Фотонапонски енергетски (ПВ) системи се генерално класификују према њиховим функционалним и оперативним захтевима, конфигурацији компоненти и начину на који је опрема повезана са другим изворима енергије и електричним оптерећењима. Две главне класификације су системи повезани на мрежу (on grid) или интерактивни системи и самостални системи (off grid). Фотонапонски системи могу бити дизајнирани да обезбеде услуге једносмерне и/или наизменичне струје, могу да раде међусобно повезани са или независно од дистрибутивне мреже и могу бити повезани са другим изворима енергије и системима за складиштење енергије.
ПВ системи повезани на мрежу су дизајнирани да раде паралелно и међусобно су повезани са електричном мрежом (on-grid). Примарна компонента у фотонапонским системима повезаним на мрежу је инвертер, или јединица за прилагођење снаге. Он претвара једносмерну снагу коју производи фотонапонски низ у наизменичну струју у складу са захтевима напона и квалитета електричне енергије у дистрибутивној мрежи (220V/50hz), и аутоматски престаје да испоручује енергију у мрежу када комунална мрежа није под напоном. Двосмерни интерфејс је направљен између излазних кола фотонапонског система наизменичне струје и електричне дистрибутивне мреже, обично на дистрибутивној плочи. Ово омогућава да наизменична струја коју производи фотонапонски систем или снабдева електрична оптерећења на лицу места, или напаја мрежу када је излаз ПВ система већи од захтева за оптерећење на лицу места.
Самостални фотонапонски системи су дизајнирани да раде независно од електричне мреже, и генерално су пројектовани и димензионисани за снабдевање одређених ДЦ и/или АЦ електричних оптерећења. Ови типови система могу бити напајани само из фотонапонске мреже или могу користити ветар, мотор-генератор или електричну енергију као помоћни извор енергије у ономе што се зове хибридни систем.
Најједноставнији тип самосталног фотонапонског система је директно спрегнути систем, где је ДЦ излаз фотонапонског модула или низа директно повезан са ДЦ оптерећењем. Пошто не постоји складиште електричне енергије (батерије) у системима са директном спрегом, оптерећење ради само током сунчаних сати, што ове дизајне чини погодним за уобичајене примене као што су вентилациони вентилатори, пумпе за воду и мале циркулационе пумпе за соларне системе за грејање воде. Усклађивање импедансе електричног оптерећења са максималном излазном снагом ПВ низа је критичан део пројектовања доброг учинка директно спрегнутог система. За одређена оптерећења као што су пумпе за воду, тип електронског ДЦ-ДЦ претварача, користи се између низа и оптерећења како би се боље искористила расположива максимална излазна снага низа. У многим самосталним фотонапонским системима, батерије се користе за складиштење енергије.
У Србији број сунчаних сати тј време током кога сунчева светлост осветљава површину тла, односно кровове износи око 2000 годишње. Северни део Србије има између 2.000 и 2.200 сати, централна Србија, услед конфигурација тла – рељефа између 1.600 и 1.800 сати, са изузецима који иду и додо 2.400 сати, док је на југу и југоистоку од 2.200 до 2.400 сунчаних сати годишње. Овај број је изузетно битан у одређивању ефикасности и исплативаости наших соларних система. Што је број сати већи и ефикасност фотонапонских ћелија је већа.
Улогу у броју сунчаних сати има променљива облачност и други климатски фактори, али и дефинисаност рељефа, која спада у локални карактер. Уколико се, на пример, објекат налази на месту где брже залази Сунце (због близине брда или планине, других објеката, дрвећа и сл.) самим тим се смањује и број сунчаних сати.
Преведено у електричну енергију годишњи просек за територију Србије је нешто испод 1.400 кWh/m2. Највише зрачења примају Борски, Нишавски и Јабланички округ (1.600–1.700 кWh/m2 ), док северни и централни делови Србије примају између 1.000 и 1.200 кWh/m2.
1. Обновљиви
Сунчева енергија је један од најефикаснијих извора обновљиве енергије. У фотонапонским системима се данас користе све напредније технологије које повећавају ефикасност система и смањују цену опреме чинећи соларну обновљивим извором енергије најбрже растућим.
2. Зелена енергија
Угљенични отисак соларних фотонапонских панела је већ прилично мали и, како се материјали који се користе у њима све више рециклирају, наставља да се смањује.
3. Штеди новац
Ваши рачуни за струју би се могли прилично смањити због енергије коју производите и користите, а не купујете је од ЕПС-а.
4. Није потребна дозвола
Обично вам није потребна дозвола да бисте их инсталирали на кров.
