Komponenty fotovoltaických – solárnych elektrární, členíme na tieto prvky:

  • fotovoltaické panely /solárne panely/
  • regulátory napätia, meniče MPPT
  • invertory
  • kabeláž
  • konštrukcia
  • prvky ochranné a prvky merania a regulácie

Fotovoltaické panely

Premieňajú slnečné žiarenie na  elektrickú energiu a sú navrhnuté tak, aby vyrobenú elektrickú energiu dodávali v určitom jednosmernom napätí /12V, 24,V, 48V…/.
Výkon panelov je udávaný vo Watt-peak (Wp) a je to jednotka špičkového výkonu fotovoltaického panelu. To znamená, že tento výkon nameriame na našom panely pri štandardných testovacích podmienkach, t.j. slnečná energia dopadá kolmo na panel a má hodnotu E = 1 kW/m^2, priezračnosť atmosféry Am = 1,5 a teplota článkov je T = 25 °C.

Každý panel stráca na produkcii pri rôznych podmienkach prevádzky. Vplyvom teploty je to cca 0,5%/°C. Vplyvom odrazu je to cca 3% celkového výkonu panelu a vplyv znečistenia panelu na naklonenom do 10% a vodorovnom až do 25%.

Členenie panelov podľa typu článkov:

  • monokryštalické
  • polykryštalické
  • tenký film: amorfné, mikrokrištalické

Aká plocha je potrebná na inštaláciu, pri jednotlivých typoch článkov?
Najmenej miesta na inštaláciu zaberú monokryštalické panely. Predpokladajme, že tieto potrebujú na inštaláciu plochu “P”, potom je potrebná plocha na inštaláciu panelov:
– polykryštalické  1,5xP
– amorfné  2 – 2,5xP

Účinnosť solárnych panelov sa v súčasnej dobe pohybuje od 13 do 17%. Najvyššiu účinnosť predstavujú monokryštalické panely, o málo nižšiu účinnosť majú polykrištalické panely, za ktorými nasledujú amorfné panely.

 

Regulátory napätia MPPT meniče

Solárny regulátor je to stabilizátor napätia, alebo niekedy nazývaný aj “nabíjačka akumulátora”. Vyznačuje sa jednoduchým riadením a dobíjaním akumulátora. Tento regulátor zníži napätie zo solárnych panelov na napätie optimálne pre dobíjanie batérie. Akonáhle sú batérie nabité, regulátor ich odpojí od solárnych panelov. Je lacnejší ako MPPT menič.
$_1

MPPT menič  sa vyznačuje podobnými vlastnosťami ako solárny regulátor ale dokáže navyše stabilizovať napätie vrátane zmeny výstupného prúdu. To znamená, že dokáže nájsť optimálny bod volt-ampérovej charakteristiky, ktorý je potrebný pre zvýšenie účinnosti regulácie systému a teda dokáže “vyťažiť” viac elektrickej energie ako jednoduchý solárny regulátor.

Bez názvu

 

Invertory

Invertor – nazývaný aj ako striedač alebo menič – tvorí hlavnú časť elektrárne, spolu so solárnymi panelmi. Hlavné funkcie, ktoré zabezpečuje invertor:

  • prevod jednosmerného napätia z fotočlánkov, na striedavé napätie s frekvenciou 50Hz
  • kontrola aktuálnej hodnoty siete
  • synchronizácia napätia
  • oddelenie jednosmernej a striedavej časti transormátorom
  • rýchle a efektívne sledovanie bodu maximálneho výkonu (MPPT)
  • indikácia prevádzkových parametrov
  • vysoká účinnosť, ktorá sa pri kvalitných výrobkoch pohybuje spravidla od 95% vyššie, v závislosti na konkrétnom type meniča

Vhodný typ invertora zvolíme podľa veľkosti fotovoltaického systému a podľa technických podmienok prevádzkovateľa distribučnej sústavy. Čo sa týka inštalácie meniča, je vhodné aby bol čo najbližšie k solárnym panelom, aby boli straty jednosmerného prúdu na vstupe do invertora čo najmenšie. ongrid invertor

Na obrázku je invertor on-grid od slovenského výrobcu Vonsch. Výrobky tejto značky sa vyznačujú spoľahlivosťou, vysokou účinnosťou a dlhou životnosťou. Väčšina striedačov umožňuje aj monitorovanie parametrov fotovoltaickej elektrárne pomocou počítača a kvalitný  výrobcov ponúka ku svojmu invertoru zdarma aj vizualizáciu týchto základných parametrov , buď cez web rozhranie, alebo mobilnú aplikáciu. Niektoré typy invertorov sú už priamo vybavené istiacimi a ochrannými prvkami, čo je výhoda pri inštalácii, kedy odpadá potreba tieto prvky zvlášť inštalovať do rozvodnice a teda aj ušetríme na cene inštalácie solárnej elektrárne.  Spomínaný on-grid invertor od firmy Vonsch už tieto prvky v sebe obsahuje.

