Egy fotó, egy tánc, és még azt is megmondja, hogyan érdemes napenergiát termelni

Még kiszámíthatóbbá tehető a napelemek időjárásfüggő energiatermelése azzal a módszerrel, amelyet Mayer Martin, a BME GPK gépészmérnök kutatója fejlesztett ki.

„Egy évvel ezelőtt még nem éreztem teljesnek a kutatási eredményeimet, ezért döntöttem úgy, hogy várok, és a következő alkalommal egy színvonalasabb, jól megalapozott következtetésekkel igazolt tudományos munkát nyújtok be az Akadémiához. Fontos volt számomra ez a pályázat, nem csak a presztízsértéke miatt, vagy azért, mert további lépés az MTA doktori cím felé vezető úton. Komoly, a szakmai pályámon meghatározó grémium előtt mutathattam be eredményeimet, és ösztönzően hat, hogy elismerték a választott témámat és az itt végzett munkámat” – fogalmazott Mayer Martin János, a BME Gépészmérnöki Kar (BME GPK) Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék adjunktusa, aki egyike volt annak az öt ifjú műegyetemi kutatónak, akiket idén Akadémiai Ifjúsági Díjjal tüntetett ki az MTA (pályamunkájának címe: „Fizikai elvű napelemtermelés-előrejelző módszer fejlesztése” – szerk.).

Mayer Martin egy évtizede, még alapszakos hallgatóként vágott bele a tudományos munkába: már TDK munkáját is a napelemekkel kapcsolatos kutatási eredményeiből írta. Később geotermikus energiával, valamint a tükrökkel hőt, majd abból villamos energiát előállító naperőművek témakörével foglalkozott, ám e technológia visszaszorulásával újból visszatért a napelemek vizsgálatához. 2016 után ugyanis Magyarországon is egyre nagyobb teret nyert a napelemes technológia. A gazdaságban megnőtt a kereslet erre a megújuló energiatermelő lehetőségre, így a tervezett kutatásokhoz is könnyű volt ipari partnereket találni. Mayer Martin idővel a téma kapcsán egy szűkebb területre, a napelemek termelésének előrejelzésére specializálódott. Kutatásai során felvette a kapcsolatot az időjárási és napsugárzási adatokat biztosító Országos Meteorológiai Szolgálattal (OMSZ), a kezdeti partneri viszony azóta rendszeres és mélyebb lett az OMSZ és a BME GPK között. 2017-tól ugyancsak aktív kapcsolatot épített ki az MVM Zrt-vel, amely a napelemparkokkal kapcsolatos termelési adatokat biztosította Mayer Martin vizsgálataihoz.

A fiatal kutató két éve befejezett doktori kutatásinak legfontosabb eredménye, hogy a napelemparkok elméleti működését leíró modellekből felállította az ún. fizikai modellsorok minden eddiginél átfogóbb és pontosabb keretrendszerét, amellyel az időjárás előrejelzések alapján a napelemek teljesítményének hatékonyabb becslése is lehetővé válik. Mayer Martin a szimulációkkal és számításokkal alátámasztott kutatásaiban kifejtette, hogy egy előrejelzés pontossága jelentősen függ a modellsor egyes lépéseiben használt komponensmodellektől. Megalkotta a fizikai modellsor optimalizálás fogalmát, valamint ennek gyakorlati megvalósítását, amelynek köszönhetően akár 12%-kal is csökkenthető a napelemekkel kapcsolatos előrejelzések átlagos abszolút hibája (mean absolute error - MAE).

Mayer Martin modelljével az adott napon, és  24 órán belül, negyedórás felbontással meghatározható a napelemek energiatermelésének mértéke. Hangsúlyozta, hogy a termelés-előrejelzések felhasználásával optimalizálható a villamosenergia-rendszerben működő további erőművek üzeme, és a pontosabb előrejelzésekkel csökkenthető a drágán termelő tartalék egységekhasználata . Eredményei azért is fontosak mert  a közelmúltban jelentősen megdrágult földgázköltségek miatt a gyors terhelésváltoztatásra képes gázturbinás erőművek termelési költségei is megnőttek, ezért gazdaságilag is indokoltabbá vált az energiatermelés pontosabb megtervezése.

A GPK díjazott kutatója a múltbeli adatokon alapuló statisztikai elemzés legkorszerűbb formájaként gépi tanulási módszereket is alkalmazott a fizikai modellezés kiegészítésére: olyan hibrid modelleket alkotott meg, amelyekkel még az optimalizált modellsorokhoz képest is további 5%-kal csökkentette az előrejelzések átlagos abszolút hibáját. Az új kutatási irány a valószínűségi termelés előrejelzés: a várhatóteljesítmény értékek mellett a termelt energia valószínűségi eloszlását is megismerhetjük, azaz, hogy mekkora bizonytalanság társul az előrejelzett várható értékhez.

