Szinte ingyen, kéznél lévő megoldással enyhíthetők a napelemes gondok, mégsem használjuk

Augusztus elején, a második hőkupola során soha nem látott sokk érte a hazai energiarendszert. Az azóta is tartó aszály hatására a hazai energiaellátás alapját adó paksi atomerőmű nyolc turbinájából egy ideig hetet le kellett állítani az alacsony vízállás miatt. Emellett a hőkupola miatt rendkívüli energiaigényt kellett kiszolgálni, amelynek kezeléséhez több ipari fogyasztó – udvarias, de az ellenkezésnek kevés teret hagyó kormányzati kérésre – korlátozta felhasználását, miközben a lakosság is beérte kisebb komforttal, csúcsidőben visszafogva a légkondicionálók használatát és átütemezve az autótöltők hálózatra kapcsolását.

A felhívásnak valóban volt hatása. Az energetikai méréseket figyelve jó volt látni, hogy nehéz helyzetben mire képes az országos összefogás. Ekkor indult a holadelej.hu oldal is, amely azóta is közérthetően mutatja be a hazai energiarendszer működését és aktuális állapotát. A „Miből lett az áram?” diagramon jól láthattuk, hogy napközben még a legszűkösebb napokon is alig volt szükség importenergiára, hála a hazai napelemes termelésnek. A Mavir adatpublikációiból ezt utólag is visszanézhetjük: az ország naperőművei a csúcsidőszakban közel 4000 megawattal járultak hozzá a hazai energiaigény kielégítéséhez.

Ez elsőre meglepőnek tűnhet, hiszen július 31-én már 8760 megawatt beépített napelemes kapacitás működött az országban. Az ábrán látható pirosas terület valójában ebből csak a közel 5000 megawatt ipari naperőművi kapacitás energiatermelése. Emellett létezik még 820 megawatt úgynevezett saját célra termelő ipari napelem, amely – rendszerint hálózati korlátok miatt – nem táplálhat be a hálózatba, további 3000 megawatt pedig háztartásoknál működik. Az utóbbiak által termelt energia rendszerirányítói mérés hiányában nem jelenik meg külön napelemes termelésként, hanem a rendszerterhelés csökkenéseként érzékelhető. Ennek ellenére ez a 3000 megawatt is jelentősen hozzájárult ahhoz, hogy energiaigényünket – legalább a nap közepén – csak minimális mértékben kellett importból fedezni.

A nyári csúcsterhelések idején a hazai napelemes rendszerek nélkül az ország jóval nagyobb importra szorult volna.

Elsőre legtöbbünk valószínűleg azt gondolja, hogy a napelemes háztartások bátrabban használták a légkondicionálót a hőségben a saját maguk által megtermelt energia elfogyasztására. Ugyanakkor hiába sütött hétágra a nap, biztosan találunk olyan napelem-tulajdonosokat is az országban, akiknek nem termelt a napelemük, és óva intenének minket attól, hogy körültekintés nélkül, a következő nyárra készülve napelemes beruházásba vágjunk. Miért?

Ahhoz, hogy megértsük a probléma gyökerét, a 2010-es évekig kell visszamennünk. Alapvetően az akkori kedvező elszámolási rendszernek és a számos állami támogatásnak köszönhetően indult el a jelenlegi hatalmas napelemes kapacitás kiépülése. Az első rendszerek még viszonylag könnyen csatlakozhattak a hálózatra, de a telepítések hirtelen megugrására nem volt felkészülve a rendszer, és ennek műszaki következményeit – megfejelve ezt a rezsicsökkentés időszakában elmaradt hálózatfejlesztésekkel – azóta minden érintett szereplő saját bőrén érzi.

A napelem-tulajdonos azt tapasztalja, hogy a délelőtti termelés felfutása során egyszer csak leáll a napeleme, majd csak késő délután indul újra. Ennek oka a környék napelemes rendszereinek egyidejű betáplálása, amely feszültségemelkedéshez vezet. A napelem 253 volt feszültségszint felett automatikusan lekapcsol, mert a hálózatüzemeltető a többi fogyasztó védelmében ezt a beállítást megköveteli. Emiatt az energiatermelés akár felére is csökkenhet.

Egy 8-10 kilowattos, szaldóelszámolásban működő rendszer esetén ez azt jelentheti, hogy a korábbi néhány ezer forintos villanyszámla helyett akár havi ötvenezer forintos költség jelentkezik.

