Gmina Leśniowice - uglesniowice.pl

FOTOWOLTAIKA (PV)

W przypadku systemów PV podstawą powstawania energii elektrycznej jest zjawisko konwersji fotowoltaicznej. Jest to bezpośrednia zamiana energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną, zachodząca w specjalnym przyrządzie półprzewodnikowym (tzw. Ogniwie fotowoltaicznym ). Efekt fotowoltaiczny zachodzi w wyniku powstawania siły elektromotorycznej w materiale półprzewodnikowym, złączu p-n, przez oświetlanie go promieniowaniem o odpowiedniej długości fali. W ogniwach fotowoltaicznych wykorzystywane jest zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne zaporowe zachodzące w półprzewodnikach, np. w krzemie.

Budowa instalacji PV

Ogniwo fotowoltaiczne składa się z wysokiej czystości krzemu, na którym uformowana została bariera potencjału w postaci złącza P-N. Padające na złącze fotony powodują powstawanie pary nośników o przeciwnych ładunkach elektrycznych, elektron – dziura, które na skutek obecności złącza P-N zostają rozdzielone w dwie różne strony. Elektrony trafiają do złącza N, a dziury do złącza P. Na złączu powstanie napięcie elektryczne. Ponieważ rozdzielone ładunki są nośnikami nadmiarowymi, mające tzw. nieskończony czas życia a napięcie na złączu P-N jest stałe, złącze, na które pada światło działa jak stabilne ogniwo elektryczne.

Ogniwa fotowoltaiczne można podzielić na:

Ogniwa I generacji:

• Ogniwa fotowoltaiczne monokrystaliczne – zbudowane z monolitycznego kryształu krzemu. Ich sprawność waha się w granicach 18–22%, w dni słoneczne radzą sobie lepiej niż panele polikrystaliczne, ale równocześnie podczas ich pracy odnotowuje się najwyższy wskaźnik spadku mocy wraz ze wzrostem temperatury wśród powszechnie dostępnych modułów PV. Charakteryzują się dosyć wysoką ceną, posiadają ciemny, jednolity kolor. Ich sprawność jest nieznacznie większa od ogniw polikrystalicznych, a co za tym idzie potrzeba mniej powierzchni, aby zamontować instalację o takiej samej mocy. Zostały zastosowane w panelach montowanych w ramach projektu „Leśniowice - gmina Malowniczego Wschodu stawia na odnawialne źródła energii”.
• Ogniwa fotowoltaiczne polikrystaliczne – wykonane są z wykrystalizowanego krzemu, a ich sprawność mieści się w przedziale 14–18%. W przypadku tych ogniw również odnotowuje się znaczny spadek mocy wraz ze wzrostem temperatury, jednakże niższy niż w przypadku ogniw monokrystalicznych. Porównując je do ogniw monokrystalicznych można stwierdzić, że są ich tańszą alternatywą przy nieznacznie mniejszej wydajności.
• Ogniwa fotowoltaiczne quasi-monokrystaliczne – charakteryzują się tym, że ich centralną część stanowi monokryształ, natomiast na obrzeżach pokryte są krzemem polikrystalicznym. Posiadają sprawność bliską sprawności modułów monokrystalicznych, ale ich cena oraz spadek mocy w korelacji ze wzrostem temperatury są niższe.

Ogniwa II generacji:

• Ogniwa cienkowarstwowe amorficzne – wykonane są z amorficznego, bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu, ich cena oraz sprawność są niskie. Z reguły posiadają lekko bordowy bądź czarny kolor oraz brak widocznych kryształów krzemu. Do zalet tego typu ogniw zaliczyć można niski spadek mocy w stosunku do wzrastającej temperatury, natomiast do wad – słabe zagospodarowanie promieniowania podczerwonego.
• Ogniwa cienkowarstwowe CdTe – wykonane są z półprzewodnikowego tellurku kadmu CdTe. Produkcja tego typu ogniw odbywa się bardzo podobnie jak w przypadku ogniw amorficznych. W tej technologii zazwyczaj cały moduł zbudowany jest z jednego ogniwa. Często wykorzystuje się tą technologię do produkcji modułów elastycznych, które da się przyklejać na różne powierzchnie.
• Ogniwa cienkowarstwowe CIS – wykonane z selenku indowo-miedziowego (CIGS). W tej technologii bardzo często cały moduł zbudowany jest również z jednego ogniwa. Są obecnie prawie tak sprawne jak ogniwa wykonane z krzemu krystalicznego.

