) között egy úgynevezett villanó (flasher) alatt minden modulnak meghatározzák a csúcsteljesítményét (kwp kilowatt peak). Standardként ilyenkor az 1000 W/m 2 napsugárzást, a 25 C napelem-hőmérsékletet és az AM 1,5 értéket (AM = Air Mass = levegőmennyiség; ez írja le a beesési szöget és a napsugárzás útját) definiálják. Annak érdekében, hogy egy napelemes rendszerből nagyobb áramot vételezhessenek, gyakran párhuzamosan kapcsolják a modulokat/ ágakat. Amennyiben mindként ág azonos sugárzást kap, az áramok összeadódnak. Az egyik ág leárnyékolása esetén a két ágon különböző feszültség lép fel, ami aztán a leárnyékolt áramon ellenáramhoz vezet. A modul maximális ellenáram-terhelése adja meg, mennyi áram folyhat így a modulon, anélkül, hogy az károsodna. Sok inverternél lehetőség van biztosíték beépítésére, hogy elkerüljék az ellenáramok általi károsodást. VITOVOLT VIESMANN 9
Műszaki adatok (folytatás) A napelem, ill. napelem-modul felmelegedése miatt közvetlenül megváltoznak az elektromos tulajdonságok és csökken a teljesítmény. A kristályos moduloknál a teljesítmény egy Kelvin foknak megfelelő hőmérséklet-emelkedéskor kb. 0,5 %-kal csökken (vékonyrétegű moduloknál kb. 0,2 %-kal). Ez azt jelenti, hogy a modul 45 C elemhőmérséklet esetén 10 %-kal kisebb névleges teljesítménnyel rendelkezik mint az STC körülmények között. Ezeket a hőmérsékleteket nyáron rendszeresen elérik, részben akár 70 C-ra is emelkedhet a hőmérséklet. A rossz hátsó szellőztetésű moduloknál a hozamcsökkenés még kb. 5 %-kal nagyobb. A napelem-modulokról további műszaki adatok a megfelelő adatlapon találhatók. 2 2.2 Az inverter műszaki adatai Hatásfok Az inverter a napsugárzás intenzitásától függően különböző teljesítmény-tartományokban üzemel. Emiatt a teljesítőképesség megítéléséhez egyedül a maximális hatásfok megadása nem elegendő. Ezért definiálták az európai hatásfokot, amelyhez a súlyozott európai napsugárzási eloszlást vették alapul, és amely ezáltal alapul szolgálhat a különböző inverterek összehasonlításához. A normál üzemi tartományok -20 és +80 C közé esnek. Az invertert általában erős felmelegedéstől védve kell felszerelni. A konvekciós hűtésű készülékek gyorsabban felmelegszenek, mint a (gyakran hőmérsékletvezérelt) ventilátorral támogatott készülékek. Felszereléskor a levegő be- és kivezetőnyílásait úgy kell elhelyezni, hogy a hűtést ne zavarjuk. A transzformátor nélküli inverterek lényegesen könnyebb kialakításúak és a transzformátoros készülékekhez képest többnyire kedvezőbb árúak. A váltakozó áramú oldal hiányzó galvanikus leválasztása miatt azonban személyvédelmi célból összáramra érzékeny hibaáram-védőkapcsolót (FI) kell felszerelni (DIN VDE 0126). A vékonyrétegű modulok alkalmazását a gyártók többnyire a transzformátoros készülékekre korlátozzák. Hatásfok a kimenő teljesítmény függvényében 100 95 90 85 hatásfok [%] 80 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 kimenő teljesítmény / névleges teljesítmény [%] A max. hatásfok (kb. 95 %) a névleges teljesítmény 50 %-ánál Az európai súlyozott hatásfok 93,6 %. Teljesítmény-szabályozás Az időjárástól függően a max. teljesítmény MPP munkapontja eltolódik. Elektromos csatlakozás 4,6 kva napgenerátoros teljesítményig az inverter csatlakoztatása lehet egyfázisú. 4,6 kva-től a csatlakoztatást több fázisra kell felosztani, hogy elkerüljék a fázisaszimmetriát. Az inverter állandó utánszabályozással mindig az MPP-t keresi, hogy a lehető legnagyobb energianyereséget érje el. A HBK-funkcióra vonatkozó hálózati csatlakoztatási feltételek betartása érdekében azt ajánljuk, hogy az impedancia értéke az inverteren 1 Ω-nál kisebb legyen. 10 VIESMANN VITOVOLT
