Fot. 1 Moduły fotowoltaiczne zabudowane na dachu domu jednorodzinnego.Dostępne na rynku moduły fotowoltaiczne, znajdują zastosowanie zarówno w systemach współpracujących z siecią elektroenergetyczną, jak i w obwodach niezależnych. Można je używać wszędzie tam, gdzie potrzebna jest energia elektryczna, a nasłonecznienie cechuje się odpowiednią intensywnością. Oprócz najbardziej powszechnych zastosowań, takich jak obiekty mieszkalne i usługowe, panele fotowoltaiczne dostarczają energię elektryczną do systemów zasilania telefonów alarmowych (np. na drogach), systemów kontrolno-pomiarowych (takich jak stacje meteorologiczne i fotoradary), a także do przydrożnych reklam i szyldów czy też tablic informacyjnych.
Nowoczesne urządzenia technologii fotowoltaicznej, osiągają sprawność na poziomie 16%. Warto zwrócić uwagę na wytrzymałość paneli. Jest ona uzyskana, dzięki specjalnej konstrukcji zabezpieczającej, która bazuje na szkle hartowanym. Uwzględniana jest ona od strony zewnętrznej panelu, natomiast od spodu, zastosowanie znajduje poliuretan. Tym sposobem, odporność na działanie czynników atmosferycznych, jest znacznie zwiększona. Całość modułu, umieszczona jest w aluminiowej ramie. Ważne pozostaje bowiem odpowiednie zabezpieczenie przed naprężeniami mechanicznymi. Kluczowe miejsce zajmuje wysoka odporność udarowa, a także stabilna praca w wysokich temperaturach.
Nie bez znaczenia, w dostępnych na rynku panelach, pozostaje efektywne wykorzystanie dostępnej powierzchni, przy jednoczesnym zminimalizowaniu wymiarów. Producenci gwarantują bezawaryjną pracę urządzenia, przez co najmniej 20 lat. Podaje się także, że w okresie tym, spadek wydajności modułu nie przekroczy kilku procent.
Najmniejszy element systemu stanowi ogniwo fotowoltaiczne. Pojedyncze ogniwo wytwarza energię elektryczną o mocy do 2 W, dlatego też konieczne jest łączenie ogniw w moduły fotogalwaniczne. Pamiętajmy, że moc modułów tego typu wyrażana jest w watach mocy szczytowej. Parametr ten określany jest jako moc dostarczana przez moduł w warunkach standardowych, które występują przy promieniowaniu słonecznym AM1.5, mocy 1000 W/m2 oraz temperaturze otoczenia wynoszącej 25°C. Zwróćmy uwagę, że warunki standardowe występują przez krótki czas, dlatego też przy określeniu parametrów modułów, uwzględnia się charakterystykę prądowonapięciową wydajności, określaną w szerokim zakresie warunków pracy.
Fot. 2 Instalacja modułów fotowoltaicznych nie jest trudna, dzięki specjalnym systemom zamocowań. Stąd też montaż, może być przeprowadzony niemal na każdym dachu. Aluminiowe ramy zapewniają odpowiednią sztywność przy zachowaniu niewielkiej masy konstrukcji. Istotne jest dopasowanie do prawie każdego kształtu dachu.Moduły fotowoltaiczne składają się na panele fotowoltaiczne. W modułach powstaje prąd stały. Istotne jest, że jego wartość zależna jest od nasłonecznienia. Łącząc panele równolegle, zyskujemy zwiększenie pola nasłonecznionej powierzchni, a co za tym idzie, wyższą wartość natężenia prądu. Od ilości paneli połączonych w sposób szeregowy, uzależniona jest wartość napięcia.
Nabywając instalację fotowoltaiczną, zwróćmy uwagę na moduły w wersji elastycznej. Ich podstawowa cecha to niewielka masa. Moduły fotowoltaiczne uwzględnić możemy również na łodziach, jachtach, pontonach, a także w domach campingowych. Interesujące rozwiązanie stanowią moduły zwijane, które można łatwo transportować. Pamiętajmy jednak, że dzięki modułom tego typu, nie uzyskamy zbyt dużej mocy.
