Gyártástrend: Milyen hatékonysággal működnek most a napelemrendszerek?
Plesz Balázs: A piacon jelenleg elérhető kristályos szilícium napelemek szabványos tesztkörülmények között mért hatásfoka 20 százalék körüli, ezek azok a panelek, amelyeket a háztetőkön szoktunk látni. Ebben a technológiában nagy változásokra nem kell számítani a közeli jövőben, marginális javulások azért persze lehetnek. Hogy ebből a valóságban mennyit tud leadni egy napelemrendszer, az kérdés, de valós üzemi körülmények közt kb. 15-20 százalékos hatásfokkal tudnak termelni a panelek hőmérséklettől és fénymennyiségtől függően. Elérhetők a piacon hibrid rendszerek is, amelyekben a hőt termelő napkollektort és a napelemeket kombinálják. Ezek a rendszerek termikusan csatoltak, tehát a napelem hátuljából egy csövön keresztül nyerik ki a hőt, de ez nem ideális megoldás, mert a napelemek alacsony üzemi hőmérsékletet igényelnek, a kollektorok pedig magas hőmérsékleten működnek hatékonyan. Ennek megfelelően nem is terjedtek el igazán ezek a rendszerek, általában vagy napkollektort, vagy napelemet alkalmaznak a felhasználók.
Van azonban több ígéretes fejlesztési irány a napenergia optimálisabb kihasználására. Ezek általában a napfény spektrális felbontására épülnek, amely területen nekünk is vannak kutatás-fejlesztési projektjeink. Ennek a technológiának a lényege, hogy a beérkező fényt szétbontjuk különböző hullámhossztartományokra, és mindegyik eszköz – a napkollektor és a napelem is – azt a fényhullámhossz-tartományt kapja meg, amelyet jó hatásfokon tud hasznosítani. Szerintem az egész napenergia-hasznosítás akkor tud majd még nagyobb hatékonysággal működni, ha ezt a spektrumszétbontást egyre jobban alkalmazzuk.
GyT.: Milyen pontos fejlesztési irányok léteznek a spektrumbontásos napenergia-hasznosításra?
P. B.: Az egyik meghatározó irány a tandemcella, amely nem teljesen új technológia, régóta alkalmazzák műholdakon, de az űrtechnológiához mérten méregdrágán lehetett csak beszerezni. A tandemcella-technológia úgy működik, hogy egymás felett helyeznek el két napelemet, amelyek különböző hullámhossztartományt tudnak hasznosítani, az egyik egy szűkebb hullámhossztartományt, de azt jobb hatásfokkal, a másik pedig a maradék fényből tud kinyerni energiát. Ezek a cellák a jelenleg elérhető egyátmenetes technológiához képest több energiát tudnak kinyerni a napenergiából.
A tandemcella elméleti hatásfoka 45 százalék környékén van, míg üzemi hatásfokát 30 százalék körülire jósolják, vagyis a jelenlegi technológiának másfelszeresére lesznek képesek.
Most azzal foglalkoznak a kutató-fejlesztők, hogy a jelenlegi szilíciumtechnológiát kiegészítve új, olcsóbb félvezető alapanyagok – például perovszkit – segítségével elkezdjenek megfizethető árú tandemcellákat gyártani, amelyek még így is drágábbak lesznek ugyan, mint a jelenleg kapható szilíciumcellák, de hatásfokuk növekedése révén mégis javul az ár/teljesítmény arányuk. A perovszkit egy speciális anyagszerkezetű vegyületcsoport, amelynek tulajdonságai kiválóan alkalmassá teszik napelemcélú felhasználásra. Emellett gazdaságosan és egyszerűen előállítható, anyagtulajdonságai pedig kifejezetten széles tartományban hangolhatók. Ez a vegyületcsoport rendkívül szerteágazó, és egyelőre még nem dőlt el, hogy melyik konkrét anyag lesz a befutó.