Műszaki adatok (folytatás) Az impedancia értéke az épületcsatlakozás hálózati impedanciájából és az inverterig útbaeső összes további vezeték és kötéspont minden ellenállásértékéből adódik össze. Tudnivalók a biztosításhoz Áramköri biztosításként (vezetékvédő elemként) a Lindner cég 16 A- es NEOKIT olvadóbiztosítékát ajánljuk, vagy egy D vagy K karakterisztikájú biztosító automatát. Erre az áramkörre tilos fogyasztót csatlakoztatni. Inverterek alkalmazása Az inverterek különböző érintésvédelmi osztályai a telepítés helyéhez igazodnak. Az IP védettség megadása minden rendeltetési helyhez segít megtalálni a megfelelő invertert. Az első számjegy az érintésvédelmet és az idegen testek elleni védelmet (0 = nincs védelem... 6 = pormentes ), a második számjegy a víz elleni védelmet jelzi (0 = nincs védelem... 8 = védelem tartós vízbe merítés esetén ). Olyan épületekbe, amelyek nem esnek a tűzveszélyes helyiség vagy a párás helyiség meghatározása alá, IP 21 védettségi fokozatú inverter elegendő. A lakásokat vagy mellékhelyiségeket tartalmazó épületekbe alacsonyabb védettségi fokozatú inverter tervezhető, mint pl. IP 44. A normál használatnak kitett (pl. mezőgazdasági üzemegységekben felszerelt) villamos gyártmányok legalább IP 44 védettségi fokozatúak legyenek. Az egyebek mellett a szelektivitást érintő vonatkozó előírásokat a helyi feltételek függvényében be kell tartani. A hálózati vezetékbe további FI-védőkapcsoló építhető be. A következő területeken tilos invertert alkalmazni: erős porképződéssel járó terület, pl. szénaraktár gyúlékony anyagokat tartalmazó terület területek ammóniatartalmú környezettel, pl. istállók 3 2.3 Az inverter kiválasztása A napelem-modulok kiválasztott darabszámának megfelelően kiválasztható a szükséges inverter és a megfelelő mennyiségű egyenáramú leválasztó kapcsoló (ha nincs beépítve). Az inverter méretezésekor ügyelni kell a modulok maximális megengedett rendszerfeszültségére. Ez adja meg, hány modul kapcsolható sorba anélkül, hogy károsodna a rendszer. Több mezőből álló rendszereknél ügyelni kell arra, hogy az ágakat mindig azonos számú modullal alakítsák ki. Kivételt jelentenek ez alól a többágas rendszerekhez is alkalmas inverterek. Fontos tudnivaló! Az indukált túlfeszültség elleni fontos óvintézkedés a vezetékek helyes fektetése. A pozitív és negatív vezetéket egymáshoz a lehető legközelebb kell fektetni, hogy az áramkört képező felület, és ezáltal a becsatolt túlfeszültség kicsi maradjon. Ezt a szempontot a vezetékek fektetésekor gyakran figyelmen kívül hagyják vagy elhanyagolják, mert következetes figyelembe vétele többnyire hosszabb vezetéket és valamivel nagyobb szerelési ráfordítást igényel. Azonban a túlfeszültség elleni hatékonyabb védelem érdekében figyelembe kell venni. A napelem-modulok szerelési változatai és feltételei 3.1 Elhelyezés Elhelyezési lehetőségek C lapostető, állványos, vízszintes felerősítés D szabadon álló szerelés, állványos, vízszintes felerősítés A nyeregtető, függőleges felerősítés B nyeregtető, vízszintes felerősítés VITOVOLT VIESMANN 11
