Ogniwa fotowoltaiczne. Jaki rodzaj wybrać? Co wpływa na sprawność instalacji? Jak wykonać konserwację we własnym zakresie?

System on-gird czy off-gird?

Instalacje fotowoltaiczne możemy podzielić na dwa podstawowe typy:

• zintegrowane z siecią elektryczną - on-gird;
• pracujące na sieć wydzieloną - off-gird.

System on-gird stosuje się najpowszechniej, w domach połączonych z siecią elektryczną. System ten składa się z paneli fotowoltaicznych, inwertera (falownika zmieniającego prąd stały na zmienny, o napięciu sieciowym 230 V, częstotliwości 50 Hz), liczników produkcji i zużycia prądu, oraz przyłączenia do sieci i zabezpieczeń. Instalacja on-gird pozwala na bieżące spożytkowanie prądu produkowanego przez fotoogniwa, a także odsprzedaż jego nadwyżek do sieci. W przypadku sprzedaży energii elektrycznej, czas zwrotu inwestycji znacznie się wydłuża, w porównaniu z wariantem używania jej do własnych celów.

Nadwyżek z produkowanej energii nie unikniemy, dlatego i tak warto ją sprzedawać, zwłaszcza że nie jest już do tego wymagane prowadzenie działalności gospodarczej i posiadanie koncesji. Minusem typowego układu on-gird jest to, że w momencie awarii sieci elektrycznej inwerter powoduje odłączenie paneli od instalacji, dlatego urządzenia elektryczne znajdujące się w domu przestają działać.

Instalacja fotowoltaiczna przyłączona do sieci on-gird

System off-gird jest praktykowany w domkach letniskowych lub przez tych, którzy chcą być całkowicie niezależni od dostawców energii elektrycznej. Oprócz składowych wymienionych wcześniej, akumulatory są elementem niezbędnym. Do ładowania akumulatorów w taki sposób, żeby nie uległy szybkiemu zniszczeniu oraz w celu zminimalizowania strat energii - kupuje się odpowiedni regulator ładowania. Instalacja ta jest wyraźnie droższa od syste mu on-gird i nie mamy możliwości odsprzedaży wytworzonego prądu. Rachunek ekonomiczny wskazuje, że system z akumulatorami jest zbyt drogi, aby można było uznać, że warto zrezygnować z kupowania energii z sieci i korzystać wyłącznie z własnej elektrowni słonecznej.

Wybierając wariant on-gird, możemy się zdecydować na przyłączenie mikroinstalacji do sieci. Po wykonaniu i oddaniu do użytku instalacji fotowoltaicznej, należy złożyć do lokalnego dystrybutora sieci energetycznej wniosek o określenie warunków przyłączeniowych, treść wniosku pobiera się ze stron internetowych operatorów systemu dystrybucyjnego. Zazwyczaj w ciągu 30 dni powinniśmy otrzymać umowę o świadczenie usług dystrybucji energii elektrycznej z przewidywanym terminem przyłączenia na koszt zakładu energetycznego. Po zawarciu umowy dystrybucji i umowy sprzedaży energii wytwarzanej w mikroinstalacji, zakład energetyczny montuje układ zabezpieczający i pomiarowo-rozliczeniowy (licznik dwukierunkowy). Na koniec każdego miesiąca otrzymamy od dystrybutora informację o ilości wyprowadzonej energii do sieci. Planowana, do wprowadzenia w 2016 r., wysokość ceny skupu energii od prosumenta to 0,75 zł/kWh dla instalacji o mocy do 3 kW oraz 0,65 zł/kWh dla systemu o mocy 3-10 kW.

Instalacja autonomiczna off-grid

Co to jest inwerter?

Prąd stały powstający w fotoogniwach nie nadaje się do zasilana domowych urządzeń, dlatego wymagane jest jego przetworzenie do napięcia nominalnego 230 V i częstotliwości 50 Hz. Do tego służą falowniki, nazywane inaczej inwerterami - ich zadaniem jest zamiana prądu stałego na przemienny. Jego właściwy dobór ma wpływ na niezawodność, efektywność i obsługę późniejszych modułów fotowoltaicznych. Sprawność inwertera określa, jaka część energii zostanie zamieniona z prądu stałego na przemienny, a jaka stracona. Taką informację znajdziemy na jego karcie katalogowej. Deklarowana wartość sprawności dotyczy zaprojektowanej mocy. Im mniejsza moc wyjściowa i wejściowa, tym sprawność inwertera mniejsza.

Ze względu na typ instalacji fotowoltaicznej, wyróżniamy:

• inwertery sieciowe (on-gird) - przystosowane do współpracy z siecią elektryczną,
• inwertery niewspółpracujące z siecią (off-gird).

W zależności od typu, wytwarzają one prąd przemienny jednofazowy lub trójfazowy.

Inwerter, zdj. Kaco new energy

Czy cień padający na fotoogniwa może obniżyć ich sprawność?

