A napelemes rendszerek gyors hazai terjedésének okai között minden bizonnyal ott van az önellátás, az energiafüggetlenség, vagy legalábbis az energia árától való függetlenség vágya is. Ezt nyilvánvalóan tovább növeli, ha hirtelen bizonytalanná válik az ország energiaellátása. Jelenleg háború dúl a szomszédunkban, energiaellátásunk pedig jelentős részben a háborút kirobbantó Oroszországtól vásárolt szénhidrogéntől függ, ami hirtelen bizonytalanná vált. Ebben a helyzetben fokozottan jelenik meg a félelem az energiaellátás bizonytalanságától, és egyre többen szeretnének megoldást találni arra, hogy egy esetleges áramszünet esetén is biztosítani tudják saját ingatlanjuk legalább részleges energiaellátását. Vajon a napelemes rendszerek alkalmasak-e erre feladatra?
Hálózatra kapcsolt napelemes rendszerek
A Magyarországon eddig megvalósult napelemes rendszerek döntő többsége, közel 100%-a úgynevezett hálózatra kapcsolt napelemes rendszer. Ezek a rendszerek csak a közcélú hálózatra kapcsolva, azzal szinkronban tudnak működni. Ha a hálózatban áramszünet áll elő, akkor a napelemes rendszer invertere is azonnal lekapcsol, és hiába a napsütés, a hálózatra kapcsolt napelemes rendszerrel felszerelt épületekben sem lesz áram. Erre egyrészt biztonsági okból van szükség, hiszen, ha az inverter tovább termelne, akkor az előállított áram kikerülne a feszültségmentesített hálózatba. Másrészt a hálózatra kapcsolt rendszerek inverterei nem is alkalmasak a hálózattól független, úgynevezett szigetüzemre.
Szigetüzemű napelemes rendszerek
Akkor hát valósítsunk meg szigetüzemű napelemes rendszereket. Erre természetesen van elvi lehetőség, a gyakorlati megvalósítás azonban már nem ilyen egyszerű. Először is tisztázni kell, hogy a szigetüzem azt jelenti, hogy az épület egyáltalán nem kapcsolódik a közcélú elektromos hálózathoz. Ezt persze megtehetjük, de akkor télen-nyáron nekünk kell gondoskodnunk az energiaellátásunkról. Ez pedig napenergiával nem olyan egyszerű, és főleg nem olcsó. A gond a napenergia szezonalitásában rejlik. Az 1. ábrán látható, egy 1 kWp névleges napelem teljesítményű rendszer várható éves energiatermelése havi bontásban.
1. ábra. 1 kWp névleges teljesítményű napelemes rendszer várható éves energiatermelése
Az 1. ábrából megállapítható, hogy a napsugárzásból sajnos télen csak kb. harmad annyi energiát tudunk előállítani, mint nyáron. Márpedig általában pont télen van szükségünk több energiára, pl. többet világítunk, ha pedig még fűteni is árammal akarunk, akkor a téli energiaigényünk nagyságrendekkel lehet nagyobb a nyárinál. Jó lenne a nyári napenergiát télire eltárolni, de erre jelenleg reális áron nincs lehetőség. Ha pedig a napelemes rendszert a legrosszabb állapotra, a téli borult időszakokra méretezzük, akkor óriási méretű napelemes rendszerre lenne szükségünk, ami viszont a nyári félévben az igényünk sokszorosát lenne képes előállítani, de ez meg valószínűleg veszendőbe megy, hiszen ezt nem tudjuk felhasználni. Ezért tiszta szigetüzem csak napelemekkel nehezen valósítható meg, többnyire csak akkor, ha az energia igényeket le tudjuk szorítani a minimumra. És persze ekkor is jelentős kapacitású akkumulátorra lesz szükségünk. Segíthet a helyzeten, ha a szigetüzemet több energiatermelő berendezéssel valósítják meg, pl. szélgenerátort, és/vagy aggregátort is alkalmaznak, így a napelemeket és az akkumulátor telepet már nem kell a legrosszabb napsütéses időszakra méretezni.
