Informácie o solárnych paneloch

Výroba energie pomocou foto voltaických článkov.

1. Fotovoltaický jav
2. Účinnosť
3. Využititie fotovoltaiky
4. Solárne panely
5. Invertory
6. Regulátory dobíjania
7. Ostrovné systémy
8. Ako vypočítať zostavu solárneho zariadenia
9. Ekologický dopad

Fotovoltaikou nazývame konverzie svetla do elektrickej energie. Výroba energie pomocou fotočlánkov je konkrétne slovo foto: (z gréčtiny, znamená "svetlo") a volt ako jednotka elektrického napätia. Fotovoltaika bola objavená v roku 1839 francúzskym fyzikom Alexandr Edmond Becquerel, ale len v roku 1954 bola vyvinutý prvý solárny článok v Bell Laboratories. A odvtedy sa usilujú zlepšiť kvalitu solárnej bunky vedci z celého sveta. Cieľom vedcov je zlepšenie efektívnosti solárnej bunky. Teoretická efektívnosť solárnej bunky by mohla byť okolo. 50%, súčasná účinnosť u vybraných FV panelov s monokryštalickým kremíkom je okolo 16-18%. Prevažná väčšina na svete produkovaných FV Panelov je na bázy kremíka (> 99%).

1. Fotovoltaický jav

Pôsobením slnečného žiarenia dochádza k pohlcovaniu fotónov a uvoľňovaniu elektrónov. V polovodičoch potom vznikajú voľné elektrické náboje, elektro diery, ktoré sú už ako elektrická energia odvádzané zo solárnych článkov cez regulátor dobíjania do akumulátoru, ďalej k spotrebiču alebo do meniču napätia (invertoru).

2. Účinnosť

Merania, ktoré udávajú stupeň účinnosti Fotovoltaického článku sa vykonávajú v laboratóriu. Musia byť pri tom dodržané rôzne zadania. Svetelné ožiarenie je počas merania 1000 W/m2 pri spektrálnom zložení svetla odpovedajúcom slnečnému spektru (AM 1.5 Global). Okrem toho teplota článku musí byť 25 ° C. Popri tom je nutné kontrolovať aj vlhkosť vzduchu. Základný sledovaný parameter je prúd pri napätí 450 mV (I450), podľa ktorého sa rozdeľujú články do základných skupín. Toto zadanie, ktoré musia všetci výrobcovia dodržiavať, umožňuje porovnať rôzne solárne články od najrôznejších druhov - výrobcov solárnych článkov. Ale čo je vlastne účinnosť? Účinnosť určuje vzťah medzi napájanou energiou a získanou energiou v percentách. Napríklad, ak 1000 W vstupnej slnečnej energie vyrobí 100 W výstupnej energie, potom stupeň účinnosti je 10%.

3. Využititie fotovoltaiky

Fotovoltaika sa v súčasnosti používa napríklad k realizácii ostrovných systémov (zdroj energie pre miesta bez elektrického napájania), fotovoltaické elektrárne, chaty a rodinné domy (rádovo v kW) a veľkých solárnych elektrární, ( rádovo v stovkách kW a MW ) v elektronike (solárne kalkulačky, hodinky, atď.), ako dobíjače elektrických zariadení (mobilné telefóny, MP3 prehrávače, prenosné počítače, digitálne fotoaparáty), solárne osvetlenie, hračky poháňané solárnou energiou.

4. Solárne panely

Čo je solárny panel?
Správne by sme mali vravieť fotovoltaický panel (aby nedochádzalo k zámene s panelmi určenými k ohrevu vody či vykurovaniu), viacmenej výraz "solárny panel" je rozšírený i pre oblasť fotovoltaiky. Sériovým alebo aj paralelným elektrickým pripojením solárnych článkov vzniká po ich zapúzdrení solárny (fotovoltaický) panel. Panel musí zaistiť hermetické zapuzdrenie solárnych článkov, musí zaisťovať dostatočnú mechanickú a klimatickú odolnosť (napr. voči silnému vetru, krupobiiuí, mrazu apod.).

Druhy a približná účinnosť priemyselne vyrábaných solárnych panelov

Monokryštalické - účinnosť približne 16 až 19 %
Tenkovrstvé články - (amorfné Si, mikrokryštalické, nanokryštalické, polymorfné, iné materiály) - účinnosť približne 6 až 13%
Multikryštalické - účinnosť približne 15 až 18%
Polykryštalické substráty - účinnosť približne 11 až 15%

Konštrukcie solárnych panelov sú značne rozmanité podľa druhu použitia. U mono, multi a poly kryštalických kremíkových panelov sú po obvode obvykle duralové rámy pre spevnenie celej konštrukcie Fotovoltaického panelu a zároveň k uľahčeniu realizácie uchytenia panelu ku konštrukcii FV systému. Predný krycí materiál je špeciálne kalené sklo, ktoré odoláva i silnému krupobitiu.