A jogszabályok alapján a hálózatüzemeltető ilyenkor havi ötezer forintos kötbért fizet a napelem-tulajdonosnak, ami nyilvánvalóan sovány vigasz egy ennél nagyságrenddel nagyobb veszteség mellett. A felhasználó gyakran a telepítő vállalkozást keresi meg, mert a problémát a napelemes rendszer hibájának gondolja. A telepítő azonban tehetetlen, hiszen nem felel a hálózati anomáliákért. Előfordulhat, hogy látszatmegoldásként kikapcsolják a kötelezően előírt automatikus leoldást. Ez azonban nem oldja meg a problémát, és ha a hálózatüzemeltető ezt észleli, a következményeket végül a gyakran mit sem sejtő felhasználó viseli.

Az érintett szereplők nehézségei évek óta fennállnak. A probléma azokat is érinti a környéken, akik nem rendelkeznek napelemmel, hiszen ők kizárólag visszwattvédelemmel ellátott, azaz betáplálást nem végző napelemes rendszert telepíthetnek.

Hogyan lehetne ebből a helyzetből kiutat találni? A válasz rendszerint a hálózat fejlesztése, amely költség- és időigényes, és rendkívül lassan halad, de van másik megoldás is.

A pontosabb megértéshez vegyünk egy közismertebb jelenséget, a kerti kúthasználatot. Ha egy utcában vagy környéken nagyon sokan fúrnak saját kutat, akkor a talajvízszint jelentősen csökken. A szomszédok versenyhelyzetbe kerülnek: aki előbb és mélyebbre fúr, az jól jár. Aki később érkezik, már csak nagyon mély kúttal tud részesülni a talajvíz előnyeiből, így a környék természeti adottságaihoz az ott lakók nem egyenlő módon férnek hozzá.

A napelemes energiatermelés hasonló. Minél több napelem működik egy utcában, annál nagyobb valószínűséggel jelentkeznek ezek a problémák: a csökkenő talajvízszint miatt kiapadó kutak a megemelkedő feszültség miatt lekapcsoló napelemekkel állíthatók párhuzamba. A kútfúrás analógiájától azonban három ponton eltér a helyzet.

• Egyrészt minden napelem ugyanolyan „mélységű kút”. Nincs olyan opció, hogy egy később telepített napelem esetén „mélyebb kutat fúrunk” a stabilabb energiatermelés érdekében.
• Másrészt az utca emelkedik, vagyis a kútfúrás (napelem-telepítés) sorrendjétől függetlenül mindig az utca legmagasabb pontjára költöző lakos húzza majd a rövidebbet. Az ő „kútjában fogy el először a víz”, vagyis az ő napeleme kapcsol le először. Ezzel szemben az „utca elején lakó” (valójában a transzformátorhoz legközelebb eső) felhasználó akár a legnagyobb „aszály” idején sem tapasztal problémát. A napelemes termelés tehát nem csupán időbeli verseny, hanem erősen helyfüggő kérdés is.
• Harmadrészt fontos különbség, hogy egy új napelem arányosan növeli az utcában megtermelt energia mennyiségét, addig új kút esetén – különösen, ha nincs érdemi vízutánpótlás – ugyanazon vízmennyiségen osztoznak a felhasználók.

Az analógiát tovább követve vizsgáljuk meg a lehetséges megoldásokat: mit lehet tenni a napelem-kikapcsolások megakadályozásáért?

Az egyik legegyszerűbb és könnyen elérhető megoldás a transzformátorok megcsapolásának állítása. A kútanalógiában ezt nevezhetjük fenékküszöbnek, amit a talajvizet tápláló folyóba telepítünk. A folyó vízszintjének emelkedése közvetetten, mindenkinél megemeli a talajvízszintet (mérsékli a napelemek feszültségemelkedését). Ezt azonban óvatosan kell alkalmazni, mert ahogy magas vízállás esetén az öntözésmentes időszakokban a talajvíz megjelenhet a pincékben, úgy a túlzott feszültségcsökkentés is problémákat okozhat éjszaka, amikor a napelemek nem termelnek.

Jóval drágább, de sokkal rugalmasabb megoldás a fokozatváltós transzformátor, amely olyan, mint egy állítható magasságú fenékküszöb. A vízszintet folyamatosan megfelelő értéken tartjuk: nem önti el a pincéket, és az utca legmagasabb pontján lakó felhasználó is bátran használhatja a kútját. Azonban a hasonlat is sejteti, hogy ez a megoldás jelentős beruházási költséggel jár.

További megoldás lehet a talajvízszint kiegyenlítésére a tárolás. Ha a lakók eltérő időpontban locsolnak, akkor a talajvíz is jobban kihasználható, kevésbé veszik el egymástól. A napelemek ugyan egyszerre termelnek, de ha a megtermelt energiát helyben tárolni tudjuk, akkor olyan, mintha a vízkivételt is egy másik időszakra halasztanánk. Bár az energiatárolás költségei fokozatosan csökkennek, még mindig csak állami támogatásokkal együtt éri meg az akkumulátorok telepítése.

