Hogyan jut el az energia a napelemtől a fogyasztóig?

Röviden

A napelem által termelt energia több lépésen és eszközön keresztül jut el a készülékekig. Az út attól függ, hogy hálózati, hibrid vagy szigetüzemű rendszerről beszélünk.

Egy akkumulátoros rendszerben az energia útja leegyszerűsítve:

napelem → MPPT → akkumulátor vagy inverter → fogyasztó

Ebből megtudod

• milyen útvonalon halad az energia;
• mi a szerepe az MPPT-nek és az inverternek;
• mikor töltődik az akkumulátor;
• miből működik a készülék este;
• mi történik, ha több a fogyasztás, mint a termelés.

1. A napelem egyenáramot termel

A panelek DC, vagyis egyenáram formájában adják le az energiát. Több panel sorba vagy párhuzamosan kötve napelemmezőt alkot.

A panelkábeleken érkező feszültség lehet néhány tíz volt, de hosszabb stringnél több száz volt is. Emiatt a napelemoldali kábelezés és védelem nem egyszerű „kisfeszültségű barkácsolás”.

2. Az MPPT beállítja a megfelelő működési pontot

A napelem teljesítménye folyamatosan változik. Az MPPT megkeresi azt a pontot, ahol a panelmező a legtöbb teljesítményt tudja leadni.

Külön MPPT töltésvezérlő esetén az eszköz a panelből érkező energiát az akkumulátor töltéséhez megfelelő feszültségre alakítja.

Hibrid vagy off-grid inverterben az MPPT gyakran az inverter része. Ilyenkor a panelek közvetlenül az inverter PV-bemenetére csatlakoznak.

3. Az energia először az éppen működő fogyasztókhoz kerülhet

Sok rendszer a pillanatnyi napelemtermelést közvetlenül felhasználja. Ha például a panelek 1 500 wattot termelnek, a ház pedig éppen 600 wattot fogyaszt, a fogyasztás jelentős részét a napelem fedezi.

A fennmaradó energia rendszerfüggően:

• akkumulátort tölthet;
• hálózatba táplálható;
• vagy a rendszer leszabályozhatja a termelést.

4. Az akkumulátor eltárolja a felesleget

Akkumulátoros rendszerben a pillanatnyilag fel nem használt energia töltheti az akkumulátort.

Az akkumulátor azonban nem egy feneketlen tartály. Van:

• névleges kapacitása;
• használható kapacitása;
• megengedett töltőárama;
• megengedett kisütőárama;
• alsó és felső töltöttségi határa.

Ha az akkumulátor megtelt, a rendszernek máshová kell irányítania vagy vissza kell szabályoznia a többletet.

5. Az inverter 230 voltos váltakozó áramot készít

A háztartási készülékek többsége váltakozó áramot igényel. Az inverter a DC oldalon rendelkezésre álló energiából 230 voltos AC áramot állít elő.

Az inverter forrása lehet:

• közvetlen napelemtermelés;
• akkumulátor;
• hálózat;
• bizonyos rendszereknél generátor.

A vezérlés pillanatról pillanatra eldönti, melyik forrást használja.

Mi történik este?

Este nincs érdemi napelemtermelés. Akkumulátoros rendszerben a fogyasztók az akkumulátorból működnek. Hálózati, akkumulátor nélküli rendszerben a ház a közcélú hálózatból vételez.

Ha az akkumulátor eléri a beállított alsó töltöttségi határt, a rendszer:

• hálózatra válthat;
• generátort indíthat;
• vagy szigetüzemben lekapcsolhatja a fogyasztókat.

Egyszerű energiaáramlási példa

Tegyük fel, hogy:

• a panelek 2 000 wattot termelnek;
• a ház pillanatnyi fogyasztása 700 watt;
• az akkumulátor még tölthető.

Ebben a helyzetben nagyjából 700 watt mehet a fogyasztókhoz, a fennmaradó teljesítmény pedig – a rendszer veszteségeit és korlátait figyelembe véve – az akkumulátort töltheti.

Később egy felhő miatt a termelés 300 wattra esik, miközben a fogyasztás 700 watt marad. A hiányzó körülbelül 400 wattot az akkumulátor vagy a hálózat adja.

Miért vannak veszteségek?

Az energia útja során minden átalakítás és vezeték okoz valamennyi veszteséget:

• a panel nem alakítja át az összes napfényt árammá;
• az MPPT és az inverter melegszik;
• a kábeleken feszültségesés keletkezik;
• az akkumulátor töltése és kisütése sem veszteségmentes.

Ezért 1 kWh megtermelt energiából nem feltétlenül lesz 1 kWh felhasználható energia a konnektorban.

Hálózati, hibrid és szigetüzemű energiaút

Hálózati rendszer

napelem → hálózati inverter → ház fogyasztói → szükség szerint közcélú hálózat

Hibrid rendszer

napelem → hibrid inverter → fogyasztó / akkumulátor / hálózat

Szigetüzem

napelem → MPPT vagy off-grid inverter → akkumulátor → inverter → fogyasztó

A pontos sorrend készüléktípustól függhet, de a működés logikája ez.

Összefoglalva

Az energia nem közvetlenül „a panelből a konnektorba” kerül. A rendszer szabályozza, átalakítja, tárolja és védi az energia útját.

A jó tervezéshez minden fő elem teljesítményét és korlátait össze kell hangolni. Hiába van sok panel, ha az MPPT, az inverter, az akkumulátor vagy a kábel nem képes kezelni a rendelkezésre álló energiát.