Panele fotowoltaiczne

Do podstawowych elementów wchodzących w skład paneli fotowoltaicznych zaliczamy:

• szybę hartowaną;
• folię EVA – materiał uszczelniający ogniwa fotowoltaiczne;
• ogniwa;
• folię elektroizolacyjną (PET);
• ramę aluminiową
• puszkę przyłączeniową

Inwerter (falownik) – urządzenie, które przekształca energię elektryczną będącą w postaci prądu i napięcia stałego (DC) na energię w postaci napięcia i prądu przemiennego (AC) o parametrach takich samych, jak energia w sieci niskiego napięcia, tj. 230/400 V 50 Hz. Ponadto inwertery pełnią funkcje kontrolne oraz statystyczne, monitorują ilość wyprodukowanej energii. Wyróżnia się kilka rodzajów falowników. Ze względu na izolację inwertery dzieli się na transformatorowe i beztransformatorowe, z uwagi na typ instalacji na falowniki wyspowe oraz sieciowe, a biorąc pod uwagę wielkość wyróżnia się mikrofalowniki, falowniki szeregowe (inwertery stringowe), a także falowniki centralne. Wyróżnić można jeszcze inwertery jednofazowe, dwufazowe oraz trójfazowe.

Okablowanie – powinno być odporne na promieniowanie UV, wilgotność, niską i wysoką temperaturę. W porównaniu do zwykłego przewodu kabel fotowoltaiczny posiadający taką samą średnicę żyły posiada grubszą oraz zawsze podwójną izolację.

Zabezpieczenia instalacji PV

• Bezpieczniki – zabezpieczają instalację lub jeden z jej elementów przed przepływem zbyt dużego prądu przy otwarciu obwodu.
• Wyłączniki nadprądowe – chronią inwerter przed zwarciem ze strony sieci.
• Ograniczniki przepięć i instalacja odgromowa – zabezpieczają instalację przed skutkami przepięć i wyładowań atmosferycznych.
• Uziemienie i połączenie wyrównawcze – zabezpieczenie w postaci uziemionego połączenia wyrównawczego modułów i falownika. Spełnia funkcję ochrony przeciwporażeniowej, przeciwprzepięciowej oraz odgromowej.
• Licznik energii elektrycznej – licznik dwukierunkowy
• Akumulatory w instalacjach fotowoltaicznych – występują w instalacjach typu „off grid” lub hybrydowych.

Rodzaje instalacji

Ze względu na sposób podłączenia do sieci elektroenergetycznej – on grid, off grid, system mieszany:

• On-Grid – instalacja fotowoltaiczna sieciowa On-grid jest podłączona do sieci elektroenergetycznej, działa i współpracuje z siecią.
• Off-Grid – instalacja fotowoltaiczna działająca poza siecią „w systemie wyspowym”, nie jest podłączona do sieci elektroenergetycznej, działa poza nią.
• System mieszany (hybrydowy) – podłączony do sieci wraz z akumulatorami – może funkcjonować „wyspowo”, jak i sieciowo.

Sprawność modułów PV

Szacuje się, iż powszechnie oferowane moduły fotowoltaiczne pracują ze sprawnością ok. 20%, którą można wyznaczyć ze stosunku (ilorazu) energii elektrycznej generowanej przez moduł fotowoltaiczny i energii promieniowania słonecznego. Należy zauważyć, iż sprawność modułu fotowoltaicznego może być niższa niż sprawność budujących go ogniw. Wynika to z mniejszych lub większych przestrzeni pomiędzy ogniwami w module.

W dużej mierze efektywność konwersji zależy także od spektrum promieniowana słonecznego.

Różne typy ogniw fotowoltaicznych wykorzystują inne części widma promieniowania słonecznego. W związku z tym, część występujących modułów fotowoltaicznych pracuje bardziej efektywnie w okresie letnim, a inne wykazują wyższą wydajność w kresie zimowym.

Na sprawność modułu fotowoltaicznego ma wpływ natężenie promieniowania słonecznego. Dlatego też, przy sprawdzaniu efektywności pracy modułu fotowoltaicznego należy ocenić, jak zmienia się sprawność modułu wraz ze zmianą tegoż natężenia.

