Hagyjuk már! – A napenergia télen használhatatlan lenne?

Lehetséges-e Magyarországon kizárólag megújuló energiát használni egész évben, a nap 24 órájában? Ez itt a kérdés, amelyre a válasz az esetek túlnyomó többségében az szokott lenni, hogy ez műszakilag kivitelezhetetlen, és alaperőművek nélkül nem megoldható a folyamatos áramellátás. Néhányan azonban másként gondoljuk, szerintünk ez a feladat könnyedén megoldható. Túl könnyen is, és mivel szeretjük a kihívásokat, emeljük a tétet: megoldható-e egy családi ház folyamatos áramellátása (beleértve a fűtést is) kizárólag napenergiával Finnországban? Ezt már nevezhetjük kihívásnak, és ezt a kérdést járta körül néhány finn kutató is. Nézzük meg, hogy mire jutottak.

Bal oldalon egy magyar, jobb oldalon egy finn napelemes rendszer éves termelése látható. Mindkét rendszer 5 kWp-os.

Az orosz-finn határ közelében található egy 183 m²-es családi ház, 38 m²-es garázzsal. A rönkházat kiváló hőszigeteléssel látták el, a fűtéséről egy 6 kW-os talajszondás hőszivattyú gondoskodik 134 m-es furattal, de a házhoz tartozik egy szauna is, 8 kw-os fűtőberendezéssel. A háztartásban található berendezések mind energiatakarékosak, viszont a család nem rendelkezik konnektorról tölthető autóval.

A ház csatlakozik a villamoshálózathoz, és rendelkezik két napelemes rendszerrel is. A főépület délre néző tetőrészén egy 10,4 kWp-os rendszer van egy 9 kW-os inverterrel, míg a garázs keletre és nyugatra néző tetőrészeire egy 10,7 kWp-os rendszert telepítettek 7 kW-os inverterrel. Összesen tehát 21 kWp a napelemek teljesítménye, az inverteteké pedig 16 kW. Ez utóbbiak alulméretezését az alacsonyabb költségek indokolták, mivel ennél nagyobb csúcsteljesítmény már nem növelte volna érdemben a ház önellátásának mértékét.

A Lappeenranta Műszaki Egyetem tudósai arra voltak kíváncsiak, hogy milyen műszaki paraméterek mellett lenne megoldható az említett ház áramellátása szigetüzemben, ezért három éven keresztül folyamatosan monitorozták a ház áramfogyasztását és a napelemes rendszerek termelését, hogy az adatok alapján javaslatot tehessenek az optimális tárolási megoldásra nemrég megjelent tanulmányukban.

Az adatgyűjtés 3 éven keresztül folyt, 2017 januárjától 2019 decemberéig. Az alábbi táblázat foglalja össze, hogyan alakult az áram fogyasztása és termelése a vizsgált időszakban.

A szaldós elszámoláson szocializálódott magyarországi nézőpontból néhány dolog talán szemet szúrhat. Itthon azt szoktuk meg, hogy pontosan a fogyasztáshoz kell méretezni a rendszert, itt azonban a termelés bő kétszerese a fogyasztásnak. Ez a rendszer ugyanis a minél nagyobb fokú önellátásra lett kihegyezve, hiszen Finnországban nincs sem szaldó, sem kötelező átvételi ár a túltermelésre. A bruttó elszámolás bevezetése után valószínűleg nekünk is hasonló elvek mentén kell majd gondolkodnunk a rendszerünk megtervezése során.

Az éves adatoknál is érdekesebbek azonban a havi adatok, mert ezek mutatják meg a különbséget a téli és a nyári időszak között.

A megoldandó feladat tehát adott, az ehhez szükséges energiatároló kiválasztására érzékenységi elemzést végeztek, ami egyfajta „mi lenne, ha…” típusú vizsgálat. Ennek keretében megnézték, hogy önmagában egy akkumulátor milyen hatással lenne az önellátás mértékére. 1 kWh-val kezdtek, és lépésről lépésre növelték az akku kapacitását, minden akkumulátor méretének vonatkozásában szimulációkat futtatva le. A szimulációk eredményeként arra a megállapításra jutottak, hogy körülbelül 20 kWh-ig az akkuméret növelésével dinamikusan növekszik az önellátás mértéke. Egy 20 kWh-s akkumulátor az eredeti 37%-ról 60%-ra növeli az önellátás mértékét, efölött viszont már minden egyes további kWh olyan kis mértékben járul hozzá a saját fogyasztás növeléséhez, ami nem teszi ésszerűvé az ennél nagyobb akkumulátorok alkalmazását. Például csak ahhoz, hogy 70%-ra növekedjen az önellátás mértéke 400 kWh-s akkumulátorra lenne szükség, a 80%-os mértékhez már 1 MWh-s akkumulátor kellene, és így tovább, más szóval exponenciálisan növekvő számokat kapnánk. Ezek alapján a tanulmány készítői a szigetüzemhez szükséges akkumulátor nagyságát praktikusan 20 kWh-ban határozták meg. Ez alapvetően arra elég, hogy a nappal megtermelt áramot éjszaka is felhasználhatóvá tegye, vagy egy felhősebb napon rásegítsen a napelemek termelésére.