A napelem-modulok szerelési változatai és feltételei (folytatás) A területszükséglet meghatározása Függőleges szerelés Vízszintes szerelés 3 a modulszélesség b modulhossz l = n a + (n 1) 25 mm *1 h = n b + (n 1) 25 mm *2 n = modulok darabszáma a modulszélesség b modulhossz l = n b + (n 1) 25 mm *2 h = n a + (n 1) 25 mm *1 n = modulok darabszáma 3.2 Rögzítéstechnika A Viessmann a rögzítéshez a berendezés kívánt teljesítményéhez megfelelő egyedi összeállításra méretezett univerzális rendszereket kínál. A rögzítőrendszerek szinte minden tető- és tetőszerkezeti fajtához alkalmasak. Lapostetőkön történő szereléshez is kínálunk szerelőkészleteket. Nyeregtetők tetőre történő szerelés A tetőszarura kell felszerelni a tetőfedéshez illően kiválasztott tetőhorgokat a megfelelő szerelősínekkel. A villamos bekötéshez csatlakozóvezetékek, csatlakozódugók és aljzatok, valamint szerviztáska rendelhető. Fontos tudnivaló! A tetőhorgok nélküli, pl. bádogtetőre történő szerelés esetén a szerelősíneket közvetlenül a rögzítő szögvasakkal csavarozza a helyszínen meglévő alapszerkezetre. A Viessmann a Vitovolt 200 segítségével kialakított nagy napelemes rendszerekhez is kínál speciális rögzítési tartozékokat: Szarufás szerkezetű tetők és hullámcserép-fedés szarufahorgony szerelősínek csavarok és anyák Szelemenszerkezetű és hullámlemez borítású tetők tőcsavarok szerelőidomok szerelősínek csavarok és anyák tetőhorog hullámcserép-fedéshez tetőhorog palafedéshez *1 A modulok közötti távolság. *2 Min. távolság az egymás mellett, ill. fölött elhelyezett modulok között (a hullámcseréptől függően). 12 VIESMANN VITOVOLT
A napelem-modulok szerelési változatai és feltételei (folytatás) tetőhorog hódfarkú cserépfedéshez szerelősín, 40 21 tetőhorog hullámlemez-fedéshez szerelősín, 40 40 rögzítő szögvas bádogtetőhöz 3 szarufahorgony szerelősín, 44 44 6000 szerelőlemez tőcsavar Tetőhoroggal történő függőleges szerelés F A B C D E A napelem-modul B szerelősín C végkapocs D tetőhorog E szerelőléc (csak hullámcserép-fedés esetén) F szerelőlemez VITOVOLT VIESMANN 13
A napelem-modulok szerelési változatai és feltételei (folytatás) Vízszintes szerelés A napelem-modul B szerelősín C középső kapocs D támasz (modultípustól függően) E tetőhorog F végkapocs G szerelőléc (csak hullámcserép-fedés esetén) 3 Szarufa-rögzítéssel történő függőleges szerelés A napelem-modul B szerelősín C szerelőlemez D végkapocs E rögzítő szögvas F szarufahorgony Lapostetők Lapostetős szereléskor a napelem-modulokat fektetve szerelik fel. Az egy sorban lévő 1 6 modulhoz összekötő támaszok szükségesek. A rögzített felállítási szög mellett létezik 20 40 dőlésszögű állítható is. 14 VIESMANN VITOVOLT
A napelem-modulok szerelési változatai és feltételei (folytatás) 75 3 722 100 z Alapszerkezetre történő szerelés A alapszerkezet z méret a számítást lásd a 16. oldalon VITOVOLT VIESMANN 15