Sprawność modułów fotowoltaicznych ma zasadnicze znaczenie w warunkach ograniczonej dostępności powierzchni do ich montażu. Przy niższej sprawności modułów, w celu uzyskania oczekiwanej mocy instalacji należy zająć większe pole powierzchni. W sytuacji braku ograniczeń dostępnego pola powierzchni, wysoka sprawność modułów ma mniejsze znaczenie. W celu osiągnięcia zamierzonej mocy instalacji potrzebna jest mniejsza powierzchnia dachu lub gruntu, przekłada się to na mniejsze koszty związane z zakupem systemu montażowego.

Dla szerokości geograficznych występujących w Polsce optymalnym kątem nachylenia modułów fotowoltaicznych jest około 35 stopni i orientacja w kierunku południowym; odchylenie od kierunku południowego na wschód lub zachód rzędu 45 stopni zmniejszy wydajność o około 5%.

Źródło: https://www.efrwp.pl/files-to-download/czym-jest-fotowoltaika

Uzysk energii z instalacji PV

Instalacja fotowoltaiczna wytwarza energię elektryczną w ciągu dnia. Ma bardzo niski próg startowy– produkuje prąd od samego świtu. Jedyne czego potrzebuje to światło dzienne. Instalacja fotowoltaiczna o mocy 1 kWp może dostarczać w ciągu roku ok. 900–980 kWh energii elektrycznej.

Jaka jest gwarancja na panele fotowoltaiczne?

Gwarancja na produkt obejmuje wszelkie wady ukryte produktu i w zależności od producenta wynosi od 10–12 lat.

Gwarancja na uzysk mocy informuje nas, że panele po pierwszych 10 latach będą produkowały przynajmniej 90% mocy wyjściowej, a po 25 latach powyżej 80% mocy wyjściowej. W rzeczywistości pierwsze masowo instalowane instalacje PV w Niemczech w latach 90-tych po 23 latach zanotowały średni spadek uzysku mocy na poziomie 9%.

Jaka jest żywotność paneli fotowoltaicznych?

Żywotność paneli fotowoltaicznych przewiduje się na 25–35 lat, choć pierwsze komercyjne produkowane panele po 50 latach nadal produkują prąd. Nowoczesne sposoby laminowania paneli powodują, że żywotność systemów będzie dłuższa niż wyprodukowanych w początku lat 80-tych. Brak ruchomych części powoduje wysoką bezawaryjność np. w stosunku do wiatraków.

Zalety fotowoltaiki:

• Ekonomia – inwestycja w system fotowoltaiczny pozwala na oszczędność w wyniku obniżenia rachunków za prąd (nawet o 90%). Własna minielektrownia to niezależne źródło energii dla Ciebie i Twojego domu. Promieniowanie słoneczne pozwala na samodzielne produkowanie prądu. .
• Bezpieczeństwo energetyczne – instalacja fotowoltaiczna zwiększa bezpieczeństwo energetyczne i pozwala uniezależnić się od zewnętrznego dostawcy energii.
• Dbałość o środowisko – niewątpliwie do głównych zalet fotowoltaiki należy jej proekologiczny charakter. Produkcja energii elektrycznej odbywa się poprzez wykorzystanie promieniowania słonecznego. W związku z tym produkcja energii nie wpływa negatywnie na zdrowie oraz życie ludzi i zwierząt, a także nie powoduje emisji szkodliwych substancji do atmosfery takich jak CO2, inne gazy cieplarniane czy pyły.
• Skalowalność – system fotowoltaiczny składa się z modułów. Dzięki takiemu rozwiązaniu istnieje możliwość jego rozbudowy, jeśli wystąpi taka potrzeba.
• Bezobsługowość – odpowiednio zaprojektowane systemy fotowoltaiczne nie wymagają praktycznie żadnych nakładów pracy w trakcie eksploatacji, a ich żywotność wynosi wiele lat.
• Szybka instalacja – instalacja systemu fotowoltaicznego na dachu domku jednorodzinnego zajmuje około 1-2 dni.
• Brak hałasu podczas pracy – jest to istotny czynnik, który wpływa na popularność paneli fotowoltaicznych (problem hałasu występuje m.in. przy wiatrakach).