FREEVOLT AKTUALNOŚCI
I ARTYKUŁY

Bądź na bieżąco z najnowszymi wiadomościami i aktualizacjami na temat pozyskiwania energii słonecznej i FreeVolt.

Budowa i działanie instalacji fotowoltaicznej

04/12/2020
Bez kategorii
freevolt

Fotowoltaika jest technologią, która służy do wytwarzania energii elektrycznej, wykorzystując do swojego działania efekt fotoelektryczny. To możliwość inwestycji, która daje gwarancję sukcesu. Rozwiązanie staje się coraz popularniejsze w Polsce i na świecie i nie powinno to dziwić, ponieważ technologia słoneczna jest opłacalna, a energia jest produkowana w ekologiczny sposób. W artykule zostanie przedstawione, jak działa cała instalacja oraz z jakich elementów się składa.

Panele fotowoltaiczne

Panele fotowoltaiczne stanowią najbardziej charakterystyczny element całego systemu. Z tego względu warto przyjrzeć się im w pierwszej kolejności. Panel składa się z ogniw fotowoltaicznych.

Zasada działania modułów fotowoltaicznych

Moduły fotowoltaiczne składają się z ogniw i do swojego działania wykorzystują efekt fotoelektryczny. Światło słoneczne można rozpatrywać jako falę lub jako zbiór cząstek (fizycy nazywają to dualizmem falowo-korpuskularnym). W tym drugim przypadku mamy do czynienia ze zbiorem fotonów. Najważniejszym elementem modułów są półprzewodniki. Mogą one występować w postaci różnych materiałów, ale zawsze są to półprzewodniki. Prąd jest rozumiany w fizyce jako przepływ elektronów. Moduł jest podzielony na dwie warstwy, które są oddzielone warstwą graniczną. Jedna część jest naładowana ujemnie (tzn. posiada przewagę elektronów), a druga dodatnio. Foton, który pada na ogniwo, wymusza dodatkowy ruch elektronów. W ten sposób dochodzi do przepływu ładunków. Różnica potencjałów to właśnie napięcie, które jest wytwarzane pomiędzy dwoma stronami. W efekcie powstaje prąd stały, który na dalszym etapie zostanie przekształcony przez inwerter (nazywany też falownikiem) i w rezultacie produktem będzie prąd elektryczny.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego

Warto by było skupić się nie tylko na działaniu ogniwa, ale również na jego budowie. Półprzewodnik o pozytywnym naładowaniu (p) uzyskuje się poprzez dodanie boru, glinu lub indu. Te domieszki pozwalają doprowadzić do dekompozycji struktury wiązań. Półprzewodnik o negatywnym naładowaniu (n) posiadają zwiększoną ilość elektronów, a to zostaje uzyskane przez uzupełnienie krzemu domieszkami fosforu, antymonu czy arsenu. Tak powstaje złącze p-n, które stanowi podstawę działania modułów pierwszej i drugiej generacji. Same ogniwa nie stanowią jeszcze panelu fotowoltaicznego. Konieczne jest również zastosowanie folii elektroizolacyjnej oraz szyby hartowanej. Celem tych elementów jest odseparowanie ogniw od warunków zewnętrznych. Głównym zadaniem szyby hartowanej jest zwiększenie odporności na uszkodzenia mechaniczne. Niepolecaną praktyką jest chodzenie po panelach, ale tak naprawdę zwykle nie prowadzi to do żadnych uszkodzeń. Oczywiście konieczne jest zapewnienie odpowiedniego pochłaniania światła przez urządzenie. Warto wspomnieć o obecności diody bypass. Te elementy pozwalają na zabezpieczenie instalacji przed sytuacjami kryzysowymi. Jeśli cała instalacja składa się z czterech modułów, to w przypadku, gdy środkowa zostanie zacieniona bez zastosowania diody, cały system nic by nie produkował. Bypass pozwala na zabezpieczenie tego, co produkują ogniwa, na które padają promienie słoneczne. Warto dodać, że w przypadku szeregowego połączenia ilość wyprowadzanej energii bez zastosowania diody byłaby równa najsłabszemu elementowi systemu.

