Mitől “okos” egy napelem?

 

A hagyományos, sorba kötött napelemek problémái

 

Manapság már mindenre ráaggatják az „okos” jelzőt, de nem biztos, hogy ez valóban takar is valamit. A napelemes rendszereknél is létezik ez a tendencia. Természetesen ebben a témában is lehet helye az „okos” kifejezésnek, de sokszor olyan helyen is használják, ahol ezt semmi nem indokolja. Tegyük tisztába ezt a kérdést!

Hogyan működik egy hagyományos, azaz „nem okos” napelemes rendszer?

A napelemek sorban vannak kapcsolva. Feszültségük összeadódik és ugyanaz az áram folyik keresztül az egy sorba kapcsolt napelemeken.

Napelemek sorbakötve

A sorba kapcsolt napelemek feszültsége összeadódik, a paneleken pedig ugyanaz az áram folyik keresztül.

 

Ez mindaddig nagyon jó megoldás, amíg a napelemek egyfelé vannak tájolva, azonos dőlésszöggel és egyforma megvilágítást kapnak. Ha bármilyen okból különböző hatások érik őket, akkor a helyzet már nem ilyen rózsás.

Egy napelem teljesítménye az áramának és feszültségének szorzata: P=U*I

Ha egy napelemnek csökken a megvilágítása, akkor az az áramának, ezáltal a teljesítményének a csökkenését vonja maga után. Ha egy napelem melegszik, akkor az a feszültségének, ezáltal a teljesítményének a csökkenését vonja maga után. A való életben mindkettő előfordulhat.

A napelemek teljesítmény-esésének lehetséges okai

A napelemek teljesítmény-esésének lehetséges okai: a csökkenő megvilágítottság vagy a növekvő panelhőmérséklet

 

A napelemek különböző hőmérséklete nem annyira jellemző és a különbségek általában sem nagyok. Ráadásul, ahogy az előbb említettük, ez a hatás a feszültséget befolyásolja, ami a kisebb probléma, mert nem hat negatívan a sorban levő többi napelem teljesítményére.

Az eltérő megvilágítottság azonban már nagyobb problémát jelent. Ezt okozhatja a napelemek különböző irányba való felszerelése, de jellemzően árnyék és szennyeződés szoktak lenni a fő okok. Ezek bizony gyakran előfordulnak, és rendszerint problémát is okoznak.

Napelemek megvilágítását csökkenti a felületi szennyeződés

A napelemek megvilágítottságát leggyakrabban a felületi szennyeződések csökkentik

 

Ezzel az a legnagyobb baj, hogy a sorba kötött napelemeken ugyanaz az áram folyik végig és ha valamelyiknek a fentebbi okok miatt „leszűkül az áramáteresztő képessége”, akkor az az egész sor működését hátrányosan befolyásolja. Emiatt is tesznek minden napelembe bypass diódákat, ami ugyan enyhíti ezt a problémát, de nem szünteti meg a felesleges veszteségeket.

 

A mikroinverteres megoldás

 

Először úgy tudták tökéletesen kiküszöbölni ezt a problémát, hogy mikroinverterekre kapcsolták a napelemeket: egy napelem-egy inverter.

Mikroinverter

A mikroinverter nem a legjobb megoldás: drága, bonyolult és viszonylag könnyen meghibásodik

 

Ez a megoldás működik, mert a napelemek nem tudják hátráltatni egymást, gyakorlatilag nincs közük egymáshoz. Ahány napelem, annyi kis önálló napelemes rendszer. Még ma is árulnak mikroinvertereket, de ez az út nem az igazi. A mikroinverterek drágák, bonyolultak, ki vannak téve az időjárásnak, ezért nagy az esély a meghibásodásokra is. Emiatt ez a technológia nem tudott és nem is fog tudni igazán nagy teret hódítani magának.

Itt még nem beszélhetünk okos napelemekről, mivel hagyományos napelemeket használnak kis inverterekkel.

 

A SolarEdge első generációs teljesítményoptimalizálási technológiája

 

A napelemek sorba kötéséből adódó problémát továbbra is meg kellett oldani valahogy. Erre a SolarEdge adta az első remek megoldást, a moduloptimalizálókkal. Ez lett az első generációs teljesítményoptimalizálási technológia. Itt minden napelemhez tartozik egy optimalizáló. Hagyományos napelemekről beszélünk, nem is ezek vannak sorba kötve, hanem az optimalizálók. A napelemek nem okosak, de az optimalizálók már igen. Így minden optimalizáló annyi energiát vesz ki a saját napeleméből, amennyit tud, de ha éppen csak keveset tud, azzal sem korlátozza le a többi optimalizálót vagy napelemet.

Ma is sok ilyen rendszert adunk el. Előnyös tulajdonságai ennek a technológiának, hogy az optimalizálás mellett lehetőség van a napelemek egyenkénti monitorozására, és van a rendszernek egy safeDC nevű biztonsági funkciója. Amennyiben a rendszer bármi ok miatt leáll, akkor minden optimalizáló csak 1V-ot ad ki magából, ami abból a szempontból ad egy biztonságot, hogy ilyenkor a DC vezetékeken a napelemek és az inverter között nem jelentkezik veszélyes, több száz voltos feszültség. Ez például egy tűzeset közben nagyobb biztonságot adhat a tűzoltóknak, vagy a rendszer szerelése közben a szerelőnek.

