Panele fotowoltaiczne

Panele fotowoltaiczne. Instalacje fotowoltaiczne

Podstawowym elementem domowej instalacji fotowoltaicznej jest panel fotowoltaiczny oraz falownik. Panel fotowoltaiczny przekształca energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną prądu stałego.

Natomiast falownik odpowiedzialny jest za przekształcanie energięi elektrycznej prądu stałego wytworzonej przez panele fotowoltaiczne na energię prądu zmiennego 230 V 50 Hz.

Typowym miejscem montażu paneli fotowoltaicznych jest połać dachu budynku, najlepiej skierowana na południe. Najkorzystniejszym miejscem usytuowania falownika jest sąsiedztwo domowej rozdzielni głównej, dopuszcza się również inne pomieszczenia budynku, a także jego ścianę zewnętrzną.  Czynnikami decydującymi o ilości energii elektrycznej wytworzonej przez instalację fotowoltaiczną są: intensywność promieniowania słonecznego padającego na panele fotowoltaiczne, czas ekspozycji oraz poprawności projektu i wykonawstwa instalacji.

Stając przed wyborem systemu paneli pv, warto wiedzieć, jaki jest ich wybór na rynku oraz poznać wady i zalety każdego z nich. W powiązaniu warunkami, w jakich będzie system ten montowany, łatwiej uniknąć błędów.

W związku z dynamicznym rozwojem rynku ogniw fotowoltaicznych oraz dużą konkurencją stymulującą ten rynek obserwujemy pojawiające się systematycznie nowe rozwiązania, mające skusić do zakupu klientów atrakcyjniejszą ceną, większą wydajnością, a także atrakcyjnym wyglądem.

Obecnie możemy wyróżnić następujące rodzaje ogniw fotowoltaicznych:

1. panele monokrystaliczne

2. panele polikrystaliczne

3. panele cienkowarstwowe

PANELE MONOKRYSTALICZNE

W przeciwieństwie do paneli polikrystalicznych składają się z modułów fotowoltaicznych zbudowanych z pojedynczych kryształów krzemu.

Podstawą do ich tworzenia są cięte na warstwy odpowiedniej wielkości bloki krzemu, których grubość wynosi około 0,3 mm.

Dzięki wykorzystaniu monokryształów krzemu możliwe jest uzyskanie dużej sprawności konwersji energii słonecznej w energię elektryczną osiągającą, w przypadku obecnie produkowanych na skalę przemysłową modułów, do 25%. Nie jest to równoznaczne z uzyskaniem większej sprawności całego panelu. Z racji na ograniczenia technologiczne poszczególne moduły mają kształt wielokątów i nie są w stanie pokryć całej powierzchni panelu. Pomimo tego, podobnie jak panele panele polikrystaliczne, cieszą się one dużą popularnością (24%  udziału w rynku).

PANELE POLIKRYSTALICZNE

Składają się  z modułów wykonanych z wielu kryształów krzemu. Taka struktura modułów jest opcją łatwiejszą i tańszą do wykonania,  w porównaniu do np. paneli monokrystalicznych. jednak przekłada się ona jednak na niższą sprawność modułów.

Maksymalna sprawność możliwa do uzyskania przez panele polikrystaliczne to około 21 %. Są to najbardziej popularne panele fotowoltaiczne (62% udziału w rynku).

W odróżnieniu od monokrystalicznych, panele polikrystaliczne, zwane też niekiedy multikrystalicznymi, zbudowane są z ogniw, które to z kolei stanowią połączenie wielu małych kryształów krzemu. Z tego powodu ich powierzchnia jest niejednolita, co skutkuje minimalnie niższą wydajnością, a także korzystniejszą ceną.

Te cechy decydują o tym, iż polikrystaliczne panele fotowoltaiczne są najczęściej wykorzystywane w budynkach mieszkalnych, jak również w dużych elektrowniach solarnych.

PANELE CIENKOWARSTWOWE

Zaliczyć można do nich panele:
-z krzemu amorficznego
-CdTe
-CIS i CIGS

Istotną dla inwestora cechą tych paneli jest przede wszystkim ich niższa cena, co niestety ma swoje odzwierciedlenie w sprawności paneli. Panele te posiadają niższą masę, co umożliwia ich łatwą implementację w elewację zabudowań . Dodatkowo, nie są one aż tak wrażliwe na wysokie temperatury, przez co w miesiącach letnich spadek ich sprawności nie będzie ptatycznie odczuwalny. Wymagają jednak do poprawnego działania droższej instalacji wyposażonej np. w inwerter transformatorowy galwanicznie izolowany. Nie cieszą się one dużą popularnością (14% udziału w rynku).
Przed podjęciem decyzji o montażu instalacji fotowoltaicznej należy sprawdzić czynniki, które w przyszłości będą miały decydujący wpływ na wydajność techniczną systemu.