A napelem-modulok szerelési változatai és feltételei (folytatás) 3 75 722 100 z Szerelés alátétlapra A alátétek z méret a számítást lásd a 16. oldalon Alátét tömege a DIN 1055 szerint 35º-os hajlásszög esetén Ha a napelem-modulokat megcsúszás ellen biztosítják, akkor csak a megemelkedés elleni statikus ráterhelést kell figyelembe venni. Fontos tudnivaló! Statikai számításokat, pl. a helyszínen szerelendő alapszerkezetekre vonatkozólag, külön kérésre a következő cég végez: Ingenieurbüro für Baustatik Dipl.-Ing. Gerhard Nolte Auf der Heide 1 D-35066 Frankenberg Csúszás elleni biztosítás Megemelkedés elleni biztosítás Terep feletti szerelési magasság m max. 8 8 20 20 100 max. 8 8 20 20 100 Alátét tömege támaszonként kg 267 439 613 108 183 261 A modulok közötti sortávolság meghatározása Napfelkeltekor és napnyugtakor (amikor a nap igen alacsonyan áll) elkerülhetetlen, hogy az egymás mögött felállított napelem-modulok eltakarják egymást. A hozamcsökkenés elfogadható szinten tartása érdekében a VDI 6002-1 irányelve értelmében adott sortávolságokat (z méret) kell betartani. Ennek értelmében az év legrövidebb napján (dec. 21.) a hátsó sorok árnyékmentesek legyenek, amikor a nap a legmagasabban áll. A sortávolság kiszámításához szükség van a β nap (déli) állásszögének értékére december 21-én. Németországban ez a szög a szélességi kör függvényében 11,5 (Flensburg) és 19,5 (Konstanz) között mozog. 16 VIESMANN VITOVOLT
A napelem-modulok szerelési változatai és feltételei (folytatás) h h Példa: Würzburg kb. az északi szélesség 50 -ánál fekszik. Az északi féltekén ezt az értéket a 66,5 -os fix szögből le kell vonni: β = 66,5º 50º = 16,5º h = 992 mm (modultípustól függően) α = 35º β = 16,5º α z β α h sin (180 (α+β)) z = sin β 992 mm sin (180 51,5 ) z = sin 16,5 z sin (180 (α + β)) h = sinβ z = 2733 mm z modulsorok távolsága h modulmagasság α modul hajlásszöge β a nap állásának szöge 3 3.3 Általános szerelési utasítások Helyszínen szerelendő alapszerkezet esetében vegye figyelembe a maximális lehetséges terhelést és a tető szélétől mért távolságot a DIN 1055 szerint. Műanyag lapostetőkön a támasztóelemeket csak közbetéttel (épületvédő gyapot) szabad felállítani. A csatlakozóvezetékeket védeni kell a madarak és a kisállatok által okozott károk ellen. Az ellenőrző és karbantartási munkálatok megkönnyítésére biztosítson tetőfeljárót a napelem-modulok közelében. A csatlakozóvezetékeket megfelelő tetőátvezetésen (szellőző cserép) kell átvezetni. 420 330 Cseréptípus A szellőző keresztmetszete cm 2 Frankfurti cserép 32 Dupla-S 30 Taunus-cserép 27 Harzi cserép 27 VITOVOLT VIESMANN 17
Csatlakoztatási példák és kiegészítő tartozékok 4.1 Csatlakozási példák A napelem-modulok B csatlakozóvezetékek C egyenáramú leválasztó kapcsoló (amennyiben szükséges) D inverter Példa egyágas rendszerre (modulok soros kapcsolásban) A napelem-modulok B csatlakozóvezetékek C egyenáramú leválasztó kapcsoló (amennyiben szükséges) D inverter Példa kétágas rendszerre (modulok soros kapcsolásban) 4 4.2 Kiegészítő tartozékok A modulok közötti összekötővezeték (nagyobb modultávolságok esetén meghosszabbítható a 3 m hosszú, 4 mm 2 -es hosszabbítókábellel) B csatlakozóvezeték / hosszabbító kábel a modulok és az inverter összekötésére, 15 m hosszú, 4 mm 2 C egyenáramú leválasztó kapcsoló (ha nincs az inverterbe építve) D inverter E adatkábel (másik lehetőség: rádiófrekvenciás kapcsolat) F kommunikációs interfész az adatkommunikációs rendszerbe történő bekötéshez G adattároló (szoftverrel) az adatok kezelését és tárolását végző kommunikációs központ H adatkábel számítógéppel való összekötéshez K PC (helyszínen) L mérő (helyszínen) 18 VIESMANN VITOVOLT
