Arccal a Nap felé – az Odooproject napelemes rendszere

Nagy munkában van a BME Solar Decathlon csapata, hiszen egyre közeleg a madridi megmérettetés időpontja. Fokozatosan finomodnak az Odooproject részletei, amelyek közül most a ház homlokzatait innovatív burkolatként teljesen beborító napelemes rendszer tervezését, szimulációját és műszaki megoldásait mutatjuk be.

A Solar Decathlon nemzetközi verseny célja az, hogy minden résztvevő csapat piaci szereplőkkel együttműködve egy napenergiát hasznosító, környezettudatos, könnyűszerkezetes lakóépületet tervezzen. A versenyben résztvevők munkájának elbírálása széleskörű szempontrendszer alapján történik, egy úgynevezett tízpróbán kell átesniük, amely lefedi az összes lényeges szempontot, amelynek napjainkban egy modern, fenntartható építészet népszerűsítését célzó versenyprojektnek meg kell felelnie. A próbák egyike kifejezetten a napelemes rendszer energiatermelésére irányul. A csapat annak érdekében, hogy minél jobban szerepeljen ezen a próbán, folyamatosan szimulációkat végez a napelemes rendszer méretezéséhez és termelésbecsléséhez.

A piacon több ingyenes szoftver is található, amelyek segítségével ezek a vizsgálatok elvégezhetőek. Ezek azonban legjobb esetben is csak havi bontású eredményeket adnak, és a termelt energián kívül általában más kimeneti adattal nem szolgálnak. Pedig sok esetben kívánatos lenne több kimeneti változó mérése, nagyobb felbontásban. Ezért az Odooproject csapata saját szimulációs programot készített MATLAB környezetben, ami lehetőséget ad különféle statisztikák készítésére, a rendszer pontosítására, továbbfejlesztésére is. A szimulációt a verseny körülményeire vizsgáljuk. A besugárzási és hőmérsékleti adatokat a spanyol TMY-adatbázisból vettük, amely egy tipikus meteorológiai év (Typical Meteorological Year) órás bontású adatsorát tartalmazza, több év mérési átlaga alapján.

A több mint másfél éve tartó vizsgálatok eredményeként a csapat úgy döntött, hogy a ház tetőszerkezetére 6,8 kWp monokristályos, míg a nyári konyha homlokzati falára 1,82 kWp vékonyrétegű napelem kerül. A homlokzat esetében a vékonyrétegű napelemektől azt várjuk, hogy jobb hatásfokkal hasznosítsák a reflektált és diffúz besugárzást. Annak érdekében, hogy ezt minél inkább kihasználhassuk, a homlokzati napelemek előtt egy világos területet alakítunk ki. A csapat egyik célja, hogy a verseny hetében legalább 10 kWh-val többet termeljen a ház, mint amennyit elfogyaszt, ami egyben a verseny egyik követelménye is.  Nemcsak a verseny hetében, hanem éves szinten is célunk a pozitív energiamérleg elérése.

Ezek a számok természetesen jóval túlmutatnak azon, amit egy átlagos fogyasztó vár saját napelemes rendszerétől. Hazánkban általában a magánberuházók célja az áramszámla csökkentése, ezért ritkán építenek 3-4 kWp-osnál nagyobb rendszert, és többségében ezek a hálózatra visszatápláló inverterekkel kerülnek kivitelezésre. Ennek oka, hogy ezek a rendszerek igen drágák, és viszonylag kevés támogatás kapható rájuk. Az Odooproject csapata tehát arra is keresi a választ - egy másik „próba" keretein belül-, hogy ez a ház - amelynek napelemei körülbelül kétszer annyi energiát képesek előállítani, mint amire az épületben szükség van - hogyan lehetne valós, gazdaságilag is indokolt választása egy átlagos magyar családnak.

A napenergia-hasznosítás egyik módja az úgynevezett inverter alkalmazása, amely képes a napelem egyenáramát szinuszos 50 Hz frekvenciájú váltakozó árammá alakítani, majd azt visszatáplálni a hálózatba. A házban három ilyen invertert helyeztünk el: kettőt a tetőn, egyet pedig a nyári falban. A napelemek termelését a napból érkező sugárzás (W/m2) és a cella hőmérsékletének (°C) értéke határozza meg. Egy napelem névleges teljesítményét STC (Standard  Test Conditions) adatokra adják meg, ez 1000 W/m2 besugárzást, és 25°C-os cellahőmérsékletet jelent. Ha a cella hőmérséklete ennél nagyobb, akkor a napelemek hatásfoka romlik. Méréseink alapján 30°C-os külső hőmérséklet esetén a napelem 75-80°C-ra is felmelegedhet, ami jelentős teljesítményromlással jár. A csapat tervei között szerepel, hogy éjszaka a napelemek felületére vizet folyatva, passzív módon hűtse le a napközben felmelegedett vizet, másnap pedig ezzel hűtve a házat. Ezt a rendszert felhasználva, nagy kánikula esetén nappal is lehet vizet folyatni a napelemekre, aminek következtében azok visszahűlnek, ezáltal javul a hatásfokuk, ugyanakkor számolni kell azzal, hogy ebben az esetben nagyon sok víz elpárolog.

A napelemes rendszer automatizálása és a rendszer vezérlése, a házban lezajló folyamatok tudatosítása ma már fontos kívánalom nemcsak a verseny kiírása miatt, hanem a környezettudatos lakók részéről is, ezért az Odooproject csapata az épületinformatikai rendszer kialakításában is törekszik a felhasználóbarát megoldások kialakítására, amihez nemcsak a projektben résztvevő energetikusok és épületinformatikus szoros együttműködésére, hanem a többi szakág közreműködésére is szükség van.

Tóth Réka

Ha még nem tetted meg, akkor lájkold őket a facebookon!

További információ a megújult projektblogon olvasható.