Poradnik inwestora systemów PV cz. 1

DSC_0319

Zacznijmy od początku: czyli od wyjaśnienia na czym polega produkcja prądu z instalacji zbudowanych z paneli fotowoltaicznych.

Panele fotowoltaiczne to urządzenia, które przekształcają energię słoneczną na energię elektryczną. Dzieje się tak, ponieważ w tych urządzeniach wykorzystane jest tzw. zjawisko fotoelektryczne,  polegające na tym iż na skutek padania promieni słonecznych na powierzchnię modułu, powstaje siła elektromotoryczna czyli przemieszczanie się ładunków i powstawanie napięcia elektrycznego. To oczywiście w bardzo dużym uproszczeniu, ponieważ tego typu zjawiskami zajmowali się najwybitniejsi  uczeni, a Albert Einstein za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego, wprowadzenia pojęcia fotonu, cząstki elementarnej i odkrycia tzw. dualizmu korpuskularno – falowego otrzymał Nagrodę Nobla. W panelach fotowoltaicznych produkuje się prąd stały, a jak wiemy, aby wykorzystać go do zasilania naszych urządzeń należy przekształcić go na prąd zmienny. Odbywa się to za pomocą urządzenia tzw. falownika lub inwertera.

Inwertery (ang.) off-grid i to urządzenia które zamieniają prąd stały na prąd przemienny o regulowanej częstotliwości wyjściowej, tak aby można wykorzystać go do typowych urządzeń znajdujących się w  standardowym domu. Nowoczesne inwertery fotowoltaiczne zamieniają prąd stały DC wygenerowany w panelach fotowoltaicznych na prąd zmienny AC o napięciu 230V/400. Poza tym nowoczesne inwertery pełną także wiele różnych funkcji w instalacjach, takie jak ochrona sieci przed zbyt dużą ilością prądu, chronią przed awariami, w ten sposób iż w  ciągu ułamka sekund przełączają z zasilania sieciowego na awaryjne, co zapobiega przerwą w dostawie energii elektrycznej, są zatem automatycznym rozłącznikiem. Niektóre falowniki są wyposażone w systemy monitoringu pracy systemu poprzez zbieranie i przetwarzanie informacji (danych) w trybie on–line w czasie rzeczywistym lub  archaizowanie danych w czasie przeszłym.

Akumulatory potocznie zwane bateriami, są to urządzenia stosowane w systemach fotowoltaicznych do magazynowania energii. Są to też zbiorniki buforowe, w których magazynuje się prąd w sytuacji kiedy z uwagi na zjawiska pogodowe produkcja prądu jest niższa np. pochmurne dni. Stosowane są w instalacjach autonomicznych, czyli takich, które nie są podłączone do sieci zewnętrznych. Najpopularniejsze akumulatory to akumulatory ołowiowe, litowo- jonowe, żelowe.

Regulatory ładowania – urządzenia których zadaniem jest czuwanie nad procesem ładowania i rozładowywania akumulatorów. Występują w instalacjach autonomicznych.

Falowniki (inwertery sieciowe) on-grid są to specjalne urządzenia służące do podłączania elektrowni fotowoltaicznej do sieci. Przystosowują energię elektryczną produkowana przez moduły do parametrów wymaganych przez zewnętrzną sieć elektroenergetyczną.

Wyróżniamy dwa podstawowe systemy  instalacji fotowoltaicznych:

  1. dołączone do sieci tzw. system on-grid
  2. nie dołączone do sieci tzw. system off-grid

W przypadku systemów autonomicznych – off grid wyróżniamy schemat systemu off-grid z obciążeniem DC (prąd stały) oraz drugi z obciążeniem AC (prąd przemienny).

  • Schemat systemu off-grid z obciążeniem DC

1

  • Schemat systemu off-grid z obciążeniem AC

2

  • Schemat systemu on –grid podłączonego do sieci

3

  1.  moduły fotowoltaiczne
  2. inwerter sieciowy
  3. sieciowy licznik energii elektrycznej
  4. punkt podłączenia z domem
  5. publiczna sieć elektryczna
  6. miernik zużycia energii
  7. odbiorniki

Tyle teorii, teraz przejdziemy do konkretów.

