Napelem egy lakókocsin: Praktikus vagy felesleges?

Több napos kül­téri má­szó­ki­rán­du­lá­sok min­den mászó szá­má­ra fe­led­he­tet­len él­mé­nyek. Az ön­fenn­tar­tás ér­de­ké­ben sokan, köz­tük én is, la­kó­ko­csi­val u­ta­zunk, hogy el­jussunk tá­vo­li hegy­csú­csok­hoz. A sza­bad­ban va­ló hossz­abtá­vú tar­tóz­ko­dás­hoz gyak­ran szük­ség van e­lek­tro­mos á­ram­ra. En­gem ez ar­ra kész­tetett, hogy a nap­e­ner­gia ki­ak­ná­zá­sát fon­to­ló­ra vegyem. Én úgy dön­töttem, hogy egy napelem-et sze­re­lek a la­kó­kocs­im­ra, hogy alap­vető dol­go­kat, mint például egy hor­doz­ha­tó hűtő­szek­rényt és a lap­to­pomat, tölt­teni tud­jam. Ezáltal igye­ksem kom­pen­zá­lni a más­zó kalan­dja­im CO₂-es láb­nyo­mát. Néz­zük meg rész­le­te­seb­ben, hogy­an leh­et ezt meg­való­sí­ta­ni, és hogy ér­de­mes-e ne­ked is nape­le­met be­sze­rez­ned!

Ez a cikk a következőképpen épül fel:

Bevezetés a napelemek világába

A napkollektorok kutatása és fejlesztése virágzó iparág volt az 1950-es évektől kezdve. Az első napelemek 6%-os hatásfokú szilícium alapú modulok voltak 1954-ben.¹ 30 év alatt, intenzív erőfeszítéseknek köszönhetően, hatásfokuk elérte a 25%-ot, miközben más technológiák, például a réz-indium-gallium-diszulfid (CIGS) napkollektorok is megjelentek, lehetővé téve vékonyabb napelemeket. 2010-re új anyagok és szerkezetek jelentek meg, mint például az organikus és perovszkit napkollektorok, és a kutatási fókuszba az hatásfok mellett a hosszú élettartam is bekerült, ami egyre életképesebbé tette a napenergiát a nagyméretű áramtermelés számára. Ma a napkollektorokkal kapcsolatos kutatások továbbra is bővülnek. A fókuszban az hatásfok további növelése, költségek csökkentése és fenntarthatóság javítása áll. A jelenlegi rekordot egy laboratóriumi, ~47%-os hatásfokú, többfokozatú napelem tarja.²

Ha érdekelnek a legfrissebb rekordok különféle napkollektor technológiákhoz, látogass el az NREL weboldalára további részletekért.² Az alábbi ábrán megtalálhatod a 2024 januári rekord értékeket.

Az összes hatásfokot egy standardizált beállításban mérik egy fix hőmérsékleten (25 °C), sugárzás-spektrumon (AM1.5G), szögben (0°) és intenzitásban (1000 W/m²).³ Ezek a feltételek tipikusak olyan országokban, mint Németország, azonban más régiókban jelentősen eltérhetnek: Átlaghőmérsékletek meghaladhatják a 45 °C-ot a sivatagokban nyáron, míg a valaha mért legmagasabb hőmérsékletek akár a 80 °C-ot is meghaladja.⁴ Ezzel szemben a hőmérséklet növelése 1 °C-fokonként körülbelül 0,4%-kal csökkenti egy Szilícium napkollektor hatékonyságát.⁵ Emellett a sugárzási szög és intenzitás is befolyásolja a modul hatásfokát. Ne lepődj meg tehát, ha a napkollektorod nem adja pontosan a megadott hatásfokot.

Szükséges alkatrészek a saját napelem szettedhez

Először is, ilyen beszereléshez nyilvánvalóan szükséged lesz egy napelemre. A piacon számos elérhető lehetőség közül választhatsz, amelyek leginkább a ~20 % hatásfokú tartományba esnek. Én egy olyan modult választottam, ami könnyű, félig rugalmas, valamit a VW T5.2 autóm tetejére ráfér. Ez a konkrét modul maximálisan 6 A egyenáramot (DC) szolgáltat egy kb. 20V-os feszültségnél, optimális körülmények között 120 W teljesítmény leadásával.

