Néhány általunk üzemeltetett naperőműben a termelési adatok egyszer csak meredek zuhanást mutattak, pedig a gyártói specifikációk szerint az ilyen rendszerek évi alig fél százalékot veszítenek a teljesítményükből. A furcsa jelenség mögött semmilyen nyilvánvaló hiba, törés vagy árnyékolás nem látszott, a modulok állapota első ránézésre kifogástalan volt. Mi okozhatja, hogy a valóság ekkora eltérést mutasson az elmélettől? Cikkünkben végigkövetjük a hibakeresés lépéseit, ismertetjük a mért adatokat, és feltárjuk, milyen tényezők torzíthatják el ennyire a fotovoltaikus rendszerek hatékonyságát.
A fotovoltaikus (PV) rendszerek az egyik legdinamikusabban fejlődő megújuló energia ‑technológiák, de még a legmodernebb modulok is elvesztik eredeti teljesítményük egy részét az idő múlásával. Az amerikai NREL vizsgálatai szerint a korszerű kristályos szilícium napelemek tipikusan a névleges teljesítményük kevesebb mint egy százalékát veszítik el évente [1]. Ezért a modulgyártók szavatossági grafikonjaiban általában 0,5–0,8 %/ev természetes degradációval számolnak [2]. Összehasonlításképpen egy gyengébb minőségű napelem 25 éves élettartama végére akár 25 %‑os teljesítménycsökkenést is elszenvedhet [2]. A természetes öregedés mellett azonban van egy kevésbé látványos, ám annál alattomosabb jelenség is: a szennyeződések okozta ún. „soiling” veszteség. A felületen felhalmozódó por, pollen vagy ipari szennyezés miatt a globális átlagos éves teljesítményveszteség 5–10 %. Más kutatások azt találták, hogy még mérsékelt éghajlatú országokban is 1–7 %, míg száraz, poros régiókban 10 % feletti többlet veszteség mérhető [3]. Ha mindehhez hozzávesszük, hogy már vékony porréteg is 5–10 %-kal csökkentheti a hozamot [5], nem nehéz belátni, miért fontos a megelőző karbantartás. A következőkben egy borsodi naperőmű tanulságos esetén keresztül mutatjuk be, hogy a „soiling” milyen mély nyomot hagyhat egy erőmű hozamán és pénzügyi mutatóin.
A gyanú árnyékában – két erőmű teljesítmény esése
Az év elején két erőmű üzemeltetésére kaptunk megbízást Borsodban. Az állapotfelmérés során végzett hozam felmérésnél megállapítottuk, hogy a naperőmű termelése gyanúsan visszaesett a tervezetthez képest. A monitoring rendszerek nem jeleztek hibát, a helyszíni szemle sem tárt fel mechanikai sérülést, és a panelfelületek sem tűntek extrémen szennyezettnek. A háttérben azonban a termelés napi szinten 10 % körüli veszteséget mutatott. Mivel a panelek ekkor már több éve működtek, első lépésben az időbeli degradációt gyanítottuk, azonban a hasonló korú rendszerekben mért 6–7 % körüli természetes teljesítménycsökkenés [3] ennél sokkal kisebb. Ezért műszeres vizsgálatot rendeltünk el.
Diagnosztikai vizsgálatok – drón és karakterisztika‑mérés
A hiba felderítésére drónos hőkamerás ellenőrzést és minden stringre kiterjedő I–V karakterisztika‑mérést végeztünk. Utóbbi módszerrel az egyes sorok feszültség‑áram (I–U) görbéjét rögzítettük, majd összevetettük a gyártói névleges görbével. Az első mérések során a modulok nyitófeszültsége (U_oc) és áram‑faktorai a vártnál alig tértek el, a maximumteljesítmény‑pont (MPP) azonban szemmel láthatóan eltolódott. A vizsgálati jegyzőkönyv részletei (az első ábra) szerint a stringen mért maximális teljesítmény mindössze 5523 W, ami 10,3 %-kal maradt el a 6160 W-os gyártói elvárástól – a táblázatban ez a sor pirossal jelölve is kiemelt (1. ábra). Mindennek eredményeként a hatásfok romlása jóval meghaladta az öregedésből adódó 0,5–0,8 %/ev degradációt [2], ezért a gyártói garancia érvényesítését is vizsgáltuk.
1-es ábra: első körös Metrel adatok
A fordulat – mosás utáni ugrásszerű javulás
2-es ábra: Beavatkozás utáni Metrel adatok
Azonban, hogy minden lehetséges faktort kizárjunk, egy alapos mosást rendeltünk el, majd ugyanazon stringeken ismételtük meg a karakterisztika méréseket. Az eredmény mindenkit meglepett: a mosás után a maximális string teljesítmény 6174,8 W lett, ami mindössze 0,2 %-kal tér el a 6175 W körüli névleges értéktől (2. ábra), a görbe pedig újra a várható alakot mutatta. Az alábbi grafikonon összefoglaltuk a gyártói adatot, a mosás előtti és utáni Pmpp‑értékeket. Jól látszik, hogy a tisztítás nélkül közel fél kilowattnyi csúcsteljesítmény hiányzott, ami egy 22‑modulos string esetén 10 % körüli hozam veszteséget jelent.