Magából a perovszkitból is próbálkoznak hagyományos, egyátmenetes cellák előállításával – ezek olcsóbbak lennének a szilíciumcelláknál, és az előállításuk is egyszerűbb lenne, de hatásfokban ugyanúgy a 22 százalék körül mozognának. Továbbá próbálnak csak perovszkitból is tandemtechnológiát fejleszteni, amely magas hatásfokot és olcsó előállítást ígér. Ezek azonban messzire vezető játékok, és a következő néhány évben még biztosan a szilíciumcella fog uralkodni.
GyT.: Ez azt is jelenti, hogy akik már beruháztak napelemrendszerbe, pár év múlva elavult lesz a technológiájuk?
P. B.: Nem, ezt így nem lehet mondani. Amit egy napelem ma tud, azt tudni fogja 30 évig. Ez a befektetés így is, úgy is megtérül. A gyártók 20 év garanciát adnak 15 százalékos hatásfokcsökkenésre. Tehát hiába kerül piacra pl. 5 év múlva egy új, mondjuk nem 5, hanem 4,5 év alatt megtérülő napelemtechnológia, a ma telepített rendszer attól még ugyanúgy termel energiát, sőt akkorra ugyebár már ingyen. Az elképzelhető, hogy bizonyos helyeken, ahol esztétikai vagy hatásfok szempontjából szükségesnek érzik, cserélnek modulokat, de ezeknek a lecserélt moduloknak is van másodlagos felvevőpiacuk. A mezőgazdaságban például arra, hogy a birkák itatóját ellátó szivattyút még egy kicsit meghajtsa egy nem tökéletes küllemű és kicsit csökkentett hatásfokú napelemmodul, teljesen jó egy lecserélt panel is.
GyT.: Egy-egy ilyen napelemrendszer mennyiben jelent lehetőséget a gyártó vállalatok számára energiaszükségleteik fedezésére?
P. B.: Ez vállalatfüggő, a megfelelő energiamix kialakítása teljesen egyedi. Az ipar számára a napenergia azért lehet jó megoldás, mert a háztartásokkal szemben – ahol nappal általában nincs, vagy kisebb az energiaszükséglet – a gyártás napközben is zajlik, tehát bármikor bejön egy kis energia, az jól tud esni. A probléma az ingadozással van, vagyis hogy hol van energia, hol nincs, tehát önellátó rendszereket nehéz felállítani, és szezonálisan is nagy ingadozások vannak. Nyáron 12-13 óra is lehet az energiatermelési idő, míg télen ez lecsökken 6-7 órára. A kérdés mindig az, hogy a saját energiafogyasztás hány százalékát tudja a napenergia kielégíteni, nemcsak mennyiségileg, de időszakosan is. Ugyanakkor meggyőződésem, hogy bármilyen technológia, amely diverzifikálja az energiaellátást, az jó. Hogy ez miként és milyen ráfordítással illeszthető be egy adott vállalkozás energiaellátásába, az összetett kérdés. Az ipari cégeknek mindenképpen érdemes megnézniük, hogy hol tudnak a szezonalitáshoz alkalmazkodni. Annak az energiagazdasági világnak, hogy olcsó energia akkor van, amikor nekünk szükségünk van rá, vége van. Vagyis, ha valaki továbbra is azt a szemléletet szeretné követni, hogy márpedig az energia akkor álljon rendelkezésre, amikor ő szeretné, az nagyon drága lesz. A jövőben érdemes tehát a gyártásszervezésnél az energia rendelkezésre állását is figyelembe venni, és ilyen irányban is optimalizálni, hiszen minél jobban tud egy vállalat alkalmazkodni az új energetikai környezethez, annál több költséget tud megtakarítani. Ehhez viszont olyan komplex, és a termelés tervezésével szorosan együttműködő energetikai tervezésre van szükségük a vállalatoknak, amelyekre korábban még nem volt példa. A napenergia hatékony bevonása tehát egy szemléletváltást is igényel.
GyT.: Hogyan érinti az elmúlt időszakban felpörgött napelempiacot az állam által nemrég bejelentett visszatáplálási korlátozás, vagyis az, hogy az újonnan telepített napelempanelek áramtermelését nem lehet visszatáplálni a villamosenergia-rendszerbe?