5. Ниска цена одржавања
Једном инсталирани, соларни панели захтевају врло мало одржавања. Углавном се постављају под углом који омогућава киши да слободно тече, спирајући прљавштину и прашину. Све док чисти, соларни панели могу трајати више од 25 година са малим губитком у ефикасности.
6. Независност
Улагање у систем соларне енергије чини вас мање зависним од електричне мреже из дистрибутивне мреже. Као произвођач енергије, можете уживати у јефтинијој струји током целог дана. А ако инвестирате у и батерија, могли бисте да наставите да користите соларну енергију и након што сунце зађе.
7. Ефикасно
Ви ћете допринети ефикаснијем начину производње електричне енергије. Пренос енергије из електрана преко великих мрежа до вашег дома неизбежно доводи до губитка енергије. Када струја коју трошите долази директно са вашег крова, губитак је минимизиран, тако да се мање губи енергије.
8. Повећавате вредност ваше имовине
Соларни панели су генерално добра инвестиција за вашу кућу. Тренутни трендови на енергетском тржишту значе да би кућа са соларним панелима могла имати вишу цену у будућности од оних без ових система.
Било да се ради о он-грид или оф-грид систему инсталација соларне електране се заснива се првенствено на соларним панелима који се најчешће постављају на кровове објеката како би прикупљали сунчеве зраке и потом их претварали у електричну енергију. Читав процес се одвија у фотонапонским ћелијама скривеним под стакленим параванима панела, а струја која се добија је једносмерна, (DC) коју је потом неопходно претворити у наизменичну (AC) која је погодна за функционисање наших кућних апарата и за даљу предају дистрибутивном систему. Пројектовање соларне електране почиње одређивањем потреба за електричном енергијом у вашем домаћинству, и она се пројектује на основама укупне годишње потрошње тј на основу потрошње у претходних 12 месеци. Значи довољно је да поделимо годишњу потрошњу са 1200х и добијамо потребну снагу електране у киловатима кW. На примеру ако трошите 6000кWх месечно то изгледа овако: 6000 кWх / 1200 = 5 кW Значи, за 6000 кWх вам је потребна соларна електрана од око 5 кW како бисте задовољили своје потребе за електричном енергијом. Називна снага појединачног панела је 270 W до 340 W тако да нам у случају потрошње еелектричне ненергије као што смо горе навели треба 18 односно 15 панела. Димензије панела су од 1,5м2 до 2 м2 што значи дан је потребно око 30 м2 крова. Приближна цена коштања уређаја за соларну електрану је око 1200 евра по 1 кW инсталисане снаге са уградњом. Тако да би вам за ову соларну електрану било потребно око 6000 еура.
Поред соларних панела потребни су нам следећи уређају како би наш фотонапонски систем – соларна електрана био функционалан:
Инвертер
Инвертер, или претварач струје како га код нас такође зову, незаобилазна је ставка било да је реч о он-грид или офф-грид систему. Овај уређај је задужен за конвертовање једносмерне струје у наизменичну струју, које је неопходно будући да готово сви потрошачи електричне енергије функционишу искључиво на бази наизменичне струје. Сам инвертер поставља се у близини соларних панела, такође као спољна јединица, али будући да може да ствара извесну количину буке препоручљиво је лоцирати га даље од прозора, на бочни зид објекта.
Мерни орман
Мерни орман је место где се налази уређај (двосмерно бројило) за мерење протока електричне енергије – самосталне потрошње и испоручивања електричне енергије у електродистрибутивни систем. Приликом изградње соларне електране, потребно је заменити једносмерно у двосмерно бројило, с обзиром на то да ће, са почетком рада електране, и струја почети да „тече“ у два правца. Трошкове замене бројила сноси власник електране. Поред мерне опреме, у овај орман је смештена и заштитна опрема која обезбеђује да уколико дође до поремећаја рада соларне електране, систем буде аутоматски искључен са електродистрибутивне мреже, како не би настала оштећења на инфраструктури.
Батерија
Код он-грид система уобичајено је да соларна инсталација не подразумева уградњу батерија. За разлико од њих, код офф-грид конструкција овај елемент је обавезан. Батерија омогућава складиштење произведене електричне енергије за касније потребе, како бисте током ноћи, или када сунчева светлост није довољно (услед облачности и лошег времена) имали довољно струје за све или бар већину елементарних потреба. Оно што је кључно код овог елемента је добро димензионисати потребне батерије сходно потребама потрошача али и одредит одговарајући напон спрам спецификације инвертера као и просечан животни век батерије.