3-as ábra: gyártói adat és a beavatkozást követő helyszíni mérés összehasonlítása
Nemzetközi kutatások a szennyeződés hatásáról
Az ismertetett eset nem egyedi: a nemzetközi irodalom szerint a por és egyéb lerakódások jelentős hozam veszteséget okoznak. Egy 1981–2014 között működő olaszországi rendszerben például a tisztítás után 3,5–19,4 %‑kal nőtt a maximális teljesítmény, átlagosan 9,8 %‑kal [4]. A spanyolországi rendszereknél 1–7 % közötti, míg Kuvaitban, Cipruson és Egyiptomban több mint 10 % teljesítménycsökkenést mértek a szennyeződés miatt [3]. Az átlagos globális veszteség 5–10 %, a becsült bevételkiesés világszinten 3–5 milliárd euró. A hosszú távú vizsgálat alapján a rövidzárási áram tisztítás után 0,2 %-kal, a maximális teljesítmény 0,31 %-kal nőtt, ami azt jelzi, hogy a napelem anyagában keletkezett degradáció aránya kicsi [4]. Mindezek azt mutatják, hogy a mechanikai öregedésnél sokszor nagyobb problémát jelent a felületi szennyeződés.
Miért csökken a rövidzárási áram?
A PV modulok I–V görbéjének meredeksége és a fill‑faktor érzékenyen reagál a fényelnyelésre. A soft shading a rövidzárási áramot csökkenti, mert a felszínre lerakódott por elnyeli vagy szórja a beérkező fotonokat. A nyitó‑feszültség viszont alig változik, mert azt a félvezető p‑n átmenet termikus tulajdonságai határozzák meg. A fill‑faktor romlása azt jelzi, hogy a modul belső soros ellenállása megnő, ami a szennyező részecskék által okozott lokális hotspotokat vagy az összekötő vezetők szennyeződését is jelentheti. A borsodi erőműben miért több mint 10 %‑os Pmpp‑veszteség tehát nem a cellák öregedésére, hanem a fényáteresztés romlására vezethető vissza.
Gazdasági következmények és karbantartási ajánlások
Egy 10 %-os teljesítményveszteség egy 5 MW‑os naperőmű esetében évente több százezer kilowattóra kiesést jelenthet. Ha a villamosenergia‑ár 40 €/MWh körül mozog, ez évi 20‑30 ezer euró bevételkiesést okoz. Bár a tisztításnak is van költsége, a nemzetközi tapasztalatok szerint a mosás költsége jellemzően a kiesett bevétel töredéke [5]. A Solarco belga karbantartó cég szerint már kis mértékű szennyeződés is 5‑10 %-kal csökkentheti a termelést [5]. Ezt figyelembe véve célszerű a karbantartási tervbe legalább évi egy, de poros környezetben (mezőgazdasági tevékenységgel övezett területen, állattartó telepeken, porral járó tevékenységet végző ipari környezetekben) akár évi két–három alapos tisztítást betervezni. A mosások között rendszeres vizuális ellenőrzés és drónos termográfia segíthet a forró pontok és leárnyékolt területek azonosításában. A tiltásszög optimalizálása, a nem szennyező bevonatok alkalmazása és a modulok környezetének rendezése (fák, földutak portalanítása) szintén csökkenti a lerakódások mértékét [3].
Következtetések
A két naperőmű esete rávilágít, hogy a napelemek teljesítményének csökkenése mögött nem mindig rejtett műszaki hiba vagy gyártási probléma áll. A számok nem hazudnak: a vizsgált stringek 10 %‑os többlet vesztesége a szennyeződések következménye volt. Egyetlen mosással a rendszer visszanyerte eredeti hatékonyságát. A jelenség ugyanakkor nem lokális sajátosság: nemzetközi kutatások szerint a szennyeződés átlagosan 5–10 %-kal csökkenti a PV rendszerek hozamát, bizonyos régiókban pedig a 20 %‑ot is elérheti [3]. Ezek a veszteségek egyszerű tisztítással nagyrészt megelőzhetők. Az üzemeltetőknek ezért célszerű a degradáció és a szennyeződés hatását elválasztva vizsgálni, és a megelőző karbantartást beépíteni az üzleti modellbe. Ahogy a borsodi eset is mutatja, a napelemek nem csak a napfénytől, hanem a tiszta környezettől is függnek.
Források:
[1] NREL – a PV modulok jellemzően évi <1 %-ot veszítenek teljesítményükből.
[2] Solar Magazine – a korszerű modulok degradációja jellemzően 0,5–0,8 %/ev, de extrém esetben 1,4–1,54 %/ev is lehet.
[3] MDPI tanulmány – Spanyolországban 1–7 %, Kuvaitban, Cipruson és Egyiptomban >10 % soiling veszteség; a természetes degradáció ~6–7 %.
[4] Lopez et al., 2014 – tisztítás után a maximális teljesítmény 3,5–19,4 %‑kal nőtt, átlagosan 9,8 %.
[5] Solarco cikk – már kis mennyiségű szennyeződés is 5‑10 % hozam csökkenést okozhat.
A tudás az informáltság, a klímasemlegességi és gazdasági célok teljesülésének reményében jelentkezünk a jövőben rendszeres üzenetekkel!
A PV Academy, a PV Napenergia tudásmegosztó-edukációs programja.
Közzétéve: 2025.09.04.
