2020.11.02 / Napenergia

Napelem töltésvezérlő

A napelem töltésvezérlő nélkül nem létezhetnek a szigetüzemű vagy hibrid napelemes rendszerek, hiszen ez a berendezés biztosítja az akkumulátorok megfelelő töltését. Fontos azonban a megfelelő típus kiválasztása és a méretezés, különben az akkumulátorok idő előtt tönkre mehetnek, vagy a napelemek által megtermelt energia egy jelentős része elveszhet.

Ebben a bejegyzésben bemutatjuk, hogy mit érdemes tudni a töltésvezérlőről a napelem rendszer telepítése előtt.

Hogyan épül fel egy napelemes rendszer?

A megújuló energiaforrás által táplált napelemes rendszerek többféle változatban épülhetnek ki:

  • ha a napelemek felesleges energiáját akkumulátorok tárolják, akkor szigetüzemű
  • ha a felesleges energiát a közműhálózat veszi át, akkor grid, más néven hálózatba kötött
  • ha a kettő együtt teljesül, akkor pedig hibrid

Mindegyik típusnál a napelemes panelek állítják elő a villamos energiát. Ez egyenáram, és az akkumulátoros beruházásoknál a napelem töltésvezérlő gondoskodik a nap energiájának eljuttatásáról az akkuk irányába. Váltakozó árammá nem alakít, de van kimenete az egyenárammal működő fogyasztók kiszolgálására.

Az inverter a napelem egyenáramának átalakítását végzi váltakozó árammá
, amit a háztartási készülékek is használhatnak, vagy amit a közműhálózat átvehet. Létezik olyan hibrid inverter is, ami elvégzi az áramátalakítást és gondoskodik az akkumulátor töltéséről.

A kiegészítő elemek között megtalálható még a napelemes tartószerkezet, amelynek részét képezik a sínek, a rögzítőkampók, a csavarok és a leszorítók.

A napelemek által termelt villamos energiát a szolár kábelek juttatják el az inverterhez, illetve a töltésvezérlőhöz, míg a törvényi előírásoknak megfelelően az inverterek elé a DC ágra tűzvédelmi kapcsoló beépítése is szükséges lehet. A kapcsolókat a kapcsolószekrény védi a portól, nedvességtől és a véletlen érintéstől.

Szigetüzemű vagy hibrid rendszereknél szintén elengedhetetlen az akkumulátorcsomag megléte, mely tárolja az el nem használt energiát.

 
 
 
 
 
 
Bízza szakértelmünkre napelemes rendszere kiépítését!

Mi a funkciója a napelem töltésvezérlőnek?

A napelem töltésvezérlő a napelemes panelek és az akkumulátorok közé beépítve helyezkedik el a szigetüzemű vagy hibrid rendszerekben. Többféle funkciót lát el:

  • a napelemekből érkező áramot úgy alakítja át, hogy megfeleljen az akkumulátorok számára
  • védi az akkumulátorokat a túltöltéstől és a mélykisüléstől
  • az egyenáramú fogyasztók számára áramot biztosít

A töltésvezérlő folyamatosan figyeli az akkuk felszültségét, megnyitja az áramkört a töltéshez, majd lezárja azt, ha a feszültség elérte a maximális értéket. Kétféle típusa érhető el a piacon, a PWM és az MPPT.

 

Akkumulátorok védelme

Az akkumulátorok a rendszer egyik legsérülékenyebb és leggyorsabban tönkre menő részének számítanak, ezért védeni kell őket a túltöltéstől és a mélykisüléstől is.

A túltöltés során az akkukat hosszabb ideig a megengedettnél nagyobb árammal töltik, ezért a párolgás megnő, és túl sok elektrolit távozik. A hiba hatására károsodhatnak a belső elemek, ami az akkumulátor teljesítményének csökkenéséhez vagy teljes tönkre meneteléhez vezethet.

A mélykisülés során a névlegesnél nagyobb energiamennyiséget veszünk ki az akkumulátorokból, ami szintén használhatatlanná teheti ezt az energiatároló egységet. Mindkét probléma elkerüléséért a napelem töltésvezérlő a felelős, mely nem engedi sem túlzottan feltölteni, sem túlzottan lemeríteni az akkukat.