Podział ogniw fotowoltaicznych według generacji

Najpopularniejsze są ogniwa pierwszej generacji. Wykorzystuję one krzem jako półprzewodnik. Ich cena nie należy do najniższych, ale za to wyróżniają się satysfakcjonującą sprawnością przekraczającą 20%. Wśród tej kategorii wyróżniamy jeszcze ogniwa monokrystaliczne i polikrystaliczne. Te pierwsze cechują się wyższą sprawnością, ale też większą ceną. Ogólnie występuje ich mniej niż polikrystalicznych. Ich cechą charakterystyczną są wycięte rogi. Po tym najłatwiej je rozpoznać. Dzieje się tak, ponieważ ten kształt jest optymalny do tego, żeby nie marnować materiału. Przez wyższą cenę są stosowane przede wszystkim tam, gdzie jest ograniczone miejsce. Jeśli brakuje przestrzeni na dachu, a chcemy zainstalować pewną określoną moc, to w takich przypadkach monokryształ może okazać się lepszym wyborem. Moduły polikrystaliczne są najpopularniejszymi ze wszystkich. To właśnie one są najczęściej wykorzystywane w farmach fotowoltaicznych. Jako półprzewodnik zastosowany tutaj został CdTe, CIS lub CIGS. Nazywane są modułami cienkowarstwowymi, ponieważ są znacznie cieńsze niż te pierwszej generacji. Wyróżnia je niższa cena, ale również mniejsza sprawność. W przypadku III generacji nie zastosowano już złącza p-n. Posiadają niższą sprawność i stosunkowo krócej pracują, więc nie należą do popularnych rozwiązań.

Pozostałe elementy systemu fotowoltaicznego

Falownik (inwerter)

Jak wspomniano wcześniej, efektem pracy modułów fotowoltaicznych jest prąd stały, a ten nie nadaje się do użytku przez urządzenia domowe. Żeby łatwiejsze było zastosowanie go, konieczne jest przekształcenie go na prąd przemienny. To właśnie zadanie falownika (nazywanego również inwerterem). Jest to bardzo ważny element całego systemu, gdyż samo przekształcenie jest konieczne, ale równie istotna jest kwestia doboru odpowiedniej charakterystyki. Jest to ważna właściwość, ponieważ jej celem jest zoptymalizowanie osiąganych efektów. Jest to też ten element systemu, który należy do najbardziej obciążonych. Z tego względu, jeśli ma dojść do awarii, to może się ona wydarzyć właśnie na tym elemencie. Firmy rozwiązują ten problem, zapewniając gwarancję na określony czas działania falownika. Konieczność dostosowania punktu mocy maksymalnej daje szansę fotowoltaice być bardziej efektywną technologią. Przy całkowitym obciążeniu pracują na co najmniej 90% sprawności. Po pewnym czasie dochodzi do obniżenia części tej efektywności. Tutaj również firmy dbają o to, żeby zapewnić gwarancję utrzymania mocy przez określony czas, zwykle kilkunastu lat. Zasada działania inwertera działa na zasadzie zmiany częstotliwości poprzez zmiany momentu obrotowego. W rezultacie silnik tego urządzenia będzie działał z większą lub mniejszą prędkością.

Akumulator

Ich zadaniem jest magazynowanie pewnej części energii. W tym przypadku wytwarzanie prądu stałego przez ogniwa fotowoltaiczne jest zaletą, ponieważ pozwala to bez dodatkowych przekształceń naładować ten magazyn energii. Później w przypadku ograniczenia występowania promieni słonecznych będzie można wykorzystać zebrany wcześniej produkt pracy fotowoltaiki. Najczęściej wykorzystuje się akumulatory ołowiowo-kwasowe. Alternatywą są dla nich te niklowo-kadmowe. Szczególnie w krajach o bardziej nieprzewidywalnym klimacie jest to pożądane rozwiązanie. Ten element systemu jest określony na pewną ilość cykli ładowania i rozładowania. Z tego powodu szacuje się ich żywotność na 5-7 lat. Kontrolery ładowania pozwalają zoptymalizować pracę urządzenia. W przypadku niewłaściwej pracy tego elementu może dojść do skrócenia czasu działania. Ogólnie akumulatory są uważane za jeden ze słabszych punktów ekologicznego pozyskiwania energii. Jednocześnie powoduje to, że potencjał w tej technologii jest ogromny. Lepsza technologia składowania energii pozwoliłaby energii wytwarzanej w ekologiczny sposób kompletnie zdeklasować metody konwencjonalne. Szczególnie że te pierwsze charakteryzują się mniejszą przewidywalnością wytwarzania. Z tego względu akumulatory stanowią tak ważny element całej instalacji.

Kontrolery napięcia

Wcześniej wspomniano, że istotnym elementem jest regulowanie ładowania i rozładowywania akumulatora. Kontroler napięcia reguluje prędkość tych procesów. Istotną kwestią jest to, że jeśli ten element systemu będzie działał odpowiednio, to akumulator dłużej będzie zachowywał swoje pierwotne właściwości.

