Fotovoltika

Fotovoltikaje technický obor zaoberajúci sa premenou slnečného žiarenia na elektrickú energiu. Slnko je hlavný zdroj energie našej planéty už od jej vzniku pred 4 miliardami rokov a ďalšie 4 miliardy rokov ním bude.

Je na svete väčšia istota ako fakt že zajtra opäť vyjde slnko?

Takýto spôsob získavania elektrickej energie predstavuje prirodzený, široko dostupný a trvalo udržateľný zdroj energie.

Základné pojmy vo fotovoltike

Fotovoltický článok

Je tenká (menej ako 1mm) doštička zložená z kremíka a iných materiálov s rozmermi približne 10x 10 cm. Elektrické napätie takéhoto článku je pri optimálnych svetelných podmienkach asi 0,5V. Spojením článkov vzniká fotovoltický panel, základ fotovoltického systému.

Fotovoltický panel

Je zložený z do série či paralelne pospájaných fotovoltických článkov. Panel je hermeticky zapuzdrený a uložený v hliníkovom ráme. Vrchnú časť tvorí tvrdené solárne sklo, spodnú časť tedlarová podložka na ktorej je umiestnený pripojovací box s konektormi. Podľa použitého materiálu rozdeľujeme panely na kremíkové a nekremíkové – tenkovrstvé. Najrozšírenejšie kremíkové panely ďalej delíme na monokryštalické, polykryštalické a amorfné. Nekremíková technológia, to sú predovšetkým tenkovrstvé panely CdTe, GaAs, CIS, CIGS.

Jednotka výkonu 1 Wp

Je maximálny špičkový výkon pri štandardizovanom teste STC (Standard Test Conditions). Podmienky, slnečná energia dopadá na fotovoltický panel kolmo a má hodnotu E = 1 000 W/m2, hustota atmosféry Am = 1,5 teplota článkov T = 25 °C. O výkone panelu v reálnych podmienkach viac vypovedá test NOCT (Normal Operating Cell Temperature), ktorý určuje výkon panelu pri sklone 45°, intenzita žiarenia 800 W/m2 , teplota 20°C, rýchlosť vetra 1 m/s.

Vplyv slnečného žiarenia na výkon panelov

Prechodom cez atmosféru sa intenzita slnečného žiarenia znižuje. Na zemskom povrchu preto registrujeme tri základné druhy slnečného žiarenia – priame slnečné žiarenie, rozptýlené – difúzne (vplyvom oblačnosti) žiarenie a žiarenie odrazené od zemského povrchu alebo iných objektov. Ideálnymi podmienkami pre výrobu elektriny z fotovoltických panelov je priame slnečné žiarenie a teplota prostredia 25°C. Zvýšenie teploty panelov o 1°C, predstavuje pokles jeho výkonu o cca 0,4.

Optimálny sklon a orientácia panelov

Optimálny sklon a orientácia panelov je priamo na juh so sklonom panelov 30°-35°. Pri odklonení o 20° na JV či JZ sú straty na výkone cca 5%. Sklon panelov závisí od typu inštalácie a spôsobu jeho využívania, pri celoročnej prevádzke ostrovných systémov je výhodné umiestniť panely viac "kolmo", ideálne 60°.

Vplyv orientácie a sklonu panelov na výkon

sklon orientace

Výnos z inštalovaného 1 kWp

Na výpočet výnosu má vplyv predovšetkým orientácia a sklon panelov, typ panelu, lokalita. Ideálne orientované fotovoltické pole panelov s výkonom 1kWp v prostredí Slovenska vyrobí za rok 930 – 1050 kWh.

Priemerný ročný úhrn globálneho slnečného žiarenia na území Slovenska

mapa sk ziarenie

Životnosť a záruka

Životnosť panelov je výrobcom udávaná na 30+ rokov. Záruka na mechanické zhotovenie panelu - záruka na výrobok je štandardne pri kremíkovej technológii 10 rokov. Výkon panelu predovšetkým vplyvom vlhkosti časom klesá, výrobca preto garantuje hranicu maximálneho poklesu výkonu. Tento počas 10 rokov prevádzky neklesne pod 90% a po 25 rokoch výkon neklesne pod hodnotu 80% nominálneho výkonu panelu.

