Napjainkban elterjedőben vannak a háztartási kiserőművek, amelyek különféle megújuló energiaforrások (nap, szél, földhő stb.) felhasználásával állítják elő részben vagy egészében a háztartások által igényelt villamos- és hőenergiát. Erre a célra a VHJ Kft. az NFÜ által meghirdetett KMOP-1.1.4-09-2009 számú, "Vállalati innováció támogatása" program keretében napelemről működő energiaátalakítót fejlesztett ki, amely a háztartások általános célú villamosenergia-ellátására alkalmas

Napelemes háztartási kiserőművek
A napelemes háztartási kiserőműveknek három alapvető építőeleme a napenergiát egyenfeszültségű villamos energiává átalakító napelem, az egyenfeszültségből célszerűen szinuszos váltakozó feszültséget előállító inverter és a háztartás pillanatnyi fogyasztását meghaladó energia tárolására alkalmas elem, ami lehet közüzemi villamos hálózat vagy akkumulátortelep. Ezekből az építőelemekből alapvetően kétféle napelemes háztartási kiserőmű alakítható ki: a szigetüzemű és a hálózatra visszatápláló rendszer.
A szigetüzemű villamosenergia-ellátó rendszerek nem kapcsolódnak a közcélú áramszolgáltatói hálózatra, hanem attól független energiaellátást biztosítanak a rákapcsolt fogyasztók számára. A szigetüzemű energiaellátó rendszernél minden esetben szükség van egy energiatároló egységre (akkumulátor). Előnye ezáltal a szünetmentes energiaellátás biztosítása. Egy szigetüzemű rendszer kimenete nem csatlakozhat a fogyasztói hálózatra, nem táplálhat vissza!
A hálózatra visszatápláló rendszer invertere közvetlenül csatlakozik a kommunális hálózatra, így a napelemek által megtermelt összes villamos energiát közvetlenül a hálózatba tudja táplálni. A rendszer felépítése egyszerű, a napelemeken és a napelemes inverteren kívül nincs szükség semmilyen más eszközre. Egy hálózatra visszatápláló rendszer viszont semmilyen körülmények között sem működhet szigetüzemben, így alternatív energiaforrásnak sem használható! A hálózatra kapcsolt rendszer előnye, hogy napos időben akkor is termeli az energiát, ha nincs fogyasztás, az így megtermelt energiát pedig a helyi áramszolgáltató megvásárolja. A fogyasztott és megtermelt energia különbségét általában egy "ad-vesz" mérős digitális villanyóra méri.
A jelenleg kapható napelemes inverterek az említett csoportok valamelyikébe sorolhatók.
A VHJ Kft. által kifejlesztett napelemes kiserőművek e két rendszer előnyeit ötvözik oly módon, hogy a kiserőművek alapesetben normál hálózati üzemben tudnak működni, amikor az inverter a meglévő napenergiát átalakítás után a hálózatba táplálja. A napenergia, vagy a hálózat megszűnése esetén a kiserőmű leáll.
A másik üzemmód a szigetüzem lehet, de az csak akkor lehetséges, ha a szigetüzemű kimenetre on-line rendszerű szünetmentes tápegység (UPS) kapcsolódik (opció). Ha a szigetüzemű kimeneten on-line UPS van, akkor a kiserőmű hálózatkimaradás esetén a meglévő napenergiát az UPS ellátására fordítja. Ily módon meghosszabbítható az UPS áthidalási ideje, és a meglévő napenergia nem vész el. Hálózati üzemben az UPS ellátása a hálózatról történik, ilyenkor a szigetüzemű kimeneten nincs terhelés.

NKE típusú napelemes kiserőművek
A VHJ Kft. által kifejlesztett kiserőműnek három különböző teljesítményű - 1250, 2500 és 4500 W - változata van. A típusjelük: NKE-1250, NKE-2500 és NKE-5000.