Napelemek egy turkui lakóépület tetején, nem messze az északi sarkkörtől. Kép: Turku Student Village Foundation

Ehhez annyit fűznék hozzá, hogy Németországban vannak kalkulátorok az önellátás mértékének kiszámításához, az egyik ilyen kalkulátor szerint egy 20 kW-os napelemes rendszer és egy 20 kWh-s akkumulátor együttesen 80%-os önellátási arányt tenne lehetővé Németországban. Ennyit jelent 10 hosszúsági fok.

Az akkumulátor mellett szükség van tehát egy szezonális tárolóra is, ezt a szerepet a szimulációban egy üzemanyagcella és egy hidrogén-elektrolizáló töltötte be. A szimulációban használt rendszer úgy működik, hogy a napelemek elsősorban a fogyasztást fedezik, a felesleggel az akkumulátort töltik, és csak akkor lép működésbe az elektrolizáló, ha az akkumulátor már megtelt. Az üzemanyagcella elsősorban az akkumulátort tölti, mivel az alkalmasabb a fogyasztás hirtelen változásainak lekövetésére. Az akkumulátor esetében 85%-os, az üzemanyagcella esetében pedig 50%-os hatékonysággal számoltak.

Az üzemanyagcellára is elvégezték a „mi lenne, ha..” szimulációkat, és arra jutottak, hogy az éves hidrogénfogyasztás 180 kg körül lenne, amiből 3,8 MWh áram nyerhető ki, ez 50 baros nyomás mellett tárolva – ami még nem igényelne drága kompressziós berendezéseket – 46 m³-t foglalna el, vagyis körülbelül egy garázs méretű tartályról van szó. Az üzemanyagcellának legalább 4 kW-osnak, az elektrolizálónak pedig 6 kW-osnak kell lennie, ez a konfiguráció azonban még nem kedvez a fogyasztásban alkalmilag megjelenő nagy megugrásoknak, például a szaunafűtést vagy napsütés esetére kell időzíteni, vagy tovább kell bővíteni a tárolási kapacitást. Emellett szükséges az okos megoldások alkalmazása is a fogyasztás optimális ütemezéséhez.

Az alábbi grafikonon szemlélteti, hogyan nézne ki ezzel a rendszerrel a fogyasztási/termelési profil havi bontásban.

A grafikonból jól látható, hogy Finnországban egy napelemes rendszer és egy normál méretű akkumulátor nem lenne elég a szigetüzemű működéshez, de a rendszer egy másik, már létező technológiával kombinálva működőképes lenne. És ahogyan a tanulmány is megjegyzi, minél délebbre haladunk annál kevesebb hidrogénre lenne szükség.

Nem  azt akarom mondani, hogy rohanjon mindenki üzemanyagcellát venni, mert az lesz a jövő, hanem arra szerettem volna rávilágítani, hogy megalapozatlanok azok a kifogások, melyek szerint műszakilag kivitelezhetetlen egy kizárólag időjárásfüggő megújulókon alapuló hálózat. Ha Finnországban lehetséges csupán napenergia segítségével kompromisszummentes áramellátást biztosítani, akkor ugyan miért lehetetlen ugyanez Magyarországon a szél- és napenergia kombinálásával? Esetleg még geotermikus fűtéssel megfejelve. Ennek semmiféle műszaki akadálya nincs, csupán mentális gátak léteznek makacsul a fejekben, mert nem így csináljuk 100 éve, és el sem tudunk képzelni egy másik világot.

dr. Papp László (Sol Invictus)

Technológiai elemző, és a Villanyautosok.hu csapatának megújuló energiákkal, energiatárolással, illetve piaci trendekkel foglalkozó szakértője. Célja, hogy minél többek számára tegye egyértelművé, hogy a fenntartható jövő gazdaságilag is a legracionálisabb választás.