P. B.: Eddig az volt a gyakorlat, hogy minden napelem-tulajdonos sok energiát termelt nyáron, amelyet aztán télen visszavett a rendszerből. A villamos rendszerbe rengeteg napelemes kapacitás került be. Ha azonban nincs napsütés, akkor nem áll rendelkezésre az ezek által termelt energia, így azt pótolni kell valamilyen tartalékkapacitással. Ez lehet más típusú erőmű vagy az energiatárolás valamilyen formája. A napelemes rendszerek számának jelenlegi ütemű fejlődéséhez egész egyszerűen nincs elegendő tartalékkapacitás, ami biztosíthatná a hálózat stabil működését. A hosszú távú tervekben szerepelnek az ilyen jellegű hálózatfejlesztések, vagyis remélhetőleg csak rövid távra hozták meg ezt a korlátozó döntést. Hosszú távon azonban meg kell tudni oldani az ilyen ingadozások hatékony menedzselését. Nagyon fontos lenne látni, hogy szemléletváltásra van szükség. Azon, hogy a fosszilis alapú energiaellátásba próbáljuk belepasszírozni a megújuló energiaforrást, változtatni kell. A megújuló energiának kell képeznie az energiaellátás alapját, és amikor az valamiért nem elég, akkor kell a fosszilis energiahordozókhoz nyúlni kiegészítésképpen. Az ukrán–orosz helyzet okozta energiaválság, úgy tűnik, ki fogja kényszeríteni azokat a változásokat, amelyeket a környezetvédelmi szempontok egyébként is szükségesség tettek már egy ideje, csak eddig gazdasági hajtóerő nem állt a változások mögött. Teljes filozófiaváltásra van szükség, de ehhez természetesen az energiatárolást is meg kell oldani.
GyT.: Melyek az életképesnek tűnő irányok az energiatárolásra?
P. B.: Egyet – úgy tűnik – már lehet látni: áthidalni az energiatárolás problémáját az akkumulátortechnológiával, nem működőképes modell. Az akkumulátorok ehhez szükséges mértékű előállítása sem az alapanyagkészlet, sem az akkumulátorok életciklusa, sem a környezeti hatások szempontjából nem fenntartható. Már az elektromobilitás igényeinek kiszolgálása is határeset. Az energiatárolásra a zöldhidrogén is jó irány lehet, erre több nagy projekt létezik Európa-szerte (ilyen többek között a Mol Százhalombattán épülő, a tervek szerint Európa egyik legnagyobb kapacitású zöldhidrogéngyártó üzeme – a szerk.). A hőenergiát könnyebb tárolni, arra több jó gyakorlat is elterjedt. Kell egy nagy tömeg – ez lehet homok, víz, só –, amelyet jól le kell szigetelni, és kész. Egy köbméter vízben 50 fokos hőmérséklet-növeléssel például lehet annyi energiát tárolni, amennyivel egy jól szigetelt családi ház éjszakai fűtését bőven meg lehet oldani. Egyébként a lakossági fogyasztást is érdemes abba az irányba terelni, hogy akkor használjuk az energiát, amikor az kedvező feltételekkel áll a rendelkezésünkre. Minden azon múlik, hogy mi az igény, és ahhoz milyen energiamix kialakítását kell megoldani. Ezért van szükség olyan integrált megoldásokra és rendszerekre, amelyek lehetőleg több energiaforrásra támaszkodnak, és üzem közben folyamatosan menedzselik és optimalizálják az energiatermelést és -felhasználást, esetleg az energiaforrások és -fajták közötti váltást, a rendelkezésre állás és a felhasználói igények függvényében. Korábban ilyesmire egyáltalán nem volt szükség.
Szerző: Zákányi Virág
A borítókép illusztráció, forrás: Adobe Stock
Cikkünk eredetileg a GyártásTrend magazin novemberi számában jelent meg, amely ezen a linken olvasható.