Az 1. ábrán látható az NKE típusú kiserőmű elvi felépítése. A berendezés három fő egységből áll: az NI típusú inverterből, valamint az NCS-DC és NCS-AC típusú egységből, amelyek egy közös, NCS nevű csatolódobozban helyezkednek el. Az inverter az NCS-DC egységen keresztül kapcsolódik a napelemekhez, az NCS-AC egységen keresztül pedig a hálózathoz. A DC egység túl­áram-, valamint túlfeszültség-védelemmel és szakaszolókapcsolóként is működő túlterhelés-védelemmel rendelkezik. Az AC egység túlfeszültség-védelmet és túlterhelés-védelemként is működő áramvédő kapcsolót (FI-relé) tartalmaz.
Az NI inverter kimenete két sorba kapcsolt kapcsolón keresztül csatlakozik az NCS-AC egységhez. Az egyik kapcsolót az invertert vezérlő mikroprocesszor, a másikat az előbbitől független mikroprocesszor működteti (NetGuard). A két egység együttesen teljesíti az IEC 60730-1 szabvány előírása szerinti védelmi követelményeket.

Az inverterek fontos paramétere a hatásfok. A jó hatásfok érdekében minden időpontban a napelemekből az adott besugárzás mellett kivehető maximális teljesítményt kell kis veszteséggel átalakítani és visszatáplálni a hálózatba. Ehhez először meg kell határozni a napelem maximális teljesítményéhez tartozó munkapontot (2. ábra). Ezt a feladatot végzi az MPPT algoritmus (Maximum Power Point Tracking - maximális teljesítményű munkapontkeresés).
Az inverter mikroprocesszoros vezérlő-rendszere lehetővé teszi, hogy az MPPT-szabályozó (booster-fokozat) a rendelkezésre álló lehető legtöbb energiát vegye ki a napelemekből és továbbítsa azt az inverterfokozatnak. A készülék MPPT-szabályozója 96%-os hatásfokkal dolgozik, és az ún. IncCond (Incremental Conductance - változó lépésközű) algoritmust használja. Ez az egyik leghatékonyabb eljárás a ma ismert megoldások között. Az MPPT használatával télen kb. 20 ... 35% közötti, nyáron kb. 10 ... 15% közötti többletenergiát lehet kinyerni a napelemből.
A kiserőművek a telepítés után automatikusan működnek, a napelem által termelt energiától függően. Amikor kevés a napenergia a visszatápláláshoz (pl. éjszaka, vagy túl felhős időben), a kiserőmű teljesen lekapcsol (stand-by fogyasztás a hálózatból, illetve az UPS-ből 0 W).

A hálózatra kapcsolódó inverterek másik fontos jellemzője a betáplált áram "tisztasága", amit az előállított váltakozó áram felharmonikustartalma határoz meg. Az 50 Hz-es alapharmonikus feletti harmonikus komponensek amplitúdóját az IEC 61727 szabvány korlátozza, amelynek az NKE-sorozat készülékei megfelelnek. A 3. ábrán az NKE-2500 típusú kiserőmű hálózatba táplált árama látható névleges terhelésnél. Látható, hogy a hálózati viszonyoktól függően az áramalak jó közelítéssel szinuszos, felharmonikustartalma kb. 4%.

A 4. ábra a hálózatba táplált áramot (sárga jelalak) és a hálózati feszültséget (kék jelalak) együtt ábrázolja. Jól látható, hogy a hálózati terhelési viszonyok miatt az áram fázishelyzete a feszültséghez képest siető, tehát a kiserőmű épp kapacitív meddőteljesítményt szolgáltat.