Egy napelem önmagában azonban nem elegendő az energiájának kihasználásához: Egy maximum power point tracker (MPPT) szükséges a maximális teljesítmény kinyeréséhez, egy elektromos ellenállás változtatásával. Így az energiatermelés alkalmazkodik a változó környezeti feltételekhez. Ezenkívül, mivel a legenerált energia túlnyomó részét általában nem tudjuk azonnal felhasználni, azt például egy autóakkumulátorban tudjuk tárolni, amíg újra szükség nem lesz rá valamilyen terhelés (például lámpák, hűtőszekrény, laptopok) által. Amikor kiválasztod a megfelelő akkumulátort, ügyelj arra, hogy magas kapacitású legyen, és elférjen az autódba. Végül szükséged lesz néhány további eszközre az alkatrészeid felszereléséhez és összekötéséhez.

Telepítés

Először is, ki kell találnod, hogyan fogod felszerelni a napelemet a lakókocsidra. Sok lakókocsi rendelkezik tetősín-rendszerrel a csatolásokhoz; ha nincs ilyen, akkor közvetlenül kell felszerelned a napelemet a tetőre. Azoknak a lakókocsiknak, amelyeknél van sínrendszer, vásárolhatsz megfelelő alumíniumlemezt, ráragaszthatod a napelemet, majd a lemezt a sínrendszerre csavarozhatod.

Ezután át kell gondolnod, hogyan vezeted el a kábeleket a tetőről, hogy csatlakozhassanak az MPPT-hez, melyet a vezetőülés alá érdemes szerelni.

• Abban az esetben, ha standard tetővel rendelkezel, használj MC4 csatlakozókat a napelem kábeleinek közvetlen csatlakoztatásához. Ezután vágj egy kis lyukat a védő gumin (amelyen keresztül a gépjármű hátsó lámpái vannak csatlakoztatva), és fűzd át rajta a napelem-kábelt. Győződj meg róla, hogy a lyukat időjárásálló ragasztóval lezárd. Végül vezessd be a kábeleket az autóba az elülső ülésig.
• Abban az esetben, ha a lakókocsidnak nyitható teteje van, rugalmas beállítást használj. Ebben az esetben például egy kompatibilis spirál kábelt és egy IP68 csatlakozódobozt használhatsz. Csatlakoztasd a napelem modult az IP68 dobozon keresztül a spirál kábelhez, majd folytasd a korábbi lépésben megkezdett folyamatot: csatlakoztasd a spirál kábelt egy standard napelem kábelhez, és vezessd be őket az autóba az elülső ülésig.

Végül szereld fel az MPPT-t az elülső ülés alá, és csatlakoztasd mind a napelemhez, mind az autó második akkumulátorához. Élvezd a napelemes rendszer előnyeit!

Alkatrészek áttekintése

Számold ki: Áramtermelés vs. fogyasztás

Egy napelem telepítésének szükségességének meghatározása az energiaigényeidtől és az utazás időtartamától függ. Minden esetben szükséged lesz egy második autó akkumulátorra, ami lehet, hogy már magában elegendő lesz számodra. Derítsük ezt ki a következő számítással.

Állítsd be a második akkumulátorod kapacitását és a napelemed teljesítményét a teljesítmény szakaszban. Ezután állítsd be, hogy mennyi áramot tervezel használni a lakókocsidban. Legalul, pedig csak egyszerűen olvasd le, mennyi idő telik el, amíg kialszanak a lakókocsid lámpái, illetve, amíg az akkumulátorod lemerül.

A példa számításomban észreveheted, hogy korlátozott áramfogyasztásom mellett az akkumulátorom egyedül csak kicsit több mint 2 napig tartja a frontot. Azonban a napelem modul ezt majdnem két hétre meghosszabbítja. Mivel gyakran olyan túrákra megyek, amelyek két napnál hosszabbak, például Fontainebleau-ba, a napelem telepítése biztosítja, hogy nem maradok sötétben.

Az Akkumulátor Töltési Dinamikája

A telepített rendszer csak akkor működik hatékonyan, amikor süt a nap. Napsütésben a generált áram feltölti az akkumulátort, növelve annak feszültségét, amint az a 3. ábrán látható. Itt az akkumulátor két töltési és egy használati ciklus alatt történő feszültség­változását ábrázoltam.

