Napelemek hatékonysága évszakonként

Már az elején tisztázni kell

A napelemek kapcsán sokszor csak a maximális teljesítményről beszélünk. Így amikor azt halljuk, hogy a magyarországi napelem-kapacitás mondjuk a paksi atomerőmű másfélszerese, akkor a napcellák maximális teljesítményéről beszélünk, amit – kis túlzással – júniusban, délben lehet mérni. Sokkal nagyobb jelentősége van annak a számnak, ami a ténylegesen megtermelt energiát jelenti egy adott napon, adott hónapban vagy évszakban.

Ugyanakkor azzal is tisztában kell lennünk, hogy a solar iparág az elmúlt évtizedben hatalmas fejlődésen ment át. Messze nem kell azt hinnünk, hogy napelemünk télen nem is termel, vagy legfeljebb minimális energia-mennyiséget. A napelem működése télen sem áll meg. Olyankor is termeli az áramot, és az éves energiaköltségeket támogatni tudja. Nem elhanyagolható mennyiség az sem, ha a nyári termelésnek csak a negyedét tudja előállítani. Bár kétségtelenül a teljesítményük csökken ilyenkor, de az így termelt energia sem elhanyagolható.

Télen a modern napelemekről már könnyebben lecsúszik a hó – ha egyáltalán van ilyen –, ezért nem fedi el sokáig, még akkor se, ha nagyobb hó mennyiség esett. Ezt segíti a cellák dőlésszögének ideális, 40-45 fokos beállítása, és a vékony fedőrétegük, aminek köszönhetően könnyen megcsúszik a hóréteg.

A napelem működése télen jelentősen függ a hatásfoktól. Az egyik legfontosabb kérdés az, hogy az adott napelem típus mennyire érzékeny a felhős időre. Ha szórt fényben jól teljesít, akkor a téli időszakban nem csökken a hatásfoka, de mivel kevesebb napfény éri, abból kevesebb energiát tud előállítani. Ellenben nyáron, sokkal jobban csökken a hatásfoka, mert felmelegszik és az ideális 20-25 fok fölé emelkedik a hőmérséklete. Ilyenkor a hatásfok ugyan csökken, de a napfényes órák száma jóval magasabb, vagyis több energiát tud termelni. A vékonyrétegű napelemek hatásfoka nagyobb arányban csökken a hőmérséklet csökkenése által. A monokristályos és a polikristályos napelemek jobban reagálnak a hőmérséklet csökkenésre, azonban a hőmérsékletnövekedést a vékonyrétegű, vagyis amorf napelemek tolerálják jobban, viszont jellemzően a polikristályos napelem technológia teljesítménye a legjobb felhős időszakban.

A napelemek áramtermelését tehát leginkább a napsütése órák száma befolyásolja. Ezt főként a nap járási magasságától függ. Mindenki számára köztudott, hogy a téli évszakban a nap alacsonyabban jár, így hamarabb eléri a horizontot is, hamarabb sötétedik, ez által a napsütéses órák száma jelentősen csökken a téli hónapokban. Ugyanilyen fontos a nap magassága is, az, hogy a napsugarak milyen szögben érik el a napelemek felületét. Mivel télen alacsonyabban jár a nap, így a napsugarak beesési szöge is kisebb, ami miatt kevesebb a termelés. Ez persze függ a telepített napelemek dőlésszögétől, de mivel nyáron jobb a termelési mutató, épp ezért az ideális dőlésszöget is a nyári időszakhoz választják meg a kivitelezők, amennyiben erre mód van, és nem a tetővel párhuzamosan történik a telepítés (mely sok esetben közelít az ideális dőlésszöghöz). A termelésre hatással vannak a különböző éghajlati viszonyok is, mint például a felhőzet, és a köd is. A téli időszakban ezek gyakrabban előforduló jelenségek, így ez is a nyári termelésnek kedvez jobban.

Amint a fentiekben láttuk, az áramtermelést befolyásolja a hőmérséklet is, de itt inkább fordítva gondolnánk az összefüggést, mint valójában van. A napelemek optimális hőmérséklete 25 °C körül van, amit télen sokkal könnyebb megközelíteni, mint nyáron. Mivel a felületre érkező sugarak melegítik is a paneleket nyáron emiatt a hőmérsékletük nem a hőmérőn mérhető 30-35 °C, hanem magasabb, amitől hatásfokuk csökken. Ez a csökkenés azonban nem kompenzálja azokat a pozitív szempontokat, amit a nyári magas napsütéses órák száma és a sokkal ideálisabb beesési szög jelent. Hiába a magas hőmérséklet miatti hatásfokromlás, így is sokkal jobb a termelés nyáron.

Egy publikált összehasonlításból az derül ki, hogy egy adott napelem januárban kb. 190 kWh energiát termelt, míg az általában legerősebb júliusi hónapban energiatermelése elérte a 680 kWh-t. A két értékből látható, hogy a nyári csúcsidőszakban akár 3,5-szer több energiatermelés várható, mint a legrosszabb téli hónapban. De a fentebb már említett egyéb szempontok – felhőzet, köd, eső, hó stb. – ezt az értéket képes módosítani. Előfordulhat, hogy a júniusi termelés alacsonyabb az áprilisi, és májusi termelésnél az időjárási viszonyok miatt.

Általánosságban elmondható, hogy a téli, és nyári értékek között 4-6-szoros termelésbeli különbség figyelhető meg a nyári termelés javára. Ez azt jelenti, hogy télen nem feltétlenül tudjuk ellátni háztartásunkat elegendő villamos energiával. De ha a nyáron termelt energiatöbbletet a szaldós elszámolásnak köszönhetően képesek vagyunk betermelni a szolgáltatói hálózatba, és télen a hiányt a szolgáltatói hálózatból pótolhatjuk, akkor optimalizáltuk az energiatermelésünket. Ennek a termelésnek-fogyasztásnak a mérésére szolgál a telepítéskor felszerelt ad-vesz mérőóra.

A nap energiájának hasznosítása tehát télen és nyáron egyaránt lehetséges, csak nem ugyanolyan hatékonysággal. Ahhoz, hogy a rendszer a legnagyobb hatásfokon a legnagyobb teljesítményt tudja produkálni az a legfontosabb, hogy a környezeti tényezőkhöz leginkább illeszkedő paneltípusok kerüljenek a tetőre – megfelelő szakértelemmel és körültekintéssel.