Odkryj źródło energii: kluczowe elementy instalacji fotowoltaicznych

Wprowadzenie

W artykule tym przyjrzymy się bliżej kluczowym elementom instalacji fotowoltaicznych, Dowiemy się, jak działają i jaką pełnią rolę w całym systemie.

Na instalację fotowoltaiczną składają się następujące elementy: moduły fotowoltaiczne, inwerter, konstrukcja wsporcza, przewody i złącza oraz zabezpieczenia. W zależności od typu systemu dodatkowym elementem może być np. magazyn energii. Zapraszamy do lektury.

Moduły fotowoltaiczne

Moduły fotowoltaiczne, są kluczowym elementem każdej instalacji fotowoltaicznej. Są to urządzenia, które przekształcają energię słoneczną na energię elektryczną przy wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego. Moduły fotowoltaiczne składają się z wielu ogniw fotowoltaicznych, które są połączone w szereg lub równolegle. Ogniwa te są zazwyczaj wykonane z krzemu, który jest półprzewodnikiem, zdolnym do generowania prądu elektrycznego pod wpływem światła słonecznego. Ogniwa są chronione przez przezroczystą powłokę, która zabezpiecza je przed warunkami atmosferycznymi, takimi jak deszcz, wiatr czy pył. Moduły są również wyposażone w ramę, która zapewnia im wytrzymałość oraz ułatwia ich montaż na dachu lub innym podłożu.

Rysunek 1. Przednia i tylna strona modułu fotowoltaicznego bifacjalnego Bauer 385 W.

Moduły fotowoltaiczne są dostępne w różnych kształtach i rozmiarach, co umożliwia ich zastosowanie na różnych podłożach. Mogą być montowane na dachach budynków, na ziemi, na konstrukcjach przystosowanych do śledzenia słońca (trackerach) lub nawet na pływających platformach. Odpowiedni dobór modułów zależy od indywidualnych potrzeb, takich jak dostępna powierzchnia, budżet czy pożądany poziom generowanej energii.

Skonstruowane są w taki sposób, aby przekształcać jak największą ilość energii słonecznej na energię elektryczną. Ich wydajność jest określana przez współczynnik sprawności, który informuje, jaka część energii słonecznej jest konwertowana na energię elektryczną. Współczynnik ten jest zazwyczaj wyrażany w procentach i może się różnić w zależności od typu i jakości modułów.

Moduły fotowoltaiczne nie emitują żadnych substancji szkodliwych do atmosfery podczas wytwarzania energii elektrycznej.

Dzięki rozwojowi technologii fotowoltaicznych, moduły stają się coraz bardziej efektywne i tańsze, co sprawia, że energia słoneczna staje się coraz bardziej dostępna i konkurencyjna w porównaniu do tradycyjnych źródeł energii.

Inwerter fotowoltaiczny

Inwerter fotowoltaiczny odpowiada za przekształcanie energii słonecznej zgromadzonej w postaci prądu stałego (DC) przez moduły fotowoltaiczne na prąd zmienny (AC). W momencie, gdy moduły fotowoltaiczne absorbują światło słoneczne, generują prąd stały, który nie jest zgodny z wymaganiami większości urządzeń elektrycznych, a także sieci energetycznej. Tutaj właśnie pojawia się rola inwertera. Jego zadaniem jest skonwertowanie prądu stałego na prąd zmienny o odpowiednim napięciu i częstotliwości, aby można go było wykorzystać w gospodarstwie domowym.

Rysunek 2. Falownik sieciowy Hypontech HPT-6000.

Inwerter fotowoltaiczny jest wyposażony w różne funkcje i zabezpieczenia, które mają na celu zapewnienie niezawodności i bezpieczeństwa działania całego systemu fotowoltaicznego. Obejmuje to m.in. zabezpieczenia przed przegrzewaniem, przeciążeniami czy przepięciami. Dodatkowo, niektóre inwertery posiadają wbudowane systemy monitorowania, które umożliwiają kontrolę wydajności systemu oraz identyfikację ewentualnych usterek.

Inwerter pełni kluczową rolę w konwersji energii słonecznej na energię elektryczną. Jest obowiązkowym elementem systemów fotowoltaicznych, umożliwiając optymalne wykorzystanie energii słonecznej do zasilania budynków.

Magazyn energii

Magazyn energii pozwala na przechowywanie nadwyżek prądu w sytuacjach, gdy produkcja energii elektrycznej przez instalacje PV jest większa niż jej aktualne zużycie. Taki mechanizm umożliwia wykorzystanie zgromadzonego nadmiaru energii w okresach zwiększonej konsumpcji.

