A Powerwall új fejlesztései

A Powerwall már dupla kapacitású.

Powerwall 2A Tesla alapítója az otthonok energiaellátásának átszabása után az ipari energiaellátást célozza meg.

Amerikában már pár éve már beszerezhető a Powerwall rendszer, mely a ház tetején elhelyezett napelemek energiáját tárolja és teszi felhasználhatóvá akkor, amikor szükség van rá. Ebből a rendszerből jött ki most egy új generáció, mely nagyobb (kb. dupla) kapacitású és több is összekapcsolható belőle olyan otthonok számára, melyek nagyobb energiaigényűek vagy hosszabb időn keresztül szeretnének magukat önellátó módon fedezni energiával.

Az új rendszer 13,5kWh tárolási kapacitású, folyamatosan kinyerhető belőle 5 kW, az általa leadott teljesítmény maximuma 7 kW. Az akkumulátorok 100%-ban lemeríthetőek és egy ciklus alatt a hatékonyságuk 90%.

Ezek a rendszerek már a Tesla új gyárában, a Gigafactory-ban készülnek, a felszereléssel együtt az áruk 6500 dollár és 10 éves garanciár adnak rájuk.

Az energiatermelésre a Tesla tulajdonosa, Elon Musk napelemes tetőcserepet is bemutatott, mely kialakításában ugyanolyan mint az USA-ban használt cserepek, így már senkit nem zavarhat, hogy másképp néz ki a tető vagy neki nem tetszik a napelem a tetőn. Ezek a cserepek ráadásul még ellenállóbbak is lesznek, mint a mostani cserepek, így nem csak környezetbarát és energiatakarékos, de tartós is lesz a ház a használatukkal.

A Tesla alapítója egyre több területen alakítja át az energiaellátást és teszi a megújuló energiát gazdaságosan és praktikusan használhatóvá. Képzeljünk el egy otthont, mely a tetőn levő napelemekkel teljes mértékben fedezi a házban lakók igényeit. A garázsban pedig áll két autó, mely elektromos működtetésű és ezeknek a fenntartása is ingyenes, mert a napelem feltölti őket is energiával.

Szép új világ? Talán már nincs is olyan messze…

A ház akkumulátora

xStorage a ház akkumulátora.

xStorageA rendszer célja a ház energiaellátásának teljes körű vezérlése és optimalizálása.

Az energiaellátásban van az éjszakai olcsó áram, és ha van, akkor ingyenesen termel a napelem rendszer. Másrészt van a nappali drágább áram és az esetleges áramszünet.

A rendszer lelke egy 4,2 kWh kapacitású akkumulátor, mely az olcsó áramot eltárolja arra az időszakra, amikor szükség van rá vagy amikor drága vagy amikor valami hiba miatt leáll a hálózati energiaellátás.

Az xStorage rendszer láthatólag a Tesla Powerwall akkumulátoros rendszerének a másolata, mely jelzi, a cégek előjelzései szerint szükség lesz a közeli jövőben az önellátó mini rendszerekre.

A biztonság és a gazdaságosság megvalósítása a tervek szerint 4000 euróba kerül, és a tervek szerint 100.000 példányt akarnak eladni az első 5 évben.

Akkumulátor és napelem közös jövője

Napelem energiatermelés és akkumulátoros tárolás nagyban.

Akkumulátor napelemhezA napelem régóta ismert és használt energiaforrás és most kapott egy nagyszerű “társat”, az akkumulátort.

Az akkumulátor már szintén régóta használt eszköz, csak a méretek voltak kisebbek. Eddig órákban, telefonokban, számítógépekben voltak, természetesen ennek megfelelő teljesítményű és méretű példányok.

Amikor megjelentek a nagyobb teljesítményigényű és hosszabb energiatárolást igénylő rendszerek, akkor nem volt megoldás.

A modern okostelefonok és notebook-ok használatának az egyik korlátja pont a gyorsan elfogyó energiaellátás. A gyártók el is kezdték fejleszteni azokat a módszereket, amivel valamennyire későbbre tudják tolni a lemerülés idejét, de ez csak félmegoldás.