Pozostałe elementy systemu fotowoltaicznego

Oczywiście cała instalacja do swojego działania musi posiadać okablowanie. Musi ono spełniać pewne warunki bezpieczeństwa. Instalacja powinna działać również w trudnych warunkach pogodowych. Kable muszą dać sobie radę w przypadku deszczu czy śniegu. Konieczne jest również odpowiednie połączenie wszystkich elementów. Stosuje się do tego przede wszystkim junction boxy oraz złącza MC4. Konieczne jest zapewnienie wodoszczelności całego systemu. Niezbędnym elementem całości są również liczniki zużycia i produkcji energii. To pozwoli uzyskać wszystkie dane odnośnie do działania całego systemu. Konieczne jest zastosowanie liczników dwukierunkowych, ponieważ możliwość odprowadzania energii do sieci również musi zostać odpowiednio wyregulowana. Zwykle stosuje się liczniki, których działanie opiera się o układy scalone o podstawie zbudowanej z półprzewodników.

Warianty występowania systemu

Zrozumienie działania całego systemu wymaga przedstawienia wariantów, w jakich może on występować. Czymś zupełnie innym jest instalacja wolnostojąca i taka podpięta do sieci. Możliwe jest również występowanie systemów hybrydowych.

Instalacja fotowoltaiczna w sieci energetycznej

Akumulatory są ważnym elementem systemu, ale najlepszym rozwiązaniem jest przesył energii do sieci. To pozwoli od razu wykorzystać ją, gdy będzie na to zapotrzebowanie. Energia wytworzona w ekologicznych warunkach jest tą, która jest pożądana w kontekście środowiska i dlatego jest to rozwiązanie, które jest wspierane przez państwo. System prosumencki pozwala na sprzedaż nadwyżek do sieci. Zwykle szacuje się, że optymalnym rozwiązaniem w kwestii doboru wielkości instalacji jest zbliżenie się do 100% zapotrzebowania budynku. Przewymiarowanie zwykle prowadzi do znaczącego zwiększenia się czasu zwrotu. Podłączenie do sieci jest jednak dodatkowym zabezpieczeniem. Dostawca jest zobowiązany do odkupienia energii, która została wytworzona w ekologiczny sposób. To daje gwarancję, że nadwyżka energii nie zostanie zmarnowana. Samo słowo prosument składa się z producenta i konsumenta i ono najlepiej przedstawia ideę działania tego systemu.

Systemy wolnostojące

Nie w każdym miejscu można podłączyć instalację do sieci energetycznej. W takich miejscach jeszcze ważniejsza jest możliwość skorzystania z instalacji fotowoltaicznej. W tym przypadku konieczne będzie zastosowanie akumulatora, który pozwoli zabezpieczyć się przed momentami, gdy nie będzie dochodziło do padania promieni słonecznych na ogniwa. W takiej sytuacji konieczne jest kontrolowanie stanu naładowania. Ważne jest zadbanie kontrolera o to, żeby nie doszło do całkowitego rozładowania, co doprowadziłoby do skrócenia żywotności urządzenia. Konieczność zabezpieczenia się w złych warunkach powoduje, że trzeba zastosować odpowiednio duży magazyn energii. Systemy wolnostojące można zastosować w dowolnym miejscu i dlatego jest to rozwiązanie, które idealnie nadaje się w miejscach odludnych. Często stosuje się taki rodzaj systemów w przypadku domów letniskowych.

Systemy hybrydowe

Moduły fotowoltaiczne bardzo dobrze nadają się do połączenia z innymi sposobami wytwarzania energii. Najczęstszymi kombinacjami jest współpraca rozwiązań słonecznych z gazowymi lub wiatrowymi. W tym pierwszym przypadku idea polega na połączeniu rozwiązań, z których jedno będzie możliwością do obniżenia kosztów rachunków (fotowoltaika), a drugie stanowi gwarancję dostarczania energii w każdej sytuacji (gaz). Połączenie z turbinami wiatrowymi to wykorzystanie założenia, że często, jeśli słońce jest przesłonione przez chmury, występuje wiatr. Takie podejście pozwoli wykorzystać szerszy zakres występującej pogody. Szczególnie w połączeniu z akumulatorami w ramach systemów wolnostojących można stworzyć systemy hybrydowe, które będą zapewniać większe bezpieczeństwo w celu dostarczania energii w każdym momencie zapotrzebowania.

 

SKONTAKTUJ SIĘ Z NAMI
W CELU UZYSKANIA DARMOWEJ WYCENY

Wypełnienie formularza jest łatwe i szybkie. Nasz przedstawiciel skontaktuje się z Tobą w celu przedstawienia bezpłatnej wyceny.
Jeśli wolisz sam zadzwoić wybierz nr.

BIURO
- 737 737 994

Back to top