Logo
Nevíte si rady? Zavolejte.
0 ks
za 0,00 Kč
Nákupní košík je prázdný
Potřebujete poradit? Neváhejte nás kontaktovat.
  1. Úvod
  2. Terminologie
Fotovoltaická elektrárna - pojmy

Pokud jste narazili v textu či popisu na odobrný výraz kterému nerozumíte, jistě naleznete jeho vysvětlení zde.

FV = fotovoltaika
FVE = fotovoltaická elektrárna
FVS = fotovoltaický systém
Wp – (wattpeak) watt špičkového výkonu.
STC – (Standard Test Condition) standardní testovací podmínky, za nichž jsou měřeny charakteristiky fotovoltaických panelů a článků, tj. intenzita záření 1000 W/m2 a teplota panelu 25 °C.
MPP – (Maximum Power Point) bod maximálního výkonu; pracovní bod, ve kterém dodává fotovoltaický panel maximální výkon. MPP se mění v závislosti na intenzitě dopadajícího slunečního záření a na teplotě panelu.
MPPT – (Maximum Power Point Tracker) sledovač bodu maximálního výkonu; zařízení, které zvyšuje výnos energie tím, že zajišťuje, aby fotovoltaický panel pracoval stále v blízkosti bodu maximálního výkonu. MPPT je obvykle součástí střídače nebo regulátoru nabíjení, může však být i samostatně.


FOTOVOLTAIKA – technologie pro přímou přeměnu slunečního záření na elektřinu bez
pohyblivých částí
FOTOVOLTAICKÁ ELEKTRÁRNA – zařízení pro přeměnu slunečního záření na elektřinu;
obnovitelný zdroj, který v provozu neprodukuje žádné emise znečišťujících látek nebo
oxidu uhličitého
FOTOVOLTAICKÝ ČLÁNEK – je základní funkční prvek fotovoltaického panelu. Fotovoltaický
článek je v principu velkoplošná polovodičová fotodioda schopná přeměňovat sluneční záření na stejnosměrný proud. Využívá při tom fotovoltaický jev. Napětí jednoho článku se pohybuje od zhruba 0,5 V u článků z krystalického křemíku až po jednotky voltů u tenkovrstvých článků s více přechody (vícevrstvých). Proud je úměrný ploše článku, jeho účinnosti a intenzitě slunečního záření, u konkrétního článku závisí částečně na spektru dopadajícího slunečního záření, které se v průběhu dne a roku mění.

FOTOVOLTAICKÝ PANEL – základní samostatná výrobní jednotka pro FVS; se skládá obvykle z
60 nebo 72 článků z krystalického křemíku. Napětí v bodě maximálního výkonu se u těchto panelů pohybuje kolem 30 V resp. 36 V. Tyto panely jsou v současnosti nejrozšířenější.

fve panel

FV POLE – (PV array) mechanicky a elektricky propojený komplet PV panelů a ostatních
důležitých komponentů tvořících zdroj stejnosměrného napětí.