Producenci oferują również ogniwa fotowoltaiczne, umieszczone pod cienką warstwą laminatu. Konstrukcja ta nie przewiduje ramy. Za takim rozwiązaniem przemawia łatwy montaż w przypadku dachów płaskich. Zwróćmy również uwagę na panele, które pozyskują więcej energii słonecznej, dzięki pracy w paśmie światła podczerwonego. Są one w stanie produkować energię elektryczną również w miejscach zacienionych. Na rynku nabyć można także moduły fotogalwaniczne, które nie zawierają szkła.
Na kompleksowy system zasilania, bazujący na technologii fotogalwanicznej, składają się również, oprócz modułów słonecznych, inwertery a także kontrolery ładowania.
Fot. 3 Moduł Sanyo HIT 235HDE4. Podkreśla się, że moduł fotowoltaiczny jest urządzeniem, które służy do przemiany światła słonecznego, bezpośrednio na energię elektryczną. Standardowy moduł składa się z pasemek ogniw słonecznych. Są one pokryte laminatem i szybą.Dostępne na rynku inwertery są w stanie współpracować z instalacjami elektroenergetycznymi, zarówno jedno- jak i trójfazowymi. Urządzenia te odpowiedzialne są za przetwarzanie energii pozyskanej przez moduły fotowoltaiczne, na energię w postaci prądu przemiennego. W urządzeniach tego typu istotną rolę odgrywa izolacja galwaniczna. Ważne jest także zabezpieczenie antywyspowe. Dzięki niemu zatrzymane jest oddawanie energii do sieci elektroenergetycznej w przypadku, gdy jej parametry nie spełniają określonych wymagań. Przede wszystkim chodzi o odpowiednie wartości napięcia i częstotliwości. Pamiętać należy, że zabezpieczenie antywyspowe jest wymagane przez administratorów sieci niskiego napięcia. Taka forma ochrony jest istotna, szczególnie podczas zaniku napięcia lub awarii instalacji dostarczających prąd. W momencie, gdy w czasie prowadzenia prac serwisowych nie ma napięcia w sieci, to oddawanie do niej energii elektrycznej, mogłoby spowodować porażenie osób, które sieć serwisują. Ważna jest również funkcjonalność, pozwalająca na monitorowanie uziemienia oraz ochrona przed odwrotną polaryzacją na wejściu. Nie bez znaczenia pozostaje także zapobieganie zwarciom po stronie napięcia przemiennego.
W kompleksowym systemie zasilającym, który bazuje na technologii fotowoltaicznej, ważną rolę odgrywają również kontrolery ładowania. Dostępne na rynku urządzenia tego typu cechują się technologiami, dzięki którym wydłuża się trwałość akumulatora. Bardziej zaawansowane modele, pozwalają na zmianę parametrów użytkowania za pomocą strony www. Tym sposobem zyskuje się możliwość zdalnego nadzorowania urządzenia.
Fot. 4 Moduł fotowoltaiczny, polikrystaliczny GreenTech GT-90PBX. Urządzenie osiąga moc 90 W. Podstawowe cechy to małe gabaryty oraz prosta instalacja. Moduły tego typu najczęściej znajdują zastosowanie przy dostarczaniu energii elektrycznej dla domów całorocznych i letniskowych, stacji przekaźnikowych, niewielkich systemów nawadniających, komunikacji awaryjnej itp.Interesujące rozwiązania, z zakresu technologii fotowoltaicznej, stanowią tzw. pompy solarne. Są to urządzenia przeznaczone do pompowania wody, przy użyciu energii elektrycznej pozyskanej, dzięki panelom fotowoltaicznym. Urządzenia tego typu cechuje oszczędność energii przy uzyskaniu dużej wydajności. Niektóre modele pomp wykonane są w całości ze stali nierdzewnej. Silnik bazuje na technologii bezszczotkowej. Zastosowanie znajduje także system śledzenia maksymalnej wartości modułu, który zapewnia optymalne wykorzystanie energii z modułów fotogalwanicznych. Prędkość obrotowa wirnika pompy jest kontrolowana. Przy zbyt niskim napięciu system jest rozłączany. Niektóre modele pomp, wyposażone są w czujnik niskiego poziomu wody. Ważną zaletą urządzeń tego typu jest prosty montaż. Pompa może być instalowana zarówno poziomo, jak i w pionie. Do zawieszenia wystarczy tylko przewód zasilający.
