Rodzaje instalacji fotowoltaicznych

Instalacja fotowoltaiczna to sposób na tańsze pozyskiwanie prądu. Jej montaż wiąże się jednak z koniecznością optymalnego doboru wszystkich elementów, tak, by możliwie było uzyskanie najlepszych efektów, jeśli chodzi o stosunek poniesionych nakładów do ilości otrzymanego prądu. Podstawowym warunkiem osiągnięcia dobrego rezultatu będzie właściwe oszacowanie wydajności i wybór rodzaju użytych ogniw fotowoltaicznych.

Budowa instalacji fotowoltaicznej i jej podstawowe składniki

- Rosnące ceny energii elektrycznej sprawiają, że koszty eksploatacji budynków ulegają systematycznemu zwiększeniu. Prąd jest niezbędny do funkcjonowania większości systemów i urządzeń montowanych zarówno w budynkach użytkowych, jak i mieszkalnych. Jest potrzebny do obsługi systemu ogrzewania, nawet jeśli wykorzystuje on nowoczesną pompę ciepła. Coraz częściej stosowane są systemy wentylacyjne z mechanicznym wymuszaniem obiegu powietrza, które nie mogą pracować bez dostaw energii. Zasilania wymagają choćby systemy kontroli dostępu, urządzenia przeciwpożarowe czy oddymiające. Nie można się też obejść bez odpowiedniego oświetlenia. W wielu budynkach energia elektryczna jest konieczna do obsługi pomp dostarczających wodę z własnego ujęcia

– zauważa przedstawiciel firmy TORELL TECHNOLOGY, która specjalizuje się m.in. w dostarczaniu systemów informatycznych do projektowania systemów fotowoltaicznych.

Jednym ze sposobów na znaczne obniżenie kosztów zużycia energii elektrycznej, a w wielu przypadkach na niemal całkowite uniezależnienie się od zewnętrznych źródeł zasilania jest montaż odpowiednio dopasowanej do potrzeb budynku instalacji fotowoltaicznej. Panele słoneczne oraz całe konieczne oprzyrządowanie mogą generować odpowiednią ilość prądu w zależności od mocy zamontowanych paneli oraz tego, jakie zdolności jego magazynowania będzie miał wybrany system. Podstawowym czynnikiem wpływającym na efektywność całej inwestycji będzie prawidłowy dobór poszczególnych elementów, tak, by z jednej strony gwarantowały odpowiedni do średniego zużycia poziom uzysku energii, a z drugiej ich cena oraz koszt eksploatacji nie przewyższały odnoszonych korzyści.

Każda instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku najważniejszych elementów. Najwięcej uwagi przyciągają zwykle ogniwa słoneczne. Jest to zrozumiałe, ponieważ od ich sprawności zależą możliwości systemu. Równie ważne będą jednak pozostałe potrzebne części. Panele pozwalają na przekształcenie energii słonecznej w prąd stały, który na potrzeby użytku w instalacji elektrycznej budynku musi być przekształcony w zmienny o napięciu 230 V oraz natężeniu 50 Hz. Żeby to było możliwe, konieczne jest zainstalowanie inwertera, czyli typowego falownika. Urządzenie to poza transformatorem pozwalającym na zmianę charakterystyki napięcia jest wyposażane w układ zabezpieczający przed zwarciami oraz nadmiernym nagrzewaniem się, a także w system kontroli parametrów pracy. W przypadku instalacji fotowoltaicznej typu off-grind, czyli takiej, która nie przekazuje prądu bezpośrednio do sieci energetycznej, konieczne jest zainstalowanie baterii akumulatorów o pojemności pozwalającej na gromadzenie energii do wykorzystania poza godzinami umożliwiającymi jej pozyskiwanie. Przy instalacjach on-grind, a zatem takich, gdzie energia jest dostarczana do sieci elektroenergetycznej, a w razie potrzeby z niej pobierana akumulatory są zbędne, co obniża koszt instalacji.