fve pole

STRING – řetězec sériově propojených článků/panelů. Sériovým propojením se dosáhne
potřebného napětí.
JMENOVITÝ VÝKON PANELU – výkon fotovoltaického panelu za standardních testovacích
podmínek (STC); udává se ve wattech špičkového výkonu. Skutečný výkon, který lze z
panelu odebrat, závisí především na úrovni slunečního záření a úhlu dopadu paprsků, ale
rovněž na přizpůsobení zátěže.
PŘIPOJOVACÍ BOX – (junction box) je obvykle umístěn na zadní straně panelu, slouží k
vyvedení elektrické energie z panelu a k jeho připojení do obvodu.
BYPASSOVÁ DIODA – slouží k ochraně fotovoltaických článků v panelu při jejich částečném
zastínění, zároveň omezuje ztrátu výkonu při zastínění. Bypassové diody jsou v panelu
obvykle tři, každá přemosťuje třetinu článků v panelu, bývají umístěny v připojovacím
boxu.
STŘÍDAČ/MĚNIČ – (PV inverter) převádí stejnosměrné napětí (DC) z panelů nebo akumulátoru
na střídavé napětí (AC) vhodné pro běžné síťové spotřebiče, tj. obvykle na 230 V.
Pro FVE aplikace navíc s fázováním, MPPT a ochranou proti ostrovnímu režimu.
REGULÁTOR NABÍJENÍ – používá se ve stejnosměrných systémech s akumulátory. Je zapojen
mezi FV panely a akumulátor. Zajišťuje optimalizované nabíjení a vybíjení akumulátorů.
Chrání akumulátor před nadměrným nabitím a vybitím. Regulátory jsou vybaveny i
spoustou nadstandartních funkcí jako jsou například ochrana proti přepólování, možnosti
programovatelných funkcí, priority napájení spotřebičů při nedostatku energie či jiné
bezpečnostní funkce. Součástí regulátoru nabíjení může být MPPT.
VÝKONOVÝ OPTIMIZÉR – DC/DC měnič s MPPT, připojuje se ke každému panelu ve stringu;
umožňuje zapojit do série panely různých výkonů, s různým sklonem a orientací, případně
i různě zastíněných, přičemž každý z panelů pracuje v optimálním pracovním bodě.
INTENZITA SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ – udává se ve wattech na metr čtvereční (W/m2); nejvyšší
intenzita slunečního záření se v České republice za ideálních povětrnostních podmínek
při kolmém dopadu slunečních paprsků pohybuje kolem 1100 W/m2.

fve intezita svitu

Způsoby provozu fotovoltaických systémů

Fotovoltaickou elektrárnu lze v zásadě provozovat třemi způsoby:
– systémy nespojené s rozvodnou sítí (autonomní/ostrovní systémy)
– systémy spojené s rozvodnou sítí
– hybridní systémy

AUTONOMNÍ (ostrovní )SYSTÉM

– je nejstarší aplikací fotovoltaiky. Autonomní (nebo také nepřesně
ostrovní) FVE napájí vesmírné satelity, sondy a stanice, počítače a další techniku
v končinách, kde se s jiným zdrojem energie nedá počítat. Častou aplikací jsou systémy
na čerpání nebo ohřev vody. Největší slabinou těchto systémů jsou baterie.
Typy instalací – DC/DC bez akumulace
– DC/AC bez akumulace
– DC/DC s akumulací
– DC/AC s akumulací

FOTOVOLTAICKÝ OHŘEV VODY

Přímé využití vyrobené elektrické energie z fotovoltaických panelů na ohřev vody je ekologické, jednoduché a úsporné. Provoz je bezúdržbový a provozní náklady jsou nulové, finanční návratnost je rychlá (cca 7 let) a vodu lze ohřívat i při velkých mrazech.
Vyrobenou elektřinu v plném rozsahu spotřebováváme přímo na místě výroby. Nejsou potřeba žádná povolení na připojení a nemusí se nakupovat další přídavná zařízení (akumulátory, střídače). Na rozdíl od solárního termického systému má však fotovoltaický ohřev vody menší účinnost, kterou musíme kompenzovat větší plochou panelů (3× větší než solární termické panely).
Ohřívače vody pracují na principu dvou samostatných elektrických okruhů. První je zapojený na elektrickou energie ze sítě (AC 230 V), druhý je napojený na elektrickou energii z fotovoltaických panelů (DC). Oba okruhy pracují současně nebo samostatně.