Fentiek miatt a tisztán szigetüzemű rendszereket csak ott szokás alkalmazni, ahol ténylegesen nem érhető el a vezetékes hálózat. Ahol van hálózat, ott célszerű élni a hálózati csatlakozás által kínált előnyökkel, a napelemekkel történő önellátást pedig ésszerű, gazdaságos mértékben megvalósítani.
Hálózatra kapcsolt hibrid üzemű napelemes rendszerek
A nagyobb önellátás felé tett első lépés a hibrid napelemes rendszerek alkalmazása. A hibrid inverterek az utóbbi időben már Magyarországon is megjelentek és felkerültek a szolgáltatók által engedélyezett inverterek listájára is. Az hibrid elnevezés azt jelenti, hogy kevert rendszer. De vigyázzunk, mert ebben az esetben az elnevezés nem a szigetüzem és a hálózatra kapcsolt üzem keverékét jelenti, hanem csak azt, hogy a napelemes rendszer energiatárolóval, akkumulátorral is ki van egészítve. Így az épület felé a napelemes rendszer nem csak közvetlenül a napelemekről, hanem napsütés mentes időszakban az akkumulátorról is tud energiát szolgáltatni. Ezért az ilyen, energiatárolóval (akkumulátorral) kiegészített napelemes berendezéseket „önfogyasztás optimalizált” hibrid rendszereknek hívjuk (2. ábra). Az elnevezés arra utal, hogy ebben az esetben az energiatároló célja az, hogy a napelemekkel megtermelt energiát minél nagyobb részarányban az épület önmaga használja fel. Az energiatároló tehát abban segít, hogy a napelemekkel megtermelt energia kisebb részarányban kerüljön visszatáplálásra a hálózatba, és így a hálózatból vételezett energia mennyisége is csökkenjen. Ennek elsősorban akkor lesz forintban is érezhető jelentősége, ha Magyarországon is megszűnik a jelenleg még alkalmazott éves szaldós elszámolás.
2. ábra. Önfogyasztás optimalizált hibrid napelemes rendszer
Hálózatra kapcsolt hibrid üzemű, szigetüzemre is alkalmas napelemes rendszerek
Az igazi biztonságot és önellátást a hálózatra kapcsolt, de szigetüzemre is alkalmas hibrid napelemes rendszerek jelenthetnék (3. ábra). A feltételes fogalmazás azt jelenti, hogy ilyen rendszerek jelenleg Magyarországon nem valósíthatók meg. A megvalósításhoz ugyanis az alábbi négy dologra van szükség:
- Napelemes rendszer hibrid üzemre alkalmas inverterrel.
- Energiatároló (bár a napsütés időszakában korlátozott szigetüzem e nélkül is elképzelhető).
- Biztonságos leválasztás a hálózatról szigetüzem esetén.
- A hálózati engedélyes jóváhagyása.
Fenti felsorolásból az első két elem az előző fejezetben ismertetett önfogyasztás optimalizált hibrid rendszereket jelenti. A felsorolás harmadik eleme a biztonságos leválasztás, melynek az a feladata, hogy áramszünet esetén a szigetüzemre is alkalmas napelemes rendszer a szigetüzem elindítása előtt biztonságosan lekapcsoljon a közcélú hálózatról (és persze a hálózat visszatérése esetén vissza is kapcsoljon). De a leválasztásnak nem csak biztonságosnak kell lennie, hanem ezt a hálózat kezelőjének, a hálózati engedélyesnek még jóvá is kell hagynia. Ez pedig a cikk megírásának időpontjában általában nem lehetséges. Az engedélyezett inverterek listáján szereplő hibrid inverterek engedélyeztetése ugyan lehetséges, de ezek csak normál, tehát nem szigetüzemben működtethetők. A szigetüzemben való működtetés, és az azt támogató kialakítás megvalósítása jelenleg nem engedélyezett. Az engedélyeztetés szempontjain a hálózatkezelők jelenleg még dolgoznak. Indoklásuk szerint az ilyen berendezés kialakítása fokozott odafigyelést igényel, elsősorban a leválasztás, a tűzeseti lekapcsolás, az áramütés elleni védelem, illetve az ide vonatkozó műszaki előírások, jogszabályi megfelelőségek betartásának komplex feladata miatt. Tény, hogy a biztonság érdekében valóban sok feltételnek kell megfelelni. Ezeket ebben a rövid cikkben nem tudjuk mind ismertetni, de érdemes pl. a nemrég módosított, 2022. június 13-tól érvényes új Tűzvédelmi Műszaki Irányelv (TVMI) ide vonatkozó részeit áttanulmányozni.
