Mi is az a napelem?
A napelem vagy fotovillamos elem olyan eszköz, amely az elektromágneses sugárzást közvetlenül a számunkra hasznos villamos energiává alakítja. Az energiaátalakítás alapja, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amelyeket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít. A szilicium alapanyagként történő alkalmazása, a félvezető eszközök térhódítása új irányt adott a fotovillamos eszközök fejlődésének. A fotovoltikus elemek abban különböznek a napelemektől, hogy árnyékban is képesek áramot termelni, nem csak napsütésben. A napelemekre 25 év a garancia. A napenergia hasznosításának, így a napelemeknek is rendkívül ígéretes jövőjük van. Azt az energiát, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolajkészletekben rejlik a Nap 1,5 (azaz másfél) nap alatt sugározza a Földre. Az emberiség évi energiafogyasztása megfelel 1 (egy) óra alatt kibocsátott napsugárzásnak.
A napelemek fajtái
Alapanyag szerint többféle napelemet különböztetünk meg:
(a) Egykristályos szilícium (Si) napelemek a leghatékonyabbak. A legkorszerűbb panelek hatásfoka 18%, laboratóriumi körülmények között 25%, az elméleti határ 31%,
(b) Polikristályos Si napelemek,
(c) Amorf szilícium napelemek,
(d) Fém – félvezető – fémszerkezetek: festékanyagokkal érzékenyített félvezető-oxidok. A hatásfokuk kevesebb, mint 10%. Példa: kadmium-tellurid és a réz-indium-tellurid napelemek
(e) Adalékolt amorf félvezető napelemek,
(f) Szerves anyagokból (polimerekből) készült napelemek: olcsók, de hatásfokuk csak 2-5%.
Kinyerhető teljesítmény
A napelemekből kinyerhető teljesítmény függ a fény beesési szögétől, a megvilágítás intenzitásától, és a napelemre csatolt terheléstől. A fény intenzitását kevéssé tudjuk befolyásolni (nem takarjuk el a napelemet szándékosan), míg a másik két paraméter elméletileg kézben tartható. A napelem beépítése szerint lehet fix vagy napkövető jellegű.
A fixen beépített napelem maximum 6 órán keresztül képes napfényt elnyelni. Ahhoz, hogy egész nap az időjárás által megengedett maximális teljesítménnyel tudjuk gyűjteni a napenergiát, a nappal folyamán vízszintesen forgatnunk, függőlegesen bólintanunk kell a napelemet, úgy, hogy a napsugár beesési szöge a lehető legkisebb mértékben térjen el a merőlegestől. Ehhez plusz elektronikát és mechanikus elemeket kellene felhasználnunk, és a telepítési hely megválasztására is nagyobb gondot kell fordítani. Ellenben a fix beépítésnél elegendő a (tervezéskor már jól betájolt) ház tetőszerkezetét felhasználnunk a napelemek tartójának.
Az energia hasznosításának másik útja, amikor invertert alkalmazunk. Az inverter a napelem egyenáramát váltakozó árammá alakítja át, és visszatáplálja a hálózatba. A visszatáplálás természetesen a hálózat periódusával szinkronizálva lehetséges.
Hatásfok
A napelemek alapanyaguktól és technológiájuktól függően különböző hatásfokkal képesek villamos energiát termelni. A hatásfok százalékosan fejezi ki, hogy a napelem mennyi napenergiát alakít át elektromos energiává. A hatásfokot a környezeti és a konstrukcióval összefüggő tényezők egyaránt befolyásolják. A környezeti tényezők közül a hőmérséklet a legfontosabb, de ide lehet sorolni a cella felületének tisztaságát, a megvilágítás erősségét is. A napelemek hatásfoka jelenleg 6-14% közötti, a legkorszerűbb – polikristályos – napelemek 20%-os hatásfoka már csúcsnak számít. Az áttörést itt is a nanotechnológiától remélik.
Az áramszolgáltatási díjak emelkedésének köszönhetően és annak tudatában, hogy a napelemek nyugdíjas korunkra ingyen adják majd az áramot, úgy tekinthetünk erre az eszközre, mint időskori jutalomra.
Mennyi energiát tudnak a napelemek termelni?
Közvetlen napfényben az egyenlítő mentén a működnek legjobban a napelemek, habár a Föld atmoszférájának következtében a földi napelemek sosem fognak tudni olyan hatékonysággal működni, mintha direkt kapnák a napsugarakat (pl. az űrben).
