Biztosan te is hallottad már: "minek napelemet szerelni, ha itt mindig felhős az ég" – pedig ez a hiedelem félrevezető. A napelemek ugyanis nemcsak a Napból közvetlenül érkező sugarakat tudják hasznosítani, hanem a felhők és a légkör által szétszórt, úgynevezett diffúz fényt is. Vagyis a napelem felhős időben sem áll le, csak jóval szerényebb teljesítménnyel dolgozik.
Azt viszont, hogy mennyivel esik vissza a termelés, nem lehet egyetlen kerek százalékkal jellemezni. Nemcsak az számít, felhős-e az égbolt, hanem az is, milyen vastag és milyen szerkezetű a felhőzet, hol jár épp a Nap, milyen évszak van, hogyan van tájolva és döntve a paneled, mennyire meleg van, sőt maga a rendszer felépítése is beleszól a végeredménybe.
A becsléseknél gyakran felbukkan a GHI rövidítés is. Fontos adat, az biztos – de egy döntött napelemtábla esetében önmagában nem ez mondja meg legpontosabban, mennyi áram termelődik éppen.
Mi az a GHI?
A GHI a Global Horizontal Irradiance rövidítése, magyarul globális horizontális sugárzás. Egyszerűen szólva: megmutatja, mekkora összteljesítménnyel érkezik napenergia egy vízszintes felületre.
Két összetevőből áll:
közvetlen sugárzás – ez a Napból egyenesen, akadálytalanul lecsapódó fény vízszintes felületre eső hányada;
diffúz sugárzás – ezt a légkör, a vízgőz, az apró lebegő részecskék és persze a felhők szórják szét, mielőtt elérné a talajt.
A napsugárzás pillanatnyi erősségét általában W/m²-ben adják meg, míg egy adott időszak alatt beérkezett energiamennyiséget Wh/m² vagy kWh/m² egységben mérik. Érdemes a kettőt élesen elkülöníteni egymástól: az egyik egy pillanatnyi teljesítménysűrűség, a másik egy összegzett energiamennyiség.
Tiszta, felhőtlen égbolt alatt, amikor a Nap magasan jár, a felszíni sugárzás akár az 1000 W/m²-es nagyságrendet is elérheti. Nem véletlen, hogy a napelemek névleges csúcsteljesítményét is ilyen körülmények között, az úgynevezett STC-feltételek mellett határozzák meg: 1000 W/m² a modul síkjára eső sugárzással és 25 °C-os cellahőmérséklettel számolva. Az adott településen várható GHI értéket (14 napos napenergia előrejelzés) a települések előrejelzésében nálunk is megtalálod!
A GHI fontos, de nem az egyetlen szám, ami számít
A te tetődön szereplő napelemtábla szinte biztosan nem vízszintesen fekszik, ezért a GHI önmagában nem egyenlő azzal a sugárzással, ami ténylegesen éri a panel felületét.
Ami a napelemes termelést valójában meghatározza, azt POA-sugárzásnak (Plane of Array, vagyis a panel síkjára eső sugárzás) nevezik. Ez az érték a következőkből tevődik össze:
a panelre eső közvetlen napsugárzásból,
az égbolt felől érkező diffúz sugárzásból,
és egy kisebb mértékben a környezetből, illetve a talajról visszaverődő fényből.
A gyakorlatban használt számítási módszerek – például a PVGIS rendszeré is – a vízszintes felületre vonatkozó adatokból indulnak ki, majd ezekből számítják ki, mennyi sugárzás érkezik ténylegesen a panel adott dőlésszöge és tájolása mellett.
Tehát pontosabb úgy fogalmazni: a GHI egy fontos kiindulási adat, de a valós napelemes hozam becsléséhez szükség van a panel síkjára eső sugárzásra, a modulhőmérsékletre és a rendszer műszaki jellemzőire is.
Így hat a felhőzet a napelemek teljesítményére
A felhők jellemzően csökkentik a felszínre jutó napfény mennyiségét – de a mérték rendkívül változó lehet. Ezért nem igazán állja meg a helyét, ha valaki kijelenti, hogy egy adott felhőtípus mindig pontosan 20, 50 vagy 80 százalékkal veszi el a termelést.
