Az összehasonlításnál alapul vett napkollektor és napelem jellemzői
A napenergia hasznosításának e két módját nem versenytársaknak tekintjük, hanem sokkal inkább egymás kiegészítőjének. Két teljesen eltérő berendezésről, eltérő technológiáról van szó. A napkollektorban a napsugárzás hatására folyadék, vagy levegő melegszik fel, és az így keletkezett hőenergiát többnyire meleg víz készítésre és épületek, vagy medencék fűtésére használják fel. Ezzel szemben a napelem félvezetőt tartalmazó berendezés, amelyben a napsugárzás hatására töltésszétválasztás, azaz villamos feszültség keletkezik. A napelem tehát egyenáramot állít elő, amelyet általában egy inverter a hálózati feszültséggel megegyező váltóárammá alakít át, így a napelemek által termelt áram hagyományos villamos fogyasztók működtetésére alkalmas.
Teljesítmény és éves energiahozam
A teljesítmény és az éves hozam, ezek a legfontosabb szempontok energiatermelésnél. A teljesítmény elsősorban a napelemeknél jellemző. Jellemzően alkalmazott 60 cellás polikristályos napelemek névleges teljesítménye 250-260 Wp. Fontos dolog, hogy a névleges teljesítményt a napelem csak az ideálisnak tekinthető teszt-körülmények esetén, 1000 W/m2 teljesítményű napsugárzás és 25 °C-os cellahőmérséklet esetén adja le.
Napkollektor és napelem energetikai jellemzői
Napkollektorok esetén a névleges maximális teljesítmény megadása kevésbé használatos, inkább a hatásfokgörbét adják meg a gyártók. 2 m2 teljes felületű napkollektor maximális hatásfoka kb. 80%, hasznos felülete kb. 1,8 m2, így a max. teljesítménye 1000 W/m2 napsugárzás esetén: 0,8 x 1,8 x 1000=1400 Wp. A várható éves energiahozamot a napkollektoroknál egy négyzetméter felületre, a napelemeknél pedig 1 kWp névleges teljesítményre vonatkoztatva szokták megadni.
A napkollektor jobb hatásfokú, energetikailag hatékonyabb, mint a napelem. Azonos felületen napkollektorokkal 4,5-szer akkora névleges teljesítményt, és 3,2-szer nagyobb éves energiahozamot lehet elérni, mint napelemekkel. Máshogy nézve: azonos névleges teljesítmény eléréséhez 4,5-szer, azonos éves energiahozam eléréséhez pedig 3,2-szer nagyobb felület szükséges napelemből, mint napkollektorból.
Ár-érték arány
Az összehasonlítást célszerű elvégezni pénzügyi-gazdasági szempontok, azaz ár-érték alapján is. A napkollektorok felületre vetített egységára valamivel nagyobb, mint a napelemeké. Mind az egységnyi névleges teljesítményre, mind az egységnyi energiahozamra vetített ár a napkollektorok esetében lényegesen alacsonyabb, mint a napelemeknél. A napkollektorokkal jelentősen olcsóbban lehet előállítani energiát, mint napelemekkel. A napkollektoros és a napelemes rendszerek között jelentős különbséget eredményez azonban a napenergiával kiváltott energiahordozó fajtája, és ennek ára. A napkollektorok az esetek többségében vezetékes földgázt, míg a napelemek hálózati villamos energiát váltanak ki.
Összehasonlítva az átlag használt lakossági áram és a földgáz esetében a lakossági vezetékes földgáz előállított hőenergia árát elmondhatjuk, hogy az áram ára kb. 2,5-szer magasabb, mint a gáz ára. Ez komoly előnyt jelent a napelemes rendszereknek a napkollektoros rendszerekkel szemben, hiszen a drágább energiahordozó kiváltása nagyobb megtakarítást és így rövidebb megtérülési időt eredményez.