Végül egy negyedik, kevésbé ismert lehetőség is létezik: a feszültségfüggő meddőteljesítmény-szabályozás. A meddőteljesítmény fogalma a laikusok számára eleve nehezen értelmezhető, annak korrekt kútanalógiába ültetése nem is lehetséges. Tegyük fel, hogy a legtávolabbi felhasználó „kútja” már apad, és ezt érzékelve a kútcső mentén egy másik csövön levegőt nyom a víz alá, aminek szintje ennek hatására némileg megemelkedik, és elérhetővé válik a szivattyú számára. Hasonlóan ahhoz, amikor egy pezsgőfürdőben a buborékok miatt mozgó víz szintje látszólag megemelkedik, szinte kifolyik a medencéből. A fizikai háttér röviden a témában jártasabb olvasók számára: a meddőteljesítmény-szabályozás hatására a felvett áram szinuszos hullámalakját időben toljuk el, ami a hálózat induktív jellegén keresztül olyan hatást fejt ki, amely végeredményben csökkenti a feszültséget.

Ennek a megoldásnak a költsége minimális, és a legtöbb napelemrendszer már ma rendelkezik ezzel a „levegőpumpáló” képességgel, de a funkció nincs aktiválva. Továbbá csak ott aktiválódik a rendszer, ahol tényleg magas a feszültség, és az energiatermelést (vízkivételt) csak a legritkább esetekben, minimálisan csökkenti egy-két „eltévedt buborék” miatt.

Az eljárás bizonyítottan mérsékli a feszültségemelkedéseket, és jelentősen kitolhatja azt a pontot, ahol a feszültségkorlátok miatt már nem lehet újabb napelemes rendszereket befogadni.

Az alábbi ábra szemléletesen mutatja egy mintapéldán, hogy a napelemek számának növekedése hogyan emeli a hálózati feszültséget. A kék görbe a szabályozás nélküli eset, 60 százalékos napelem-elterjedtségnél érjük el a 253 voltos kritikus határt. A piros a transzformátor csapolásállítását, míg a rózsaszín a meddőteljesítmény-szabályozás eredményességét ábrázolja. Jól látható, hogy mindkét megoldás esetén jóval később érjük el a kritikus feszültségszintet. Fontos megjegyezni, hogy az utca hosszától, a telepített napelemek teljesítményétől és az utcában futó vezeték paramétereitől függően más-más napelem-penetrációnál érjük el a kritikus szintet.

A meddőteljesítményes módszerről több tudományos publikáció is született. Ausztriában és több európai országban ajánlott, Németországban pedig kötelező az alkalmazása. Mégis, a gyakorlatban nem terjedt el hazánkban.

Ennek egyik oka az érintettek rendkívül nagy száma. Hogyan érhető el, hogy több százezer felhasználó – vagy inkább a telepítő vállalkozásuk – aktiválja ezt a funkciót? Azért, mert társadalmi szinten jóval kisebb költsége van, mint mindenhová „állítható fenékküszöböket” telepíteni? Azért, mert ezt udvarias, vagy az ellenkezésnek kevés teret hagyó szabályozási előírásként kéri az elosztóhálózat-üzemeltető, akivel évek óta folyamatos vitában áll a fogyasztó?

Közvetlen tapasztalatunk, hogy hiába szeretnénk ennek a „buborékoltatásnak” a hatását bizonyítani, sok fogyasztó elzárkózik,

annak ellenére, hogy számára ebből hátrány biztosan nem származhat. Igaz, ha „az utca elején” lakik, akkor közvetlen előnye sem lesz.

Bár reménykedhetnénk abban, hogy ebben a kérdésben is kialakulhat országos összefogás, a probléma helyfüggősége és a nehezebben kommunikálható előnyök miatt erre kevés az esély. Szankcionáló megközelítés helyett olyan ösztönző és elismerő rendszerre lenne szükség, amely kellően motiválttá teszi a felhasználókat és a napelem-telepítő vállalkozásokat is ezen beállítások alkalmazására. Emellett egy megfelelő szabályozási környezet arra ösztönözhetné az elosztóhálózati üzemeltetőket, hogy ezt a szolgáltatást közvetlenül díjazzák mindaddig, amíg a szükséges hálózatfejlesztések meg nem valósulnak.

A hazai hálózat rezsicsökkentés miatt leromlott állapota mellett elengedhetetlen a hálózatfejlesztések megvalósítása. De némi innovációval alacsonyabb költségből kialakítható olyan ösztönző környezet és szemléletváltás, amely láthatóan csökkenti a napelemes problémákat addig, amíg a szükséges beruházások évek alatt megvalósulnak.