Az ábrán megadott feszültségértékek tipikusak egy szabványos ólom-savas akkumulátor esetében.^6,7 Ezért az akkumulátor töltöttségi szintjének felmérése egyszerű: 14 V feletti feszültség teljesen feltöltött akkumulátort jelez, míg a 12 V alatti feszültség kimerülést jelent. Fontos azonban megjegyezni, hogy ezek az értékek kissé eltérhetnek a konkrét akkumulátor típusától, a hőmérsékleti viszonyoktól és egyéb tényezőktől függően.

További gondolatok a környezettudatosságról

Egy fosszilis üzemanyaggal működő lakókocsi nem feltétlenül illik egy tudatos mászó életmódba. Ennek kompenzálása gondos megfontolást igényel, valamint elkötelezettséget a környezeti hatások csökkentése érdekében. Ahhoz, hogy fenntartható legyen a szabadban való mászás, fontold meg az alábbi tudatos választásokat:

• Spórolj az üzemanyaggal, vezess tudatosan. Csak azt vidd magaddal amire szükséged van, hogy minimálni tudd a magaddal vitt súlyt. Ha teheted, használj alternatív üzemanyagot, vagy hibrid, illetve elektromos autót.
• Védd a természetet biológiailag lebomló szappannal a szabadtéri zuhanyokhoz, ne hagyd el magad mögött a szemetet, és minimalizáld az egyszer használatos műanyagokat.
• Támogasd a helyi gazdaságokat, válaszd a helyben előállított termékeket az áruszállítás környezeti hatásának csökkentése érdekében.
• Kompenzáld CO₂-kibocsátásod aktív részvétellel CO₂ kiegyenlítési kezdeményezésekben.
• Csak annyi energiát használj, amennyire szükséged van, és ha teheted állítsd elő ezen energiát környezetbarát forrásokból, mint például napelemek segítségével.

Ezek a gyakorlatok összhangban vannak egy tudatos életmóddal. Ezen felül pozitívan hozzájárulnak a mászó közösséghez pozitív, környezetbarát képének kialakításához is. Ha érdekelnek további cikkek a tudatos mászásról, tekintsd meg A má­­szó­ter­mek­ben hasz­nált magnézia ha­tá­sa az e­gész­ség­re, és a Mentális Edzés a Jobb Mászáshoz cikkeimet. Végül pedig élvezd utazásaid napelemmel felszerelt lakókocsiddal, és bátran fordulj hozzám kérdéseiddel vagy gondolataiddal. Jó utat!

Irodalomjegyzék

1. Fraas, Lewis, and Larry Partain, eds. Solar Cells and Their Applications. 1st ed. Wiley, 2010. https://doi.org/10.1002/9780470636886.
2. ‘Best Research-Cell Efficiency Chart’. Accessed 20 December 2023. https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html.
3. Photovoltaikanlagen: normgerecht errichten, betreiben, herstellen und konstruieren ; Erläuterungen zu den Normen der Reihe VDE 0126, DIN EN 50380, DIN EN 50438 (VDE 0435-901), DIN CLC/TS 50539-12 (VDE V 0675-39-12), DIN EN 60904-8, DIN EN 61194, DIN EN 61345, DIN EN 61427, DIN EN 61683, DIN EN 61829, DIN EN 62124 und unter Berücksichtigung der VDE-Anwendungsregel VDE AR-N 4105. Berlin ; Offenbach: VDE Verlag GmbH, 2011.
4. Stone, Richard. “Move over, Death Valley: These Are the Two Hottest Spots on Earth.” Science, May 19, 2021. https://doi.org/10.1126/science.abj5470.
5. Mavromatakis, F., E. Kavoussanaki, F. Vignola, and Y. Franghiadakis. “Measuring and Estimating the Temperature of Photovoltaic Modules.” Solar Energy 110 (December 2014): 656–66. https://doi.org/10.1016/j.solener.2014.10.009.
6. Perez, Richard. ‘Lead-Acid Battery State of Charge vs. Voltage’, 1993.
7. Kollmeyer, Phillip J., and Thomas M. Jahns. ‘Aging and Performance Comparison of Absorbed Glass Matte, Enhanced Flooded, PbC, NiZn, and LiFePO4 12V Start Stop Vehicle Batteries’. Journal of Power Sources 441 (30 November 2019): 227139. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227139.

badgerboard2021

A nevem Vince, és meg szeretném osztani veletek a mászásban szerzett és általános kültéri (outdoor) tapasztalataimat. Ha bármilyen észrevételed vagy kérdésed van, ne habozz és írj egy e-mailt!