Amikor először megjelentek az elektromos autók, nagyságrendi különbség volt az igények és a lehetőségek között. A Tesla alapítója Elon Musk és a világ egyik leggazdagabb embere Warren Buffet is akkumulátor gyárba fektette pénzét. Mindketten azt nyilatkozták, hogy az új fejlesztésű és nagy kapacitású akkumulátoraik egyik fő piaca a napelem rendszerek energiatárolása lesz.

Nemsokára tehát eljön az az idő, mikor otthonunk energiával is önellátó lesz. Ez Németországban már nem távoli jövő, hanem mai realitás, mert Szász-Anhalt tartományban már épül is egy teljes település energiatárolására képes akkumulátor rendszer, mely a településen termelt napenergia és szélenergia tárolását oldja meg.

Mi köze a napelemnek a Fresnel lencsékhez?

Napelem panelek teljesítmény növelése egy régi ötlettel.

A Fresnel lencse egy olyan nagyító lencse, amely összecsukható lencseként mutatható be. Tehát teljesíti azt a feladatot, hogy a fényt koncentrálja egy pontba, de ezt egy papírvékonyságú kialakítással oldja meg. Így nem csak a méret kisebb, de könnyebben, praktikusabban szerelhető, és akár hajlított változatban is használható.

Tipikus használata emiatt a kézi nagyító, az írásvetítő felülete, a látássérülteket segítő, televízió vagy egyéb eszköz kijelzőjét nagyító eszköz.

A Fresnel lencse fizikai előnye mellett van sajnos hátránya is. Az összecsukhatóság következtében a koncentrikus gyűrűkben kivitelezett, lencseként működő körök gerincei között vannak olyan zónák, ahonnan a fényt nem az előre várt helyre gyűjti. Emiatt ott, ahol pontos képalkotásra van szükség, (pl. fényképészet,) ott nem ideális, de ahol nem a hajszálpontos fókuszálás a lényeg ott viszont tökéletesen működik a megoldás.

Pár kínai mérnök összekombinálta a Fresnel lencsét a napelemekkel. A napelem panelen ugyanis szigetelési és elhelyezési okok miatt vannak kihasználatlan területek, melyekről a korábbi megoldásokban elvesztett fényt begyűjtve növelni lehet a napelem panel teljesítményét.

A mérnökök ötletének alapja, hogy a paneleket borító üveg felületére mikromegmunkálás segítségével Fresnel lencséket alakítanak ki. Mivel ezek a felület síkjában helyezkednek el, így nem befolyásolják a gyártást, a szerelést, csak a panelek által összgyűjtött fény mennyisége nő meg. Ráadásul ők úgy alakítják ki a koncentrikus köröket, hogy a Fresnel lencse fényt koncentráló hatása jobb hatásfokkal működjön.

Az extra “lencsék” miatt a panelek ára egy kis mértékben ugyan nő, de a teljesítmény növekedés jelentősebb, így a panelek gazdaságosabbak, mint a régebbi “hagyományos” napelem panelek.

A napelemek több napfényt akarnak

A gyerekek játéka segíti a napelemek fejlesztését.

NagyítóA napelemekről annyit már mindenki tud, hogy minél több napfény éri, annál több energiát termel.

Eddig a fejlesztések a cellák hatékonyságát növelték, a napelem feszültségét emelték, most egy új ötlet bukkant fel.

De jó lenne, ha össze lehetne gyűjteni rá ugyanúgy a fényt, mint ahogy a nagyító összegyűjti a napenergiát egy pontba. Nos, ez a technika már létezik, és koncentrált fotovoltaikus napelem a neve, angolul rövidítve CPV.

Miért nem hallottunk róla eddig? Az ára miatt. Egy hagyományos napelemhez képest az itt használt napenergia gyűjtő lencsék sokba kerülnek. Mint minden technika, ez is folyamatosan fejlődött, és ma már az egyre nagyobb mennyiségű gyártás miatt az ára elkezdett csökkenni. Családi méretű napelem rendszerekhez még így is magas a költsége, de ipari napelem erőművek esetében már gazdaságos a használata. Emiatt a következő években erőteljes felívelés várható a koncentrált napelemek telepítésében.