Špeciálny typ meniča je tzv. mikromenič, ktorý sa umiestňuje priamo na solárny panel. Ak máme v stringu napr. 10 panelov, budeme potrebovať aj 10 mikromeničov.
Výhoda takéhoto riešenia je, že systém nie je náchylný na zatienenie jedného panelu  a elektráreň bude vyrábať elektrinu aj naďalej, iba sa odpočíta výkon konkrétneho zatieneného panelu /pri štandardnom invertore pri zatienení jediného panelu klesne výkon celého systému priamo úmerne zatieneniu konkrétneho panelu/. Ďalšia výhoda spočíva v jednoduchšej diagnostike prípadnej chyby panelu.
Nevýhoda je o niečo vyššia cena inštalovaného systému, vzhľadom na cenu miktromeničov.

 

Kabeláž

Nemenej podstatný prvok inštalácie solárneho systému predstavuje samotná kabeláž, ktorou su pospájané jednotlivé prvky systému. Kabeláž pre solárny systém je špeciálne určená pre inštaláciu solárnej elektrárne.

Káble pre solárne systému musia spĺňať náležitosti podľa príslušných noriem, napr. :DIN EN 60228 Trieda 5, EN 60811, EN 50267-2-1, EN 50363. Musia byť mimoriadne odolné voči veľkým výkyvom teplôt a ultrafialovému žiareniu.
Konštrukcia káblu je nasledovná:
– Pocínovaný medený vodič
– Izolácicia z GPE aleboo EPR podľa výrobcu
– Vonkajší plášť z GPE alebo polyuretanu (PUR) /čierny, modrý, alebo červený

Straty medzi striedačom a panelmi nesmú byť väčšie ako 3%, preto je treba dbať na vhodne zvolený prierez vodiča.
Káble sú na koncoch vybavené konektormi, zvyčajne s označením MC3, alebo MC4 /podľa prúdového zaťaženia/. DC káble musia byť dimenzované na 1,25 násobok prúdu fotovoltaického poľa /stringu/.

Pri vodičoch v ktorých tečie jednosmerný prúd platí zásada, aby boli tak krátke ako je to len možné. Aj meter vodiča, ktorý je niekde navyše spôsobí stratu vo vedení síce nepatrnú, ale predsa len stratu.

Nesprávne dimenzované prierezov vodičov, neodborné pospájanie konektorov a nevhodný typ samotnej kabeláže môžu spôsobiť prinajmenšom nestabilitu systému, ale v tom horšom prípade môžu byť aj zdrojom požiarov.

 

Konštrukcia

Konštrukcia upevnenia panelov na nosnú časť budovy sa skladá z hliníkových profilov zvyčajne v 6m dĺžke s priemerom 40×40, ďalej sú to strešné konzoly na uchytenie týchto hliníkových profilov, hliníkové úchyty a spojovací materiál.
Keďže konštrukcia je prevažne z hliníku tak je ľahká, nenáročná na údržbu a vyznačuje sa aj dlhou životnosťou.

AL profil
Al profil 40×40

 

Prvky ochranné a prvky merania a regulácie

Ochranné prvky sa skladajú:

  • ističe
  • prepäťové ochrany
  • ochrana proti spätným prúdom
  • DC, AC odpojovače
  • hlavné istenie
  • stringový odpojovač

Pri navrhovaní DC poistkových odpojovačov netreba zabudnúť na fakt, že ich treba umiestniť aj na kladný aj na záporný pól stringu. Ochranné ako aj istiace prvky sú umiestnené zvyčajne v elektrickom rozvádzači a ich dimenzovanie má na starosti projektant solárneho systému, s prihliadnutím na príslušné normy a zákony.

Prvky merania a regulácie:

  • elektromery
  • dataloggery
  • monitorovacie a multifunkčné relé
  • programovateľné regulátory, tzv. wattrouter

Ako bolo spomenuté vyššie v časti “Invertory”, kvalitný výrobca dodáva ku svojmu invertoru aj systém /datalogger/ na monitorovanie hlavných častí elektrární, ako napr. aktuálny výkon elektrárne, celková vyrobená energia, teplota panelov, výkony meničov, bilancia dennej a mesačnej výroby.
Ak budeme uvažovať o kmfortnejšom  monitoringu cez web rozhranie, potrebuje splniť zvyčajne tieto požiadavky:
– Prístup do siete internet
– Pridelenie statickej verejnej IP adresy
– Napájanie 230V AC

Okrem meracej, archivačnej a vizuálnej činnosti, dokážu web monitory slúžiť aj ako “dozor nad chodom elektrárne”. V prípade vzniku poruchy dokážu automaticky informovať majiteľa systému napr, formou e-mailu alebo SMS.

Programovateľné regulátory dokážu:
– merať výkon a tok energie na prívode do objektu. Podľa toho, ako sa mení tok energie, je možné efektívne a bez prerušenia dodávky energie do domu, regulovať výkon meniča.
– spínať externé spotrebiče podľa nastaveného poradia spínania