Vékony, magasan szálló felhőzet
A könnyű fátyolfelhőn a közvetlen napsugárzás nagy része simán áthatol. Ilyenkor a napelemes teljesítmény csak mérsékelten csökken a teljesen derült időhöz képest – bár a pontos mérték itt is múlik azon, milyen vastag a felhő, és eltakarja-e éppen a napkorongot.
Változó, gomolyfelhős idő
Amikor az égen gomolyfelhők kergetik egymást, a termelés akár percek alatt is nagyot ugorhat. Amint egy felhő eltakarja a Napot, a közvetlen sugárzás hirtelen visszaesik – majd amint a Nap kibukkan, a teljesítmény újra megugrik.
💡 Érdekesség / Tudtad-e? Bizonyos helyzetekben rövid időre a napelem többet termel, mint teljesen derült égbolt alatt! A jelenséget cloud enhancementnek, azaz felhő okozta besugárzás-erősödésnek hívják: a közvetlen napfényhez ilyenkor extra, a felhők pereméről visszaverődő szórt sugárzás is hozzáadódik. Ez azonban csak néhány percig tartó, múló jelenség, nem a felhős idő általános "előnye".
Vastag, összefüggő felhőtakaró
Tartósan borult, vastag felhőzet alatt a közvetlen napsugárzás szinte teljesen eltűnhet. A felszínt ugyanakkor még ekkor is éri diffúz sugárzás, így a napelem ilyenkor is termel valamennyit – csak épp jóval kevesebbet, mint egy vékony fátyolfelhős vagy derült napon.
A diffúz fény miatt termel a napelem borult időben is
A napelemhez nem kell közvetlen napsugár – a fotovoltaikus cellák a megfelelő energiájú fotonokból bármilyen irányból érkezve is áramot állítanak elő. Ezért a felhők által szétszórt fényt is jól tudják hasznosítani.
Minél borultabb az idő, a közvetlen sugárzás aránya annál inkább visszaszorul, a diffúz sugárzás pedig egyre nagyobb részt visel a teljes besugárzásból.
Azt a gyakran hallott állítást viszont, hogy a polikristályos napelemek "jobban szeretik" a felhős időt, mint a monokristályosak, már nem érdemes egy az egyben elfogadni. A különböző napelem-technológiák valóban eltérően viselkedhetnek alacsony fényviszonyok mellett – ebben szerepet játszik a modul spektrális érzékenysége, az alacsony besugárzás melletti hatásfoka és a hőmérsékleti viselkedése is –, de ezek ma már inkább konkrét terméktől, mint technológiai kategóriától függő tulajdonságok.
Mennyi áramot termel egy napelem felhős időben?
Erre a kérdésre nem lehet pusztán abból választ adni, hogy "felhős az idő".
Egy 5 kWp-os rendszer névleges 5 kW-os DC-teljesítménye szabványos körülményekre vonatkozik: 1000 W/m²-es, panel síkjára eső sugárzásra és 25 °C-os cellahőmérsékletre.
Ha a beérkező sugárzás visszaesik, a napelem teljesítménye is arányosan csökken – nagyjából, de nem tökéletesen lineárisan. Alacsony besugárzásnál ugyanis változik a modul hatásfoka, emellett a cellahőmérséklet, az inverter és a rendszer egyéb veszteségei is befolyásolják a végeredményt.
Ezért az olyan kerek kijelentés, hogy "egy 5 kW-os rendszer felhős napon mindig 10–18 kWh-t termel", szakmailag nem állja meg a helyét. Ugyanaz a rendszer:
egy világos, változóan felhős nyári napon meglepően sokat termelhet,
egy vastagon borult nyári napon ennek csak töredékét adja le,
egy sötét decemberi napon pedig még ennél is kevesebbet.
A napi hozamot ugyanis nem kizárólag a felhőzet írja felül, hanem a nappal hossza és a Nap horizont feletti magassága is alapvetően meghatározza.