Csatlakoztatási példák és kiegészítő tartozékok (folytatás) M épületbekötés doboza N kijelző a berendezés adatainak kijelzésére különböző méretekben és kivitelekben, egyedi kialakítási lehetőséggel Függelék 5.1 Tervezés és kivitelezés Hálózatra kapcsolt napelemes rendszer létesítésekor a szisztematikus eljárás leegyszerűsíti a tervezést. A gondos előkészítéssel időt takarít meg a szerelés és telepítés során. A napelemes rendszer kialakításának lépései 1. Információ és tanácsadás 2. A berendezés tervezése és méretezése 3. Az engedélyeztetési kötelezettség ellenőrzése. A napelemes rendszerek többnyire nem engedélykötelesek, ha nyeregtetőre szerelik vagy a tetőfelületbe integrálják őket. A helyi előírások (beépítési terv) és a műemlékvédelmi rendelkezések eltérhetnek ettől. Egyértelmű felvilágosítást az illetékes építési hivatalt megkérdezve kaphat. 4. Ajánlat készítése és a finanszírozás, valamint a támogatási lehetőségek tisztázása. 5. A rendszer szerelése és hálózati csatlakoztatása. 6. Üzembe helyezés és az üzemeltető betanítása. 7. Üzemeltetés és hozamellenőrzés, adóügyi kezelés. 8. Bejelentés a helyi áramszolgáltatónál. Tervezési ellenőrzőlista A hálózatra kapcsolt napelemes rendszer tervezése és létesítése előtt a következő kérdéseket kell tisztázni: Hová kívánják szerelni a modulokat (nyeregtető, lapostető, homlokzat, szabad terület)? Milyen aljzatra rögzítik a modulokat (tetőfedő anyag)? A modulfelület dőlésszögének és beállításának meghatározása (dőlésszög fokban, ill. eltérés a déli iránytól) Mekkora berendezést szeretnének (rendelkezésre álló felület, befektetés keretösszege)? Tervezési példa Előfordulhat-e a modulok leárnyékolása (antennák, erkélyek, kémények, fák, szomszédos épületek)? Hogyan vezethetők be a vezetékek az épületbe (használaton kívüli kémény, szerelvényakna, meglévő, üres elektromos cső, kábelcsatorna az épület külső falán pl. az esőcsatorna mentén)? Hová kívánják telepíteni az invertert (szabadba, padlásfödémre, pincébe)? Rendelkezésre áll szabad mérőhely? Ki a villamos hálózat illetékes üzemeltetője? Az itt bemutatott tervezési lépéseket nem feltétlenül kell kézzel végrehajtani. Már rendelkezésre állnak különféle méretező szoftverek. Ezenkívül ügyfélszolgálatunk is örömmel segít Önnek. 5 1. A rendelkezésre álló felületre lerakható modulok darabszámának meghatározása (a peremtávolságok figyelembe vételével): Mélység l = 8 m Magasság h = 5 m Modulszélesség a = 0,81 m Modulmagasság b = 1,62 m Rögzítőkapocs szélessége = 0,025 m Egy sorban lévő modulok száma l : (a + 0,025 m) = 8 m :(0,81 m + 0,025 m) = 9 Egymás feletti sorok száma = h : (b + 0,025 m) = 5 m : (1,62 m + 0,025 m) = 3 2. A modulok darabszámának és teljesítményének meghatározása: 3 sor egyenként 9 modullal az összesen 27 modul. Ha a modulok névleges teljesítménye 165 Wp, akkor ebből P = 4,45 kwp generátorteljesítmény adódik. VITOVOLT VIESMANN 19