Контролер
Контролер је механизам соларног система који прати ток електричне енергије до батерије. Саветује се да систем који се налази на батерији увек иде руку под руку са контолером како би овај елемент спречио потенцијално стварање штете прекомерним пуњењем. Контролер ће заправо продужити животни век вашој батерији која представља један од најскупљих делова сваке соларне инсталације, и омогућити њену правилну и одмерену употребу. За разлику од некадашњих контролера ови модерни који су данас доступни на соларном тржишту у знатној мери су унапређени како би били имуни и отпорни на екстремне временске прилике.
У осталу опрему спадају: додатни уређаји, прекидачи, склопке, каблови, потконструкције…
Зашто се батерије користе у неким фотонапонским системима?
Батерије се често користе у фотонапонским системима у сврху складиштења енергије коју производи фотонапонски низ током дана, и за снабдевање електричним оптерећењима по потреби (током ноћи и у периодима облачног времена). Други разлози због којих се батерије користе у фотонапонским системима су да раде са фотонапонским низом близу тачке његове максималне снаге, да напајају електрична оптерећења стабилним напонима и да обезбеђују струју пренапона електричних оптерећења и инверторе. У већини случајева, контролер пуњења батерије се користи у овим системима да заштити батерију од прекомерног пуњења и прекомерног пражњења.
Приликом постављања соларних панела на кров ваше куће потрбно је водити рачуна о орјентацији крова на који постављамо ове панела. У идеалном случају, потребан вам је кров окренут према југу или југозападу. Само кровови окренути према северу нису погодни за ове инсталацје . Исправност и стабилност крова и кровне конструкције је основни предуслов за постављање соларних панела. За одабир одговарајућих фотонапонских панела неопходно је и да знате површину вашег крова – расположиву површину за постављање панела. . У Србији се, у зависности од географске локације, соларни панели позиционирају под углом од 34 до 35° у односу на хоризонталну раван.
За изградњу производног објекта није потребно прибављање одобрења или дозвола за извођење радова на постављању соларног постројења инсталисане снаге до нивоа одобрене снаге прикључка, односно до 10,8 кW.
Фотонапонске ћелије су електрично повезане у серију и/или паралелна кола да би произвеле веће напоне, струје и нивое снаге. Фотонапонски модули се састоје од кола фотонапонских ћелија заштићеним полиетиленском фолијом и основни су елементи фотонапонских система.
Фотонапонски панели укључују један или више фотонапонских модула састављених као претходно ожичена јединица која се може инсталирати на терену. Фотонапонски низ је комплетна јединица за производњу енергије, која се састоји од било ког броја фотонапонских модула и панела.
Перформансе фотонапонских модула и низова су генерално оцењене према њиховој максималној излазној једносмерној снази (вати) под стандардним условима испитивања (СТЦ). Стандардни услови испитивања дефинисани су радном температуром модула (ћелије) од 25о Ц , и нивоом упадног сунчевог зрачења од 1000 W/м2 и под спектралном дистрибуцијом ваздушне масе 1,5. Пошто ови услови нису увек типични за то како ПВ модули и низови раде на терену, стварни учинак је обично 85 до 90 процената.
Данашњи фотонапонски модули су изузетно безбедни и поуздани производи, са минималним стопама кварова и предвиђеним веком трајања од 20 до 30 година. Већина великих произвођача нуди гаранцију од 20 или више година за одржавање високог процента почетне номиналне излазне снаге. Када бирате ПВ модуле, потражите листу производа (УЛ), квалификационо тестирање и информације о гаранцији у спецификацијама произвођача модула.
Једноставно речено, фотонапонски системи су као и сви други системи за производњу електричне енергије, само је опрема која се користи другачија од оне која се користи за конвенционалне електромеханичке системе за производњу енергије. Међутим, принципи рада и повезивања са другим електричним системима остају исти. Сам фотонапонски скуп-низ ћелија није довољан да би се ова енергија користила у нашим кућним уређајима или дистрибуирала кроз преносни систем потребне су бројне друге компоненте за правилно вођење, контролу, претварање, дистрибуцију и складиштење енергије коју производе фотонапонске ћелије.
У зависности од функционалних и оперативних захтева система неопходни су нам претварач једносмерне електричне струје у наизменичну – инвертер, батерија за складиштење енергије (акумулатор), контролер батерије, помоћни извори енергије и одређено електрично оптерећење (уређаји). Ако се електрична енергија даље предаје у мрежу неопходни су нам и мерна опрема и опрема за балансирање снаге укључујући ожичење, прекострујне уређаје, уређаје за заштиту од пренапона и искључивања. На слици је приказан основни дијаграм фотонапонског система и њихова повезаност.