A jó kérdés tehát nem az, hogy "felhős-e az ég", hanem az, hogy mennyi napsugárzás érkezik ténylegesen a panelek síkjára az adott napon. Ha ezt ismerjük, sokkal pontosabban megbecsülhető a várható termelés is – erre kiválóan alkalmas például az Európai Bizottság ingyenes PVGIS eszköze, amely helyszín, teljesítmény, tájolás, dőlésszög és technológia alapján ad éves, havi, sőt órás becsléseket is.
Mi a helyzet esőben és ködben?
Az eső önmagában nem "kapcsolja ki" a napelemet – a visszaesést a csapadékhoz jellemzően társuló vastag felhőzet és az emiatt lecsökkent sugárzás okozza. Ha valamennyi hasznosítható fény eljut a panelekhez, azok továbbra is termelnek, bár nagyon sötét körülmények között a leadott teljesítmény rendkívül alacsonnyá válhat.
A köd hasonlóan működik: erősen szórja és gyengíti a napfényt, így ilyenkor magas lehet a diffúz sugárzás aránya, miközben a teljes rendelkezésre álló energia alacsony. A napelem ekkor is termelhet, de messze elmarad a napos időben mérhető értéktől – a köd vastagsága és az, hogy mikor oszlik fel, sokat számít a napi hozamban.
Tényleg jót tesz a hideg a napelemnek?
Igen, de érdemes pontosan érteni, mit is jelent ez. A napelemcellák teljesítménye jellemzően csökken, ahogy a cellahőmérséklet emelkedik – így azonos besugárzás mellett egy hűvösebb panel általában kedvezőbb hatásfokkal dolgozik, mint egy felforrósodott. A pontos hőmérsékleti együttható mindig az adott panel adatlapján szerepel.
Ez azonban nem jelenti azt, hogy egy hideg, borult nap többet termelne, mint egy forró, napsütéses. A hőmérséklet csak az egyik tényező a sok közül – ha a felhők miatt a panelre jutó sugárzás nagyot esik, azt a hidegebb cellák jobb hatásfoka nem tudja ellensúlyozni. A jelenség igazán akkor látványos, amikor a kettő egyszerre kedvező: erős a napsütés, de hűvös a levegő – például egy tiszta tavaszi napon.
Miért termel ennyivel kevesebbet a napelem télen?
A téli visszaesést nem lehet leegyszerűsíteni annyira, hogy "több a felhő". Több tényező hat egyszerre:
rövidebbek a nappalok,
alacsonyabban jár a Nap,
ezért kedvezőtlenebb szögben éri a fény a paneleket,
gyakoribb a tartós felhőzet és a köd,
a hó vagy egyéb szennyeződés pedig akár teljesen le is takarhatja a panelt.
A kedvezőbb, alacsonyabb hőmérséklet csak részben ellensúlyozza mindezt – a rendelkezésre álló napenergia téli mennyisége összességében jóval kisebb, mint nyáron.
Miért ugrál ennyit a termelés napos-felhős időben?
Változó gomolyfelhőzet alatt a termelési grafikon nem a derült napokra jellemző sima haranggörbét rajzolja ki, hanem gyors csúcsok és visszaesések sorozatát. Amikor egy felhő eltakarja a Napot, a közvetlen komponens gyorsan zuhan, majd a felhő elvonulásával a teljesítmény ugyanolyan gyorsan visszapattan – felhőszélek közelében néha még egy kis extra sugárzás-erősödéssel is megfejelve. A napi össztermelés ettől függetlenül lehet egészen kiadós.
A napelem felhős időben is termel – ez tény. A fotovoltaikus panelek a diffúz, szórt fényt éppúgy hasznosítani tudják, mint a közvetlen napsugarat.
Azt viszont, hogy pontosan mennyit termelnek egy adott felhős napon, nem lehet egyetlen kerek számmal leírni. Egy vékony fátyolfelhőzet alig vesz el a hozamból, egy vastag, sötét felhőtakaró alatt viszont drasztikus lehet a visszaesés.
