Principalele elemente ale unui sistem fotovoltaic
Un sistem fotovoltaic este alcătuit în esență dintr-un „generator” (panourile solare), un „sistem de conversie a energiei” (invertorul) și un eventual „acumulator de energie” (bateria).
Desigur, există și o „structură de susținere” pentru instalarea pe acoperișuri înclinate, sau pot exista cadre metalice fixe sau mobile pentru instalarea pe suprafețe plane.
Nu în ultimul rând, este necesară prezența unui „sistem de monitorizare” a instalației, util pentru monitorizarea stării de sănătate a întregului sistem cu informații privind panourile fotovoltaice, invertoarele, starea rețelei electrice și capacitatea de producție a instalației în ansamblu.
Acestea sunt elementele esențiale ale unui sistem fotovoltaic, care trebuie să fie conectate și configurate corect între ele, în conformitate cu specificațiile tehnice ale diferitelor elemente.
Un alt aspect puțin luat în considerare este autorizația, care variază în funcție de locul de amplasare a instalației și pentru care este necesar să întrebi din când în când municipalitatea ce proceduri trebuie să urmezi.
În funcție de tipul de instalație, de dimensiunea sistemului și de locul de intervenție, pot fi necesare diferite tipuri de autorizații sau intervenția poate fi clasificată drept construcție liberă dacă instalarea panourilor este coplanară cu acoperișul.
Cum arată generatorul fotovoltaic?
Generatorul fotovoltaic este format din setul de „module fotovoltaice”, cunoscute mai frecvent sub denumirea de „panouri solare” sau „panouri fotovoltaice”.
Componenta elementară a unui modul fotovoltaic este celula.
Aici are loc conversia radiației solare în curent electric.
Aceasta constă dintr-o felie subțire de material semiconductor, aproape întotdeauna siliciu, tratat corespunzător și cu o grosime de aproximativ 0,3 mm.
Aceasta poate fi rotundă, cu colțuri rotunjite sau pătrată și are o suprafață incidentă cu soarele cuprinsă între 100 și 225 cm2.
Mai multe celule conectate în serie formează un panou, adică o structură comună care poate fi ancorată la sol sau la o clădire.
Mai multe panouri conectate în serie formează un șir.
Mai multe șiruri conectate împreună (de obicei în paralel) furnizează puterea necesară și formează generatorul fotovoltaic.
Din punct de vedere electric, nu există practic limite ale puterii pe care o poate produce o instalație fotovoltaică, deoarece conectarea în paralel a mai multor rânduri de module („șiruri”) permite obținerea unei puteri electrice de orice valoare.
Transferul de energie de la sistemul fotovoltaic la consumator are loc prin intermediul unor dispozitive suplimentare necesare pentru a transforma curentul continuu în curent alternativ, adaptându-l la nevoile utilizatorului final.
Această transformare este denumită în jargonul tehnic „CC/CA”.
Cum arată convertorul de putere ?
Invertorul transformă curentul continuu produs de module în curent alternativ; este format dintr-un transformator și un sistem de corecție a factorului de putere și de filtrare care garantează calitatea puterii de ieșire.
Transformatorul și sistemul de filtrare sunt în mod normal integrate în invertor.
Este clar că generatorul fotovoltaic funcționează numai în prezența luminii solare.
Alternanța zi/noapte, ciclul anotimpurilor și variațiile condițiilor meteorologice fac ca cantitatea de energie electrică produsă de un sistem fotovoltaic să nu fie constantă nici în funcție de orele din zi, nici în funcție de lunile anului.
Acest lucru înseamnă că, dacă dorești să oferi autonomie completă utilității, va trebui fie să conectezi sistemele la rețeaua națională, fie să utilizezi sisteme de stocare a energiei electrice care să o facă disponibilă în timpul orelor cu soare insuficient.
Până în prezent, mulți producători oferă produse bune pe piață, oferind garanții de lungă durată (nu mai puțin de 10 ani), cu certificări europene și ținând pasul cu cele mai recente tehnologii.
Cum arată un invertor în interior?
În plus față de convertor, aceste mașini sunt alcătuite dintr-o serie întreagă de elemente, pe care le vom descoperi acum în detaliu.
Pornind de la intrarea modulelor fotovoltaice, distingem:
- Un comutator DC (nu întotdeauna prezent și în funcție de model);
- Descărcătoare de tensiune, mai bine cunoscute prin acronimul SPD;
- Un filtru EMI, pentru a curăța tensiunea de orice zgomot extern și a intra în convertor cât mai curat posibil;
- Unul sau mai mulți urmăritori MPPT care funcționează prin urmărirea punctului de putere maximă generată de modulul fotovoltaic, optimizând raportul dintre curentul și tensiunea furnizate;
- Convertorul CC/CA propriu-zis, care ajustează tensiunea la parametrii rețelei;
- Un filtru de ieșire, pentru curățarea suplimentară a semnalului de tensiune;
- Relee de izolare care intervin în cazul unei defecțiuni a rețelei;
- Un filtru EMI suplimentar pentru a curăța orice zgomot pe partea de curent alternativ.
