Zestaw fotowoltaiczny - co wchodzi w jego skład?

Jak działa zestaw fotowoltaiczny?

Zestaw fotowoltaiczny, najprościej rzecz ujmując to system, który zamienia promieniowanie słoneczne w energię elektryczną.

Cały proces przemiany światła w prąd zachodzi w ogniwach fotowoltaicznych. Fotony, wytrącają ze swoich miejsc elektrony półprzewodnika (zwykle - krzemu), które zaczynają krążyć wokół elektrod umieszczonych w ogniwie. Pojawia się różnica potencjałów, czyli prąd.

Oczywiście ten prąd, który powstaje ogniwach fotowoltaicznych, to nie ten sam prąd, który mamy w gniazdkach. W ogniwach powstaje bowiem prąd stały (DC), który nie jest w stanie zasilić domowych urządzeń. Dlatego też po drodze musi zostać przekształcony na prąd zmienny (AC) przez specjalnego urządzenie. Jakie? I co konkretnie wchodzi w skład instalacji fotowoltaicznej?

Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna?

Choć istnieją różne typy instalacji fotowoltaicznych (m.in. on-grid i off-grid, o których napiszemy nieco niżej), większość z nich zbudowana jest z podobnych elementów składowych, takich jak:

• panele fotowoltaiczne, a będąc precyzyjniejszym - moduły fotowoltaiczne. W Polsce definicji tych używa się zamiennie, choć w ogólnym pojęciu są czymś innym;
• inwerter - zwany też falownikiem;
• system mocujący, który różni się w zależności od typu zestawu. Inny będzie dla fotowoltaiki na gruncie i inny dla fotowoltaiki przeznaczonej na dach.
• przewody solarne i złącza;
• zabezpieczenia.

Co warto wiedzieć o każdym z tych elementów zestawu fotowoltaicznego?

Panele fotowoltaiczne

To właśnie tu zachodzi opisany już wcześniej proces przemiany promieni słonecznych w energię elektryczną. Panele to zatem zasadniczy element zestawu fotowoltaicznego.

Obecnie, do zestawów fotowoltaicznych przeznaczonych do użytku domowego czy komercyjnego najczęściej trafiają krzemowe panele fotowoltaiczne polikrystaliczne lub monokrystaliczne, które charakteryzują się największą sprawnością. Istnieje jednak kilka typów tych urządzeń, np. panele krzemowe amorficzne lub cienkowarstwowe CdTE czy CIGS.

A jak ustalić, ile modułów powinno być w instalacji? Ilość paneli fotowoltaicznych w zestawie powinno się dobierać biorąc pod uwagę m.in.:

• średnie roczne zużycie energii w danym obiekcie i bieżące zużycie energii,
• warunki do produkcji energii, panujące w planowanym miejscu montażu - związane z ilością nasłonecznienia, powierzchnią montażu czy kątem nachylenia podłoża,
• ilość energii, która będzie oddawana do sieci,
• wysokość opustu obowiązującego instalację w ramach net-meteringu - obecnie, w przypadku zestawu fotowoltaicznego o mocy do 10 kW, prosumenci mogą odzyskać do 80% nadwyżek wysłanych do sieci. Mikroinstalacje o mocy do 50 kW mogą natomiast odzyskać 70% nadprodukcji.

Istnieje nawet specjalny wzór, pozwala dość dokładnie obliczyć, ile paneli powinno się znaleźć w zestawie fotowoltaicznym:

Oczywiście tego typu obliczenia nie dla każdego mogą być proste, dlatego zamiennie często stosuje się dużo prostsze przeliczenie, uwzględniające jedynie roczne zużycie energii i ilość energii, która zostanie “utracona” na rzecz zakładu energetycznego. Czyli skoro z 1 kW instalacji można uzyskać ok. 1000 kWh energii, to dla np. dla domu, zużywającego rocznie 3000 kWh, moc zestawu powinna wynieść:

3 kW * 1,2 (współczynnik rozliczenia w ramach net-meteringu) = 3,6 kWp

Powyższe rozwiązanie nie jest jednak precyzyjne - może się zatem okazać, że po takich wyliczeniach Wasza instalacja będzie mocno niedoszacowana i nie pokryje zapotrzebowania na energię lub przeszacowana (za duża), przez co część energii będzie marnowana, a inwestycja będzie zwracać się dłużej.

