A vártnál többet termelnek a függőleges napelemek, most az is kiderült, hogy miért

A napelemek terjedésével párhuzamosan a villamos energia egyre olcsóbbá válik napközben, az esti és reggeli órákban viszont inkább emelkedett az ára az utóbbi években, ezért egyre több beruházó választja a kelet-nyugati tájolású, függőlegesen telepített (vertikális) naperőműveket. Ezeknek nemcsak a termelési profilja igazodik jobban a villamosenergia-piaci viszonyokhoz, de az adott földterület művelését is lehetővé teszik, cserébe viszont az éves hozamuk alacsonyabb. Megfigyelték azonban, hogy a hozamcsökkenés kisebb annál, mint ami a standard modellek szerint a panelek tájolásából és dőlésszögéből következne.

Az Alkalmazott Tudományok Hollandiai Kutatási Szervezetének (TNO) kutatócsoportja egy sor tesztet és szimulációt végzett annak megértésére, hogy a függőleges PV-rendszerek miért teljesítenek jobban, mint a hagyományos módon telepített társaik, és végül arra jutottak, hogy a vertikális erőművek üzemi hőmérséklete sokkal alacsonyabb, ami pozitív hatással van a teljesítményükre.

„Bár konferenciákon és workshopokon beszámoltak már a függőlegesen telepített kétoldalú napelemek vártnál jobb teljesítményéről, nem láttunk olyan publikációt, amely kimutatta volna, hogy ez sokkal alacsonyabb üzemi hőmérséklettel jár együtt, mint amit a [hagyományos] fix dőlésszögű napelemek esetében várnánk azonos teljes besugárzási teljesítmény mellett” – mondta el a tanulmány szerzője, Bas B. Van Aken a PV-Magazine-nak. „Ez az alacsonyabb üzemi hőmérséklet pozitív hatással van a kapocsfeszültségre, és ezáltal a teljes energiatermelésre.”

Az EPJ Photovoltaics című szaklapban megjelent „Thermal model in digital twin of vertical PV system helps to explain unexpected yield gains” című tanulmányban Van Aken és kollégái kifejtették, hogy a feszültséget a fény mennyisége és a napelemek hőmérséklete egyaránt befolyásolja. A besugárzás intenzitásának növekedésével a feszültség logaritmikusan nő, míg a hőmérséklet növekedésével a feszültség csökken, jellemzően 0,3-0,4%-kal Celsius-fokonként.

A középső grafikonon jól látható, hogy a napelemek 25 Celsius-fokon képesek a névleges teljesítményük 100 százalékát nyújtani, e hőmérséklet fölött csökkenni, alatta pedig növekedni fog a teljesítményük. Kép: Rejtő János villamosmérnök – Napelemek általános jellemzése, fajtái, működési elvük, napelemes kiserőművek rendszerfelépítése.

„Egy szabványos rendszer esetében az intenzív besugárzási körülmények között a  [többlet] fény miatti növekedést ellensúlyozza a magasabb üzemi hőmérséklet miatti teljesítménycsökkenés” – hangsúlyozta Van Aken. „A függőleges rendszer esetében azonban megfigyeltük, hogy a működési hőmérséklet nem nő annyira, és a feszültség növekedése és csökkenése többé-kevésbé kiegyenlítődik.”

A csoport a modellezéshez „digitális ikreket” használt, amelyek egy valós napelemes rendszerből és azok virtuális másolatából álltak össze. A megoldást általában a naperőművek üzemeltetéséhez és karbantartásához szokták használni. „A digitális változat az időjárási és egyéb környezeti adatok idősorai alapján utánozza a PV-panelek teljesítményét. A szimulált értékeket összehasonlítjuk a megfigyelt adatokkal” – magyarázta a kutató.

Méréseiket a hollandiai Pettenben, a TNO létesítményei közelében található vertikális naperőműben végezték el. A kelet-nyugati irányú rendszer kilenc sort tartalmaz, amelyek egyenként nyolc darab 315 W-os kétoldalú modullal vannak felszerelve, a modulsorok közötti távolság pedig 2 m, 4 m, illetve 6 m. A rendszerben elhelyezett 72 modulból 60 n-típusú M2 TOPCon cellákat használ. Valamennyi panelt az izraeli székhelyű Solaredge által szállított teljesítményoptimalizálóval szerelték fel.

Kép: TNO

A mérések során megállapították, hogy a függőlegesen elhelyezett, kelet-nyugati tájolású panelek a környezetükhöz képest csak feleannyira melegednek fel, mint a hagyományos módon felszerelt modulok, és ez a kutatók szerint 2,5%-kal magasabb éves energiahozamot eredményezett a szimulációkhoz képest. Magyarul, egységnyi mennyiségű fényenergia mellett 2,5%-kal nagyobb termelést tudtak elérni, mivel a déli napsütés oldalról éri a paneleket, amelyek így kevésbé melegednek fel, és hatékonyabban tudnak termelni.

„Arra számítunk, hogy ez a hatás Hollandiában 2-3%-kal növeli az éves villamosenergia-hozamot, az alacsonyabb üzemi hőmérséklet lassító hatással van a degradációs mechanizmusokra, és a hatás jelentősebb lehet a magasabb besugárzási viszonyokkal rendelkező helyszíneken” – összegezte Van Aken az eredményeket.

Mennyivel növeli meg a napelemek téli hozamát, ha függőlegesen telepítjük őket?

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.