Napelem hatásfok: ne keverd a teljesítménnyel!

Kezdjük a rossz hírrel: a technológia jelenlegi állása szerint minden, a piacon széles körben elterjedt napelem panel viszonylag alacsony hatásfokkal dolgozik. És most a jó hír: a hatásfok nem azonos a teljesítménnyel. Vagyis amíg a napelemes rendszerünk hozza a kívánt teljesítményt, tehát optimális működés mellett kiváltja az áramszámlánkat, és fedezi teljes éves áramfogyasztásunkat, addig elhanyagolható szempont, hogy milyen hatásfok értékek mellett teszi ezt.

Napelem hatásfok: felvett és leadott energia

Természetesen van összefüggés a teljesítmény és a hatásfok között, de semmiképp sem egymás szinonimái, és a napelem alacsony hatásfoka egyáltalán nem kell, hogy okot adjon az aggodalomra.

A napelemek a Nap fényét alakítják át elektromos árammá. A napelem hatásfok lényegében a napelem celláinak felületére érkező fényenergia és az ebből kinyert villamos energia mennyiségének arányát fejezi ki. Lássuk, mit jelent mindez a gyakorlatban, a legelterjedtebb napelem típusokra vonatkoztatva.

Monokristályos napelem

A monokristályos napelem egy szilícium tömbből áll, melynek köszönhetően igen magas hatásfokkal rendelkezik: nagy átlagban 21% körülire tehető. A nagyobb szilícium tömb okán azonban előállítási költsége, és ebből adódóan ára is viszonylag magas.

Polikristályos napelem

A polikristályos napelem nem egy nagy, hanem több kisebb szilícium tömbből áll. Hatásfoka, ha csak kicsivel is, de alacsonyabb, 20 % körüli. Előállítása költséghatékonyabb, ez pedig tükröződik az árán is.

Vékonyrétegű napelem

A vékonyrétegű napelem is szilícium alapú, de gőzöléses eljárással készítik, mely során csak egy vékony réteget visznek fel belőle a szerkezet felszínére. Ebből adódóan az előállítása nemcsak olcsóbb, de jóval gyorsabb is monokristályos és polikristályos társaiénál. Cserébe sajnos hatásfokban már jelentős csökkenést mutat: mindössze 6-8%-os.

Látható, hogy az eltérések hol kisebbek, hol nagyobbak egyes típusok esetében. Ezek hosszútávon már jelentős hozamvesztességgel járhatnak. Ugyanakkor a kérdést érdemes a költségvonzat szempontjából is megvizsgálni ahhoz, hogy reális képet kapjunk összköltség és megtérülés viszonylatában.

A mérés problematikája

A napelem gyártók a forgalomba hozatal előtt úgynevezett „végmérést” végeznek, mely során egy mérőkamrában adott spektrumú mesterséges fénnyel világítják meg a napelemeket, majd megmérik a kimeneti áram mennyiségét és az egyenfeszültség értékét. Mivel a mesterséges fényforrás spektruma nem egyezhet teljes mértékben a Nap sugárzásának spektrumával, az így kapott eredmény nem pontos, csak megközelítő adat.

Cella hatásfok = napelem hatásfok?

A napelem paneleken belül található cellák nem azonos hatásfokkal működnek, a gyártás során különböző szempontok szerint osztályozzák őket, majd egy afféle kevert halmazt hoznak létre. A cellák hatásfokának átlaga sem teljesen feleltethető meg a panel egészének hatásfokával. Ezt az értéket így definiálni nem lehet pontosan vagy megbízhatóan.

Tájolás és dőlésszög

A 30 és 40 fok közötti dőlésszög a legkedvezőbb a rendszer számára, ez biztosítja ugyanis az optimális, 90 fokos beesési szöget. Lapostetőre is felhelyezhetőek az elemek, ilyen esetben körülbelül ugyanazok a feltételek érvényesülnek, mint talajra telepítés esetén azzal a különbséggel, hogy kedvezőbb magasságban terülnek el a napelemek. 

