Fotonaponski panel je odmah nakon proizvodnje spreman za rad, ali da bi se mogao koristiti, kreira se fotonaponski sustav koji se sastoji od drugih važnih elemenata, tj. pretvarača, baterija, kontrolera punjenja.
Issmjerna struja nastala u fotonaponskim ćelijama nije prikladna za napajanje kućanskih uređaja, a još manje za slanje energije u mrežu, sve dok se ne pretvori u izmjeničnu struju frekvencije 50 Hz i nazivnog napona 230 V. Inverteri za to se koriste, često nazivani pretvarači. S druge strane, u instalacijama koje ne surađuju s mrežom (off-grid) i dalje su potrebne baterije i uređaj za regulaciju njihovog punjenja.
Inverteri u solarnom sustavu
Odabir pravog pretvarača je, naravno, posao dizajnera sustava, ali ako morate odlučiti hoćete li kupiti jeftiniji ili skuplji, dobro je znati koje su razlike. Oni koji kućnom generatoru omogućuju rad s električnom mrežom moraju biti visoke kvalitete kako ne bi ometali njegov rad - zahtjeve za njih definiraju elektrane. Pretvarači namijenjeni fotonaponskim mikroinstalacijama nazivaju se string izmjenjivači (susreće se i termin string izmjenjivači), jer su na njihove ulazne sustave povezani tzv. lanci (stringovi) panela spojenih u seriju.
Kod odabira invertera morate prvenstveno obratiti pažnju na najveći dopušteni napon. Pokazuje koliko panela može biti u lancu. Za spajanje više panela na pretvarač (za veću instalacijsku snagu) mogu se spojiti dva ili više stringova paralelno, ali samo pod uvjetom da u svakom od njih bude isti broj panela istih parametara i da će biti izloženi na isti način (nagnuti pod istim kutom i okrenuti u istom smjeru).Inače bi razlika napona između žica stvorila povratnu struju koja bi mogla oštetiti fotonaponske ćelije (neki pretvarači mogu imati osigurače da to spriječe). Stoga, ako se ovaj uvjet ne može ispuniti, moraju se koristiti zasebni pretvarači za svaki string ili multi-string uređaj, tj. opremljen s nekoliko ulaza za spajanje više različitih stringova. Vrijedi to učiniti ako planirate proširiti sustav u budućnosti, jer se ne zna hoćete li moći kupiti iste ploče kao one instalirane prije. I zahvaljujući tome, možete izbjeći kupnju drugog pretvarača. Za učinkovitost sustava važno je opremiti pretvarač sustavom praćenja maksimalne snage panela (MPPT). Njihova snaga je proizvod trenutne struje i napona, koji se mijenjaju s promjenama intenziteta sunčevog zračenja i temperature ćelije. Kontroler invertera ima softver koji kontinuirano izračunava vrijednosti napona i struje pri kojima je snaga najveća i inverter postiže najveću učinkovitost.Točnost podešavanja radne točke pretvarača na najveću točku snage panela ovisi o korištenom algoritmu.
Multitracking uređaji imaju nekoliko sustava praćenja i omogućuju modulaciju radnih parametara pojedinih neravnomjerno osvijetljenih dijelova instalacije. Softver takvih pretvarača omogućuje minimiziranje gubitaka energije koji nastaju zbog djelomičnog zasjenjenja panela izračunavanjem maksimalne točke snage ne samo cijele instalacije, već i njezinih dijelova. Najvažniji element pretvarača je, naravno, sustav koji pretvara napon - najčešće brzim uključivanjem i isključivanjem istosmjernog napona upravljanjem mostom tranzistorskih ključeva.
Ukoliko je mikroinstalacija spojena na mrežu, pretvarač mora biti opremljen sustavom koji prati napon i učestalost njegovih promjena u mreži te reagira na promjene vrijednosti tih parametara - isključivanje instalacija iz mreže ako je prekoračen dopušteni raspon.Nažalost, to je jednako prekidu prijema energije s fotonaponskih panela - ova vrsta uređaja ne dopušta napajanje kućnih uređaja preko panela u slučaju kvara na mreži. Dakle, potreban je neovisni sustav s baterijama da bi se napravio izvor napajanja za hitne slučajeve.