Zwróćmy uwagę na urządzenia, które przystosowane są do bezpośredniej współpracy z systemami fotowoltaicznymi. Należą do nich chociażby lampy solarne. Nowoczesne urządzenia tego typu łączą w sobie technologię LED oraz fotowoltaikę. Wytworzony prąd przesyłany jest do akumulatorów żelowych. Proces ładowania nadzoruje sterownik mikroprocesorowy. Skumulowana energia do zasilania lampy, pobierana jest nocą. Zalet takiego rozwiązania jest wiele. Przede wszystkim system można stosować w miejscach odległych od sieci elektroenergetycznej. Nie bez znaczenia pozostają także korzyści w postaci finansowej, poprzez obniżenie kosztów zużycia energii. Lampy solarne bardzo często wykorzystywane są przy oświetlaniu parkingów, przystanków autobusowych, parków, ogrodów, a także obiektów przemysłowych i handlowych. Zyskuje się także wyeliminowanie okablowania oraz urządzeń rozdzielczych, na przykład takich jak transformatory. Nie bez znaczenia pozostaje skrócenie czasu realizacji systemów oświetlenia dużych obiektów.
Jeżeli system w całości oddaje energię do sieci publicznej, instalowany jest osobny licznik poboru prądu elektrycznego. Drugi licznik, odpowiedzialny jest za pomiar pobranego prądu z sieci. Jak zatem, w takim przypadku, odbywa się rozliczenie uzyskanych wartości? Otóż, na podstawie odczytu z obu przyrządów pomiarowych, zakład energetyczny wystawia fakturę za wykorzystaną energię lub zwraca pobraną opłatę. Pamiętajmy, aby móc sprzedawać energię, musimy mieć założoną działalność gospodarczą, której przedmiotem działania jest produkowanie energii elektrycznej. Konieczna jest również podpisana umowa o odbiór i sprzedaż wytworzonego prądu z zakładem energetycznym.
Obwody autonomiczne, z dodatkowym podłączeniem sieci publicznej, to kolejna forma współpracy instalacji fotowoltaicznej z ogólnodostępnym systemem elektroenergetycznym. Sposób ten jest podobny do systemu w pełni autonomicznego. Różnica tkwi w tym, że za pomocą specjalnego inwertera, nasza instalacja podłączana jest do sieci publicznej. Energia pozyskana dzięki panelom słonecznym, magazynowana jest w akumulatorach, po czym zamienia się ją na prąd o napięciu 230 V AC. Jeżeli energia z akumulatorów zostanie całkowicie wykorzystana, następuje przełączenie na zasilanie z sieci publicznej. W ten sposób zasilanie jest podtrzymywane do momentu naładowania akumulatorów przez baterie słoneczne. Aby w ten sposób, używać energię elektryczną, pozyskaną z paneli fotowoltaicznych, nie ma potrzeby zakładania działalności gospodarczej czy też podpisywania dodatkowej umowy z zakładem energetycznym. Wynika to stąd, że wyprodukowana energia jest całkowicie przez nas wykorzystana i nie dochodzi do jej dalszej odsprzedaży.
Z pewnością warto zadać sobie pytanie o opłacalność inwestycji w instalację fotowoltaiczną. Pamiętajmy, że zarówno wydajność systemu, jak i czas zwrotu nakładów, są bezpośrednio powiązane z ilością słońca na określonym obszarze. Szacuje się, że w Polsce średnioroczna suma promieniowania słonecznego mieści się pomiędzy 950 a 1150 kWh/m2. Zakłada się także, że ilość godzin nasłonecznionych w ciągu roku wynosi 1600 (wszystkich godzin w roku jest 8736). Stąd też systemy solarne osiągają wydajność od 18 do 20 %. Zwróćmy również uwagę, że korzystając z własnej minielektrowni słonecznej, nie ponosimy opłat za przesył energii. Weźmy zatem pod uwagę również i te czynniki przy kalkulacji inwestycyjnej. Za punkt odniesienia, najlepiej przyjąć cenę 1 kWh energii zakupionej od operatora sieci elektroenergetycznej.
Damian Żabicki
Jesteś zainteresowany podobnymi produktami lub usługami?
Kliknij w wybraną wizytówkę, żeby dowiedzieć się więcej.