Připojení na zdroj elektrické energie ze sítě garantuje ohřev vody během dlouhodobého nepříznivého počasí. Pomocí termostatu se nastaví požadovaná teplota vody (např. 45 °C). Při dosáhnutí přednastavené teploty se automaticky vypíná přívod elektrické energie ze sítě a voda v ohřívači se dále ohřívá ekologicky čistou elektrickou energií z fotovoltaických panelů (ohřev až na max. teplotu 75 °C).
Pro získání maximálního energetického zisku z fotovoltaických panelů je nutné použít elektronické zařízení na principu MPPT určené na výkonové přizpůsobení fotovoltaických panelů ke konstantní odporové zátěži DC topného tělesa.
Na ilustračním obrázku chybí ochranné prvky (svodiče přepětí, pojistkový odpojovač, AC a DC vypínač).

fvpanely_cz_teorie_ohrev_tuv

SYSTÉMY SPOJENÉ S ROZVODNOU SÍTÍ

– systémy malého výkonu (do 10 kWp)
– systémy středního výkonu (do 200 kWp)
– systémy velkého výkonu (nad 200 kWp)

Systémy FVE

SPOTŘEBITELSKÝ SYSTÉM

– je určen především pro výrobu elektrického proudu pro vlastní
spotřebu. Přebytek vyprodukované solární energie je možné dodávat do veřejné distribuční sítě.

fotovoltaika spotřebitelský úvěr

DISTRIBUČNÍ SYSTÉM

– většina vlastníků tohoto systému jsou distributoři elektrické energie
se zařízením, které do sítě dodává větší výkony. Součástí systému je i odbočka vlastní spotřeby.

fotovoltaika distribuční systém

OSTROVNÍ SYSTÉM

- jedná se o uzavřený systém pouze pro vlastní potřebu galvanicky oddělený od vnější přenosové soustavy.

fotovoltaika ostrovní

HYBRIDNÍ SYSTÉM

– jedná se o kombinaci autonomního a spotřebitelského systému. Hybridní
FVE je zkonstruována tak, aby bylo možné spotřebovat veškerou energii, kterou lze z FV
panelů vyrobit. Nejprve se nabíjí baterie a po plném nabití dochází k přesměrování
vyráběné energie do prioritních spotřebičů. Případné přebytky lze dodávat do sítě.

fve_hybridni_system

Základní hodnoty fotovoltaických panelů

Hodnoty uvedené na štítku panelu jsou jmenovité hodnoty měřené při standardních
testovacích podmínkách (STC).
PMPP – jmenovitý výkon panelu, uvádí se hodnota změřená v MPP (Wp)
PMPP = UMPP × IMPP
UMPP – napětí při jmenovitém výkonu (V)
IMPP – proud při jmenovitém výkonu (A)
UOC – napětí naprázdno; napětí na fotovoltaickém panelu bez připojené zátěže (V)
ISC – proud nakrátko; největší proud, který je panel schopen dodat (A)
IMOD REVERSE – maximální dovolený zpětný proud panelu (A)
Max. System Voltage – nejvyšší systémové napětí; omezuje počet panelů, které lze
zapojit do stringu (obvyklá hodnota je 1000 V).

VA charakteristika FV panelu:

Zkratový proud ISC FV panelu je jen o 10 až 20 % větší než provozní proud IMMP. Pro
fotovoltaický panel nepředstavuje zkrat žádný problém, vedení navrhujeme tak, aby
průřez vyhovoval zkratovému proudu.

VA charakteristika fotovoltaického panelu

Bypassová dioda

FV moduly přeměňují dopadající sluneční záření na elektrický výkon. Běžně používané
moduly mají účinnost okolo 17 %, to znamená, že 83 % záření je v panelu přeměněno na
teplo. Řádně nepřipojený modul přeměňuje všechno dopadající záření na teplo a proto
je teplejší. FV modul se skládá z jednotlivých článků, které jsou zpravidla zapojeny sériově.
Pokud je uzavřen elektrický obvod, každý článek by měl vyrábět stejné množství proudu.
Pokud je nějaký článek slabší (má výrobní vadu nebo je zastíněný), dochází k jeho
přepólování. Ostatní články v sérii předávají část své vyrobené energie právě do této
slabší buňky, to vede k jejímu zahřátí. Nejsou výjimkou i teploty přes 100 °C. Samozřejmě
takto zahřátému článku velice rychle klesá životnost a elektrický proud zvyšuje závěrné
napětí. Aby se zabránilo této zpětné vazbě, jsou mezi jednotlivé části panelu instalovány
tzv. bypassové diody. Bylo by nejvýhodnější, pokud by dioda byla u každého článku, to
by však velice prodražilo výrobu. Pokud má jeden string z článků nižší proud než ostatní,
je přebytečný proud převeden diodou.