Minél tovább éri a paneleket a Nap, annál nagyobb mennyiségű energiát tudnak előállítani. A déli tájolás a legoptimálisabb, dél-keleti és dél-nyugati tájolás esetén körülbelül 5 százalékos, míg nyugati tájolás esetén 10-15 százalékos veszteséggel kell számolni. Egyik sem befolyásolja jelentős mértékben a beruházás megtérülést. Valós problémával csak akkor találjuk szembe magunkat, ha a tető tájolása északi. Ebben az esetben nem is ajánlott a napelem tetőre telepítése. Ugyanakkor nincs az a tájolás, ami kizáró ok lenne, maximum a telepítés körülményei változnak ennek megfelelően. Hiszen garázsra vagy egyéb melléképületre, fedett terasz tetejére vagy akár a kerti talajra is kerülhet napelemes rendszer. 

Ideális vagy optimális?

Ami a körülményeket illeti, a napelemek számára ideális állapot olyan, mint az emberek számára a tökéletes boldogság: szinte csak pillanatokra létezik. Azt gondolhatnánk például, hogy minél nagyobb a hőség, annál jobb a hatásfok: tűző napon több áramot termelhetünk privát mini naperőművünkkel. Ez azonban nincs így. A napelemek többsége 25 Celsius fokon működik a leghatékonyabban. A gyártók ezért a napelemeket 1000 wattos, derékszögű besugárzással mérik, 25 Celsius fokon, amely minden elemében optimális, a valóságban igen ritkán, vagy csak rövidebb időszakokra előforduló környezet.

Vannak terméktípusok, amelyek borús időben is viszonylag sok áramot termelnek, míg mások produktivitása ilyenkor drasztikusabban visszaesik. Tehát semmiképp sem lehet fekete vagy fehér kategóriákban gondolkodni a hatásfok kérdésében. Az azonban bizonyos, hogy adott környezeti tényezők mindenképp befolyással vannak a rendszer egészének működésére, legfeljebb némileg eltérő mértékben. A napelemek hatékonysága folyamatosan változik a különböző környezeti hatások miatt.

Adott körülmények között

A napenergia felhasználását befolyásolja a páratartalom, a felhősödés, a füst, a szmog és a hőmérséklet értéke, a terület földrajzi adottsága, a napfény beesési szöge is.

A napelem hatásfok nyáron természetesen sokkal magasabb, a téli időszakhoz képest, azonban tájegységenként ilyenkor is vannak eltérések. Síkságokon például a felhőzet miatt nyáron több a napsütéses órák száma, mint a hegyvidékeken. Míg télen épp fordítva: a sík terepekre leszálló köd miatt a hegyvidékeken jobban hasznosul a Nap energiája. Nagyobb városok környékén időszakosan problémát jelenthet a szmog is. Ettől függetlenül fontos leszögeznünk, hogy a napelemek mindenütt, minden évszakban termelnek energiát, csak eltérő mértékben. Természetesen lehetne olyan rendszert készíteni, amely erre nem képes, de az már a tervezőasztalon, még a megvalósulás előtt elveszíti létjogosultságát.

Bár a  tiszta, por- és szennyeződésmentes panelekről a fény útját akadályozó hóréteg könnyebben lecsúszik, illetve jobb a hatásfoka is, nem kell külön a tisztításról gondoskodni. Egyrészről ezt az eső mindig megoldja helyettünk, másrészről pedig a takarítás kifejezetten nem ajánlott, hiszen könnyen megsérülhetnek a panelek. Forgatható tartószerkezettel is javíthatjuk a villamos energia termelésünket. Itt azonban mindenképp gondos mérlegelésre van szükség, mivel ezek az eszközök jelentősen megnövelik a beruházás költségét, és fenntartásuk is nagyobb anyagi áldozatot kíván a szinte karbantartásmentes fix tartószerkezetekhez képest.

Smart rendszer: megoldjuk okosba?

A napelemes rendszerek egyik gyenge pontja, hogy a rendszer egésze a legkisebb teljesítményt leadó panelhez igazodik. Ha egy táblára árnyék vetül, vagy egy kiadós vihar után a falevelek tartósan megtapadnak felszínén, akkor az egész rendszer hatásfoka csökken. A napelemek hatásfokát a „Smart” rendszerekkel lehet feljavítani. Ezek optimalizálják a rendszert, összehangolják a különböző dőlésszögű és elhelyezkedésű napelemek működését. Sőt, jelzik is az esetleges hibákat.

Egy beépített „Smart” rendszer egyedi körülményektől függően 5-25% -os teljesítményjavulást is eredményezhet.