Usytuowanie dachu względem stron świata – najkorzystniejsza orientacja  paneli to południe. Jeśli nie jest to możliwe do wykonania należy rozmieścić panele w ten sposób, aby znajdowały się jak najbliżej preferowanego kierunku.

Kąt nachylenie dachu – produkcja energii z systemu fotowoltaicznego jest statystycznie największa, gdy promienie słoneczne padają na ogniwa pod kątem prostym. Optymalny kąt nachylenia dla paneli fotowoltaicznych w Polsce mieści się w granicach 20 – 30°.

Zacienienie – wszelkie czynniki  prowadzące do powstawania cieni padających na baterię paneli fotowoltaicznych prowadzą do zmniejszenia ilości wytwarzaj energii elektrycznej i bezwzględnie należy ich unikać. Ogniwa krystaliczne połączone są w panelach fotowoltaicznych w sposób szeregowy (+ do -), co sprawia, że cały szereg pracuje tak, jak najsłabsze ogniwo. Dlatego w sytuacji, gdy moduł fotowoltaiczny jest zacieniony nawet częściowo, wówczas istnieje niebezpieczeństwo, że cały panel fotowoltaiczny będzie pracował tak, jak zacieniony obszar.

Wykonawstwo- nieprawidłowo zaprojektowana czy wykonana instalacja, może skutkować redukcją wydajności bądź prowadzić do  trwałego uszkodzenia instalacji.

Oprócz sprawności paneli istnieje kilka czynników, które powinniśmy wziąć pod uwagę:

– Temperaturowy współczynnik mocy, pozwalający określić spadek wydajności paneli w czasie występowania podwyższonej temperatury

– Spadek mocy maksymalnej z upływem lat– z upływem czasu moc maksymalna użytkowanych paneli fotowoltaicznych będzie spadać. Jest to zjawisko całkowicie naturalne a jego przebieg powinien być opisany w charakterystyce panelu udostępnianej przez producenta. W przypadku większości paneli wynosi on około 1% rocznie

– Awaryjność paneli – która zależna jest między innymi od odporności na zacienienie, uszkodzenia mechaniczne czy podwyższone temperatury

– Moc paneli uzyskiwana w mniej sprzyjających warunkach – producenci przedstawiają moc paneli fotowoltaicznych jako wartośc maksymalną, uzyskaną w warunkach laboratoryjnych. W praktyce parametry te są niemożliwe do osiągnięcia. W związku z tym przy doborze paneli powinno się także przeanalizować dodatkowe informacje dotyczące ich charakterystyki pracy w mniej sprzyjających warunkach.

Systemy off-grid

Systemy off-grid  (zwane również systemami wyspowymi lub samodzielnymi) to systemy fotowoltaiczne niepodłączone do sieci. Generowana przez panele fotowoltaiczne energia elektryczna jest magazynowana w akumulatorach.
Rozwiązanie to powinno być stosowane jedynie w miejscach, gdzie podłączenie do sieci jest niemożliwe lub niestabilne.

System off-gridowy składa się z następujących elementów:
– paneli fotowoltaicznych, które odpowiadają za przetwarzanie promieniowania słonecznego w prąd elektryczny,
– inwertera, które odpowiadają za przetworzenie prądu stałego, wytworzonego przez panele, na prąd zmienny,
– akumulatorów, które magazynują przetworzoną energię.

Aby tego typu system mógł prawidłowo działać potrzebne są również dodatkowe elementy takie jak:
–  regulator ładowania (kontroluje stan naładowania akumulatorów i nie dopuszcza do ich uszkodzenia poprzez całkowite rozładowanie, lub przeładowanie) i
– przetwornica, która zamienia napięcie stałe z baterii (12 V, 24 V lub 48 V na 230 V lub 400 V), niezbędne do zasilania urządzeń użytku domowego.

Systemy off-gridowe stosowane są w szczególności w infrastrukturze drogowej
(lampy uliczne, znaki drogowe,), a także w domkach, przyczepach campingowych.
Alternatywnym rozwiązaniem jest możliwość stworzenia systemu mieszanego, który
może pełnić funkcje zasilania awaryjnego lub dodatkowego źródła zasilania w
przypadku wystąpienia zbyt małej  małej mocy dostarczonej z sieci lub generatora.