A villamos energia ellátás minőségi jellemzői A villamos energia rendszer (VER) üzemében a fogyasztásé a meghatározó szerep és a termelésnek követnie kell a mindenkori fogyasztói igényeket. Az egyensúly fenntartásához folyamatos felügyelet szükséges, amihez pedig az kell, hogy szabályozható termelő egységeink legyenek, amikkel a megadott határok között tartjuk a villamos energia ellátás minőségi jellemzőit. Frekvencia A nagyészt villamos forgógépekből álló VER termelésben, ha a fogyasztás és a termelés egyensúlya megbomlik, akkor a rendszer statikus energetikai egyensúlya is megbomlik, a frekvencia elmozdul a névleges értékétől, amit például a forgógépek mechanikai teljesítményének szabályozásával tudunk újra egyensúlyba hozni. Feszültség Magyarországon a fogyasztók csatlakozási pontján a feszültség változása nem haladhatja meg az előírt effektív érték (230 V) +/- 7,5% -át, amit az áramszolgáltatók a garantált szolgáltatás alapján biztosítanak. A napelemek villamos energia termelésükkel jelentősen beleszólnak a csatlakozási pontjuk környezetében lévő fogyasztók feszültég értékébe. Ezt a problémát tovább súlyosbítja a napelemek sztochasztikus termelése, amivel a feszültségemelkedésen kívül feszültségfluktuációt is okozhatnak.

Saját kutatás Az előzményekből látható, hogy mennyire fontos, hogy megfelelő napelemes rendszert építsünk ki, így kutatásom során megoldást próbálok találni a napelemes rendszerek megfelelő elhelyezésére, méretezésére és szabályozására Magyarországon, ahol szem előtt tartom a fogyasztók szükségleteinek kielégítésén kívül a napelemek hálózati hatásait.

Jelenlegi eredményeim szerint a lehetséges megoldás az alábbiakban rejlik: •Elhelyezés: koncentrált fogyasztókhoz (áruházak, iskolák, irodaépületek, stb.) kellene illeszteni a napelemes rendszereket. •Méretezés: a napelemes rendszer által termelhető maximális energia nagyságának a napelem termelési időszaka alatt kisebbnek kellene lennie, mint a hozzá csatlakozó fogyasztó által, ugyanazon időszak alatt felvehető minimális energia 70 – 85 %-a.

A napelem ≠ napkollektor A napelem a Napból érkező fotonok energiáját alakítja át a villamos berendezéseinket működtető villamos energiává. A Föld felszínére érkező sugárzás intenzitása jó közelítéssel 1000 W/m2, amit a napelemek a megadott hatásfokukkal, kb. 14-17%, tudnak hasznosítani. A napelem által termelt energia, a hatásfokán kívül, több más tényezőtől is függ. •Nem befolyásolható tényezők: nappálya, évszak, felhősség, hőmérséklet, páratartalom, légszennyezettség, stb. • Befolyásolható tényezők: dőlésszög, árnyékolás, inverter/rendszer méretezés, stb.

A napelemes rendszer soha nem térül meg A napelem modulok egyenáramot állítanak elő, ezért szükség van a napelemes rendszerhez egy egyenáramot váltóárammá alakító egységre, az inverterre. Emellett szükség van megfelelő DC és AC oldali védelmekre és a legtöbb esetben egy AD-VESZ mérőre is.

