o fotowoltaice

Co to jest fotowoltaika?

Nazwa „fotowoltaika” pochodzi od zjawiska fizycznego zwanego efektem fotowoltaicznym. Na czym ono polega?  Promieniowanie świetlne padające na powierzchnię ciała stałego,  powoduje uwolnienie z orbit atomów elektronów, które stają się elektronami swobodnymi mogącymi  powodować przepływ prądu elektrycznego, a tym samym powstanie siły elektromotorycznej.  Jako ciała stałe zazwyczaj stosuje  się  krystaliczne półprzewodniki. Połączenie dwóch półprzewodników typu „n” i „p” powoduję powstanie na ich powierzchniach różnicy potencjałów, czyli napięcia. Ciągłe dostarczanie fotonów promieniowania świetlnego do takiego układu sprawia, że to napięcie utrzymuje się stale, czyli mamy ogniwo fotowoltaiczne, gdzie energia  świetlna jest zamieniana na energię elektryczną.  Najpopularniejsze fotoogniwa, zbudowane są  w oparciu o złącze półprzewodnikowe „p-n”.

Moduły fotowoltaiczne składają się z dużej liczby takich pojedynczych fotoogniw.

Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna?

Najprostsza i najczęściej spotykana instalacja zawiera

  1. moduły fotowoltaiczne
  2. inwerter  czyli przetwornica napięcia
  3. okablowanie i osprzęt elektryczny

Ad 1.

Spośród istniejących obecnie wielu technologii wytwarzania ogniw, a tym samym modułów fotowoltaicznych dominuje technologia oparta na krzemie polikrystalicznym ( około 70%), uzupełnieniem są moduły wykonane na krzemie monokrystalicznym  (około 25%).  Monokrystaliczne mają trochę większą sprawność, większą moc na jednostkę powierzchni, ale są też droższe. Standardowe moduły mają obecnie wymiary w przybliżeniu  1mx1,6m i moce od 250W do 390Wp. Aby uzyskać moc kilka kW, jaka potrzebna jest  do zasilenia typowego gospodarstwa domowego, należy połączyć  je w grupy zwane łańcuchami. Wykorzystuje się tu łączenie szeregowe i równoległe. Na wyjściu  połączonej grupy modułów mamy wysokie napięcie stałe, rzędu kilkuset Voltów, które doprowadzamy do inwertera.

Ad2.

Inwerter zwany też falownikiem przetwarza energię z modułów fotowoltaicznych, która ma postać napięcia i prądu stałego, na napięcie i prąd przemienny zgodny z parametrami  w sieci niskiego napięcia czyli 230/400V 50Hz. Oprócz tego kontroluje i steruje pracę łańcuchów połączonych modułów, aby zapewnić  ich pracę z maksymalną mocą. Mogą też pełnić funkcję monitorowania pracy całej instalacji, jak również poszczególnych modułów. Inwertery występują jako jednofazowe  i  trójfazowe. Przy mocach powyżej 3kW stosuję się już trójfazowe.

Ad3.

Wszystkie podzespoły  połączone są kablami, które muszą spełniać odpowiednie kryteria obciążeniowe i izolacyjne. Kable na zewnątrz powinny być zabezpieczone  przed działaniem warunków atmosferycznych i promieni  UV. Bardzo ważną rolę, często lekceważoną ze względu na obniżenie kosztów ogrywają zabezpieczenia elektryczne. Występują tu  zabezpiecz:

  • przeciążeniowe i  nadmiarowo prądowe, które są koniecznie po stronie AC inwertera i mogą występować po stronie DC (od strony modułów)
  • dodatkowe zabezpieczenia ochrony przeciwporażeniowej (np. wyłączniki różnicowo-prądowe), stosowane zależnie od rodzaju instalacji
  • zabezpieczenia przepięciowe, konieczne po stronie DC i AC. Brak tych zabezpieczeń może być przyczyną bardzo wysokich kosztów napraw (gwarancje nie obejmują uszkodzeń przepięciowych)
  • istotną rolę spełnia też właściwy dla danej instalacji system uziemień nie tylko modułów fotowoltaicznych, ale wszystkich podzespołów elektrycznych

Rodzaje instalacji fotowoltaicznych

  • Największą grupę stanowią instalacje tzw. ON GRID (sieciowe), czyli podłączone do sieci niskiego napięcia NN 230V/400V. Energia wytworzona przez moduły  zasila urządzenia w gospodarstwie domowym lub firmie. Nadwyżka  energii,niewykorzystana w ciągu dnia oddawana jest do sieci elektroenergetycznej. Niestety, w tym przypadku brak napięcia w sieci sprawi, że instalacja nie będzie pracować.
  • Znaczne rzadziej spotykane są instalacje OFF GRID (wyspowe), czyli nie podłączone do sieci. Energia z modułów gromadzona jest w baterii akumulatorów i w razie potrzeby oddawana na potrzeby gospodarstwa domowego. Stosuje się ją tam, gdzie nie ma możliwości podłączenia do sieci NN, lub ceny sprzedaży energii są bardzo niskie. Instalacje te są dużo droższe od poprzednich, ze względu na wysoki koszt baterii
  • Są jeszcze układy hybrydowe czyli  połączenie instalacji sieciowej i wyspowej. W normalnych warunkach układ pracuje jako sieciowy, natomiast przy braku napięcia w sieci przełącza się na pracę wyspową.