W przypadku, gdy zużycie energii w domu jest niższe niż ilość energii wytworzonej przez panele fotowoltaiczne, możliwe jest pozyskanie prądu stałego z tych paneli i wykorzystanie go do naładowania magazynu energii. Gdy akumulatory osiągną pełne naładowanie, wszelkie nadwyżki są przesyłane do sieci energetycznej. W nocy, kiedy zapotrzebowanie na energię elektryczną w domu wzrasta, bateria rozładowuje się, aby zasilić urządzenia i sprzęt, umożliwiając korzystanie z energii odnawialnej nawet po zachodzie słońca.

Istotnym komponentem w systemie magazynu energii jest system zarządzania baterią (BMS – Battery Management System), który monitoruje takie parametry jak napięcie, prąd, temperatura i poziom naładowania. BMS ma za zadanie zapewnić bezpieczeństwo i efektywność akumulatora, kontrolując procesy ładowania i rozładowywania oraz chroniąc baterię przed potencjalnie niebezpiecznymi sytuacjami, takimi jak nadmierne naładowanie, rozładowanie czy przegrzanie.

Rysunek 3. Magazyn energii Pylontech Force H2

Przewody

Przewody stosowane w instalacjach fotowoltaicznych dzielą się na przewody DC i AC.

Przewody DC przesyłają prąd stały (DC) generowany przez moduły fotowoltaiczne. Muszą być odporne na działanie promieniowania UV oraz czynniki atmosferyczne, takie jak deszcz, wiatr czy zmiany temperatury. Przewody DC są zwykle podwójnie izolowane i posiadają specjalne oznaczenia dotyczące tolerowanych napięć i prądów.

Przewody AC służą do przesyłania prądu zmiennego do urządzeń elektrycznych w domu lub do sieci energetycznej. Po konwersji prądu stałego na prąd zmienny w inwerterze, uzyskane napięcie sieciowe o wartości 230/400V jest przekazywane do centralnej rozdzielnicy budynku poprzez przewody AC.

Zabezpieczenia

Aby mieć pewność, że instalacja fotowoltaiczna jest bezpieczna, niezbędne są zabezpieczenia. Mają one na celu ochronę przed przeciążeniem, zwarciem, uszkodzeniem elementów instalacji oraz minimalizację ryzyka pożaru lub porażenia prądem. Najczęściej stosowanymi zabezpieczeniami w instalacjach fotowoltaicznych są:

• Zabezpieczenie przeciwprzepięciowe (ogranicznik przepięć) – ma za zadanie ochronę przed skokami napięcia wynikającymi z wyładowań atmosferycznych lub innych zjawisk. Ogranicznik przepięć instaluje się zarówno na linii DC, jak i AC instalacji fotowoltaicznej, aby zapobiec uszkodzeniu modułów, inwertera oraz innych urządzeń elektrycznych.
• Zabezpieczenie przed przeciążeniem – przyłączenie przeciążonego obwodu PV do instalacji może prowadzić do uszkodzenia komponentów oraz zwiększenia ryzyka pożaru. Dlatego stosuje się różnego rodzaju zabezpieczenia, takie jak bezpieczniki topikowe.
• Zabezpieczenie przeciwzwarciowe – wystąpienie zwarcia w instalacji fotowoltaicznej, niesie ryzyko zapalenia się instalacji. Aby tego uniknąć wykorzystuje się zabezpieczenia, takie jak wyłączniki różnicowoprądowe, które w razie wykrycia prądu zwarcia automatycznie odłączają obwód instalacji fotowoltaicznej od sieci.

Konstrukcje wsporcze

Wszystkie wymienione komponenty instalacji fotowoltaicznych są niezbędne do prawidłowego działania systemu. Istotną też rolę pełnią systemy mocowania modułów, czyli konstrukcje wsporcze. Umożliwiają  one odpowiednie umiejscowienie modułów pod kątem takim, który zapewni maksymalne naświetlenie przez promienie słoneczne.

Rozróżnia się trzy rodzaje konstrukcji wsporczych:

• Systemy na dachy skośne – rodzaj mocowania zależny jest od pokrycia dachowego, np. na blachodachówce moduły montuje się na aluminiowej szynie.
• Systemy na dachy płaskie – są w formie dużych, metalowych stelaży. Mocowane są do powierzchni dachu za pomocą betonowych bloków.
• Systemy na gruncie – konstrukcje wsporcze jednonożne, bądź wielonożne. Mocuje się je na fundamencie betonowym wylanym na gruncie.

Podsumowanie

Instalacje fotowoltaiczne stanowią istotny element globalnej transformacji energetycznej, pozwalając na wykorzystanie energii odnawialnej w sposób bardziej efektywny i zrównoważony. Zgłębianie wiedzy na temat elementów instalacji i zrozumienie ich działania jest kluczowe dla każdego zainteresowanego wykorzystaniem energii słonecznej jako źródła zasilania. Inwestując w system fotowoltaiczny oraz skupiając się na efektywnym zarządzaniu energią, możemy przyczynić się do tworzenia bardziej ekologicznego świata.