A GHI fontos kiindulópont, de egy döntött napelemrendszernél még ennél is fontosabb, mennyi sugárzás jut ténylegesen a panelek síkjára. Emellett a hőmérséklet, a tájolás, a dőlésszög, az évszak és a rendszer veszteségei is mind beleszólnak a végeredménybe.
A legfontosabb tanulság tehát nem az, hogy "felhőben a napelem ennyi meg ennyi százalékon fut", hanem az, hogy a termelés folyamatosan, dinamikusan követi a rendelkezésre álló napsugárzást – nap mint nap, óráról órára.
Gyakran ismételt kérdések
Teljesen leáll a napelem, ha beborul az ég?
Nem feltétlenül. A panelek a diffúz, szórt napsugárzásból is tudnak áramot termelni, így borult időben is dolgoznak – vastag felhőzet alatt viszont a teljesítmény jelentősen visszaeshet.
Mennyivel csökken a napelem termelése felhős időben?
Erre nincs egyetlen jó válasz. A csökkenés a felhőzet vastagságától és típusától, a Nap állásától, az évszaktól, a panel tájolásától és a rendszer műszaki adottságaitól is függ.
A vékony fátyolfelhő is sokat ront a termelésen?
Nem feltétlenül – egy vékony, magasan szálló felhőrétegen a közvetlen napfény nagy része áthatol, így a visszaesés is inkább mérsékelt. Vastagabb felhőzetnél már számottevően nagyobb lehet a veszteség.
Mi az a GHI, és mire jó?
A GHI, vagyis a globális horizontális sugárzás azt mutatja meg, mennyi napenergia érkezik egy vízszintes felületre – a közvetlen és a diffúz sugárzás összegeként. Fontos kiindulási adat, de döntött napelemnél önmagában nem ad pontos hozambecslést.
Esőben is termel a napelem?
Igen, amíg elegendő fény jut el a panelekhez. Nem maga az eső csökkenti a termelést, hanem az esőhöz jellemzően társuló vastag felhőzet és az emiatt gyengébb sugárzás.
Igaz, hogy hidegben jobban működik a napelem?
Azonos besugárzás mellett a hűvösebb panel valóban kedvezőbb hatásfokkal dolgozik, mert a magas hőmérséklet rontja a teljesítményt. Ez azonban nem jelenti azt, hogy egy hideg, borult nap többet termelne egy forró, napos napnál.
Hogyan tudom megbecsülni a saját napelemrendszerem várható termelését?
Ehhez érdemes olyan eszközt használni, amely figyelembe veszi a földrajzi helyet, a napsugárzási adatokat, a tájolást, a dőlésszöget, a rendszer teljesítményét és a várható veszteségeket is. Erre kiváló és ingyenes az Európai Bizottság PVGIS rendszere, amely havi, éves és órás becsléseket is ad.
Források:
European Commission, Joint Research Centre – PVGIS: Data sources & calculation methods. A napsugárzás közvetlen, diffúz és visszavert komponenseinek meghatározása, irradiancia és irradiáció közötti különbség, valamint a döntött felületre érkező sugárzás számítása.
European Commission, Joint Research Centre – PVGIS 5 User Manual. Napelemes energiatermelés számítása, STC-feltételek, panelhőmérséklet, besugárzás, dőlésszög, tájolás és rendszerveszteségek.
European Commission, Joint Research Centre – PVGIS Daily Radiation. Globális, közvetlen és diffúz sugárzási adatok, illetve döntött felületekre vonatkozó órás sugárzási profilok.
U.S. Department of Energy – Solar Radiation Basics. A közvetlen, diffúz és globális napsugárzás alapfogalmai, valamint a felhőzet közvetlen napsugárzásra gyakorolt hatása.
Järvelä et al. – Characteristics of the cloud enhancement phenomenon and PV power plants, Solar Energy (2020). A felhőzet által kiváltott rövid idejű besugárzás-erősödés vizsgálata.
de Andrade & Tiba – Extreme global solar irradiance due to cloud enhancement, Renewable Energy (2016). A felhőszélekhez kapcsolódó, derült éghez tartozó szintet rövid időre meghaladó besugárzási események mérése.