Inwerter, czyli serce zestawu fotowoltaicznego

Co wchodzi w skład zestawu fotowoltaicznego oprócz paneli? Kolejnym elementem zestawu fotowoltaicznego, bez która nie da się obejść jest inwerter, nazywany też falownikiem. Do niego podłączane są łańcuchy modułów fotowoltaicznych.

Głównym zadaniem falownika jest przekształcenie prądu stałego (DC), produkowanego przez panele fotowoltaiczne, na prąd zmienny (AC), którym zasilane są urządzenia domowe. Jednak to nie jedyna jego funkcja. Oprócz tego, falownik zapewnia bowiem bezpieczną i zrównoważoną pracę instalacji (monitorując i reagując na zmiany związane m.in. napięciem i częstotliwością sieci). Stanowi także narzędzie do komunikacji z systemem (wiele falowników posiada np. wbudowany moduł Wi-fi i oprogramowanie pozwalające śledzić pracę instalacji.

Istnieją kilka typów falowników, które różnią się od siebie m.in. charakterem współpracy z instalacją, np.:

• inwerter on-grid (sieciowy) - pojedyncze urządzenie przewidziane do pracy z instalacją podłączoną do sieci energetycznej,
• inwerter off-grid (wyspowy), przeznaczony do zestawów działających z magazynem energii (akumulatorem),

Ze względu na powszechną potrzebę optymalizacji kosztów związanych z fotowoltaiką, zwykle stosuje się jeden falownik, dopasowany do mocy instalacji. To rozwiązanie ma jednak swoją wadę, która objawia się np. podczas częściowego zacienienia modułów. Wówczas cały panel pracuje z taką mocą, jaką generuje najsłabsze ogniwo.

By unikać związanych z tym strat, stosuje się niekiedy mikroinwertery, czyli inwertery o mniejszej mocy, które podłącza się do oddzielnie dla każdego modułu. Dzięki temu, nawet jeśli jeden z paneli jest zacieniony, nie traci na tym cały zestaw. Nie jest to jednak najtańsze rozwiązanie.

Jaki inwerter wybrać? Zadanie nawet trudniejsze, niż dobór paneli. Należy bowiem wziąć pod uwagę m.in. sprawność, dopuszczalne temperatury pracy, zdolność do wyszukiwania i utrzymania tzw. punktu mocy maksymalnej.

System mocujący

Jest to element, na który często nie zwracamy, a który ma niebagatelne znaczenie dla bezpieczeństwa i wydajności instalacji. To od nich zależy, m.in. to czy panele nie oderwą się podczas wichury czy będą odpowiednio wentylowane.

Typ systemu mocującego, zależy od miejsca montażu instalacji. Inny będzie w przypadku instalacji dachowych i inny dla fotowoltaiki wolnostojącej. Co więcej, systemy mocowań różnią się też ze względu na pochylenie czy na typ pokrycia dachu.

Dla przykładu, w przypadku dachów skośnych, pokrytych dachówką najczęściej stosuje się specjalne haki, przykręcane do krokwi, do których później przymocowuje się szyny utrzymujące moduły fotowoltaiczne. W przypadku dachów płaskich, zestawy fotowoltaiczne mocowane są zwykle na konstrukcjach podtrzymujących, mocowanych do dachu bądź obciążanych balastem. Dla fotowoltaiki na gruncie stosuje się konstrukcje wbijane w grunt bądź osadzone na betonowych podkładach.

Systemy mocujące do fotowoltaiki zwykle wykonane są z aluminium (dla zestawów dachowych) lub z ocynkowanej stali (dla zestawów wolnostojących). Dzięki temu są odporne na korozję i nie obciążają podłoża, co ma szczególne znaczenie w przypadku dla utrzymania np. nośności dachu.

Przewody instalacji

Panele fotowoltaiczne muszą być połączone między sobą, a także muszą być podłączone do inwertera, dlatego niezbędne jest odpowiednie okablowanie instalacji fotowoltaicznych.

Cechą charakterystyczną przewodów fotowoltaicznych jest ich gruba izolacja, która ma je chronić przed uszkodzeniami mechanicznymi i szkodliwym wpływem czynników zewnętrznych takich jak np. UV czy niskie i wysokie temperatury. Dodatkowo, kable solarne powinny być giętkie i odporne na obciążenia.

Uzupełnieniem okablowania są tzw. konektory, czyli złącza MC4, służące do łączenia modułów.

