Wstęp
Energia elektryczna wytwarzana przez panele PV ma charakter zbliżony do ogniwa elektrycznego. Także w tym wypadku mamy do czynienia z napięciem i prądem stałym, tylko o wielkości zależnej od chwilowej wartości natężenia promieniowania i sprawności panelu. Energię taką w czystej postaci można by zastosować co najwyżej do zasilania prostej żarówki. Urządzenia domowe typu telewizor, komputer, pralka, wymagają już prądu przemiennego (sinusoidalnego) o stałej częstotliwości rzędu 50Hz i napięciu 230V. Aby takie parametry uzyskać w instalacji fotowoltaicznej niezbędne jest zastosowanie dodatkowego elementu, tzw. inwertera, zamieniającego prąd stały na przemienny. Zamiana prądu to dopiero pierwszy etap jego obróbki. Produkowana przez panel energia potrafi mieć różne wartości w ciągu dnia, podobnie zmienia się jej zużycie w instalacji. Przy nadprodukcji energii w panelach pojawia sie potrzeba jej zmagazynowania. Można do tego celu wykorzystać akumulator żelowy lub zakupić specjalny magazyn energii. Magazyny posiadają zwykle w wewnętrznej budowie zabezpieczenia przed przeładowaniem lub nadmiernym rozładowaniem, pojedyncze akumulatory nie, dlatego kolejnym niezbędnym elementem jest w takim wypadku regulator ładowania. Zamiast magazynowania energii w domu można ją też przekazać do sieci elektroenergetycznej. Przy produkcji energii i sprzedaży jej do sieci każdy inwestor i właściciel instalacji staje się tzw. „prosumentem energii” czyli jednocześnie jej konsumentem i producentem. Sytuacja taka wymaga zainstalowania w instalacji drugiego licznika „prosumenckiego” na podstawie którego możliwe będzie rozliczenie sie z zakładem energetycznym.
To tylko krótki wstęp pokazujący możliwości i problemy instalacji PV, zanim jednak zaczniemy je szczegółówo charakteryzować spróbujmy dokonać ich klasyfikacji. Systemy PV można dzielić według pięciu kryteriów:
1. Sposobu współpracy z siecią elektroenergetyczną
2. Miejsca i sposobu podłączenia generatora PV
3. Przeznaczenia generowanej energii
4. Wielkości (mocy) systemu PV
5. Wielkości napięcia sieci do której podłączany jest system PV.
1. W pierwszym przypadku, w zależności od współpracy z siecią EE instalacje PV można dzielić na:
– instalacje fotowoltaiczne autonomiczne działające „na wyspę”, które nie są połączone z siecią EE, określane też jako instalacje typu off-grid
– instalacje fotowoltaiczne sieciowe „on-grid„, które w zależności od rodzaju falownika (inwertera) można dalej dzielić na trzy podgrupy:
– instalacje z jednym falownikiem centralnym
– instalacje z falownikami stringowymi, osobnymi dla każdego łańcucha (stringu) połączonych modułów
– instalacje z mikroinwerterami, każdy moduł podłączony jest do osobnego jednofazowego inwertera małej mocy
– systemy mieszane, zwane tez hybrydowymi lub skojarzonymi, w których panele PV połączone są w jedną instalację z innymi generatorami energii elektrycznej, np. siłownią wiatrową
2. To kryterium uwzględnia sposób montażu generatora PV i dzieli instalacje na:
– systemy wolnostojące stacjonarne,
– systemy wolnostojące nadążne, inaczej zwane też „orientowane” lub z ang. trackery
– systemy zamocwane na budynkach, ktróre w zalezności od sposobu montażu można dalej dzielić na:
BIPV – (Building Integrated Photovoltaics) systemy zintergowane z dachem lub elewacją budynku
BAPV – (Building Apllied Photovoltaics) systemy instalaowane na budynkach na konstrukcjach wsporczych
Instalacje na wyspę (typu off-grid)
W rozwiązaniu tym cała energia wytworzona przez panele fotowoltaiczne wykorzystywana jest w budynku. Energia z paneli PV w postaci prądu stałego zamieniana jest przez inwerter na prąd zmienny. Nadmiar energii poprzez regulator ładowania trafia do akumulatorów. Regulator ładowania steruje ładowaniem akumulatorów zabezpieczając je przed przeładowaniem, jak też chroniąc akumulatory przed nadmiernym rozładowaniem. W praktyce w instalacji takiej przy nadmiernie naładowanym przez panel PV akumulatorze nastąpi odcięcie dopływu prądu do akumulatora, odcięcie instalacji od akumulatora nastąpi z kolei przy spadku jego napięcia do wartości minimalnej.
Instalacja pracująca na sieć (on grid).
W tym rozwiązaniu instalacji PV budynek może korzystać zarówno z energii elektrycznej wytworzonej przez sieć jak i panele PV. Użytkownik takiego systemu posiada 2 liczniki energii elektrycznej:
– sieciowy (mierzący ilość energii pobranej z sieci)
– prosumencki, dla zliczania energii sprzedanej do sieci
Inwerter (falownik), zamienia w tym układzie prąd stały wytworzony przez panele PV na prąd przemienny, dopasowując jednocześnie jego częstotliwość do częstotliwości prądu z sieci poprzez stałą synchronizację. Przy braku prądu w sieci układ taki przestaje pracować samodzielnie (falownik sam nie może wytworzyć odpowiedniej częstotliwości i dla bezpieczeństwa instalacji zostaje wyłączony).