 bipas ddioda fvepanelu

Účinnost FV systému a orientace FV panelů


ÚČINNOST FV ČLÁNKU – je podíl mezi elektrickým výkonem z jednotky plochy FV článku a
intenzitou slunečního záření. Typická účinnost kvalitních krystalických křemíkových článků
je v současnosti 17–18 % při STC, při intenzitě dopadajícího záření pod 200 W/m2
účinnost
krystalických článků klesá. Teoretická maximální účinnost pro jeden přechod je 34 %.
ÚČINNOST FV PANELU – je podíl mezi elektrickým výkonem z jednotky plochy FV panelu a
intenzitou slunečního záření. Účinnost panelu je o 1 až 2 procentní body nižší než účinnosti
použitých článků. Hlavním důvodem snížení účinnosti jsou optické ztráty odrazem na
krycím skle.
TEPLOTNÍ KOEFICIENT VÝKONU – udává, o kolik se výkon panelu změní při zvýšení teploty o 1 °C.
Pokles výkonu krystalických panelů je kolem 0,4 %/°C, u tenkovrstvých zhruba poloviční.
umístění FVE a účinnostORIENTACE FV PANELŮ – za ideální se považuje orientace panelů jižním směrem s maximální
odklonem 15° na západ nebo na východ (v ČR ideálně 5° jihozápadním směrem), se
sklonem panelů 25° – 40° (v ČR ideálně 34°).

Uvedená % roční intenzita ozáření platí pouze při nulovém zastínění vedlejšími objekty
(například stromy, komíny, vikýři, okolními budovami, panely z předcházejícího pole,
sněhem apod.).


ŽIVOTNOST A STÁRNUTÍ – životnost krystalických FV článků výrobce obvykle uvádí 20–25 let

(po tuto dobu výrobce garantuje, že výkon neklesne pod 80 % PMPP). Při stárnutí článků je
potřeba počítat s úbytkem vyrobeného výkonu přibližně 0,8 % za rok.

Základní komponenty fotovoltaických systému

Mezi základní komponenty fotovoltaické elektrárny patří:
– nosné konstrukce
– FV panely
– ochranné jistící prvky
– akumulátory
– regulátory nabíjení
– střídače/měniče
– spojovací elektroinstalační materiál
– ostatní

Nosné konstrukce

Nosné konstrukce je nutné použít především na plochých střechách nebo na volném
prostranství. Střešní instalace mají dvě klíčová specifika. Jedná se o mechanickou a
klimatickou odolnost a nároky na kotvení. Při montáži je nutné zohlednit všechny
parametry (výška střechy, zóna větru, kategorie terénu, velikost modulů, rozestupy atd.),
aby se mohlo vyloučit nadzdvižení, skluz a překlopení konstrukce s moduly.

 konstrukce FVE

K vnitřnímu stínění u FV instalací na pozemku (plochých střechách) dochází, stíní-li si
navzájem jednotlivé řady panelů. Pokud mezi řadami panelů nezajistíme dostatečné
rozestupy, nastane v zimních měsících, kdy je slunce nízko, vzájemné stínění. Plocha
potřebného pozemku (střechy) pod panely je v případě budování v několika řádech
přibližně 2,7 násobek plochy panelů.