Zabezpieczenia

Ostatnim, ale nie mniej ważnych elementem zestawu fotowoltaicznego są różnego rodzaju zabezpieczenia, dzięki którym nie musimy się martwić, czy fotowoltaika jest bezpieczna. Jakie zabezpieczenia stosuje się w zestawach fotowoltaicznych? Są to m.in.:

• zabezpieczenia przetężeniowe,
• zabezpieczenia przeciwprzepięciowe,
• instalacje odgromowe,
• instalacje uziemiające.

Zestaw fotowoltaiczny on-grid a zestaw fotowoltaiczny off-grid - jakie są różnice?

Powyżej przedstawiona lista urządzeń, składa się na najpopularniejszy obecnie zestaw fotowoltaiczny on-grid, czyli taki, który podłączony jest do sieci energetycznej. W przypadku tego typu instalacji, wyprodukowana energia najpierw trafia do pracujących w domu urządzeń. Jeśli prądu jest za dużo, nadwyżki przesyłane są do “wirtualnego magazynu” w sieci energetycznej, skąd po rozliczeniu (w ramach net-meteringu) mogą zostać pobrane w okresach niskiej wydajności. Co jednak warto podkreślić, to że ze względów bezpieczeństwa, tego typu fotowoltaika nie działa podczas awarii sieci.

Pewnego rodzaju alternatywą dla tego rozwiązania może być zestaw fotowoltaiczny typu off-grid. W jego skład, oprócz paneli, inwertera, systemu montażowego, okablowania i zabezpieczeń, wchodzi również magazyn energii - np. akumulator.

Jak działa taki zestaw fotowoltaiczny off-grid? Podobnie, jak on-grid, z tą różnicą, że nadwyżki energii w tym przypadku są odsyłane do akumulatora, skąd mogą być pobrane np. nocą. Instalacja tego typu może również działać podczas braku prądu w sieci, co stanowi przewagę nad tradycyjnymi zestawami.

Ze względu m.in. na koszty i trudności w długofalowym magazynowaniem energii, zestawy off-grid to opcja na działkę.

Elementy zestawu fotowoltaicznego - na co zwrócić uwagę?

Zestaw fotowoltaiczny to stosunkowo kosztowna inwestycja, przeprowadzana na lata. Co powinniśmy mieć na uwadze, kompletując instalację?

• Jakość komponentów - same panele wraz falownikiem stanowią większą część ogólnego kosztu instalacji fotowoltaicznej. I choć może się pojawić pokusa by na nich zaoszczędzić, nie zawsze warto to robić. Dlaczego? Jakość i parametry podzespołów mają wpływ na wydajność oraz opłacalność całego przedsięwzięcia. Lepszej jakości urządzenia, są w stanie produkować energię, nawet przy niesprzyjających warunkach, co skraca czas zwrotu z inwestycji. Trzeba też pamiętać, że zestaw fotowoltaiczny może działać bezawaryjnie, jednak do tego kluczowe są pewne podzespoły. Każda przerwa w pracy, wywołana m.in. uszkodzeniem modułów czy inwertera, to realne straty, związane z naprawą lub wymianą zepsutego elementu, ale również przerwą w pracy instalacji.
• Gwarancja - gdy mowa o jakości urządzeń, warto pomyśleć też o gwarancji na najważniejsze elementy zestawu fotowoltaicznego - na panele fotowoltaiczne i inwerter. W przypadku modułów, minimum to 10 lat gwarancji produktowej i 25 lat na uzysk na poziomie 80%. W przypadku falownika, dolna granica to 5 lat. Górna, może sięgać nawet 20 lat, jednak zwykle po wykupieniu dodatkowego zabezpieczenia.
• Właściwe spasowanie - nie każdy zdaje sobie sprawę, jak ważne dla skutecznej i co ważniejsze, bezpiecznej pracy instalacji, jest odpowiedni dobór i montaż elementów zestawu fotowoltaicznego. Błędny dobór mocy falownika względem paneli, to ryzyko kilkunastoprocentowych strat w wydajności. Z kolei, pozornie tak drobna rzecz, jak niewłaściwy dobór złączek, może doprowadzić nawet do pożaru fotowoltaiki.

Dlatego też, dobór i montaż zestawu fotowoltaicznego najlepiej jest powierzyć profesjonalistom. Dzięki temu będziemy mieli gwarancję, że wszystko zostało optymalnie zaprojektowane i zainstalowane, a nasza instalacja będzie działać bez zarzutu - wydajnie i bezawaryjnie. Gdzie szukać specjalistów w tym zakresie? Sprawdźcie nasz ranking firm fotowoltaicznych.