Lehet javítani a napelemek energiatermelésén?

Gózon Ákos írása a Mandiner hetilapban

Az ember minden korban megpróbálta igényeinek megfelelően hasznosítani a napból érkező sugárzást, ennek egyik úttörője volt Telkes Mária, aki az első világháború után az Egyesült Államokban vált nemzetközileg elismert kutatóvá – idézi fel a téma magyar tudománytörténeti vonatkozását Sinkovics Bálint, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem (BME) villamosmérnök-doktorandusza.

Telkes Mária legfontosabb eredményei között tartják számon az első fűtési rendszer nélküli ház energetikai terveit, egy napenergiával működő tengervíz-sótalanító berendezés koncepcióját, illetve a napenergiát hasznosító sütőlap feltalálását is. A Napkirálynőként emlegetett tudós hetvenéves munkássága alatt bejegyzett több mint húsz szabadalmának és szakmai eredményeinek az amerikai Feltalálók Nemzeti Dicsőségcsarnokában is emléket állítottak 2012-ben.

Az utóbbi évtizedben a globális trendekbe illeszkedve

– szögezi le a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, a Pro Progressio Alapítvány és a Tudományos Ismeretterjesztő Társulat közös kutatás-­ ismertető pályázatára készült tanulmányában Sinkovics Bálint. 2021 végén az összes beépített fotovillamos teljesítmény megközelítette a 3000 megawatt csúcsértéket (MWp). Ez a szám a paksi atomerőmű négy darab, mintegy 2000 megawatt összteljesítményű blokkjával vagy a teljes hazai erőműpark mintegy 9900 megawatt összteljesítményével összevetve hatalmas értéknek tűnik, azonban a fotovillamos teljesítmény csúcsértéke némi magyarázatra szorul, amely meg is mutatja a napelemes energiatermeléssel járó kihívásokat.

A fotovoltaikus jelenség működését alapvetően meghatározza a beérkező sugárzás típusa és sűrűsége, vagyis a technológia erősen időjárás- és nappályafüggő. Emiatt egy adott napelempanel névleges teljesítményét egy standard besugárzási és környezeti feltételek mellett leadott teljesítménnyel azonosítják, ezt nevezik névleges maximális teljesítménynek, és jelölik p betűvel a mértékegységnél a peak, azaz csúcs szóra utalva.

– figyelmeztet a BME doktorandusz kutatója. További nehézséget okoz a várható termelés előrejelzése. A villamos energia olyan speciális áru, mely termelésének és fogyasztásának – korlátozott tárolhatósága miatt – minden időpillanatban egyensúlyban kell lennie.

A fogyasztói igények napi alakulásának előrejelzése és követése az erőművi termelés menetrendezésével nagy kihívást jelentő feladat. S a napelemek terjedése növekvő bizonytalanságot visz a rendszerbe. A nappálya által meghatározott napsugárzás pontosan kiszámolható, azonban a felhőátvonulás, a front, a köd, a csapadék és más klimatikus folyamatok előrejelzési problémát okoznak. Márpedig a pontatlan erőművi menetrend a teljesítmény-egyensúly felborulásával és a szabályozható erőművek termelésének kényszerű módosításával járhat.

Az említett menetrendezési probléma azért is jelent komplex kihívást, mert a rendszerirányító egyáltalán nem rendelkezik mérési adattal a mintegy 90 ezer háztartási méretű kiserőműről, ugyanis ezeket nem kell adattovábbító mérővel ellátni. „Ezért szükséges egy olyan megoldás, amely alkalmas háztartási méretű kiserőművi rendszerek termelésének előrejelzésére” – mondta a kutatásait ismertető előadásában a BME-n Sinkovics Bálint.

A hazai villamosenergia-rendszer irányítójának, a Mavir Zrt.-nek mindennap meg kell határoznia a másnapi üzemviteli tervet, melyben megtervezik a várható fogyasztást, megújuló termelést, erőművi menetrendeket. Ennek kiszolgálása érdekében a fotovillamos termelést nagyjából huszonnégy órás időhorizonton kell minél pontosabban megbecsülni.

„A vizsgálataim során a napból érkező, az Orszá­gos Meteorológiai Szolgálat által mért direkt sugárzási adatokat elemeztem. A célom a múltbeli adatok összefüggéseit felhasználva javítani az előrejelzés felbontását.” Az adatok közötti térbeli-időbeli kapcsolatot vizsgálva általános statisztikai összefüggést tudott leírni közöttük.

Ez a gyakorlatban a következőt jelenti: amennyiben egy felhő elhaladt az egyik mérő felett, majd 15 perccel később a két kilométerrel távolabb lévő másik felett is, Sinkovics Bálint feljegyezte az eseményt. Többévnyi adatsor felhasználásával egy időbeli késleltetést leíró valószínűségi eloszlást kapott. Tehát ha A és B mérőállomás között félúton van egy napelem, és a két állomás között jellemzően 30 perc az időbeli késleltetés az adatokban, akkor az A mérőnél lévő felhő várhatóan 15 perc múlva lesz a napelem felett.

Mi sem egyszerűbb, nem? Sajnos a valóságban nem egy vonalban lévő állomáspárok között található egységek termelésének előrejelzése a feladat, hanem több, elszórtan elhelyezkedő mérési adatból kell jóslást adni. „Ezt segít megfelelően súlyozni a krigelés módszere, mely képes figyelembe venni a földrajzi távolságokat, a mérési adatok térben eltérő sűrűségű eloszlását” – részletezi a kutatást a doktorandusz.

Az eredmények alapján

– összegez Sinkovics Bálint. A napelemek termelékenységével kapcsolatban a hibátlan előrejelzés azonban egyelőre csak teoretikus lehetőség. Együttműködésben az Élet és Tudománnyal

Együttműködésben az Élet és Tudománnyal

Nyitókép: Shutterstock