 

A töltésvezérlők két típusa: MPPT és PWM

A napelem töltésvezérlők legegyszerűbb típusai mechanikus működésűek. Folyamatosan figyelik az akkumulátorok töltöttségét, majd, amikor az egy megadott érték alá zuhan, relék segítségével megindítják a töltés folyamatát. A megfelelő szint elérése után pedig lezárnak, így az akkuk nem lesznek túltöltve. Jelenleg mechanikus töltésvezérlőt már nem használnak az új beruházásoknál, hanem PWM vagy MPPT típusokat építenek be.

 

PWM töltésvezérlő

A Pulse With Modulation (PWM) töltésvezérlő figyeli az akkumulátorok töltöttségét, és ahogy azok egyre jobban megtelnek, fokozatosan csökkenti a betáplált villamos energia mennyiségét.

Mivel kisebb megterhelést jelent az akkumulátoroknak, ezért hosszabb ideig működnek megfelelően, és ritkábban kell cserélni őket.

Előnyei:

  • kiforrott, hosszú ideje használt technológiának számít
  • olcsó
  • akár 60 Amperes méretben is kapható
  • tartós, általában passzív hűtést használ
  • sokféle méretben készül, így minden rendszerhez pontosan méretezhető

Hátrányai:

  • a napelemek nominális feszültségének meg kell egyeznie az akkumulátorpakk nominális feszültségével[KP1] , emiatt ennél a típusnál nagyok a veszteségek
  • 60 Ampernél nagyobb méretet egyetlen PWM sem tud kezelni
  • nem használható olyan nagyobb feszültségű rendszernél, mely a közműhálózathoz is csatlakozik

 

MPPT töltésvezérlő

A Maximum Power Point Tracking (MPPT) töltésvezérlő egy még fejlettebb megoldást jelent az akkumulátorok és napelemek összekötésére, mivel az áramerősség növelésével kezelni tudja a túl nagy feszültséget. A legtöbb esetben ilyen típust használnak fel a modern fotovoltaikus rendszerek kiépítésekor.

A napelem panelek gyakran sokkal több áramot állítanak elő, mint amennyi az akkumulátorok töltéséhez szükséges. Hogy a túl nagy feszültség ne tegye tönkre az akkukat, az MPPT töltésvezérlő csökkenti a feszültséget, miközben megnő az áramerősség. Ennek hatására az akkumulátorok gyorsabban feltöltődnek, a napelemes rendszer pedig mindig az optimális hatásfokával tud működni.

Előnyei:

  • akár 30%-kal is javítani tudja a töltés hatásfokát
  • képes magasabb bemeneti feszültséget fogadni, mint az akkuk feszültsége
  • akár 80 Amperes méretben is elérhető
  • általában hosszabb garanciával rendelkezik
  • rugalmasabb a rendszer kiépítésekor
  • kizárólag ez a típus használható együtt a közműhálózatba is kötött rendszernél

Hátrányai:

  • sokkal drágább
  • nagyobb méretű eszköz
  • használatakor a napelemcsoportnak stringként kell viselkednie

 

Az energiaveszteség csökkentése

A napelemes panelekből a töltésvezérlőig vezető kábelekben jelentkezik valamennyi veszteség, mely csökkenthető a feszültség növelésével. Mivel az átlagos akkumulátorok egy napelemes rendszerben 12V-osak, így PWM töltésvezérlő használatakor a napelemekből is 12V-os egyenáramot tud fogadni a rendszer.

Az MPPT töltésszabályozóknál nincs ilyen megkötés, így ott a napelemek és a vezérlő között nagyobb feszültségű egyenáram folyik. Emiatt kisebb veszteség keletkezik, és emelkedik a napelemek hatásfoka.

Hogyan válasszuk ki a megfelelő töltésvezérlőt?

A napelem töltésvezérlő kiválasztásához mindenképpen érdemes igénybe venni olyan szakember segítségét, akinek gyakorlati tapasztalat van a szigetüzemű- vagy hibrid rendszerek tervezése, illetve kivitelezése során.

A megfelelő töltésvezérlő kiválasztásakor többféle szempontot is mérlegelni kell.

 

Napelemek teljesítménye

A töltésvezérlő méretezésekor a napelemek teljesítményével és nem a munkaponti áramerősséggel kell számolni. Ennek oka, hogy a vezérlő bemenetén és kimenetén ugyanaz a teljesítmény jelentkezik, míg a feszültségszintek eltérők.

