Fotowoltaika

Instalacja fotowoltaiczna nazywana również instalacją PV (ang. Photo Voltaic) służy do wytwarzania energii elektrycznej przy wykorzystaniu energii promieniowania słonecznego.

Jest to możliwe dzięki istnieniu efektu fotowoltaicznego, tzn. zjawisku fizycznemu, podczas którego na skutek działania promieniowania słonecznego elektrony zlokalizowane w ogniwie fotowoltaicznym pełniącym funkcję półprzewodnika (kryształ krzemu) zostają wzbudzone, następnie przechodzą na wyższy poziom i ostatecznie zostają wybite. W wyniku zachodzących procesów przemieszczania, pomiędzy elektrodami powstaje przerwa energetyczna będąca wynikową powstających różnic potencjałów, która owocuje pojawieniem się prądu elektrycznego stałego.

Instalacje fotowoltaiczne mogą funkcjonować w systemie:

• on-grid (najpopularniejsze) – instalacja PV podłączona do sieci elektroenergetycznej, układ dający możliwość oddawanie nadwyżek wytworzonej i nieskonsumowanej energii elektrycznej do sieci i odbierania jej w okresach zwiększonego zapotrzebowania rozliczanej w formule tzn. net-metringu (opomiarowania netto).

Zaleta: nadwyżka wyprodukowanej energii elektrycznej magazynowana jest u operatora, a rozliczenia dokonuje się w okresie roku kalendarzowego liczonego od dnia, w którym po raz pierwszy wprowadzono energię do sieci, w stosunku ilościowym 1 do 0,8 co oznacza, że 80% energii elektrycznej wprowadzonej do sieci można wykorzystać (odebrać) na własne potrzeby. W przypadku instalacji fotowoltaicznych o mocy powyżej 10kW zgodnie z ustawą o OZE stosowany jest przelicznik 1:0,7.

Wada: uzależnienie od operatora sieci, „tracimy” 20-30%, wyprodukowanej energii w wyniku zastosowanych opustów, pomimo produkcji energii elektrycznej, awaria w postaci braku dostawy energii skutkuje niemożnością korzystania z urządzeń elektrycznych.

• off-gird – instalacja niepodłączona do zewnętrznej sieci energetycznej, ewentualne nadwyżki magazynowane są w akumulatorach.

Zaleta: całkowita niezależność energetyczna, w przypadku braku dostaw energii elektrycznej możemy korzystać z energii zmagazynowanej w akumulatorach.

Wada: wysokie koszty akumulatorów, które należy wymieniać okresowo, gdyż tracą swoje właściwości.

• hybrydowa – połączenie dwóch powyższych systemów on-gird i off-gird. Instalacja podłączona jest do zewnętrznej sieci energetycznej. Wyprodukowana energia z paneli fotowoltaicznych wykorzystywana jest na bieżąco przez urządzenia domowe. Z tą różnicą, że ewentualne nadwyżki energii nie są oddawane do sieci, lecz magazynowane

Zaleta: niezależność energetyczna w razie brak dostaw energii elektrycznej możemy korzystać z własnej energii przechowywanej w akumulatorach.

Wada: Wysokie koszty zakupu akumulatorów i konieczność ich okresowej wymiany, zmuszeni jesteśmy do wygospodarowania odpowiedniego pomieszczenia, w którym zostaną umieszczone akumulatory.

Najważniejszymi składowymi instalacji są ogniwa fotowoltaiczne produkowane na bazie płytek krystalicznego lub polikrystalicznego krzemu. W obu przypadkach ogniwa wytworzone są z krzemu, zaś różnica między nimi wynika z technologii przetworzenia, procesu produkcji (obróbki) krzemu, na podstawie której wyróżnia się dwa najpopularniejsze rodzaje modułów PV (paneli fotowoltaicznych):

• polikrystaliczne – wykorzystujące ogniwa zbudowane ze stopionych wielu fragmentów krzemu, tworzących wafle do panelu wytworzone w nieskomplikowanym procesie produkcji, przez co są tańsze, cechują się mniejszą wydajnością, wyróżniają się niebieskim odcieniem.
• monokrystaliczne – oparte na ogniwach zbudowanych z jednego (mono) - solidnie dopracowanego kryształu krzemu, wytworzonego w bardziej skomplikowanym procesie produkcji i obróbki, przez co są droższe, ale cechują się wyższą wydajnością, wyróżniają się głęboką czernią.

Ze względu na sposób i miejsce montażu paneli fotowoltaicznych (modułów PV) wyróżnia się:

• konstrukcje dachowe,
• konstrukcje wolnostojące (montowane na gruncie),
• solar-trackery (obrotnice solarne).

Sercem układu jest inwerter (falownik) przetwarzający prąd stały pochodzący z ogniw fotowoltaicznych na prąd zmienny wykorzystywany do zasilania urządzeń domowych o parametrach zgodnych z siecią niskiego napięcia (230/400V 50Hz).

Do łączenia modułów fotowoltaicznych i przyłączenia ich do falowania stosuje się przewody, kable solarne, które dodatkowo zabezpiecza się i prowadzi w rurach, osłonach (peszlach) karbowanych odpornych na promieniowanie UV. Przewody mocowane są do konstrukcji za pomocą specjalnych, plastikowych opasek zaciskowych odpornych na zmienne warunki pogodowe i promieniowanie UV.

Całość instalacji musi zostać odpowiednio zabezpieczona zarówno od strony DC, jak i AC.

Instalacja po stronie DC obejmuje ochronę przeciwprzepięciową realizowaną za pomocą dedykowanych dla fotowoltaiki ograniczników przepięć. Natomiast podstawy bezpiecznikowe o charakterystyce gPV zapewniają zabezpieczenie przed zwarciami i przeciążeniami. Dodatkowo w instalacjach fotowoltaicznych montuje się rozłączniki obciążenia oraz sygnalizatory obecności napięcia.

Do zabezpieczenia po stronie AC projektowanych obwodów w instalacjach stosuje się jedno- bądź trójpolowe wyłączniki nadmiarowoprądowe o charakterystyce C i prądach znamionowych (FG) odpowiednich do obsłużenia wykonanej instalacji fotowoltaicznej.

Wszystkie potrzebne składowe aparatury modułowej umieszcza się w montowanych rozdzielnicach zabudowanych w zależności od potrzeb i preferencji w obudowach pod lub natynkowych.

Bardzo ważnym elementem każdej instalacji fotowoltaicznej jest prawidłowo wykonana instalacja odgromowa, której konieczność wykonania z punktu widzenia bezpieczeństwa jest absolutnie bezdyskusyjna, gdyż chroni zarówno nieruchomość, jak również samą instalację PV przed ewentualnymi, niepożądanymi skutkami wyładowań atmosferycznych, wpływając w ten sposób na zdrowie i bezpieczeństwo użytkowników.

Końcowym (finalnym) etapem inwestycji związanej z budową instalacji fotowoltaicznej jest zapewnienie odpowiedniego jej opomiarowania, za realizację którego odpowiada OSD (Operator Systemu Dystrybucyjnego). Po zgłoszeniu instalacji fotowoltaicznej i podpisaniu stosownej umowy dokonuje on przyłączenia instalacji PV do sieci energetycznej oraz montuje u odbiorcy (prosumenta) układ pomiarowo-rozliczeniowy w postaci elektronicznego, dwukierunkowego licznika energii elektrycznej.