Függelék (folytatás) 3. A modulfeszültség meghatározása: Szabványosított tesztkörülmények (STC): Hőmérsékleti bázispont = 25 C Air Mass = 1,5 Napsugárzás = 1000 Wh/m 2 Moduladatok (25 C esetén): U MPP = 33,80 V I MPP = 4,88 A U OC = 43,10 V = 5,32 A I SC A napelemek hőmérsékleti együtthatója: T k (P névl ) = -0,47 %/K T k (U OC ) = -163 mv/k T k (I SC ) = 5,3 ma/k A feszültség számítása -15 C (STC - 40 K) és +70 C (STC + 45 K) esetén. Az értékek a helyi adottságoktól függenek. U OC (-15 C esetén) = 43,10 V + (-40 K -0,163 V/K) = 48,81 V U MPP (-15 C esetén) = 33,80 V + (-40 K -0,163 V/K) = 40,32 V U MPP (70 C esetén) = 33,80 V + (45 K -0,163 V/K) = 26,47 V 4. Az inverter kiválasztása: A modulok teljesítményadatai a szabványosított tesztkörülményekre vonatkoznak, ami a gyakorlatban ritkán fordul elő. Ezért az inverter többnyire kb. 5 10 %-kal kisebbre (kedvezőtlen beállítás esetén akár még kisebbre) méretezhető. Mindenképpen be kell tartani az inverter maximális feszültség- és áramjellemzőit. P névl (inverter) = 0,90 P névl (napelemes rendszer) = 0,90 4,45 kwp = 4,0 kwp P névl (inverter) = 0,95 P névl (napelemes rendszer) = 0,95 4,45 kwp = 4,2 kwp Az inverter névleges teljesítménye 4 4,2 kwp. 5. A modulok összekapcsolása és a feszültségkorlátok ellenőrzése: 5 Inverteradatok: P DCnévl P napelem max U MPP napelemek alsó U MPP napelemek felső U DCmax I DCmax = 4,0 kwp = 4,2 kwp = 230 V = 500 V = 600 V = 18,3 A A sorba kapcsolt modulok darabszámának számítása: n (modul max ) = U MPP napelemek felső / U MPP (-15 C esetén) = 500 / 40,32 = 12,4 12 n (modul min ) = U MPP napelemek alsó / U MPP (70 C esetén) = 230 / 26,47 = 8,6 9 n (modul max ) = U DCmax / U OC (-15 C esetén) = 600 / 48,81 = 12,3 12 Az inverter MPP-feszültségablakának betartása érdekében legalább 9, legfeljebb 12 modul kapcsolható sorba. A maximális bemeneti feszültség szintén 12 modult tesz lehetővé. 6. Az ágak és a modul darabszámának ellenőrzése és illesztése az inverterhez: Ágak darabszáma = modulok előzetes darabszáma / sorba kapcsolt modulok darabszáma = 27 / 12 = 2 U MPP (70 C esetén) = 26,47 V 12 modul = 318 V > U MPP napelemek alsó = 230 V U MPP (-10 C esetén) = 40,32 V 12 modul = 484 V > U MPP napelemek felső = 500 V U OC (-10 C esetén) = 48,81 V 12 modul = 586 V > U DCmax = 600 V I MPP (25 C esetén) = 4,88 A 2 ág = 9,76 A < I DCmax = 18,3 A A tervezett 27 modul a kiválasztott inverterrel 2 ággal nem érhető el. A tervező feladatköre, hogy a vevő számára optimális megoldást találjon. A tetőfelület jobb kihasználása érdekében pl. megváltoztatható a szerelési mód, a modul vagy az inverter típusa. 5.2 Szójegyzék Amorf napelem Anyagtakarékos módon üvegre vagy nemesacél fóliára gőzölt, nem kristályos (amorf) anyagú, pl. szilícium vékonyfilmes napelem-modulok. Szórt sugárzás A nap nem irányzott fénye, amely a felhőkön, anyagrészecskéken stb. át szóródik. Közvetlen sugárzás Irányított fény, amely szóródás nélkül közvetlenül a földfelszínre ér. Megújuló energiáról szóló német törvény (EEG) A megújuló energiák elsőbbségéről szóló német szövetségi törvény előírja a minimális térítéseket, a csatlakozási feltételeket és a megújuló energiákból származó áramnak a közüzemi villamos hálózatba történő betáplálására vonatkozó további szerződési feltételeket, 2000. április 1-én lépett életbe (utolsó módosítás 2009. február 1- én). 20 VIESMANN VITOVOLT