Más tényezők is befolyásolják a napelemek teljesítményét, az időjárás, a beárnyékoltság, a dőlésszög és pozíció. A leghatékonyabban ott működnek, ahol magas a regionális napsugárzás aránya, valamint közvetlen napfény éri őket, távol olyan tárgyaktól, amik beárnyékolhatják.
Magyarországon a napsütéses órák száma 1900-2300 óra/év, ami azt jelenti, hogy egy átlagos 200W-os kristályos napelem által megtermelt elektromos energiája 220-240 kWh/év. A nálunk rosszabb benapozási adatokkal rendelkező országokban, mint például Németországban, Csehországban, Ausztriában kevésbé hatékonyan működnek a napelemek, de ennek ellenére rengeteg rendszer van kiépítve. Ez betudható a környezettudatosságnak és nem utolsó sorban a kedvező támogatási rendszernek. Vélhetően a közeljövőben Magyarországon is átveszik ezt a támogatási formát, így nálunk is ugrásszerűen növekedhet a kiépített napelemes rendszerek száma.
A többévnyi hőhatás és fizikai használat csökkenti a napcellák hatékonyságát. A jelenlegi kristályos napelemek garanciális élettartama 25-30 év, miután a napelem továbbra is működőképes, csak a névleges teljesítmény 70-80%-a alá esik a hatásfoka. A napelem által termelt energia mennyisége függ a napcellák számától, a felhasznált anyag és technológia minőségétől, valamint a napelem életkorától. Éppen ezért a napelemek beszerzése előtt célszerű tájékozódni a minőségről, illetve a forint/watt arányról.
A fő kérdés viszont az, hogy általában máskor kell az energia, mint amikor legjobban süt a nap. Erre a megoldás az energia tárolása. Két fő megoldás terjedt el. Az első akkumulátorokban tárolja az energiát, a másik visszatölti a klasszikus 230V-os hálózatba. Ez a megoldás sokak számára meglepetésként hangzik, de gondoljunk csak bele, hogy minden erőmű így működik. Például a paksi atomerőmű is. Áramot termel és betölti az elektromos hálózatba.
Sok országban az állam úgy támogatja a környezetvédelmet és a megújuló energiák használatát, hogy az így termelt áramot magasabb áron veszik át, mint a hagyományos energiaforrásokkal termelt áramot. Magyarország ezen a területen némileg le van maradva, de már vannak tervek egy ilyen rendszerre, amelynek a neve METÁR lesz (Megújuló Energia Támogatási Rendszer.) A rendszer alapjairól, paramétereiről a metár oldalon további információ is elérhető.
A napelem meg tudja oldani a teljes energiaellátásom? Lehet nulla Ft. az áramszámla?
Igen! Ennek azonban feltételei is vannak. Az egyik feltétel, hogy a ház teljes energiaigényét elektromos áram lássa el. A gázkazánt ugyanis nem tudja táplálni a napelem. Mivel a legáltalánosabban felhasználható energia az elektromos áram, így bármi megoldható a segítségével. Fűtés, hűtés, világítás, hagyományos berendezések működtetése. Nincs hangja, nincs útban, nem igényel karbantartást, csak termeli az áramot.
Az összes többi energiahordozó ára ugyanúgy megy felfelé, de az apró lépések miatt nem vesszük észre. Ugyanígy azt sem vettük észre, hogy az utóbbi 10 évben a napelemek ára kb: 40%-kal csökkent, emiatt már teljesen versenyképesek a hagyományos energiaforrásokkal. A friss becslések szerint a napelem által megtermelt áram és a hagyományosan megtermelt áram 2013-ban kerül ugyanannyiba. Utána a napelem árama lesz olcsóbb! Hiszen a felszerelt rendszer ára már nem nő, az olaj, gáz, fa… ára pedig folyamatosan nő.
A napelem több ok miatt is jó befektetés lehet, ami nem csak pénzt spórol meg és növeli az ingatlana értékét, de segít a környezetvédelemben is. Az idő soha eddig még nem volt megfelelőbb arra, hogy bevezessük a megújuló, tiszta napenergiát az otthonunkba vagy cégünkbe. Azt mindenképp érdemes átgondolni, hogy van-e beárnyékolás a kiszemelt területen, ahová a napelemek fel lesznek szerelve, mivel ez csökkentheti a rendszer hatékonyságát.
