Kako funkcionira fotonaponska energija? Ključni elementi instalacije

Što je fotonaponska energija?

Prije nego što objasnimo njegov rad, definirat ćemo što je fotonaponska solarna energija i po čemu se razlikuje od toplinske sunčeve energije.

Oba koncepta koriste sunčevu energiju, iako ne u istu svrhu. Solarna toplinska energija zagrijava vodu energijom sunca, propuštajući vodu kroz unutrašnjost solarnih panela i s vrlo raznolikim elementima (pumpe, zamke, ekspanzijski spremnik…). Fotonaponska solarna energija nema nikakve veze s tim, jer pretvara sunčevu energiju u električnu.

Zajedničko im je jedino to što oboje koriste panele i energiju od sunca.

Ključni elementi fotonaponske energetske instalacije

Razlikovanjem svakog od elemenata koji čine cjelinu fotonaponske instalacije i uloge koju svaki od njih igra, bolje će se razumjeti njezin rad.

Fotonaponske ćelije (solarni paneli)

Ako govorimo isključivo o transformaciji svjetlosti u električnu energiju, govorimo o poslu koji obavljaju fotonaponske ćelije. Oni su smješteni u zaštitno kućište koje, dodano ostalim komponentama, čini cijelu ploču.

Fotonaponske ćelije su sastavljene od materijala poluvodičkog tipa. Najkarakterističniji materijal fotonaponskih ćelija u komercijalnim solarnim panelima danas je silicij. Postoje i drugi poluvodički materijali kao što su germanij ili perovskit.

Poluvodiči imaju sposobnost transformacije fotona (svjetlosti) koji dosegnu njihovu površinu u električnu energiju. Ovaj fenomen je poznat kao fotoelektrični efekt. Nakon primanja svjetlosti, u materijalu se stvara razlika potencijala (analogno razlikama tlaka koje pomiču zrak) koja uzrokuje kretanje elektrona, stvarajući električnu struju.

Ovaj dobiveni tok električne energije predstavljen je u obliku istosmjerne struje, poznatog kao kretanje elektrona u istom smjeru i smjeru.

Na taj način fotonaponski paneli stvaraju istosmjernu struju. Dvije glavne skupine panela koje možemo pronaći na tržištu su monokristalne i polikristalne. Ova razlika se odnosi isključivo na atomsku strukturu stanica koje ga čine. U slučaju monokristalnog, postoji jedan kristal silicija kristaliziran na homogenoj temperaturi. Polikristaline tvore različiti kristali različite orijentacije, što rezultira nižom konačnom učinkovitošću, budući da put elektrona ima veći gubitak energije. Potonji imaju plavkasti ton koji ih razlikuje i čini ih, u velikoj većini, nešto manje estetskim.

Kao opće pravilo, monokristalna ploča se najviše koristi, a srednje-visoki rasponi na tržištu imaju učinkovitost od približno 20%.

To nam pomaže razumjeti kako dobivamo kontinuiranu električnu struju od sunčeve svjetlosti. Međutim, ogroman postotak električne opreme koju svakodnevno koristimo koristi izmjeničnu struju u kojoj se elektroni ciklički mijenjaju u smjeru. Stoga je generirana istosmjerna struja samo prvi korak za fotonaponsku solarnu vlastitu potrošnju.

Da bi se energija koju dobivamo iz fotonaponskih panela (jednosmjerna struja) transformirala u potrebnu električnu energiju (izmjeničnu struju), nužan je rad solarnog pretvarača.

Solarni inverter

Cilj pretvarača u fotonaponskoj instalaciji je višestruk: osim pretvaranja istosmjerne električne energije u energiju izmjenične struje, inverter ima sposobnost poboljšanja električne energije koja dolazi do naših usluga, nudeći sigurnu i kvalitetnu opskrbu, kako bi se izbjeglo moguće propadanje električnu opremu.

Inverter također ima funkciju nadzornog i upravljačkog uređaja za fotonaponsku instalaciju. Ovo je zaduženo za praćenje svih operacija kako bi se znalo ima li problema ili neki element ne radi ispravno. To je vidljivo lice naše instalacije. Obično je popraćen pametnim mjeračem koji omogućuje praćenje instalacije i, putem aplikacije, da se u svakom trenutku vidi koliko se proizvodi od panela.

Ovi timovi, ovisno o veličini i snazi ​​fotonaponske instalacije, imat će jednu ili drugu funkciju, kao i postojanje raznih vrsta i formata invertera. Mogu se podijeliti na mnogo načina. Postoje jednofazni ili trofazni, ovisno o naponu napajanja objekta gdje će se instalacija spojiti. Za vrlo male instalacije postoje mikroinvertori, prilagođeni za jedan ili dva modula. Postoje i hibridni pretvarači, s kapacitetom za priključenje baterije (vidi dolje).

Poznato je da ako je ploča zasjenjena, to utječe na cijelu instalaciju. To je popravljeno tehnologijom koju većina trenutnih pretvarača ima: MPPT (praćenje maksimalne snage). To omogućuje, na primjer, spajanje niza modula koji se nalaze u različitim orijentacijama odvojeno u samom pretvaraču. Ako je jedna serija zasjenjena, to neće utjecati na drugu seriju, spojenu na ulaz drugog MPPT-a u pretvaraču.