Z aplikačného hľadiska sú pre nás najdôležitejšie časti konštrukcie nachádzajúce sa nad povrchom prednej strany FV článkov, teda EVA fólia (ethylen vinil acetát) a kalené sklo (popr. teflon, liata pryskyřice). EVA fólia je organickým materiálom, ktorý môže vykazovať pri silnom ožiarení UV svetlom efekt „ žltnutie „ a teda znížení optickej transparentnosti s nepriaznivým vplyvom na množstvo generovaného elektrické výkonu slnečnými článkami. Krycie kalené sklo je z hľadiska degradácie optických vlastností veľmi stabilným materiálom a ku zníženiu optickej priepustnosti môže dôjsť jedine znečistením povrchu vplyvom okolitého prostredia. Štruktúra panelu tenkovrstvých solárnych článkov je trochu odlišná od konstrukce modulov z kryštalických kremíkových článkov. Je to dané najmä z cela odlišnou technológiou výroby, kedy celá aktívna štruktúra je deponovaná plazmaticky v jednotlivých krokoch na sklenený veľkoplošný substrát.

Čo sa týka ceny, odpovedá obvykle účinnosti a stálosti. To znamená, že najdrahšie bývajú panely z monokryštálu kremíku, a najlacnejšie naopak amorfné panely. Výroba monokryštalických článkov je najzložitejšia a najnáročnejšia (technologicky i energeticky).

5. Invertory

Solárny Invertor, alebo tiež menič či striedač, je zariadenie prevádzajúce jednosmerné napätie z fotovoltaických polí na napětie a frekvenciu miestnej rozvodovej AC siete. Invertory sa vyrábajú od výkonu v radovo desiatok W (wattov), až po stovky kW. Prevedenie je buď s transformátorom nebo bez neho. Vstupné napätie sa pohybuje obvykle v rozmedzí 12 - 800V (podľa typu). Jednotliví výrobcovia obvykle ponúkajú niekoľko typov invertoru, podľa výkonu a rozsahu použiteľného vstupného napätia. Účinnosť týchto zariadení je veľmi vysoká, typicky 91-96%.
Invertorov sa používa vo fotovoltaike niekoľko druhov. Najčastejšie sa využívajú DC/AC Invertory určené pre distribučné fotovoltaické systémy (dodávka do siete, predaj vyrobené el. energie). Tieto Invertory pracujú len v prípade, že je k dispozícii verejná sieť.
Ďalším typom invertoru sú invertory určené pre tzv. ostrovné systémy (miesta bez napojenia na verejnú rozvodnú sieť). Opäť sa v tomto prípade jedná o DC/AC invertory. Jednosmerné napätie z FV panelov (resp. akumulátoru) sa prevádza na obvyklé napätie distribučnej sústavy - typicky na 230V/50Hz). Obvykle sa v tejto kategórii používajú meniče z 12 nebo 24V na 230V. Výkony týchto meničov sa pohybujú rádovo od desiatok Wattov do jednotiek kW.
Posledným typom invertoru (meniču) používaných vo fotovoltaike sú DC/DC invertory. Tieto zariadenia sú opäť určené pre tzv. ostrovné systémy, v prípadoch používania nízkonapäťových rozvodov a zariadení (typicky 12V nebo 24V DC). Tieto invertory menia výšku jednosmerného napätia z FV polí (panelov) na požadované nižšie napätie. Obvykle zároveň fungujú ako regulátory dobíjania akumulátoru. Ich použitie sa týka najmä prípadu, keď je v zapojení z nejakého dôvodu použité FV panely s vyšším optimálnym napätím. Tieto invertory obvykle pracujú s vstupným napätím do cca. 90V, výstup býva nastaviteľný buď pre 12V aleebo 24V okruhy (akumulátory).

6. Regulátory dobíjania

Regulátory slúžia pre riadené dobíjanie a ochranu akumulátoru proti prebíjaniu prúdom z fotovoltaických solárnych panelov. Sú srdcom solárnych fotovoltaických systémov, kde sa používajú spoločne so solárnymi panelmi, akumulátormi, elektrospotrebičmi a so striedačmi - v tzv. ostrovných systémoch (fotovoltaické systémy oddelené od distribuční siete, napr. na miestach bez el. energie).
Vhodný regulátor volíme podľa pracovného (nominálneho) napätia v systéme, podľa typu akumulátoru, premenlivosti teploty v okolí akumulátoru, podľa prúdového výkonu panelov, celkového príkonu elektrospotrebičov a podľa nároku na automatizáciu obsluhy a sledovanie funkcie Fotovoltaického systému. Ďalej môžu zaisťovať rad funkcií, ktoré ochraňujú akumulátory.