Egyéb gyakori tévhitek a napelemekről •Több energia szükséges az előállításukhoz, mint amennyit megtermelnek. •A napelemek alacsony hatásfokúak, így ezen tényező javítása kiemelten fontos. •A napelemek nagy területigényűek a többi energiatermelőhöz képest. •Csak támogatásokkal tud megtérülő lenni egy napelemes rendszer. •Csak a valódi délnek néző napelemek jelentenek jó elrendezési megoldást. •A napelemes rendszer zavaróan hangos, ezért pl. családi háznál el kell rejteni.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0:0

0

0:5

0

1:4

0

2:3

0

3:2

0

4:1

0

5:0

0

5:5

0

6:4

0

7:3

0

8:2

0

9:1

0

10:

00

10:

50

11:

40

12:

30

13:

20

14:

10

15:

00

15:

50

16:

40

17:

30

18:

20

19:

10

20:

00

20:

50

21:

40

22:

30

23:

20

Telje

sítm

ény

[W/m

2]

Idő [h:min]

Napfényintenzitási görbék

Nyár napos

Nyár felhős

Tél napos

Ennek egyik oka, hogy a hálózatra csatlakozó rendszerek esetében a villamos elosztóhálózat energiatárolóként viselkedik. Ezt az eltárolt energiát egy okos mérő segítségével (ad-vesz mérő) az áramszolgáltató nyomon tudja követni az éves fogyasztást és termelést, ezzel az évszaktól függő villamos energia termelését a napelemeknek ki lehet kompenzálni. Így összességében 8-10 éves megtérülési időről beszélhetünk, miközben a napelemek 25-30 éves garantált élettartammal rendelkeznek.

Forrás: www.siemens.com

0,375

0,38

0,385

0,39

0,395

0,4

0,405

0:0

0

1:3

0

3:0

0

4:3

0

6:0

0

7:3

0

9:0

0

10:

30

12:

00

13:

30

15:

00

16:

30

18:

00

19:

30

21:

00

22:

30

Fesz

ült

ség

[KV

]

Idő [h:min]

Feszültségváltozások

PV nélkül

Napos

Felhős

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0:0

0

2:0

0

4:0

0

6:0

0

8:0

0

10:

00

12:

00

14:

00

16:

00

18:

00

20:

00

22:

00

Telje

sítm

ény

[kW

]

Idő[h:min]

Fogyasztás és termelés

Fogyasztás

Termelés

Hálózati csatlakozás módja szerint csoportosíthatjuk: •Szigetüzemű •Hálózatra csatlakozó

Méret szerint csoportosíthatjuk: •Kis méretű (<10kWp) •Közepes méretű (10-1000 kWp) •Nagy méretű (1-10 MWp)

A legelterjedtebb megoldást jelenleg a kis és közepes méretű, hálózatra csatlakozó napelemes rendszerek adják. Magyarországon például jelenleg nincs is nagy méretű napelemes rendszer.

Forrás: www.sma.de -30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

0:0

0

1:1

0

2:2

0

3:3

0

4:4

0

5:5

0

7:0

0

8:1

0

9:2

0

10:

30

11:

40

12:

50

14:

00

15:

10

16:

20

17:

30

18:

40

19:

50

21:

00

22:

10

23:

20

Telje

sítm

ény[

%]

Idő [h:min]

KÖF/KIF transzformátor energiaáramlás A vizsgált hálózati hatások közé tartoznak: •A feszültségemelkedés és a feszültségfluktuáció kordában tartása. •A KIF/KÖF transzformátoron visszaáramló energia minimalizálása. •Az elosztóhálózat veszteségének csökkentése. •A frekvenciaszabályozás kisegítése.

A napelemek szabályozható teljesítményükkel bevonhatók a frekvenciaszabályozásba, amit a németországi villamos energia rendszerben már fel is ismertek: •50,2 Hz és 51,5 Hz között a termelőegységeknek képesnek kell lenniük növelni vagy csökkenteni az aktuális hatásos teljesítményüket •51,5 Hz felett a termelő egységnek azonnal le kell kapcsolnia.

A vizsgált feszültségszabályozást segítő megoldások közé tartoznak: • fix stratégia: egy adott teljesítménytényezőn működik az inverter • feszültségvezérelt stratégia: a helyi túlfeszültségmérésektől függően változtatja az inverter a teljesítménytényezőjét vagy a hatásos teljesítményét

A napelemekről általánosságban, tévhitek a napelemekről A napelemek hatása a villamos elosztóhálózatra