Типична фотонапонска ћелија се састоји од танке плочице са два слоја од којих је један ултра танак слој силицијума допираног фосфором (Н-тип) на врху дебљег слоја силицијума допираног бором (П-тип). Електрично поље се ствара близу горње површине ћелије где су ова два материјала у контакту, названо П-Н спој. Када сунчева светлост удари у површину фотонапонске ћелије, ствара се електрично поље које које усмерава кретање електрона из једног ка другом слоју, што резултира протоком струје када је соларна ћелија повезана са електричним оптерећењем.
Без обзира на величину, једна типична силицијумска фотонапонска ћелија производи око 0,5 – 0,6 волти једносмерног напона у условима отвореног кола – без оптерећења. Јачина струје (снаге) фотонапонске ћелије зависи од њене ефикасности и величине (површине) и пропорционалан је интензитету сунчеве светлости која пада на површину ћелије. На пример, у условима највеће јачине сунчеве светлости, типична комерцијална фотонапонска ћелија са површином од 160 cm2 производиће око 2 W вршне снаге (максимална снага). Ако је због атмосферских услова интензитет сунчеве светлости 40 процената од максималног, тада ова ћелија производи око 0,8 W.
SAMSUNG CAMERA PICTURES
Фотонапонске ћелије су електрично повезане у серију и/или паралелна кола да би произвеле веће напоне, струје и нивое снаге. Фотонапонски модули се састоје од кола фотонапонских ћелија заштићеним полиетиленском фолијом и основни су елементи фотонапонских система.
Још у 19. веку Edmond Becquerel је приметио да сунчева светлост која пада на одређене материјале ствара електричну струју која се може детектовати. Ова појава се назива фотоелектрични ефекат и то откриће је поставило темеље за изум соларних ћелија.
Количина сунчеве светлости која стигне на површину земље за сат и по довољна је за целокупну светску потрошњу енергије за читавих годину дана.
Сунчево зрачење је светлост – позната и као електромагнетно зрачење – коју емитује Сунце. Свака локација на Земљи добија нешто сунчеве светлости током годину дана, количина сунчевог зрачења која допире до било које тачке на површини Земље варира. Соларне технологије хватају ово зрачење и претварају га у корисне облике енергије.Соларне технологије претварају сунчеву светлост у електричну енергију било преко фотонапонских (ПВ) панела или преко огледала која концентришу сунчево зрачење. Ова енергија се може користити за производњу електричне енергије или се складиштити у батеријама или термалним складиштима.
Прве конвенционалне фотонапонске ћелије су произведене касних 1950-их, а током 1960-их су се углавном користиле за снабдевање електричном енергијом сателита који круже око Земље. Током 1970-их, побољшања у производњи, перформансама и квалитету фотонапонских модула помогла су да се смање трошкови и отворила су низ могућности за напајање удаљених земаљских инсталација које су се до тада напајале путем агрегата и акумулатора. Ова унапређења су оомогућила пуњење батерија за навигациона помагала, сигналну и телекомуникациону опрему.
Током 1980-их, употреба фотонапонских ћелија је постао популаран извор енергије за пуњење батерија за електронске уређаје, укључујући калкулаторе, сатове, радио апарате, светиљке…
Након енергетске кризе 1970-их, истраживање могућности примене фотонапонских ћелија иде у у правцу развоја фотонапонских енергетских система за потребе стамбене потрошње и комерцијалне употребе. У том периоду се су порасле потребе за фотонапонским системима за напајање расхладних уређаја, пумпања воде, телекомуникационе опреме…
Данас, производња фотонапонских модула расте за приближно 25 процената годишње. Европској унији је све већи капацитет инсталираних фотонапонских система на зградама као и њихово повезивање на дистрибутивне мреже.
Соларне ћелије се користе у многим уређајима посебно у ситуацијама када електрична енергија из дистрибутивне мреже није доступна.
Соларне ћелије су данас незамењиве за производњу енергије која напаја за сателите који круже око Земље.
Иако уређаји за производњу електричне енергије помоћу фотонапонских-соларних ћелија постоје већ више од 50 година, уређаји за соларну електричну енергију и даље се сматрају врхунском технологијом. Потенцијал и могућности стварања чисте, јефтине и „неограничене“ струје био је сан многих научника и компанија. Као резултат тога, сваке године долази до бројних открића и побољшања ове технологије.
Производња електричне енергије помоћу сунчевог зрачења помоћу соларних панела тј фотонапонских панела подразумева да се сунчево зрачење које долази до соларног панела претвара у једносмерну електричну енергију. Када сунце сија на соларни панел, енергију из сунчеве светлости апсорбују фотонапонске ћелије у панелу. Ова енергија ствара електрична наелектрисања која се крећу као одговор на унутрашње електрично поље у ћелији, узрокујући њихово струјање.Количина енлектричне енергије коју може да произведе један соларни панел зависи од његове снаге, места где је постављен и броја сунчаних сати.
