Cikkünk a napelemes rendszerek és szabályzásuk fejlődési történetét mutatja be a kezdetektől 2020-ig, az utóbbi évekre vonatkozóan pedig a megtermelt napenergia mennyiségét, illetve termelésre vonatkozó érdekességeket is bemutatunk.

Aki leginkább az adatokra kíváncsi, ugorjon az ábrákhoz.

1.     A napelemes rendszerek kiépülése – kezdetek és támogatások

Hazánkban először a 2001. évi villamosenergia-törvény biztosította a megújuló energia helyzetét az EU-s jognak megfelelve. Ekkor került meghatározásra a magyar jogban a megújuló energia témaköre, illetve a kötelező átvételük törvényi szabályozása. A megújuló erőforrásból előállított villamos energia támogatása a 2007. évi villamosenergia-törvény és kormányrendelet alapján 2008-tól kezdődött. A kötelező átvételi ár (KÁT rendszer) a megújuló energia termelő erőmű névleges teljesítménye, szerződési időpontja, technológiája és zónaidő alapján differenciálásra került ((398/2007. Korm. rendelet a megújuló energiaforrásból vagy hulladékból nyert energiával termelt villamos energia, valamint a kapcsoltam termelt villamos energia kötelező átvételéről és átvételi áráról)), ám ennek értékét 2008-ban a legtöbb európai országhoz képest jelentősen, három-ötször alacsonyabb áron határozták meg a CEER tanulmánya ((CEER 2013. Status Review of Renewable and Energy Efficiency Support Schemes in Europe. Ref: C12-SDE-33-03. Brussels.)) és a Magyar Energetikai és Közmű-szabályozási Hivatal (MEKH) adatpublikációja alapján, így a 2010-es évek elején a még igen drágának számító napelemes technológia csak nehezen tudott fejlődni az országban.

A napelemes technológia költségcsökkenésének és kisebb mértékben a KÁT összegének évenkénti emelésének köszönhetően azonban 2015-től nagy léptékben kezdődött a nem háztartási méretű, tehát az 50 kVA-nél nagyobb erőművi névleges teljesítőképességű naperőművek létesítése. A napelemek ára az elmúlt évtizedben 15-ödére csökkent és további csökkenés várható, így a beruházók számára kedvezővé vált a hazai átvételi árak mellett is a napelemes rendszerek létesítése.

A technológia fajlagos költségcsökkenése több tényezőnek köszönhető, egyrészt a gyártástechnológiai optimalizálásnak, az automatizálásnak és a hulladékok mennyiségének csökkenésének, másrészt kutatás-fejlesztés eredményeinek és tőkebefektetéseknek ((Kavlak, G., McNerney, J., Trancik, J. E., 2018. Evaluating the causes of cost reduction in photovoltaic modules. Energy Policy. Vol.: 123(C). pp 700-710)).

Az alábbi ábrán látható a háztartási és nem háztartási méretű napelemes erőművek beépített teljesítőképességégének növekedése.

Magyarország Kormánya 2017-ben felfüggesztette a KÁT és bevezette a piaci prémiumon alapuló METÁR támogatási rendszert. A METÁR rendszerben az erőmű tulajdonosa a villamosenergia-piacon, tehát változó áron értékesíti az energiát, melyet az állam kiegészít a pályázatban benyújtott villamos energia árra. A támogatási ár tehát a referencia piaci ár és a pályázaton benyújtott ár különbsége, így csökken az állam költsége és kevésbé torzítja a megújuló villamosenergia termelés a piacot. A KÁT rendszer felfüggesztésének idején a még új, bizonytalannak tűnő METÁR rendszer hatására a pár hetes türelmi időszak alatt több száz, addig beruházáson gondolkodó adta be KÁT-os pályázatát. Ezeknek a beadott pályázatoknak köszönhető nagyrészt a 2018. és 2019. évi magyarországi napenergia beépített teljesítmény „robbanás”.  A KÁT támogatást elnyert erőmű tulajdonosok kedvező helyzetben vannak, hiszen, ha üzemvitelileg kedvezőbbnek találják átválthatnak METÁR támogatásra, ám KÁT-ra nem válthatnak már vissza ebben az esetben.

Az első METÁR tendert 2019 őszén írták ki, amelyben a pályázók összesen 349 MW névleges teljesítőképességű napelemes rendszerrel vettek részt, melyből 157,5 MW-nyi napelemes beruházás nyert támogatást. Tehát látható, hogy az utóbbi években érzékelhető beruházási kedv enyhén csökkent a bizonytalanságok hatására. Amennyiben Magyarország szeretné tartani az energiastratégiájában megadott célokat 2030-ig évente 480 MW új napelemes kapacitás rendszerbe lépésére van szükség, amihez az elmúlt évek adatai alapján a háztartási méretű kiserőművek megközelítőleg 100 MW/év beépített teljesítmény növekedéssel járultak hozzá – a többi erőművi fejlesztést a METÁR-tenderek alapján kellene kigazdálkodni.

