Fotovoltika je 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
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
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.
Fotovoltický panel
Monokryštalický panel
-
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
-
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
-
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.
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.
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).
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.
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.
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.