Hátránya azonban, hogy a fenti funkciók eléréséhez SolarEdge invertert kell használni, vagy plusz hardvereket megvásárolni. Ezek az optimalizálók is bonyolultak és ugyanaz az igénybevétel éri őket, mint amiket a mikroinvertereknél említettünk, emiatt itt is relatíve nagy a meghibásodási arány.

A moduloptimalizálós technológia kifejlesztése a SolarEdge nevéhez köthető. Vannak cégek, akik elindultak a nyomdokaikban, például az Amerikában népszerű Tigo, de meg sem tudják közelíteni őket.

Itt sem beszélhetünk okos napelemekről, de már vannak próbálkozások az okosításra. Ha mikroinvertert szerelnek gyárilag egy napelemre, akkor azt AC napelemnek szokták hívni, ha a SolarEdge optimalizálót, akkor okos napelemnek (smart module). Ezekkel az a fő gond, hogy az elektronikák sokkal nagyobb mértékben melegednek, mint amikor a napelemek alá vannak szerelve, ami meg is mutatkozik a meghibásodásokban.

Mi a legjobb megoldás? A valóban okos napelem, amikor maga a napelem rendelkezik a szükséges plusz funkciókkal úgy, hogy kívülről ez nem látszik rajta, nem befolyásolja a megbízhatóságát, nem korlátozza a rendszerhez használandó többi eszköz választhatóságának körét. Egyelőre egyetlen ilyen megoldás létezik a piacon: a Maxim napelem.

 

A Maxim panelbe integrált teljesítményoptimalizáló chip technológiája

 

Miben különleges ez a megoldás és miért mondhatjuk rá, hogy ez a napelem tényleg okos?

Abban, hogy a napelem csatlakozó dobozában a bypass diódák helyett a Maxim Integrated teljesítményoptimalizáló chipjei dolgoznak. Ezek a chipek a diódák megbízhatóságával rendelkeznek, ami magasan meghaladja egy moduloptimalizáló vagy mikroinverter megbízhatóságát.

Három ilyen chip van a napelemben, amiből a napelem három cellasorára jut egy-egy, így az optimalizálásban a jelenleg elérhető legkomolyabb szintet tudja nyújtani ez a megoldás. Egy napelemen belül három teljesen független egység működik. Olyan, mintha egy napelembe három kisebb lenne egymás mellé laminálva. Míg a moduloptimalizálók a napelemen belül semmilyen hatással nem bírnak, addig a Maxim megoldása a lehető legmélyebben segít a napelemnek. Ennek eredménye a legjobb hatású optimalizálás, a legnagyobb energiahozam biztosítása, a leghosszabb modulélettartam biztosítása. Mindezt egy rendkívül mérsékelt áron. A piacon ennél jobb megoldást jelenleg nem találni.

PDF-ek linkelve

A Maxim chipjével felszerelt napelemek tényleg okosak, mert az optimalizáló chipek a napelem szerves részét képezik, nem egy a napelem kimenő kapcsaira csatlakozó hozzáépített egységről van szó.

Néhány szó, még a témában való tévedésekről. Vannak téves elnevezések, sok mindent hívnak megtévesztően okos napelemnek, de viszonylag egyszerű meghatározni, hogy az adott termék tényleg az-e.

Egy okos napelemben mindig van egy intelligens eszköz, ami a környezeti változásokra reagálni tud. Ez vagy egy komplett elektronika, vagy egy chip. Ha nincs ilyesmi a napelemben, vagy a napelemhez kapcsolva, akkor semmiképpen nem beszélhetünk „okosságról”.

Hallottunk olyat, hogy egy sima vékonyréteg napelemet neveztek okos napelemnek, mert a sávos cellák miatt jobb az egyes napelemek árnyéktűrése, mint egy kristályos napelemnek. Ez egy előnyös tulajdonság, de semmi köze nincs az intelligenciához és nem is segít a korábban említett problémákon.

Újabban divatosak a fél cellákból kialakított, két félből álló napelemek. Ezekben gyakorlatilag két napelem van egymással párhuzamosan kapcsolva. Így 6 cellasor van egy napelemben, 3-3 párhuzamosan. Erről a napelemről is hallottuk már, hogy 6 munkapontos és okos. Ez teljesen félrevezető és téves állítás. Ezekben a napelemekben is átlagos bypass diódák vannak, amiknek semmi közük nincs a munkapontokhoz és az okossághoz. Ezek a napelemek sem képesek kiküszöbölni az egy napelem leárnyékolása miatt a többi napelemre kiható hátrányokat. Ilyenkor ugyanúgy a bypass diódák dolgoznak ezekben is, mint az átlag napelemekben. Természetesen ennek a napelem-kialakításnak is vannak előnyei és hátrányai, de semmi közük az okossághoz.