Galvansko odvajanje panela od električne mreže može se osigurati pomoću transformatora, ali u modernim inverterima ono je zamijenjeno naprednijom zaštitom - puno manjom i lakšom. I što je najvažnije, ne uzrokuju toliki gubitak energije kao ovaj uređaj. Međutim, samo pretvarači transformatora obično smiju raditi s tankoslojnim pločama. Kada koristite pretvarač bez transformatora, potreban je uređaj za zaostalu struju (RCD) zbog nedostatka galvanskog odvajanja od AC strane.
Pretvarači su standardno opremljeni odvodnikom prenapona, ali neki dopuštaju ugradnju dodatnih odvodnika prenapona tipa 2 (za dodatno smanjenje prenapona) i praćenje njihovog statusa.Zahvaljujući njima, moguća je jednostavna integracija sa sustavom zaštite od munje.
Elektronička zaštita niza sprječava opasne povratne struje uzrokovane oštećenjem ploča ili obrnutim polaritetom pri spajanju, što može uzrokovati požar. Takva zaštita također omogućuje odustajanje od jednostavnih osigurača koji bi se morali zamijeniti nakon aktiviranja. Inverter se zagrijava tijekom rada, što treba uzeti u obzir pri odabiru mjesta za njegovu montažu. Neki su opremljeni ventilatorom za hlađenje - bolje je da ima kontroliranu temperaturu, nego da radi cijelo vrijeme, jer troši manje energije.
Kvalitetni uređaji imaju displeje s kojih možete očitati trenutne parametre rada instalacije, količinu dobivene energije u određenom danu i od početka rada sustava, pa čak i prikaz krivulje učinkovitosti uređaja. U slučaju kvara, prikazuje se informacija o grešci.Komunikaciju može olakšati RS485 sučelje ili čak Bluetooth, što vam omogućuje primanje informacija ili promjenu postavki na daljinu.
Pretvarač se može opremiti funkcijom korištenja mrežnih usluga koje nudi operator distribucijskog sustava (ograničenje aktivne snage ili dijeljenje jalove snage). Pretvarači bez transformatora za fotonaponske instalacije s vršnom snagom od 3 kW koštaju 2,5-7 tisuća PLN. zlota. Najbolji postižu učinkovitost iznad 97%.
Mikro pretvarači
Umjesto jednog pretvarača za cijeli sustav, mikro pretvarači se također koriste u malim instalacijama koje podržavaju svaki panel neovisno. Sustav s nekoliko mikrovalnih invertera skuplji je nego s jednim uobičajenim inverterom - u slučaju instalacija ukupne snage od nekoliko kilovata za oko 15%, tj. za nekoliko tisuća zlota.
Isplati li se koristiti takvo rješenje? Jednostavnost proširenja i popravka instalacije govori o izboru mikrovalnih pećnica. Pričvršćeni su izravno na ploče, u slučaju oštećenja jedne, ostatak nastavlja s radom.Ali najvažnija prednost je ona koja se otkriva u slučaju djelomičnog zasjenjenja nekih ploča. Neovisni mikro pretvarači čine prinos energije u ovoj situaciji većim nego kada se koristi jedan uobičajeni pretvarač za cijelu instalaciju (posebno ne baš napredan). Stoga njihovu upotrebu treba razmotriti samo kada se paneli nalaze u blizini objekata koji povremeno ometaju pristup sunčevom zračenju - dimnjaci, krovni prozori, erkeri, visoke zgrade ili drveće.
Računalni programi za simulaciju rada sustava pomažu u procjeni isplativosti korištenja mikrovalnih pretvarača. Može se smatrati da se u njih isplati ulagati ako simulacija pokaže da će povećati proizvodnju električne energije za barem desetak posto nego pri korištenju običnog pretvarača. No, također treba uzeti u obzir da što je niži stupanj iskorištenja energije dobiven zahvaljujući ovom skupljem rješenju, to je lošiji ekonomski rezultat – vrijeme povrata je duže.Za jednu mikrovalnu pećnicu za modul vršne snage od 250 W morate platiti 650-900 PLN (za instalaciju od 3 kW potrebno ih je 12).
Baterije u fotonaponskom sustavu
U otočnim instalacijama su neophodni - bez njih nije moguće napajati uređaje čiji je rad potreban ne samo u vrijeme jakog sunca. Oni prvenstveno određuju koliko se solarne energije može iskoristiti u takvom sustavu.