Az IHS tanulmánya szerint a mostani 2013-as telepítési méretről, a 160MW-ról 2020-ra 1362MW-ra nő a CPV erőművek telepítése. Ez 750%-os növekedésnek felel meg.

Mivel a rendszer telepítési költségei még magasabbak, mint a hagyományos napelem rendszerek költségei, így a gyártók a megtérüléssel és a nagyobb energiatermeléssel mutatnak rá a CPV versenyképességére. Ezek a panelek ugyanannyi élettartam alatt bizonyos régiókban ma már gazdaságosabbak is lehetnek a hagyományos napelemeknél. Nem a kezdeti költségek miatt, mert azok még magasabbak, hanem az élettartamuk során megtermelt több energia miatt.

Ha pedig ezt a nagyobb energiamennyiséget megfelelő módon tárolni tudjuk, a napelem és akkumulátor párosa szolgáltatófüggetlenséget és így energiaszámla nélküli életet is tud biztosítani.

Napelem energiatárolás akkumulátorral

Akkumulátorok áresése segíti a napelem terjedését.

Akkumulátor napelemhezSokat fejlődtek az akkumulátorok az utóbbi években, de az előrejelzések szerint az igazi változások még csak most jönnek. Ennek a változásnak az egyik hajtóereje a napelemek terjedése. A napelem ugyanis csak nappal termeli az energiát, de nekünk éjszaka is szükségünk lenne rá.

Erre pár cég, pl. a Tesla vagy a Bosch már jelenleg is kínál Litium ionos szolár akkumulátorokat. Ezek ugyanúgy működnek, mint a mobiltelefonban vagy a fényképezőgépben levő akkumulátorok, csak ezek lényegesen több energiát tudnak tárolni, és több feltöltési-kisütési ciklust képesek elviselni. Segítségükkel a nap közben megtermelt energiát a napelem rendszer először az akkumulátorokba tölti, majd csak utána a többi kerül visszatöltésre az elektromos hálózatba. Később, mikor már nem süt a nap, a ház az akkumulátorokban eltárolt energiát használja először, majd annak lemerülése után kezdi csak a hálózatból kinyerni az áramot. Így néha sziget üzeműként, néha hagyományos visszatápláló rendszerként működik a napelem rendszer. Az alapelv már régóta ismert, csak ma még nem igazán gazdaságos.

No ennek a gazdaságosságnak a változását jósolják most a szakértők. A Bloomberg Energy előrejelzése szerint 2020-ra az ilyen akkumulátorok ára kb. 57%-al csökken. Ez már olyan mértékű változás, mely alapjaiban írja át ezt a piacot. Ekkor már megéri akár a szolgáltatóról való teljes leválás is, és a saját önellátásra való átállás.

Az előrejelzés szerint ez olyan méretű igényt hoz elő, hogy a jelenlegi kb. 200 millió dolláros energiatárolásos piac 2018-ra 2,8 milliárd dollárosra nő.

Ami némileg meglepő, hogy a tárolás terjedése még a szolgáltatóknak is hasznos, ugyanis a jelenlegi napelem betáplálási hullámokat kiegyenlíti. Ma a szolgáltató nem tud mit kezdeni a nagy teljesítmény hullámzásokkal, melyeket sok apró tároló blokk segíthet kiegyenlíteni.

Sok országban már jelenleg is nagy léptékű a napelem elterjedése, mely ezzel a fejlesztéssel akár egy teljes ország energiafüggetlenségét is képes lenne megoldani.

Miért jó a Kyoceranak a napelem feszültség emelése?

Feszültségemelkedés a napelem kapcsain

NagyfeszültségA Kyocera nem azért növeli a napelem panelek feszültségét 600V-ról 1000V-ra, mert ez veszélyesebb, hanem mert sokkal gazdaságosabb. Kimutatták, hogy ezzel a lépéssel a megtakarítás elérheti a 20%-ot!

A megtakarítás egyik oka a nagyobb feszültségű átvitelben felhasznált kábelek kisebb keresztmetszete miatti anyagtakarékosság. (Hiszen a réz meglehetősen drága.)