fvpanely rozestup panelů

Pro upevnění FV instalace na plochou střechu přicházejí v úvahu dva způsoby, a to
zátěžové/gravitační kotvení nebo přímé kotvení. U zátěžového upevnění je rozhodující
dostatečná rezerva únosnosti konstrukce objektu. Přímé kotvení předpokládá průnik
bodových kotev střešním pláštěm, ale představuje minimální přitížení nosné konstrukce
objektu. Klíčovým požadavkem je ošetření průniků tak, aby byla zachována
hydroizolační funkce střešního pláště. Kombinace obou způsobů upevnění se spíše
nedoporučuje.

instalace FVE na střechu

Kovové konstrukce jsou vyrobeny obvykle ze slitin Al nebo z FeZn.
Montáž panelu na šikmé střechy se provádí obvykle pomocí ocelových střešních háků.

Akumulátory

Pro ukládání elektrické energie se dnes používají výlučně elektrochemické akumulátory,
které lze opakovaně nabíjet. V akumulátorech se ukládá elektrická energie
prostřednictvím vratných chemických pochodů. Existují různé konstrukce, které se liší
především prvky zúčastňujícími se procesu ukládání.
Nejznámější typy akumulátorů jsou:
– olověné akumulátory
– nikl-kadmiové akumulátory
– nikl-metalhydridové akumulátory
– lithium-inotové akumulátory

Nejčastěji se nyní používá vysoce výkonná lithiová baterie s technologií LiFePO4 (LiFeYPO4). 

Výhody použití LiFePO4 :
- tyto články baterie jsou vhodné pro ukládání energie fotovoltaických zařízení.
- neexistuje žádný Selfdischarging účinek
- je možné dobíjet v jakémkoliv stavu vybití - bez paměťového efektu
- LiFePO4 je velmi bezpečná technologie, ne-samovznícení, nereaguje s vlhkostí nebo s kyslíkem
- ukládat snadno velké množství elektrické energie v nejvíce bezpečné a spolehlivé technologii lithia
- vysoká energetická účinnost : minimální ztráta energie při nabíjení a vybíjení cyklus.
- dlouhá doba spolehlivý výkon po mnoho let, buňky mají velmi vysoký vnitřní stabilitu a dobře   fungovat po mnoho let a desetiletí
- životnost vysoký počet cyklů: 3000, 5000, 7000, nebo více.
- snížená toxického rizika : neobsahuje kyseliny - elektrolyt, žádné nebezpečné plyny během    normálního provozu, nízké nebezpečí požáru
- vysoce výkonné aplikace : extrémní jmenovitý výkon na krátkou dobu vybíjecího proudu - až 10C (tisíc ampér)
- s vysoký výkonem pro hluboké vybití - podpora vybíjecího proudu 3C nepřetržitě.
minimální samovybíjení - žádný paměťový efekt - energie nabitá do článku zůstane stabilní po mnoho měsíců.

lifepo4 baterie fve
Nejdůležitějším znakem akumulátoru je jeho kapacita. Kapacita akumulátoru udává, jaké je množství
elektrického proudu, který je možno odebrat z nabitého akumulátoru do jeho úplného
vybití. Udává se v ampérhodinách (Ah).

Regulátory nabíjení


regulátor nabíjení pro FVE

Regulátor nabíjení tvoří spojovací článek mezi FV panely, akumulátorem a spotřebičem.
Jeho úkolem je řízení procesu nabíjení a vybíjení. K tomu patří v podstatě tři úkoly:

I. Zjistit optimální nabíjení akumulátoru. Zejména musí regulátor nabíjení při dosažení koncového nabíjecího napětí buď odpojit FV panely od akumulátoru, nebo nabíjecí napětí po určitý časový interval omezit na hodnotu koncového nabíjecího napětí přípustného pro daný akumulátor.