Postoje i pretvarači koji podržavaju optimizatore snage u pločama. Ovi optimizatori traže svoju maksimalnu izvedbu na svakoj ploči, u svakom trenutku, čineći da djeluju neovisno o ostalima. Na taj je način instalacija u svakom trenutku optimizirana. Tipičniji su u instalacijama gdje se očekuju sjene.

U procesu projektiranja fotonaponske instalacije potrebno je imati stručnjake za proračune sustava, kako bi ispravno prilagodili invertersku opremu na temelju dimenzioniranja buduće instalacije, budući da ova oprema ima raspone radnog napona i intenziteta, što ovise o tome koliko panela ima i kako su električni spojeni.

Baterije (opcionalno)

U slučaju da se želi akumulirati energija, može se dogoditi da u fotonaponskoj instalaciji vlastite potrošnje postoje baterije za pohranu električne energije. Oni rade u istosmjernoj struji, tako da bi pretvarač djelovao kasnije. Ove vrste elemenata tipične su za instalacije gdje je važna noćna potrošnja; Primjer za to mogu biti industrijska skladišta s hladnjacima.

Električno brojilo

Energija koja se konačno pretvara za potrošnju (energija izmjenične struje) prolazi kroz mjerač kako bi se kvantificirala potrošnja energije instalacije.

Modaliteti fotonaponske energije

U osnovi, fotonaponska energija je podijeljena u tri skupine, ovisno o tome kako se tretira proizvedena energija. Pod vlastitom potrošnjom podrazumijevamo stvaranje energije kako bismo je odmah potrošili. Kada se ne konzumiraju, proizvode se viškovi.

Prva skupina bavi se samopotronjom bez ispuštanja viškova, gdje se postavlja element koji sprječava da se proizvedena energija koja nije potrošena ispusti u mrežu (zvano antipražnjenje ili nulto pražnjenje). Ovo nema ograničenja snage, odnosno svaka instalacija vlastite potrošnje može biti bez ispuštanja viškova.

Druga skupina je samopotrošnja s nadoknadom viškova, u kojoj ne postoji takav uređaj koji se zove protuprolijevanje, a u kojoj viškove nastale našom instalacijom na kraju svakog mjeseca prodavač nadoknađuje po dogovorenoj cijeni ( obično oko 5-6 centi po kWh ispuštenom u mrežu). Granica tih viškova je sama potrošnja. Drugim riječima, nikada vam neće nadoknaditi više ispuštenih kWh od kWh koji su vaša potrošnja. Ako je vaša mjesečna potrošnja 700 kWh, a 800 ste ispustili u mrežu, 700 će biti nadoknađeno, a 100 će biti izgubljeno. Osim toga, vaš račun za struju uvijek će imati izraz za struju, nikada (trenutačno) nećete vidjeti besplatan račun za struju u ovom sustavu.

Ova grupa ima ograničenje od 100 kW snage pretvarača. Odatle se viškovi ne nadoknađuju, već se prodaju. Vlasnik objekta mora se registrirati kao proizvođač, što uvelike odugovlači postupke u objektu.

Treća skupina uključuje velike instalacije, pa čak i solarne parkove. To su prodajni objekti u mreži, u kojima je cilj jednostavno prodati proizvedenu energiju za trenutnu dobit.

Fokusirajući se na vlastitu potrošnju, instalacija će zahtijevati inženjerski projekt kada prelazi 10 kW snage invertera, kako bi se legalizirala u industriji. Predstavlja se potvrda o ugradnji, potvrda o završetku (ako je veća od 10 kW), projekt (ako je veća od 10 kW) ili tehničko izvješće. U nekim je zajednicama potrebno da instalacija prođe početni pregled od strane OCA (Ovlašteno kontrolno tijelo) ako prelazi 25 kW snage.

Što se tiče početka radova, poduzima se korak da se oni mogu izvesti uz predočenje izjave o odgovornosti za radove kada se radi o objektima vlastite potrošnje na privatnim krovovima. U nekim općinama i dalje se traži građevinska dozvola.

Konačno, za obradu ispuštene energije (viška u vlastitoj potrošnji) potrebna je dozvola za priključenje na mrežu distribucijske tvrtke ako instalacija prelazi 15 kW snage invertera. Ovaj postupak je da neke industrijske objekte udaljava od korištenja viška naknade, te ih tjera u antidamping, čime je sve jednostavnije na razini legalizacije u industriji, budući da se elektroprivreda nema što baviti i sve ide više. Brz.

O fotonaponskoj energiji, čini se da je gotovo sve već poznato, ali s obzirom na stupanj napretka u otkrićima različitih prednosti koje nude interventni elementi, te brojna istraživanja koja su proizvođači otvorili, vrlo je moguće da fotonaponski energija, kakvu poznajemo, ima odbrojane dane za postizanje brojnih poboljšanja.