Komponenty, technické informácie

Konštrukčný systém

Fotovoltická konštrukcia je tvorená z hliníkových profilov, panelových úchytov a spojovacieho materiálu. Podľa druhu strešnej krytiny je systém kotvený pomocou kombišróbov (plech, bitumen), strešných hákov (škridla) či špeciálnych držiakov na falc (falcovaný plech). Pre rovné strechy je možné použiť systémy kotvené do strešnej konštrukcie alebo samonosné systémy s priťažením.

tric konstrukcny system

Fotovoltický panel

Monokryštalický panel monokrystal

vhodný pre priame južné orientácie, polohovací tracker
dosahuje najvyššiu účinnosť 17-18% medzi kremíkovými panelmi
na inštaláciu vyžaduje plochu cca 7-9 m2/1kWp
čierna farba panelu

Polykryštalický panel polykrystal

vyššia účinnosť pri nie ideálne južnej orientácii – JV,V, JZ,Z
nižšia účinnosť 15-16%, na 1kWp potrebná plocha 8-11 m2
v súčasnosti najpoužívanejší typ panelu
modrá farba povrchu

mikroamorf

Tenkovrstvý panelna báze kremíka – amorfný, mikrokryštalický
nekremíkové technológie– CdTe, GaAs, CIS, CIGS
vysoký výnos pri difúznom žiarení
nižšia účinnosť 9 – 12% v závislosti od technológie, vyšší nárok na plochu, 8-20 m2/1kWp

Solárne panely tvoria významnú časť investície do fotovoltického systému, je preto potrebné venovať ich výberu náležitú pozornosť. Rozhodujúcim faktorom by rozhodne nemala byť cena.

loga fotovoltaika

Striedač napätia

Tvorí jadro fotovoltického systému, mení jednosmerný prúd z FVpanelov na striedavý. Podľa použitia rozdeľujeme striedače sieťové, hybridné a ostrovné, môžu byť 1 alebo 3-fázové, s jedným či viacerými MPPT vstupmi. Dôležitým faktorom je jeho účinnosť , rozsah vstupného napätia, vlastná spotreba a samozrejme výstupný výkon.

Sieťový striedač, je určený pre štandardný fotovoltický systém pripojený do distribučnej siete (on-grid). Pri výpadku siete systém takýto systém nepracuje. Na inštaláciu bez elektrickej prípojky, ostrovný systém (off-grid), napr. chata , použijeme ostrovný striedač s batériou. Hybridný striedač, je kombináciou sieťového a ostrovného striedača s batériou. Pri výpadku siete sa automaticky prepne do ostrovného režimu.

striedac napätia

Batéria

Batéria, batériové úložisko slúži na ukladanie - akumuláciu vyrobenej elektriny. Najrozšírenejšie olovené akumulátory dnes postupne nahrádzajú lítiové. Presadzujú sa predovšetkým svojou odolnosťou, vysokou energetickou hustotou a dlhou životnosťou. Olovené batérie si nachádzajú uplatnenie predovšetkým v menších ostrovných systémoch.

Lítium-iontové (Li-Ion) batérie, predstavujú v súčasnosti to najlepšie komerčne dostupné riešenie pre akumuláciu elektriny vo fotovoltickom zariadení. Z celej množiny Li-Ion batérii sú najpoužívanejšie technológie LiFePO4 (lítium-železo-fosfát) a NMC (lítiun-nikel-mangán – oxid kobaltu).

bateria

ESS, Energy Storage System

Úložný systém skladovania vyrobenej elektriny. Integrované, optimálne vyladené, modulárne riešenie obsahuje hybridný striedač, Li-Ion batériové moduly vrátane a energetický manažér riadenia tokov energie.

Ideálne riešenie hybridného fotovoltického zariadenia, vhodné pre rodinný dom, firmu alebo regionálnu mikrosieť.

ess

Monitorovací systém

Zabezpečí kompletnú kontrolu a správu systému prostredníctvom internetového pripojenia. Prostredníctvom internetového prehliadača alebo softvérovej aplikácie v PC či smartfóne umožňuje sledovanie výkonu v reálnom čase, zhromažďuje štatistické údaje výroby, ale tiež chybové stavy a poruchové hlásenia.

monitorovaci system

Manažér vyrobenej elektriny

Je dôležitou súčasťou fotovoltického zariadenia, zabezpečuje optimálne využitie vyrobenej elektriny v objekte. Maximalizuje spotrebu elektriny z FVZ a minimalizuje prebytky - prietok nespotrebovanej elektriny do distribučnej siete. V prípade, že výroba je v reálnom čase vyššia ako spotreba v objekte regulátor pripája zariadenia ako bojler, akumulačná nádrž, klimatizácia, ohrev a filtrácia bazénu a pod. Nedochádza tak k pretečeniu vyrobenej elektriny do siete.

Len vyrobená a spotrebovaná elektrina skutočne znižuje náklady na energiu.

Regulátor je možné inštalovať aj do existujúceho systému, v závislosti od výkonu systému a pripojených spotrebičov zvyšuje mieru spotreby vyrobenej elektriny až na 90% vyrobenej elektriny.

manazer