Pontos méretezés = gyors megtérülés
A napelem rendszerek tervezésekor a technológia összetétel meghatározásánál is fontosabb szempont a megfelelő teljesítmény kiszámítása. A felesleges túlméretezés növeli a megtérülési időt, még egy esetleges alulméretezés felesleges beruházást, később költséges átalakítási munkálatokat eredményezhet. Szakembereink örömmel és díjmentesen készítik el árajánlatunkat az optimalizált akár bővíthető napelem rendszer kulcsrakész átadására.
Míg a modern hőtermelővel ellátott költséges fűtésrendszerek és hőszivattyúk gazdaságosan működnek, addig egy fűtésrendszer napelemmel kombinálva költségek nélkül üzemeltethető! A fűtőfilmes technológia, egyedülálló lehetőséget teremt a modern építőipar és épületgépészet számára. Alkalmazásával gyorsan és alacsony beruházási költséggel alakíthatók ki önálló felületfűtési rendszerek vagy akár csak egy helyiség komfort fűtése. A extra-vékony beépítési rétegrendek lehetővé teszik a felületfűtés kialakítását már meglévő épületekben is.
Amire mindenki kíváncsi – megtérülés
Egy családi ház energiaszükségletének kiváltása napelemmel, ma már nem elvetemülten drága beruházás. A család létszámától, a használt fogyasztók energia besorolásától, a fogyasztási szokásoktól függően 1 és 3 millió Ft közé tehetjük, de a legjellemzőbb a 1,5-2 millió Ft.
A beruházás és ebből kiindulva a megtérülési idő számításánál, mindig az adott család fogyasztásából lehet kiindulni. Az első, amivel rögtön számolhatunk, az a villanyszámla, hisz ez az a tétel, amit a beüzemelést követően az ügyfél már nem fizet. Elnagyolva a számításokat, ha csak a jelenlegi fogyasztását veszi alapul valaki, akkor legkésőbb 10 év múlva a befektetés megtérül. Ettől a pillanattól kezdve további százezreket hoz a konyhára a rendszer 20-25 éven át. Nem elhanyagolható szempont, hogy napelemes rendszerrel felszerelt ingatlanunk piaci értéke milliókkal ugrik meg.
Számoljunk megtérülést a napelemes rendszerünkre! Hogyan számolunk? Milyen tényezőket veszünk figyelembe? Mennyi lesz az áram ára? Mennyit változik a fizetőeszközünk vásárlóértéke? Tudjuk, most rezsicsökkentés van és defláció! És mi történik a pénzzel, amit nem fizetünk ki a rendszer beüzemelését követően villanyszámlára? Ez éves szinten több 100.000.- Ft is lehet.
Ha nem számolunk semmi változó tényezővel, (mert az ügyfelek általában így kérik a számolást) és elosztjuk a rendszer bruttó árát az éves villanyszámlával, a megtérülési idő, ahogy már fentebb is írtuk, 10 év lesz hozzávetőlegesen. A fenti diagram azt szemlélteti, hogy a 2.500.000.- Ft-os napelemes rendszer a 25 év alatt hozzávetőlegesen 8.000.000.- Ft áramot termel meg. Ebben a példában 2% árváltozással vagy inflációval számoltunk. A 25. év végén azonban a panelek nem hagyják abba a termelést, csak valamelyest csökken a hatásfokuk. 30 éves korukban még jelentős termelést fognak tudni produkálni. Természetesen az eleve jó minőségű panelekről beszélünk. Ez nem fikció, Európában több helyen vannak 20 év körüli rendszerek, amelyek messze a várt felett teljesítenek a mai napig.
Ahhoz, hogy megengedhessük magunknak a 2%-os áremelkedés számítást, mellékeljük az alábbi diagramot, mely az áram árának alakulását mutatja az elmúlt 20 évben. Még a rezsicsökkentés mellett is önmagáért beszél.
Többlettermelés esetén a fel nem használt elektromos áramot értékesíthetjük az áramszolgáltatónak. Még, ha ma Magyarországon nem is versenyképes a felvásárlói ár Európa más országaihoz viszonyítva, nem mellékes a tény, hogy a rendszerrel pénzt is kereshetünk. Ez jelentősen, a napelemes rendszer teljesítményétől függően évekkel rövidítheti le a megtérülési időt.