Fizikai modellsorait a napelemparkok tervezési adatainak hiányos ismerete esetén is hatékonyan lehet alkalmazni. Górcső alá vette, hogy a napelemparkok tervezési paraméterei miként hatnak a megtermelt energiával kapcsolatos becslésekre. Rávilágított, hogy tervezési paraméterektől függően a sugárzás előrejelzés különböző tartományaiban jelentkező hibák eltérő módon terjednek át a teljesítmény előrejelzésre. Számításaival célzottan pontosíthatók a napsugárzással kapcsolatos várakozások, másrészt e kalkulációk segítik a kapott eredmények helyes értékelését is. Javaslata a jelenlegi gyakorlathoz képest újdonságnak számít, ezért az ifjú kutató úgy véli, a napelemparkok optimális tervezéséhez is szükséges figyelembe venni a teljesítmény előrejelzések során kapott adatok pontosságát. Átfogó elméleti keretrendszere ebben is a napelemparkokat tervező szakemberek segítségére lehet. Bár kutatásai egyelőre elméletiek, módszertana pedig minden eddiginél komplexebb, ezért a megvalósítás körül még sok a nyitott kérdés (például a villamosenergia-rendszert is fel kell készíteni a valószínűségi információk befogadására), ám Mayer Martin bízik benne, hogy következtetései hamar létjogosultságot nyernek a gyakorlatban.

Mayer Martint már egyetemistaként inspirálta a kutatás, és mindig is az emberiség, a jövő generációja szempontjából meghatározó és fontos kérdések érdekelték. Ezért választotta a műszaki pályát: úgy vélte, mérnökként részt vehet új területek felfedezésében, számára meghatározó témák formálásában. Az akadémiai pálya mellett kötelezte el magát: úgy véli az iparban, ahol a rövidtávú gazdaságos működés gyakran felülírja a távlati célokat, kevesebb alkotói szabadsága lenne. Kutatóként viszont azzal a témával foglalkozhat, ami igazán érdekli, és amit hosszú távon fontosnak tart, valamint új ötleteken dolgozhat egy szakmailag kiváló, fiatalokat támogató tanszéki légkörben.

Szereti a műegyetemi közeget, a munka mellett szabadideje egy részét is itt tölti: a Műegyetemi Néptáncegyüttes (MENTE) aktív tagja, heti több alkalommal is részt vesz a társulat próbáin, és az egyesület alelnökeként aktív szerepet vállal annak működtetésében és a programok szervezésében is. Mayer Martin érdekességként mesélt a bme.hu-nak adott interjúban másik hobbijáról, az asztrofotózásról is: a legkülönfélébb helyekről készít képeket az éjszakai égboltról. 2019-ben önálló fotókiállítása volt „Láthatatlan fények” címmel, „Égi és földi ragyogás” című fotóját pedig nemrégiben a nagyközönség is megtekinthette a Csillag-Képek Országos Asztrofotó Kiállításon a Magyar Természettudományi Múzeumban, ahol az asztrotájkép kategória három kiemelkedő alkotása közé választották a lencsevégre kapott pillanatképét.

Jövőbeli terveivel kapcsolatban elmondta, hogy hamarosan bekapcsolódik az egyetemen zajló energiatárolással kapcsolatos kutatásokba, mivel a napelem által termelt energia mértékének ingadozása és bizonytalansága okozta kihívásokra hosszú távon csak az energiatárolás adhat megoldást. A megújuló energiaforrások hasznosításáról oktatja az alap- és mesterképzéses hallgatókat, emellett Bolyai-ösztöndíjasként és egy nyertes OTKA pályázat vezetőjeként folytatja tovább a tudományos munkát. Megtisztelő volt számára, hogy nemrégiben Junior Prima Díjat nyert, amelyre egyetlen kari jelöltként Orbulov Imre Norbert, a BME GPK dékánja jelölte őt. Mayer Martin aktívan együtt dolgozik külföldi kutatókkal is, köztük Dazhi Yanggal, a Harbin Institute of Technology professzorával, a napelemekkel kapcsolatos előrejelzés területének nemzetközileg legelismertebb szakemberével. Közös kutatómunkájuk gyümölcseként már három megjelent, és további három bírálat alatt álló közös folyóiratcikk is született.

TZS-KJ

Fotók forrása: Mayer Martin