Tíz év alatt 30%-kal nőtt a naperőművek energiasűrűsége

Az Egyesült Államokban működő Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium (LBNL) kutatói megállapították, hogy az újonnan épülő naperőművekben ma hektáronként 43-52%-kal több napelemet telepítenek, mint tíz évvel ezelőtt. Ennek köszönhetően az egy hektárra jutó átlagos villamosenergia-termelés még annak ellenére is 25-33%-kal tudott növekedni, hogy időközben egyre több naperőmű épül északi államokban.

A 2021-ben íródott tanulmány a bevezetőjében megjegyzi, hogy már tíz év telt el a naperőművek teljesítmény- és energiasűrűségére vonatkozó nemzeti referenciaértékek legutóbbi hivatalos frissítése óta, ezért időszerű volt azok felülvizsgálata. A kutatók ennek érdekében áttekintették az LBNL adatbázisában szereplő összes 2011 és 2019 között létesült, 5 MW-nál nagyobb névleges teljesítménnyel bíró naperőmű adatait, a megállapításaikat pedig az IEEE Journal of Photovoltaics című tudományos folyóiratban publikálták.

A kutatók azt találták, hogy a naperőművek medián teljesítménysűrűsége (MW/hektár) 52%-kal nőtt a fix dőlésszögű létesítmények, és 43%-kal nőtt a napkövető tartószerkezetek esetében. Az LNBL a frissített adatok alapján új nemzeti referenciaértékeket javasolt a sűrűségre vonatkozóan:

0,87 MW/hektár a fix dőlésszögű létesítmények esetében
0,59 MW/hektár a napkövetős tartószerkezetet alkalmazó erőművek esetében

Ezzel párhuzamosan e létesítmények villamosenergia-termelése – MWh/év/hektárban mérve – 33%-kal nőtt a fix dőlésszögű és 25%-kal a napkövető létesítmények esetében. Az új értékek:

1,10 GWh/év/hektár a fix dőlésszögű létesítmények esetében
0,97 GWh/év/hektár a napkövetős tartószerkezetet alkalmazó erőművek esetében

Az elemzés megállapította, hogy a naperőművek teljesítménysűrűségének növekedése nagymértékben korrelál a felhasznált panelek névleges teljesítményének növekedésével, ami pedig a napelemes cellák hatékonyságának javulásával mutat szoros összefüggést.

Az alábbi grafikon azt ábrázolja, hogyan nőtt az egy angol holdra (angolul acre, ami 0,4 hektár) jutó teljesítménysűrűség, a szaggatott vonal pedig azt mutatja, hogy ez mekkora részben köszönhető a napelemek növekvő névleges teljesítményének.

A kék a fix dőlésszögű, a narancs a napkövetős erőműveket jelöli. Forrás: Land Requirements for Utility-Scale PV: An Empirical Update on Power and Energy Density

Az a tény, hogy a fenti ábrán látható medián teljesítménysűrűség növekedése meghaladja a modulok medián teljesítménynövekedését, arra utal, hogy az idő múlásával más tényezők is hozzájárultak a magasabb teljesítménysűrűséghez. A napkövető erőművek esetében ezek közé tartoznak a „backtracking” algoritmusok, amelyek szorosabb sortávolságot tesznek lehetővé azáltal, hogy korlátozzák a követő mozgástartományát reggel és este az önárnyékolás csökkentése érdekében. Hogy ez hogyan működik a gyakorlatban, azt az alábbi animáció mutatja be.

A fix dőlésszögű erőműveknek a hatékonyabb állványkonfigurációk és elrendezések segítettek a jobb helykihasználásban, ami részben a továbbfejlesztett modellező szoftvereknek köszönhető.

A tanulmányból az is kiderül, hogy a talajfedettségi arányok jellemzően 40-50% között mozognak a fix dőlésszögű erőművek és 25-40% között a napkövetős erőművek esetében. Ez az érték azonban telephelyenként nagymértékben változik, mivel a domborzati viszonyoktól, a dőlésszögtől és más tereptulajdonságoktól függ.

A következő ábra az egy angol holdra jutó éves villamosenergia-termelést mutatja, és itt már egy kicsit összetettebb a kép. A termelés még mindig növekszik, de kevésbé gyorsan, ami a „telephely minőségét” jelző szaggatott vonalak 2015 óta tartó stagnálásának, illetve csökkenésének számlájára írható.

A kék a fix dőlésszögű, a narancs a napkövetős erőműveket jelöli. Forrás: Land Requirements for Utility-Scale PV: An Empirical Update on Power and Energy Density

A helyszín minősége itt azt jelenti, hogy mekkora a globálsugárzás értéke, azaz évente mennyi napfény ér egy négyzetmétert. A kutatás kezdete óta mind a fix dőlésszögű, mind a napkövetős projektek esetében csökkent a napfény átlagos mennyisége, miután egyre több naperőmű épül az északi régiókban. Amíg ugyanis drágák voltak a napelemek, csak ott érte meg telepíteni őket, ahol nagyobb kihasználtságnak örvendhettek, de ahogyan csökken az áruk, ez már kevésbé volt szempont.

A fentieket talán úgy foglalhatnánk össze, hogy a napelemek egyre olcsóbbak és hatékonyabbak lettek, melynek következtében a naperőművek mind északabbra húzódtak, így az átlagos napelemet most kevesebb napfény éri, mint tíz évvel ezelőtt, de a hatékonyságjavulásnak köszönhetően átlagosan mégis több energiát tudunk kihozni egy hektárnyi napelemből.

Mindez pedig azt is jelenti, hogy a 10-20 évvel ezelőtt született kalkulációk alighanem túlbecsülték a napenergia valós területigényét. Ezek a korábbi tanulmányok a vízfelszínre telepített naperőművek lehetőségével sem számoltak, mivel akkoriban még nem létezett ez a technológia, ma már azonban egyre több lebegő naperőmű épül, melyekről az alábbi cikkünkben írtunk részletesebben.

Nincs elég hely a napelemeknek? A tengeri naperőművek megoldják a problémát

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.