Typy paneli fotowoltaicznych i ich dobór

Korzystanie z instalacji fotowoltaicznej pozwala na duże oszczędności, jeśli chodzi o koszty zakupu prądu. Każda instalacja powinna być zaprojektowana w taki sposób, by można było precyzyjnie określić poziom uzysku energii elektrycznej. Obliczenia, które pozwalają na możliwie dokładne oszacowanie niezbędnych parametrów, są skomplikowane, ponieważ muszą uwzględniać warunki panujące w danej lokalizacji. Czynniki mające wpływ na tę wielkość są zróżnicowane – będzie to zarówno poziom nasłonecznienia, jak i możliwości jego zmiany, np. częściowego zacienienia paneli oraz rodzaj użytych komponentów. Specjalne oprogramowanie do projektowania instalacji fotowoltaicznych daje możliwości precyzyjnego doboru wszystkich elementów i wskazanie, jaki system w konkretnych warunkach będzie działał najefektywniej. Obliczenia tego rodzaju są niezbędne zarówno w przypadku niewielkich instalacji, gdzie liczy się stosunek poniesionych nakładów do czasu, w którym inwestycja będzie się mogła zwrócić, jak i przy większych np. zasilających duże budynki czy zakłady przemysłowe, gdzie kluczowym elementem jest osiąganie zakładanej mocy.

Równie istotny będzie dobór odpowiednich paneli fotowoltaicznych. Choć ogólne zasady budowy paneli są zbliżone – składają się one z warstwy skrystalizowanego krzemu o niewielkiej grubości, który jest otoczony warstwą folii EVA (Ethylene Vinyl Acetale) pełniącą funkcję zabezpieczającą z uwagi na dużą wytrzymałość na rozerwanie. Folia tego typu bardzo dobrze przylega do powierzchni, a przy tym nie ma żadnych nierówności ograniczających dostęp światła czy powodujących jego załamanie. Właściwości te pozwalają również na solidne łączenie krzemu z taflami zewnętrznego szkła o wysokiej przezroczystości oraz stanowiącym usztywnienie całości tworzywem sztucznym będącym spodem całości. Każdy panel jest wyposażony w ramkę ochronną, ze względu na niższą masę zwykle z aluminium oraz wyjścia prądowe umożliwiające podłączenie do systemu.

Elementy krzemowe mogą być wykonywane w różnych technologiach, co w efekcie daje panele o nieco innych właściwościach. Popularne są panele z ogniwami monokrystalicznymi. Produkuje się je, wycinając poszczególne płytki z jednorodnego kryształu za pomocą lasera. Zapewnia to wysoką czystość i gwarantuje swobodny przepływ elektronów w obrębie kryształu, oferując znakomitą wydajność, sięgającą nawet 20–25% wykorzystania energii słonecznej. Korzyścią z takiego rozwiązania jest fakt, że instalacja zbudowana z użyciem paneli tego rodzaju może mieć mniejszą powierzchnię, przez co łatwiej dopasować ją do ograniczonej przestrzeni dachu. Minusem takiego rozwiązania jest wyższy koszt zakupu, a zatem dłuższy okres amortyzacji.

Inną możliwością jest użycie paneli polikrystalicznych, które powstają za sprawą łączenia i cięcia większej liczby zespolonych ze sobą kryształów. Choć technologia taka okazuje się tańsza, co przekłada się na cenę gotowych paneli, to jednocześnie wiąże się z nieco gorszymi parametrami użytkowymi. Panele polikrystaliczne są w stanie uzyskać sprawność rzędu od 16 do 19%. Zaletą jest tu jednak lepsza zdolność do pozyskiwania światła odbitego, panele tego rodzaju mogą się więc lepiej sprawdzać w gorszych warunkach terenowych.

Poza rozróżnieniem na podstawowe rodzaje paneli producenci oferują wiele rozwiązań podnoszących sprawność ogniw. Przykładem może być choćby konstrukcja pozwalająca na wykorzystanie przechodzącego przez panel światła, które odbite przez specjalnie przygotowaną powierzchnię może być również przekształcone na energię elektryczną, co zwiększa uzysk przy tym samym poziomie nasłonecznienia. Ciekawym rozwiązaniem, zwłaszcza w przypadku paneli montowanych w miejscach częściowo zacienionych jest rozwiązanie pozwalające na pracę ogniwa, mimo iż jego część jest zasłonięta.

Ponieważ koszt samych ogniw stanowi nawet połowę ceny całej instalacji ich dobór powinien być szczególnie staranny. Dzięki odpowiedniemu oprogramowaniu do modelowania działania instalacji fotowoltaicznej można precyzyjnie sprawdzić, jaki rodzaj paneli i sposób montażu sprawdzi się w danych warunkach i zapewni odpowiednią opłacalność inwestycji.