Żeby fotoogniwa osiągały maksymalną wydajność, znajduje się dla nich niezacienione miejsce i ustawia je w optymalnej pozycji, w której będą absorbować najwięcej promieniowania słonecznego. Ponieważ montuje się ich 4-5 razy więcej niż kolektorów, potrzebna jest odpowiednio duża powierzchnia dachu. Istotnym problemem, którego musimy uniknąć, jest zacienienie instalacji. Mamy z tym do czynienia, gdy część panelu fotowoltaicznego zostanie na krótko bądź długotrwale odcięta od promieni słonecznych. Mogą przyczynić się do tego usytuowane w sąsiedztwie budynki, także niepozorne elementy, jak kominy, daszki, anteny bądź otaczające dom drzewa. Jest to zjawisko niepożądane ze względu na spadek uzysku energii z paneli fotowoltaicznych. Gdy nieznaczny fragment ogniwa jest zasłonięty choćby przez niewielki liść, może dojść do zaniku mocy modułu nawet o 1/3. W przysłoniętej części ogniwa następuje odwrócenie polaryzacji napięcia, które zachowuje się wtedy jak opornik - w konsekwencji będzie on działać jak odbiornik energii, powodując spadek mocy otaczających go ogniw niezacienionych.

Z tym zjawiskiem związane jest niebezpieczne dla całego urządzenia rozgrzanie zacienionego ogniwa - doprowadzając w skrajnych przypadkach do jego zniszczenia. Dlatego większość producentów wyposaża panele w diody bocznikujące (by-pass), które wyłączają zasłonięte ogniwa, by te nie zakłócały działania pozostałych. Aby zapobiec skutkom zacienienia, konieczne jest przeanalizowanie obecności ewentualnych obiektów rzucających cień w miejscu, gdzie planujemy montaż paneli fotowoltaicznych. Pamiętajmy, że dobry projekt wykonany przez eksperta to połowa sukcesu, czasem niezbędne są w tym celu symulacje komputerowe śledzące trajektorię słońca. Dobrze mieć pewność, że w sąsiedztwie nie powstanie obiekt budowlany, który w przyszłości może stanowić zagrożenie dla wydajności naszej instalacji. Odpowiednie rozmieszczenie paneli na dachu w większości rozwiązuje problem zacienienia.

Pomóc może podniesienie modułów na wysięgnikach, skierowanie ich na południe i ustawienie ich pod optymalnym kątem względem padających promieni słonecznych. W naszych szerokościach geograficznych najkorzystniejszy jest kąt 30-40° względem powierzchni ziemi. Gdy zacienienie jest niemożliwie do uniknięcia - należy rozważyć, jak duża część instalacji fotowoltaicznych będzie zacieniona w kolejnych porach dnia. Nisko umieszczone panele mogą znajdować się w cieniu drzew czy budynków rano i wieczorem, wówczas uzysk energii tak czy inaczej będzie niewielki, a straty nie powinny być wysokie. Przykrycie tych urządzeń śniegiem może również znacznie obniżyć sprawność instalacji. Na szczęście, moduły są pochylone, zaś ich gładka powierzchnia sprawia, że w większości przypadków śnieg jest w stanie samoczynnie się z nich zsunąć.

Czy powinniśmy dbać o czystość fotoogniw?

Instalacja fotowoltaiczna nie pozostanie w idealnej czystości przez cały czas jej użytkowania. Podobnie jak słoneczna, będzie  ulegać zabrudzeniu pod wpływem czynników atmosferycznych, ptasich odchodów czy pylenia roślin. Choć tymczasowe zanieczyszczenia, takie jak kurz i inne nietrwale związane z panelem zabrudzania zmyje pierwszy deszcz, to jednak nie rozwiązuje on wszystkich problemów. Długi okres bez opadów - w czasie którego nagromadzenie kurzu może być bardzo duże i znacznie ograniczać przejście promieniowania słonecznego przez szyby - może skutkować spadkiem ilości produkowanej energii. Zacienienie nawet niewielkiego fragmentu ogniwa fotowoltaicznego odbija się na sprawności całej instalacji, stąd systemy solarne wyposażone są w oprogramowanie monitorujące, które pozwala dostrzec spadki wytwarzania energii od razu. Mając na uwadze pracę układu, zalecane jest cykliczne czyszczenie instalacji fotowoltaicznych minimum raz w roku. W przypadku dużych zabrudzeń, najlepszym wyjściem jest zlecenie mycia wyspecjalizowanej firmie. Gdy chcemy wyczyścić je samodzielnie, możemy posłużyć się wodą pod ciśnieniem i neutralnym środkiem do mycia - nie należy stosować silnych detergentów ani ostrych narzędzi, gdyż mogą one zarysować i uszkodzić powierzchnię paneli.

autor: Damian Czernik
rysunki: Eko-Technik Odnawialna Energia
zdjecie otwierające: archiwum BD