Az NKE típusú kiserőművek főbb védelmi funkciói
Az IEC 60730-1 elektronikus vezérléssel szembeni követelményeket egy külön mikroprocesszoros védelmi vezérlőegység, ún. NetGuard biztosítja. A hálózathoz való csatlakozás szempontjából fontos üzemi paramétereket a NetGuard egység az inverter mikroprocesszoros vezérlőjétől függetlenül, saját érzékelőkkel folyamatosan érzékeli, kiértékeli és hiba esetén független beavatkozószervvel lekapcsolja az invertert a hálózatról. A lekapcsolás akkor is megtörténik, ha az inverter saját, vagy a NetGuard védelmi áramkörei meghibásodnak.
Hálózati visszatápláló üzemben, ha a hálózati feszültség megszűnik, a készülék az IEC62116 szabvány előírásainak megfelelően lekapcsol a hálózatról. A hálózati feszültség visszatérésekor a kiserőmű 5 perc várakozási idő elteltével kapcsolódik újra össze a hálózattal.
A vezérlőegység - és tőle függetlenül a NetGuard egység - folyamatosan méri a hálózati áram pillanatértékét, effektív értékét, illetve frekvenciáját, és ha ezek közül valamelyik kiesik a megadott tűrésből, a vezérlőegység, illetve a NetGuard egység is független beavatkozószervvel lekapcsol a hálózatról.
Az inverter hálózati oldalán keletkező elektromos rövidzárlattal szemben az inverter rövidzárvédett.
A napelemes rendszer telepítésekor előfordulhat, hogy a kiserőmű bemeneti pozitív és negatív csatlakozóját a napelemmel való csatlakoztatásnál felcserélik. Az inverterek elektronikájának védelme céljából és biztonságtechnikai okokból a fordított polaritású bekötés ellen a készülékek védettek. Az inverter felépítéséből adódóan fázisérzékeny, így a kommunális hálózattal való csatlakozási pontok
(L, N) helytelen bekötése esetén a készülék hibát jelez a felhasználó felé, és mindaddig nem indul el, amíg a hálózati kapcsok nincsenek megfelelően bekötve. Életvédelmi célból a készülék azt is érzékeli, ha a készülék fémháza nincs, vagy nem megfelelően van összekötve a hálózat érintésvédelmi vezetőjével (PE). A készülék ebben az esetben is hibát jelez, és nem indul el.
Az NKE-2500 és NKE-5000 típusú napelemes kiserőművek a nagyobb kimeneti teljesítményt ventilátoros léghűtéssel adják le. Ez azt jelenti, hogy a készülékbe épített hűtőventilátor működését a központi mikroprocesszor vezérli, az aktuális terheléstől függően. Amennyiben az inverter a névleges teljesítményének csak néhány százalékával üzemel, a teljesítmény-félvezetők melegedése (hőveszteség) nem számottevő, így a hűtőventilátor még nem indul el. Ezzel javítható a készülék hatásfoka az alacsonyabb teljesítménytartományokban. Ha a készülék belső hőmérséklete egy bizonyos értéket meghalad (ez a nagyobb terhelések esetén áll elő), a hűtőventilátor bekapcsol, és egészen addig hűti a készüléket, amíg a belső hőmérséklet a normálértékre le nem csökken.
A készülék előlapján elhelyezett 4 db LED, valamint az opcionálisan választható LCD-kijelző felvilágosítást ad az inverter aktuális üzemállapotáról és működéséről. A kijelző menürendszerben működik, így a felhasználó információt kaphat a napelemoldali, a hálózatoldali feszültség és áram aktuális effektív értékéről, valamint a betáplált teljesítményről és a megtermelt energiáról is.

Néhány kijelzés, ami a készülékek üzeme során előfordulhat:

• a készülék bekapcsol (készülék típusa, szoftver verziószáma):

• a készülék normál üzemben dolgozik (hálózati betáplálás, feszültség és áram effektív értékek):

Az NKE-sorozat inverterei láthatók az 5. ábrán. A különböző teljesítményű kis­erőművek mechanikai konstrukciója azonos. Az 1. táblázat a VHJ Kft. napelemes kis­erőműveinek főbb adatait foglalja össze.

A VHJ Kft. honlapja