Rynek oferuje wiele rodzajów paneli fotowoltaicznych. Podstawowe rodzaje  paneli znajdujące się obecnie w sprzedaży to:

–   monokrystaliczne o wyższej sprawności 18-22% – droższe, kolor czarny,

 – polikrystaliczne, wykonane z wykrystalizowanego krzemu, o sprawności od 14-18%, umiarkowana cena, kolor niebieski,

–  amorficzne, wykonane z amorficznego bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu o niskiej sprawności -6-10%, koloru lekko bordowego, niska cena.

Panele fotowoltaiczne zbudowane są z ogniw, które łączy się na trzy sposoby:

– szeregowo,

– równolegle,

– szeregowo – równolegle.

Podstawowym parametrem charakteryzującym panele jest uzysk [kWh], czyli ilość energii elektrycznej otrzymanej z procesu zamiany energii słonecznej na elektryczną w ciągu roku, doby godziny itp. Moduły fotowoltaiczne są klasyfikowane wg nominalnej mocy wyjściowej wyrażonej w Wp (peak Watt) czyli moc wyjściowa uzyskana z danego modułu w warunkach laboratoryjnych-STC (Standard Test Conditions) odpowiadających warunkom pracy modułu przy temperaturze 25 o C i przy natężeniu promieniowania słonecznego 1000 W/m2, przy czym w warunkach naturalnych tego typu nasłonecznienie nie zawsze występuje i w normalnych warunkach pracy moc wyjściowa wynosi od 85-90% STC.

Przy doborze systemów fotowoltaicznych w przypadku mikroinstalacji należy brać pod uwagę takie elementy jak cena zestawu, zapotrzebowanie energetyczne obiektu, czas zwrotu inwestycji. Poniżej  tabela przedstawia opłacalność inwestycji:

4

Przeanalizujmy zatem instalację zbudowaną z zestawu fotowoltaicznego o mocy 3 kVp, mogącą produkować energię elektryczną na własne potrzeby i nadwyżki energii oddającą do sieci elektroenergetycznej. Zastosujmy system ekonomiczny. Dobierzemy moduły PV o mocy 250 W. Mamy do dyspozycji dach dwuspadowy o nachyleniu w kierunku południa pod kątem 45o. Dobieramy instalację składającą się z 12 modułów , powierzchnia czynna wymagana do instalacji typowych modułów to min. 20 m2. Dobieramy inwerter fotowoltaiczny 3 fazowy – dla lepszego wykorzystania energii. Przykładowy zestaw kosztuje ok. 15 tys.  netto (cena bez montażu i bez VAT).  Przyjmijmy, że system wytworzy do 3 tys.  kWh rocznie i,  że 1 kWh kosztuje obecnie ok. 60 gr. Prosty czas zwrotu takiego systemu wynosi 8 lat. Dla przeciętnego domu, którego zużycie własne energii to 2000 kWh rocznie, otrzymamy 1000 kWh rocznie nadwyżki, którą zgodnie z ustawą o odnawialnych źródłach energii, będziemy mogli odsprzedać do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej.  W zależności od  ceny energii elektrycznej, otrzymujemy zwrot naszej inwestycji w granicach  8 lat. Są to założenia bardzo uogólnione ponieważ należy zwrócić uwagę, że nie możemy do końca przewidzieć, ceny 1 kWh w przyszłym roku. Podobnie można przeanalizować większe zestawy. Z tych prostych analiz wynika, że i tak taka instalacja przy wsparciu ze strony państwa, jest opłacalna.

W kolejnym poradniku napiszemy Państwu na temat programów dofinansowań i opłacalności  zielonych inwestycji, w tym także pod kątem efektu ekologicznego.

 

Fundacja AsPiRa

Kontakt: biuro@aspira.org.pl

Niniejszy artykuł objęty jest prawem autorskim, kopiowanie przetwarzanie wyłącznie za zgodą autorów.