Az 1. ábrán látható, hogy 2020-ban magyarországi fotovoltaikus rendszerek névleges teljesítménye eléri a Paksi Atomerőmű névleges teljesítményének ¾-ét.

Magyarország 2030-ra a 20%-os megújuló energia részarány elérését tűzte ki célul energiastratégiájában, melyben nagy részben épít a napenergiára. 2030-ra 6645 MW a napelem beépített teljesítményt prediktál, illetve kíván elérni ((Nemzeti Energia- és Klímaterv)) ((https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/hu_final_necp_main_hu.pdf)).

1. ábra: A beépített napelemes kapacitás változása Magyarországon.((HMKE: 50 kW névleges teljesítményig; Nem engedélyköteles: 50 kW-tól 0,5 MW névleges teljesítményig; HMKE kategóriában 2020-as adatok még nem állnak rendelkezésre, ezért nem látható növekedés a 2019-es értékhez képest; forrás: MAVIR))

2.     A termelt napenergia mennyiségének növekedése

A napenergia beépített teljesítménnyel egyetemben az elmúlt időszakban jelentősen megnőtt a termelt napenergia részaránya a teljes erőművi termelésből. Nem szabályozható termelése miatt rendszertervezés szempontjából nehézségeket okoz, ami növeli a szabályozási tartalékok iránti igényeket és középhosszú távon szükségessé teszi az energiatározók létesítését és villamosenergia hálózati fejlesztéseket az átviteli elemek túlterhelődésének megakadályozása érdekében.

3.     Az időjárásfüggő megújuló energiatermelés nehézségei, veszélyei

A villamosenergia rendszer fontos tényezője, hogy egy adott időpillanatban ugyanannyi energia termelődjön, mint amit a fogyasztók felhasználnak. A frekvenciaszabályozást primer (másodperces), szekunder (perces) és tercier (15 perces) szabályozók, menetrendtartó gázturbinás erőművek, az alaperőművek visszaterhelése vagy energiatározók végzik, így fontos tudni, hogy energiatározók nélkül a fosszilis (hagyományos CO₂ kibocsátó) erőművek elengedhetetlen részei a stabil rendszernek.

A rendszertervezés miatt a megújuló villamosenergia termelőknek 2018-tól menetrend adási kötelezettsége van, tehát 15 perces bontásban előre meg kell adniuk a tervezett energiatermelés mennyiségét. Az amúgy sem egyszerű feladatok 2020. áprilisától tovább nehezíti a tolerancia sávok eltörlésre kerültek. A törvénymódosítás az előrejelzési pontosság növelésére ill. nagyobb méret esetén akár energiatározók létesítésére ösztönzi a termelőket. Az új meghatározás alapján a villamosenergia-tárolásra felhasznált villamos energia nem minősül önfogyasztásnak. Ezzel lehetővé tették, hogy a saját termelésű villamos energiát a termelők a villamosenergia-tárolóba betáplálást követően is a KÁT, illetve a METÁR rendszerek keretein belül értékesíthessék. A MEKH piaci riportjából ugyanakkor az is kiderül, hogy a 2020. áprilisi változások eredményeként jelentősen javult az előrejelzés pontossága, így a rendszer kiszámíthatóbbá vált.

4.     A napenergia részesedése a hazai áramtermelésben

A napenergiának egyre nagyobb arányú a részesedése a magyar villamosenergia rendszerből, melyet a 2. és 3. ábra mutat be.

Az ábrák a nem háztartási méretű, hálózatra termelő naperőművek energiatermelési értékeit szemléltetik. A háztartási méretű napelemes rendszereknél az energia egy része az éppen használatban lévő háztartási gépeknél felhasználódik, így nem kerül be a hálózatra. Az úgynevezett offgrid, vagyis szigetüzemű rendszereknél pedig egy energiatároló berendezés, általában akkumulátor biztosítja a fogyasztási igény szerinti energiaellátást, a napelemes rendszer nem termel a villamosenergia hálózatra.

2. ábra: Napi napenergia és összes erőművi villamosenergia termelés alakulása. (Forrás: MAVIR)

A 2. ábrán jól látható a napenergiából termelt energiamennyiség növekedése a 2016.01.01. és a 2020.08.31. közti időszakban.