Amintește-ți că invertorul este o mașină electrică delicată, unde ciclurile de lucru sunt uneori atât de intense încât sistemul de răcire proiectat, deși foarte eficient, poate uneori să nu fie suficient.
Prin urmare, este recomandat să îl instalezi în locuri cu puțină lumină solară și bună ventilație, cu acces ușor pentru o persoană adultă și la îndemâna copiilor.
Nu te îngrijora dacă ți se recomandă să le amplasezi în exterior, deoarece invertoarele se bucură de protecție IP67 care garantează funcționarea chiar și atunci când sunt expuse la stropi de apă sau lichide în general.
Cum arată sistemul de stocare?
Sistem fotovoltaic conectat la rețea cu sistem de stocare
Sistem fotovoltaic de sine stătător cu sistem de stocare
Stocarea este un sistem opțional, neobligatoriu, care poate fi adăugat la sistemul fotovoltaic tradițional pentru a stoca energia produsă de sistem și care nu este utilizată imediat.
Este ușor de observat că stocarea aduce avantaje enorme din punct de vedere energetic, dar rentabilitatea instalării sale trebuie evaluată de la caz la caz, în funcție de nevoile utilizatorului și de puterea fotovoltaică care poate fi instalată.
În primul rând, facem distincție între două tipuri de sisteme de stocare, unul on-grid (conectat la rețea) și unul off-grid (fără conexiune la rețeaua Enel).
Primul sistem (la rețea) este cel mai complex, dar și cel mai utilizat, deoarece este posibilă exploatarea atât a energiei stocate în baterii, cât și a resurselor energetice ale rețelei (care sunt practic infinite).
Tehnologia modernă a dezvoltat, de asemenea, „sisteme integrate” care permit modificarea unui sistem existent pentru a-l adapta noului sistem de stocare care urmează să fie instalat.
Cu toate acestea, pentru a funcționa, un sistem de stocare în rețea are nevoie de un contor pentru energia care intră și cea care iese și de un sistem de gestionare a stocării care să permită fluxul de energie electrică într-o direcție sau alta, în funcție de următoarele condiții: producție, cererea de energie a utilizatorului și nivelul de încărcare al bateriei.
Al doilea tip de sistem de stocare, (off-grid), este mult mai simplu și mai puțin costisitor, dar realizarea sa este rezervată acelor structuri care, în sine, nu au posibilitatea conectării la rețeaua electrică, cum ar fi cabanele de munte sau casele izolate departe de rețeaua de distribuție a energiei electrice.
În acest caz, instalarea unui sistem de stocare este o necesitate, deoarece acesta va permite clădirii să utilizeze energia produsă pentru a o consuma chiar și în timpul nopții.
Cum arată o celulă fotovoltaică?
Celula se comportă ca o mică baterie și, în condiții de însorire (1kW/m2), la o temperatură de 25°C, furnizează un curent de 3A, cu o tensiune de 0,5V și o putere de 1,5-1,7 Wp.
Pe piață găsim module fotovoltaice gata asamblate care constau dintr-un set de celule conectate între ele.
Cele mai comune sunt formate din 36, 60 sau 72 de celule dispuse în rânduri paralele conectate în serie.
Acestea au o suprafață de 0,7 până la 1,7 m2 și pot fi cuplate cu convertoare de putere (mai bine cunoscute sub numele de invertoare).
De asemenea, este posibilă conectarea lor directă la acumulatori de 12 V c.c. nominal, dar această practică este adesea descurajată de manualele tehnice, deoarece acumulatorii nu gestionează urmărirea punctului de putere maximă a modulului fotovoltaic, ceea ce face această practică ineficientă.
Celula fotovoltaică este componenta elementară a sistemului și constă dintr-o „felie” subțire de material semiconductor, aproape întotdeauna siliciu mono- sau policristalin (cel mai răspândit element din natură după oxigen).
Siliciul care alcătuiește felia este „dopat” prin introducerea de atomi de bor (dopare p) pe o „față” și de cantități mici de fosfor (dopare n) pe cealaltă față.
În zona de contact dintre cele două straturi dopate diferit, se creează un câmp electric; atunci când celula este expusă la lumină, datorită efectului fotovoltaic, se generează sarcini electrice și, dacă cele două fețe ale celulei sunt conectate la un utilizator, va exista un flux de electroni sub forma unui curent electric continuu.
În prezent, siliciul, mono și policristalin, utilizat în construcția celulelor este același cu cel utilizat de industria electronică, care necesită materiale foarte pure și, prin urmare, scumpe.
Piața oferă diferite tipuri de module fotovoltaice, care se disting prin tipul de celulă montată între sticlă și suportul inferior din plastic, în special celulele montate pot fi de următoarele tipuri:
- Siliciu monocristalin (mono c-Si): este obținut dintr-un lingou ai cărui atomi sunt dispuși pentru a forma un singur cristal. Siliciul monocristalin trebuie să fie foarte pur și este scump deoarece procesul său de fabricație este complex. Acesta se găsește din abundență pe piața energiei solare, dar este destul de scump. Acesta poate fi recunoscut prin faptul că celulele individuale sunt șanfrenate la colțuri și, prin urmare, există o porțiune inutilizabilă de suprafață în cadrul modulului fotovoltaic.