Kapacitet baterija određuje, naravno, koliko dugo će prijemnici raditi, ali i koliko energije se može prikupiti iz fotonaponskih ćelija - iz tih razloga, što je veći, to bolje. Ako se baterije brzo pune, solarni paneli su često beskorisni iako bi mogli dati energiju, a to značajno povećava vrijeme povrata.
Inverteri do 5 kW su jednofazni. Mogu imati nekoliko ulaza za spajanje neovisno aktivnih fotonaponskih krugova, što je korisno kada su smješteni na različite načine, na primjer na krovnim padinama okrenutim u različitim smjerovima.Sustav bez transformatora postiže učinkovitost preko 95%
Prikladnost za rad u fotonaponskom sustavu određena je otpornošću baterije na česta punjenja i duboka pražnjenja - što je niži prag pražnjenja, to bolje. Kod najjeftinijih popularnih olovnih akumulatora za automobile, takozvanih starter akumulatora, on je visok - pražnjenjem ispod 80% kapaciteta dolazi do njihovog uništenja. Dakle, njihov iskoristivi kapacitet iznosi samo 20% nominalnog kapaciteta. Ova vrsta baterije dizajnirana je za isporuku vrlo velike struje u kratkom vremenskom razdoblju (za pokretanje pokretača motora s unutarnjim izgaranjem), a potrebna je prilično niža struja u kućnom električnom sustavu tijekom mnogo sati.
Iz tog razloga su vučne baterije mnogo prikladnije za fotonaponski sustav - koji se, između ostalog, koristi za pogon električnih vozila. Neki od njih mogu se isprazniti gotovo do nule i mogu preživjeti mnogo ciklusa punjenja i pražnjenja.
Baterije s produljenim vijekom trajanja i otpornošću na duboko pražnjenje mogu se napuniti tekućim elektrolitom - tada se zovu EFB. Od običnih se razlikuju po tome što koriste deblje ploče (elektrode) ojačane poliesterom. Sve češće se koriste baterije sa zgusnutim elektrolitom - gelom, označene kraticom HZY. Sigurniji su jer ne postoji rizik da iz njih iscuri kaustična kiselina. Često se nude kao baterije dizajnirane posebno za fotonaponske instalacije. Barem jednako dobri za ovu primjenu su akumulatori sa staklenim podlogama natopljenim elektrolitom - AGM, ali oni nisu toliko u upotrebi zbog više cijene, kao i vrlo dobri, ali znatno skuplji nikal-metal hidrid (NiMH), nikal -kadmijeve baterije (NiCd) i litij polimer (LiPo).
Za kupnju kvalitetnih 12 V gel baterija s kapacitetom od 100 Ah morate potrošiti gotovo 1000 PLN (za instalaciju od 1 kW potrebne su vam 12 V baterije s iskoristivim kapacitetom od približno 4000 Ah) .
Regulatori naboja
Kako bi se iskoristila što veća sunčeva energija i izbjegli gubici za punjenje baterija u fotonaponskom sustavu, potrebno je koristiti suvremeni kontroler punjenja (kontroler) baziran na mikroprocesorskoj tehnologiji, po mogućnosti s prethodno opisanom regulacijom maksimalne snage. (MPPT) sustav. Zadaća ovog uređaja je, između ostalog, zaštititi sustav od povratne struje, kako se baterije ne bi praznile kroz fotoćelije kada one ne rade.
Trajanje baterije je produljeno algoritmom punjenja u tri razine s temperaturnom kompenzacijom koja se koristi u nekim regulatorima. Regulatori imaju zaštitu od obrnutog polariteta napona (spoj plusa i minusa), prekostrujnu, kratkospojnu i temperaturnu zaštitu. Mogu raditi s bilo kojim ulaznim naponom i automatski prepoznaju nazivni napon baterijskog sustava. Ne dopuštaju da se prekomjerno napune ili isprazne.Postoje regulatori opremljeni satovima koji kontroliraju rad prijemnika, što pomaže da se solarna energija iskoristi što je više moguće. Za brendirani regulator punjenja s vrlo dobrim parametrima (učinkovitost 99%) za fotonaponsku instalaciju s kapacitetom do 3 kW morate platiti otprilike 2,5 tisuća PLN. PLN.