A későbbiekben részletesen bemutatjuk a 2. ábrából is jól látható téli és nyári időszak közti eltéréseket.

3. ábra: Villamosenergia termelő erőművek augusztus havi részesedése a rendszerterhelésből a 2016-2020 közötti időszakban. (Forrás: MAVIR)

 

A 3. ábrán a napenergia egyre növekvő részesedését látjuk %-os megoszlásban a többi magyarországi energiatermelőhöz képest.

A napenergia termelés a napsugarak beesési szögétől, a napsütéses órák számától és a direkt és szórt fény arányától is függ, így a termelt energia mennyisége közt jól megfigyelhető a szezonalitás, amit a 4. ábra is mutat. Az egyre nagyobb napelemes névleges teljesítménynek köszönhetően 2020 augusztusában 205,3 GWh villamosenergiát termeltek a magyarországi napelemes rendszerek, ami az eddigi legnagyobb havi érték, ami közel 95 ezer háztartás éves villamosenergia fogyasztását fedezi. Ez a mennyiségi csúcs várhatóan 2021 nyarán fog megdőlni. A napenergia termelés éves részesedése (az éjszakai órákat is belevéve) az országos villamosenergia termelésből 2019-ben 3%-os volt.

4. ábra: Nem háztartási méretű naperőművek névleges teljesítménye és a termelt energia mennyisége 2016. és 2020. között. (Forrás: MAVIR)

 

5. ábra: Napenergia termelés aránya (havi átlag). (Forrás: MAVIR)

 

Az eddigi legnagyobb napi fotovoltaikus energiatermelést 2020.05.22-én mérték, 8505 MWh termelt energiával. Ekkor az ország egész napos energiatermeléséből, tehát az éjszakai órákat is beleszámítva 12,67%-ot szolgáltattak a napelemes erőművek.

Legnagyobb napenergia termelési csúcsot pedig a MAVIR adatai alapján 2020.08.02-án 13:00 környékén állították fel a magyarországi fotovoltaikus erőművek 1003 MW-tal. A délutáni csúcsidőszaknak ebben a negyedórájában a hazai áramtermelés 24,25%-át biztosították a napenergia termelők.

Az 5. ábrán  látható, hogy a napenergia csúcstermelés szempontjából releváns nyári órákban, 10:00 és 17:00 óra között 2018-ban 3,9%-át, 2019-ben 11%-át, 2020-ban pedig 17,6%-át biztosították átlagosan a naperőművek az ország energiatermelésének.

Az utóbbi években tehát dinamikus fejlődés látható,  mely fejlődést a hálózatüzemeltetésnek is le kell követnie.

 

6. ábra: Napenergia termelés aránya a nyári csúcsokban (10-17h). (Forrás:MAVIR)

 

Ezzel szemben a téli hónapokban a nyárihoz képest megközelítőleg harmada a napenergia részesedése a hazai áramtermelésből.

7. ábra: Napenergia termelés aránya a téli csúcsokban (10-17h). (Forrás:MAVIR)

5.     Napelemek csúcskihasználtsága

Kihasználás alapján alap-, menetrendtartó és csúcserőművek közé sorolhatjuk a hagyományos erőműveket. Az alaperőművek a csúcskihasználtsága nagyon magas, közel állandó teljesítményen üzemelnek (pl. Paksi Atomerőmű). A menetrendtartó erőművek üzemelésük során a villamosenergia-igény változásihoz alkalmazkodnak, jellemző rájuk, hogy rugalmasan és tág határok között változtatják teljesítményüket. A csúcserőművek üzemelése csak a csúcsfogyasztás időszakában történik.

A csúcskihasználtság az éves termelt energiamennyiség és a beépített névleges teljesítmény hányadosából számolható. Ezek alapján 2016. és 2020. között a hazai naperőművek éves kihasználtsága átlagosan 14,8%-os, januári havi kihasználtságuk 6%-os, a júliusi pedig 23%-os.

6.     Összefoglalás

Az időjárásfüggő megújuló energiaforrásokból előállított villamos energia egyre nagyobb léptékű megjelenése a hálózaton új kihívások elé állítja a szakembereket és a kapcsolódó iparágak szereplőit. 2019-es adatok alapján a hazai erőműpark 10%-át alkotják a napelemes rendszerek, míg a napenergia részesedése az országos villamosenergia termelésből 3%-os volt. A 2030-as célkitűzések eléréséhez nemcsak az erőművi, hanem villamoenergiahálózati infrastrukturális fejlesztések is nélkülözhetetlenek, okos rendszerek, energiatározók rendszerbe építése is szükséges az üzembiztos, stabil, fentartható rendelkezésre álláshoz.