Az akkumulátorok általában 12V-os feszültséggel rendelkeznek, a napelemek viszont ennél magasabbal. Ebből adódóan a töltésvezérlő kimenetén a panelek munkapontjánál jóval nagyobb áramerősség jelenik meg, mint a panelek munkapontján. A méretezésnél tehát a teljesítmény és az akkumulátorfeszültség értékéből kell kiszámolni a várható áramerősséget.

 

Napelemek és az akkumulátorok feszültsége

A napelemekből érkező, illetve az akkumulátorok feszültségének összehasonlításakor dől el, hogy melyik típusú töltésvezérlő az ideális. Ha nagyobb az eltérés, akkor mindenképpen MPPT típus szükséges, hogy a túlfeszültséget túlárammá alakítsa.

A PWM töltésszabályozó erre nem képes, így csak annyi áramot tud az akkumulátorok töltésére fordítani, amekkorát az általában 12 V-os kimeneti oldal elbír. Ilyenkor hiába érkezik nagyobb feszültségen áram a napelemek irányból, az energia jelentős mennyisége kárba megy.

 

Napelem töltésvezérlő hatásfoka

A PWM és MPPT töltésvezérlők eltérő hatásfokkal rendelkeznek. Egy átlagos PWM a bemenetére érkező energia 85%-át tudja továbbítani az akkumulátorok irányába, ez az értéke az MPPT töltésszabályozónál elérheti a 96%-ot is.

Az MPPT vezérlés további előnye, hogy kezelni tudja, amikor a panelek nagy száma miatt a rendszer áramerőssége nagyobb a töltésvezérlő által fogadható áramerősségtől. Ilyenkor a paneleket csoportosítják, stringbe kötik, és mindegyikre külön töltésvezérlőt kötnek. A stringek vezérlése független egymástól, és nagyon precíz optimalizálást tesz lehetővé. Szintén ilyen kötegeket alakítanak ki, ha néhány panel tájolása más, vagy hatásfoka rosszabb, és lerontaná a többi napelem teljesítményét.

Összegzés

A töltésvezérlők megfelelő kiválasztásával a napelemek által termelt energiából a maximális teljesítmény hozható ki, miközben az akkumulátor élettartama is megnövekszik.

Mindezzel elkerülhetők a felesleges kiadások, kevesebb év alatt térül meg a beruházás, és a rendszerek működése is megbízhatóbbá válik. Érdemes tehát megfontolni, hogy milyen napelem töltésvezérlő kerüljön beszerelésre a beruházáskor.

Cimkék:

Kapcsolódó Cikkek

2020.03.03 / Napenergia

Tudjon meg mindent a szolár medencefűtésről

Magyarországon egyre több házban található medence, mely a kikapcsolódás mellett a sportolás örömét is megadja. A fűtése azonban rendszeres költséget jelent, így már a kiépítésekor érdemes elgondolkodni a különféle költségcsökkentő megoldásokon.

A napelemes rendszerek nemcsak a medencefűtésre használhatók, hanem akár teljesen energiafüggetlenné tehetik a háztartást, és ideális esetben még a közműhálózatba is visszatáplálható a megtermelt felesleg.

2019.07.26 / Napenergia

Megcáfoltuk: 18 napelem rendszer tévhit, ami sokakat elriaszt - E.ON

Ha napelem vásárláson gondolkodsz, de úgy érzed bizonytalan vagy, akkor ez a cikk neked szól. Listázzuk és megcáfoljuk a legelterjedtebb tévhiteket, így neked már csak a megfelelő napelem típus kiválasztásával és a telepítéssel kapcsolatos teendőkkel kell foglalkoznod.

2019.11.27 / Napenergia

Napelem panel: a megtérülő befektetés

napelem rendszerek egyik elengedhetetlen kelléke maga a napelem panel, ami a felhasználóknak sokszor csak „egy fekete tábla, ami begyűjti a napenergiát”. Nagyon leegyszerűsítve valóban erről van szó. De ha valódi energiaforrásként tekintesz a napenergiára és tudod, hogy ez egy mindenki számára elérhető, megtérülő befektetés, akkor nem árt tudni az alapokat a napelem panelekkel kapcsolatban. Mennyibe kerül, hány darab kell belőle és meddig szolgálja a háztartást? Alaposan körbejárjuk a témát, tarts velünk!