- Siliciu policristalin (multi m-Si): acesta este cel mai răspândit tip de modul utilizat în industria solară, format din mai multe cristale unite între ele și este mai puțin pur, dar și mai puțin costisitor. Un panou fotovoltaic policristalin este recunoscut prin faptul că celulele ocupă aproape întreaga suprafață a modulului și fiecare celulă este perfect așezată una lângă alta.
- Siliciu amorf: este o tehnologie aproape depășită, este destul de scumpă și slabă din punct de vedere al performanțelor electrice și dimensionale. Caracteristica principală a acestui panou este că funcționează bine în situații de umbră și slab expuse, ceea ce îl face deosebit de potrivit pentru amplasamentele orientate spre nord sau pentru cele cu probleme de umbrire.
Cât costă un sistem fotovoltaic?
În ultimii ani, costul instalațiilor fotovoltaice a scăzut semnificativ și în România, datorită cererii tot mai mari pentru astfel de soluții energetice sustenabile.
Această scădere a fost influențată de proiectele derulate la nivel european și național, dar și de tehnologiile tot mai avansate disponibile pe piață.
Costul unei instalații fotovoltaice variază în funcție de dimensiunea acesteia, de nevoile consumatorului și de prezența sau absența unor sisteme suplimentare, precum sistemele de urmărire solară (trackere) sau de stocare a energiei.
Deși implementarea unui sistem cu baterii de stocare poate crește semnificativ costurile inițiale, această opțiune oferă un avantaj major prin maximizarea autonomiei energetice.
Dacă ești interesat să afli mai multe detalii despre o ofertă fotovoltaică adaptată nevoilor tale și să obții o estimare a costurilor de instalare, îți recomandăm să analizezi ofertele disponibile și să evaluezi soluțiile propuse de ElectricUp.
Investiția într-un astfel de sistem aduce beneficii atât din punct de vedere economic, cât și ecologic.
Cum arată sistemul de monitorizare?
Sistemul de monitorizare al unei instalații fotovoltaice este în prezent aproape o caracteristică standard.
De fapt, toate invertoarele moderne au posibilitatea, dacă nu sunt deja prezente, de a-și extinde pachetul hardware pentru a instala o placă de rețea, care va fi utilizată pentru a comunica cu modemul de acasă și pentru a trimite date către un spațiu cloud.
Datorită monitorizării, este posibil să controlezi sistemul de la distanță, din confortul fotoliului de acasă, prin intermediul unui smarthphone sau al unui PC în rețea.
Trebuie adăugat că, în cazul în care este prezent și sistemul de stocare, monitorizarea devine o prerogativă aproape indispensabilă pentru a înțelege cum ne gestionăm resursele energetice.
Aceasta ne va permite să cunoaștem în profunzime sistemul energetic din casa noastră și să știm dacă energia pe care o producem este suficientă sau nu pentru nevoile noastre și dacă dimensiunea sistemului de stocare este adecvată pentru cererea noastră de energie.
Este întotdeauna recomandat să întrebi instalatorul despre instalarea sistemului de monitorizare, deoarece achiziționarea unui model de invertor în loc de altul ar putea duce la costuri suplimentare nedorite în acest scop.
O schemă a unui sistem fotovoltaic cu un sistem de stocare este prezentată mai jos:
O analiză atentă arată modelul de consum al utilizatorului (linia neagră) și modelul tipic de producție al sistemului fotovoltaic într-o zi însorită, reprezentat de crestele albastre, galbene și verzi ale graficului.
Porțiunea în albastru reprezintă energia care a fost extrasă din sistemul de stocare, încărcat în orele dimineții și reprezentat de porțiunea inițială în albastru.
Observă din nou cum porțiunea finală a graficului este guvernată de graficul în gri și reprezintă energia preluată din rețea, deoarece sarcina acumulatorului a fost epuizată.
În plus, acest instrument îți permite să cunoști valorile punct cu punct ale graficului, astfel încât să poți face măsurători precise și exacte în orice moment.
S-ar putea lua în considerare creșterea pachetului de baterii pentru a compensa energia extrasă din rețea, în timp ce dimensiunea sistemului fotovoltaic ar părea să fie suficientă pentru a umple bateriile și a le susține până dacă (aproximativ 21.30).
Totuși, aceste considerații sunt făcute pe baza acestui singur grafic reprezentând o singură zi de primăvară.
Pentru o analiză mai precisă, ar fi necesar să se examineze tendința pe tot parcursul anului și să se evalueze atât producția, cât și capacitatea de stocare în ansamblu, pentru a se ajunge la o evaluare tehnică corectă.
Reamintim că biroul nostru tehnic vă stă la dispoziție pentru orice clarificări și explicații tehnice.