A másik ok a panelek stringbe való összekötése miatt jelentkezik. Ha ugyanis több panelt szabad egymás után fűzni (és így emelni a feszültséget), akkor kevesebb inverter, kevesebb tartószerkezet és anyag megoldja ugyanazt az energiatermelést.

Ezeket a paneleket most még csak az Unióban engedélyezték, de várható, hogy az USA is áldását adja erre a fejlesztésre.

A forgalmazás várható kezdete 2014.

Mivel a napelemek teljesítménye egyébként is folyamatosan nő, így több irányból is javul a napelem rendszerek megtérülése.

Az apple-nek napenergia kell

Ha lemerül az apple, tedd ki a napra.

Napelemmel tölthető AppleAz apple már több alkalommal bizonyította, hogy fogékony a környezetvédelemre és az új technológiákra.

Most az eszközeik energiaellátására adtak be egy szabadalmi kérelmet az USA-ban. Ennek az a lényege, hogy úgy alakítják át a termékeiket, (Macbook, iPod, iPhone,) hogy széles bemenő feszültségtartományból tudjanak működni. Így a tápegységek kisebbek és egyszerűbbek lehetnek, valamint az energiaellátásra közvetlen csatlakoztatható lesz a napelem is. A napelem kimeneti feszültsége ugyanis folyamatosan ingadozik a rá eső napfény erősségétől és szögétől függően, de ez a megoldás rugalmasan alkalmazkodik és folyamatosan kinyeri a lehetséges maximális energiát a betáplálásból.

A megoldás igazi nagyszerűsége abban rejlik, hogy az ötlet minden eleme létezik már, csak senki nem rakta össze őket egy működő egésszé. Mivel a részegységek már önállóan is léteznek és bizonyítottak, így az összekombinálásuk is gazdaságosan megoldható.

Mivel a napelem fejlesztés így is rohamléptekkel halad, így erre a célra egyre kisebb napelem is megfelelő lesz.

Használjuk este a napelem energiáját

Este is jól jön a napelem árama

Napelem akkumulátorralA napelem, ha süti a nap, akkor termeli az áramot. Nekünk viszont akkor is jó lenne az energia, ha éppen este van. Erre ad megoldást két feltaláló, Raisz Iván és fia, Raisz Dávid.

Ők az energia tárolását kémiai módszerrel oldották meg. Az árammal a vizet felbontják oxigénre és hidrogénre. A hidrogént reagáltatják szén-dioxiddal, és így metanolt állítanak elő. A metanol pedig tartályban gyűjtve végtelen ideig várja, hogy felhasználjuk.

Amikor áramra van szükségünk, ezt a metanolt bevezetjük egy üzemanyagcellába, ahol áram, szén-dioxid és víz keletkezik. Ezzel körbeért a folyamat. Az áramot felhasználjuk arra amire szeretnénk, a víz és a szén-dioxid visszakerül a folyamat elejére, várva a következő eltárolandó áramot.

Ezért a megoldásért az októberben megtartott nemzetközi találmányi bemutatón aranyérmet kaptak.

Ahogy nő a napelemek összesített teljesítménye, egyre inkább szükség lesz az ilyen tárolási lehetőségekre.

Pár éven belül jön az 50% hatékonyságú napelem cella?

Áttörnek egy fontos határt a napelem fejlesztésében.

A Soitec vezérigazgatója, Andre-Jacques Auberton-Herve szerint legalábbis ez a céljuk.

Jelenleg már a Fraunhofer ISE Kalibrációs Laboratóriumban tesztelt cellájuk teljesítette a 43,6%-os hatékonyságot. A fejlesztés több kutatóintézet munkájának eredménye, melyek közül kettő a Freiburgban található napenergia rendszereket kutató Fraunhofer Intézet, és a Berlini Anyag- és Energiakutató Helmholtz-Centrum. A kutatás folytatása már jó úton halad a 2015-re tervezett 50%-os hatékonyságú napelem cella irányába, mely teljesen új alapokra helyezi a napelemes rendszerek megtérülését.