Napkollektorok és napelemek ár-érték jellemzői
A tároló, mint elem az egyik legfontosabb része ezeknek a napenergia-hasznosító rendszereknek. Tárolóra szinte minden esetben szükség van, mivel a napenergia rendelkezésre állása és az energiafogyasztás időbeli lefolyása általában nem esik egybe. Így a megtermelt napenergiát tárolóban kell összegyűjteni, eltárolni a fogyasztásig.
Napkollektoros és napelemes rendszerek jellemző kialakítása
Tárolás céljára a napkollektoros rendszerek esetében többnyire egy melegvíz tárolót, vagy fűtési puffertárolót használnak. Általában csak egy napi tárolás lehetséges segítségükkel, a napkollektorokkal napközben megtermelt hőenergia eltárolható, így fedezhető belőle a következő napi napsütés kezdetéig jelentkező fogyasztás. Napkollektoros rendszereknél, napi ciklusnál hosszabb tárolás azonban már nem, vagy csak nagyon nagy helyigénnyel és irreálisan magas költséggel valósítható meg. Időszakos tárolás, tehát a nyári napenergia télire történő eltárolása pedig szinte lehetetlen.
A napelem rendszer által termelt energia felhasználása kétféleképpen történhet:
1. Akkumulátoros napelem rendszer: a napelem által termelt egyenáramot akkumulátorokban tárolja, felhasználása esetén egy normál inverteren keresztül tudjuk a 230V-os feszültséget előállítani.
2. Hálózati csatlakozású napelem rendszer: melynek lényege, hogy a napelem által termelt egyenáramot egy speciális inverter segítségével 230V-os váltakozó árammá alakítja hálózati alkalmazásra.
Tehát vannak elektromos hálózatra visszatáplálós és a szigetüzemű napelem rendszerek. A szigetüzemű napelem rendszereknél az energiát tárolni kell azokra az időkre, amikor fel szeretnénk azt éppen használni. Ezt megoldhatjuk akkumulátorokkal, de sajnos az akkumulátorok nagyon drágák és karban kell őket tartani, élettartalmúk sem hosszú, sokszor rövidebb, mint a napelem vagy a napelemhez készített inverter. Ajánlott a nem megfelelő napsütéses napokra fenntartani egy aggregátort pár kanna üzemanyaggal, hogy elektromos áramot állítsunk elő vagy akkumulátorainkat feltöltsük vele. Az akkumulátorokat jól szellőző helyen kell tárolni, mert veszélyes gázok képződnek. Manapság már kapható olyan típus, amit nem kell szellőztetni és most már ezek a gyakoribbak.
Megtérülési idők
Az ábrán azonos, megközelítőleg évi 3300 kWh energiahozamú napkollektoros és napelemes rendszer összehasonlítása látható. Ehhez napkollektorból 6 m2-nyi felület szükséges, míg napelemekből ugyanezt az éves energiahozamot 3 kWp névleges teljesítmény, és 19,2 m2 felület tudja biztosítani. A kisebb elnyelő felület ellenére a napkollektoros rendszer névleges teljesítménye nagyobb: 4,2 kWp, szemben a napelemes rendszer 3 kWp teljesítményével. A napkollektoros rendszer ráadásul olcsóbb is, bruttó beruházási költsége kb. 1,2 millió forint, míg a napelemes rendszer ára kb. 1,75 millió forint.
3000kW/h éves energiahozamú napkollektoros és napelemes rendszer jellemzői
Konklúzióként, habár egyforma tehát a két rendszer éves energiahozama, ha a napkollektorok vezetékes földgázt váltanak ki, akkor ez a jelenlegi lakossági árakon csak évi 49 ezer forint megtakarítást jelent, míg a napelemes rendszer, ami áramot vált ki, évi 124 ezer forint megtakarítást produkál. A magasabb megtakarítás miatt a napelemes rendszer megtérülési ideje sokkal rövidebb, kb. 14 év, mint a napkollektoros rendszeré, ami kb. 24 év.