3. ábra. Szigetüzemre is alkalmas hibrid napelemes rendszer
Kiemelt fogyasztók vészhelyzeti energiaellátása
Fentiekben láttuk, hogy az áramszünet esetén a hálózatról automatikusa leváló és valamennyi fogyasztóra kiterjedő szigetüzemet megvalósító napelemes rendszerek kialakítását a hálózati engedélyesek egyelőre nem támogatják. Léteznek azonban olyan megoldások, amelyek nem az összes fogyasztót, de néhány kiemelt fogyasztót (pl. hűtőszekrényt, szivattyút… stb.) el tudnak látni energiával, úgy, hogy ezeket a közcélú hálózatról biztonságosan leválasztják. Az egyik legegyszerűbb mód az, ha a hibrid üzemre alkalmas inverter rendelkezik egy vészhelyzeti, ún. backup kimenettel. Ez tulajdonképpen egy olyan kimenet, vagy az inverterbe beépített csatlakozó aljzat, ami áramszünet esetén korlátozott teljesítményt (általában 3-5 kW egy fázison) tud biztossítani az ide csatlakoztatott kiemelt fogyasztóknak. A normál fogyasztók leválasztása ebben az esetben az inverteren belül történik meg.
4. ábra. Kiemelt fogyasztók ellátása az inverter vészhelyzeti, backup kimenetéről
A másik megoldás a kiemelt fogyasztók vészhelyzeti ellátására az inverteren kívüli ún. backup box alkalmazása. A backup box az inverter tartozéka, a működését is az inverter vezérli. Áramszünet esetén a backup box választja le a hálózatot és az általános fogyasztókat az inverterről, és ugyanakkor a kiemelt fogyasztók részére biztosítja a korlátozott mértékű energiát, persze a napelemek teljesítményének és az energiatároló töltöttségének függvényében.
5. ábra. Kiemelt fogyasztók ellátása külső backup box alkalmazásával
A fentebb ismertetett vészhelyzeti, vagy backup energiaellátást nyújtó megoldások biztonságosnak tekinthetők, de a hálózati engedélyesek jelenleg mégsem engedélyezik ezek használatát. Ennek oka, hogy tartanak attól, hogy még szakszerű kivitelezés esetén is előfordulhat, hogy a felhasználó, vagy annak egyik ezermester ismerőse átalakítja a rendszert, további fogyasztókat, áramköröket köt rá a backup kimenetre és ezzel esetleg megszünteti a biztonságos leválasztást a hálózatról.
A hálózattal kombinált szigetüzem és az áramszünet esetén is biztonsággal energiát adó vészhelyzeti áramellátás területén tehát jelenleg kicsit kaotikus az állapot. Az igény jelentősen megnövekedett az ilyen rendszerek iránt, a kereskedők, kivitelezők termékpalettáján is megjelentek ezek a megoldások, a hálózati engedélyesek azonban még nem tudták kidolgozni a biztonságot garantáló követelményrendszereket. Amíg ez nem történik meg, addig nem engedélyezik az ilyen rendszerek megvalósítását. Most tehát két dologban lehet bízni. Elsősorban abban, hogy továbbra is stabil és biztonságos marad a közcélú hálózatról elérhető energiaellátás, másrészt pedig, hogy a hálózati engedélyesek is mielőbb kidolgozzák és bevezetik a jogszerű megvalósítás feltételrendszerét.