II. Zabránit vybíjení akumulátoru přes FV panely. Za tmy se FV panely v důsledku svého vn

itřního odporu chovají jako spotřebič a bez určitých opatření by se přes ně akumulátor vybíjel. Regulátor vybíjení tedy zabraňuje „obrácenému proudu“ z akumulátoru do FV panelů. 

fve regulátor nabíjení fvpanely_czIII. Chránit akumulátor před hlubokým vybitím. Dojde-li ke snížení napětí akumulátoru pod hodnotu koncového vybíjecího napětí, odpojí regulátor nabíjení spotřebič od akumulátoru a zabrání tak poškození akumulátoru.

Pro dlouhou životnost akumulátoru má dobré řízení nabíjení a zejména dobrá ochrana před  hloubkovým vybitím rozhodující význam. Protože obojí závisí na přesném zjišťování stavu nabití, jsou
k tomu dnes moderní nabíjecí regulátory vybaveny mikroprocesory. Kromě řízení nabíjení mohou regulátory nabíjení zčásti plnit ještě funkce řízení provozu, ochranné funkce a také dokáže přizpůsobit systém pro dané napětí. Součástí regulátoru nabíjení je často i sledování bodu maximálního výkonu (MPPT).

Střídače/měniče

Střídač je elektronický přístroj, který převádí stejnosměrné napětí na střídavé. Převedení stejnosměrného napětí na střídavé se provádí elektronicky výkonnými tranzistory, s jejichž
pomocí se proud až 20 000× za sekundu zapíná a vypíná. Tento převedený stejnosměrný proud je pak možno pomocí transformátoru přetransformovat na požadované vyšší výstupní napětí. Podle oblasti využití rozlišujeme dva druhy střídačů:

fvpanely_cz_stridace_top
I. Izolované střídače vyrábějí střídavý proud pro izolovanou síť oddělenou od
veřejné rozvodné sítě a pracují bez vnějšího nastavování veličin, jako jsou
frekvence nebo napětí.


II. Střídače paralelní se sítí jsou navrženy speciálně pro FV zařízení spojená
s elektrickou rozvodnou sítí. Nastavují se na frekvenci a napětí sítě a posílají do
sítě vyrobený elektrický proud synchronně se sítí.


Dobré střídače dnes dosahují účinnosti až 95 % v širokém pracovním rozsahu. I při malém
vytížení má dobrá účinnost svůj význam, protože střídač má po většinu času k dispozici
jen část svého maximálního výstupního výkonu. Střídač odolný proti zkratu se při tomto
zkratu automaticky vypne a zabraňuje tím poškození střídače samotného i jiných součástí
solárního elektrického zařízení. Při přetížení střídač odpojí spotřebič, takže se zabrání
poškození zařízení.

Typy střídačů

fvpanerly_stidace_typy

Z hlediska výkonů se střídače dělí na tzv.:


modulové střídače – střídač je připojen pouze k jednomu FV modulu (obr. C),

řetězcové nebo stringové – každý střídač je připojen k několika FV panelům vzájemně
propojeným do série, případně i paralelně (obr. B) a

velké centrální střídače – připojené na stovky až tisíce FV panelů (obr. A).
S modulovými střídači se setkáme velmi zřídka, výlučně u malých systémů s výkonem do
1 000 W. Středně velké elektrárny do 20 kW využívají řetězcových střídačů. V případě
velkých elektráren nad 20 kW se používá koncept jak velkých centrálních střídačů, tak i
velkého množství řetězcových střídačů.

Spojovací elektroinstalační materiál

Spojovací vodiče musí být odolné vůči UV záření, s dvojitou izolací, průřez 4 až 6 mm2.

 fvpanely_kabelyfvpanely_konektoryfvpanely_kabely_1

 

Kontakt
Logo
FVEsystemy.cz
Libor Kos
Vytvořeno na Eshop-rychle.czEshop-rychle.cz
Zpracování osobních údajů můžete ovlivnit úpravou svých preferencí ochrany soukromí.