- ochrana proti prebíjanie
- ochrana pred hlbokým vybitím pripojenými elektrospotrebičmi
- nadprúdová ochrana
- ochrana pred trvalým preťažením výstupným prúdom
- ochrana pred prepólovaním akumulátoru
- optimalizujú činnosť Fotovoltaického systému
- ochrana proti vybíjaniu akumulátoru cez solárny panel za nepriaznivých svetelných podmienok

Regulátor vyberáme podľa prúdu tečúceho z solárnych fotovoltaických panelov, a podľa systémového napätia (12,24,32,36,48V). Solárny regulátor je múdre vyberať s dostatočnou rezervou pre prípadné rozširovanie výkonu Fotovoltaického pole.

7. Ostrovné systémy

Čo sú to ostrovné systémy?
Ostrovné systémy sú fotovoltaické systémy určené pre miesta bez elektrickej prípojky - pre chaty, záhradné domčeky, karavany, jachty, ale i stavby užívané väčším počtom osôb. V dnešnej dobe už nie je veľký problém dopriať užívateľom bez elektrickej prípojky komfort nezávislosti a istotu vlastní energie. Základné ostrovné systémy obsahujú FV panel či panely, solárny regulátor a akumulátor. Tento systém umožňuje používanie spotrebičov s jednosmerným napájacím napätím 12 nebo 24V.

Pri požiadavku väčšieho komfortu je možné doplniť systém o menič (invertor, striedač), prevádzajúci jednosmerné napätie FV panelu (resp. batérie) na bežné sieťové napätie 230V/50Hz. To užívateľom umožní používať bežné elektrické prístroje. Spotrebiče je vhodné vyberať dôsledne s ohľadom na ich energetickou náročnosť - to znamená napr. úsporná svietidlá, ľadničky a ostatné zariadenia EKO, apod. Veľkosť a výkon FV systému musí odpovedať energetickým požiadavkám užívateľa. Ti najnáročnejšie si ako rezervu iste zaobstarajú ešte záložní generátor.

Ostrovné systémy sú charakteristické tým, že sú najčastejšie:
- priamo napojené na spotrebič,
- elektrická energia produkovaná fotovoltaickým systémom je zálohovaná pomocou batérií,
- fotovoltaický systém je kombinovaný so záložným zdrojom elektrickej energie.

Inštaláciou ekonomicky zmysluplného ostrovného systému je možné zabezpečiť:
- nočné osvetlenie budovy pri využití špeciálnych nízkoenergetických žiariviek,
- prevádzku niekoľkých nízkoenergetických spotrebičov, ako napr. chladnička, PC ap.,
- niekoľko hodín prevádzky televízneho prijímača denne.

8. Ako vypočítať zostavu solárneho zariadenia

Akú budem mať spotrebu prúdu?
Najprv musíte zistiť , aký príkon majú spotrebiče, ktoré chcete napájať. Ak súčasne prevádzkujete 3 žiarovky po 20W, celkový výkon je 60W. Ak nemáte k dispozícii údaje o výkone, môžete zmerať prúd a výkon vypočítať: ak má spotrebič pri prevádzkovom napätí 12V spotrebu prúdu 5 A , môžete pomocou vzorca: P= U x I (P= 12V x 5A)
vypočítať príkon 60W. Ak sú žiarovky v prevádzke 4 hodiny, vyjde spotreba prúdu:
60W x 4h = 240Wh ktorú čerpá z batérie.
Prenesené na kapacitu batérie to zodpovedá hodnote 20 Ah (240Wh:12V = 20Ah).

Koľko prúdu vytvorí solárny článok?
Solárny článok s 50Wp (watt peak – špičkový výkon ) podá uvedený výkon len vtedy, ak slnečné lúče dopadajú na modul v optimálnom pravom uhle. Ak je uhol plochejší, výkon okamžite spadne. Počas priemerného letného slnečného dňa preto solárny článok v časovom úseku 8h podá v priemere len cca. 40 – 45 % svojho výkonu. Pri 50W module to znamená:
50W x 45% x 8h = 180Wh
ktorými sa naplní batéria.
Alebo inak povedané: pomocou jedného solárneho modulu môžeme denne získať 180Wh.
Keď že táto získaná energia nestačí pre osvetlenie z nášho príkladu, musíme použiť 2 moduly s 50W, ktoré spolu vytvoria 360Wh. V tomto prípade by sme mali ešte „rezervu pre prípad zlého počasia".

9. Ekologický dopad

- fotovoltaický ostrovný systém je ekologický projekt, šetrný k životnému prostrediu
- neprodukuje žiadne emisie škodliviny ani hluk
- najčistejšia forma výroby elektrické energie zo slnka
- čistá výroba elektrickej energie znižuje riziko globálneho oteplovania úsporou produkcie CO2
- dlhodobá životnosť a vysoká spoľahlivosť solárnych panelov, 100% jednoduchá recyklácia

Zapojenie systému