Osnove fotonaponskih sustava

Fotonaponski sustavi  se još nazivaju i solarni sustavi, ali se taj naziv izbjegava jer je solarni sustav zapravo skup planeta koje okružuju jednu zvijezdu.

Ovdje se nećemo baviti osnovama elektrotehničkih materijala već samo osnovama raspoznavanja, uporabe i izračuna u fotonaponskim sustavima.

OFF-GRID (otočni sustav)  i ON-GRID (mrežni sustav)

Mi ćemo se u našoj učionici baviti samo OFF GRID sustavima jer je cijela koncepcija ove internet stranice da približi samoodrživost i neovisnost od energetskh sustava, pa i šire.

Komponente off-grid sustava su:

  1. Fotonaponski paneli i vjetroturbine
  2. PWM ili MPPT punjač (DC/DC charger)
  3. Pretvarač (DC/AC inverter)
  4. Baterija (olovna, AGM, GEL, Litium-ION, LiFePo4…….)
  5. agregat (dizelski, benzinski, plinski ……)
  6. Potrošači ( svi kućni uređaji )

Izračun snage solarnih panela

Fotonaponski paneli:

  1. Monokristalni solarni paneli se sastoje od jednog kristala silicija. Ovi paneli su najučinkovitiji i imaju najveću izlaznu snagu po kvadratnom metru od svih vrsta solarnih panela. Učinkovitost monokristalnih panela može se kretati od 17% do 22%. Monokristalni paneli su skuplji od polikristalnih panela, ali zauzvrat imaju manju površinu i veću učinkovitost. Monokristalni paneli su najbolji izbor ako želite izgraditi solarni energetski sustav, ali imate ograničen prostor.
  2. Polikristalni solarni paneli se sastoje od više kristala silicija. Ovi paneli su jeftiniji od monokristalnih panela, ali su manje učinkoviti i nisu toliko lijepi na oko. Učinkovitost polikristalnih panela može se kretati od 15% do 18%.
  3. ASI solarni paneli su solarni paneli koji se sastoje od amorfnog silicija. Ovi paneli su najjeftiniji, ali imaju najnižu učinkovitost. Učinkovitost ASI panela može se kretati od 6% do 8%. ASI paneli su po jedinici površine najslabiji paneli i u konačnici često za istu snagu ispadnu skuplja varijanta. Međutim, pri oblačnom i kišnom vremenu često daju ido 10% svoje nazivne snage kada Mono ili Poly ne daju apsolutno ništa pa su vrlo zanimljiva opcija u off grid sustavima koji nemaju dovoljno pohrane u baterijskim modulima. Na žalost za njih je potrebna puno veća površina pa bi prihvatljiviji bili na nekim pomoćnim objektima ili čak kao ograda posjeda ako bi se dizajnerski lijepo uklopili u okoliš.

Članak:Kako odabrati pravu snagu solarnih panela za vaš dom?

Pretvarač za solarni sustav

Solarni punjači i pretvarači napona:

  1. PWM punjači (Pulse Width Modulation) su stariji i jednostavniji od MPPT punjača. Ovi punjači reguliraju izlaznu snagu tako što se brzina punjenja baterije povećava ili smanjuje. PWM punjači su jeftiniji od MPPT punjača, ali su manje učinkoviti. Učinkovitost PWM punjača može se kretati od 70% do 90%.
  2. MPPT punjači (Maximum Power Point Tracking) su noviji i sofisticiraniji od PWM punjača. Ovi punjači prate točku maksimalne snage solarnog panela i prilagođavaju izlaznu snagu punjača kako bi se postigla maksimalna učinkovitost. MPPT punjači su skuplji od PWM punjača, ali su učinkovitiji. Učinkovitost MPPT punjača može se kretati od 90% do 98%.
  3. Pretvarači s punim sinusom proizvode izmjeničnu struju koja je iste kvalitete kao i struja iz mreže. Ovi pretvarači su skuplji od pretvarača s modificiranim sinusom, ali su bolji za osjetljive elektroničke uređaje. Pretvarači s punim sinusom su najbolji izbor ako želite napajati osjetljive elektroničke uređaje.
  4. Pretvarači s modificiranim sinusom proizvode izmjeničnu struju koja nije iste kvalitete kao i struja iz mreže. Ovi pretvarači su jeftiniji od pretvarača s punim sinusom, ali mogu uzrokovati probleme s osjetljivim elektroničkim uređajima. Pretvarači s modificiranim sinusom su najbolji izbor ako želite napajati jednostavne uređaje poput rasvjete, hladnjaka,  ali s obzirom na sve osjetljiviju kućnu tehniku nikako vam ne preporučujemo korištenje ovih uređaja.
  5. All-in-one solarni inverteri su solarni pretvarači koji integriraju solarni punjač, pretvarač pa čak u nekim verzijama i  bateriju u jedan uređaj. Ovi uređaji su skuplji od pojedinačnih solarnih punjača i pretvarača, ali su jednostavniji za instalaciju i upotrebu. All-in-one solarne invertere možete koristiti za napajanje cijelih kućanstva, kampiranje, RV  kao i za druge primjene.

Članak: Kolika snaga pretvarača mi je potrebna?

baterije

Baterije:

  1. Olovne baterije su najstariji tip punjivih baterija. Ove baterije su robustne i ekonomične, ali imaju nisku specifičnu energiju i ograničen broj ciklusa punjenja i pražnjenja. U režimu upotrebe gdje se prazne velikim strujama, vijek trajanja im znatno opada, dok im na niskim temperaturama kapacitet isto tako naglo opada.
  2. AGM baterije (Absorbent Glass Mat) su vrsta hermetički zatvorenih olovno-kiselinskih baterija. Elektrolit u ovim baterijama je u obliku poroznog punila od stakloplastike, koje je impregnirano elektrolitom. AGM baterije su otpornije na vibracije i mogu se koristiti u gotovo bilo kojem položaju. Ove baterije su bolje od prethodno spomenute vrste baterija za primjenu u solarnim sustavima jer imaju dobru izdržljivost.
  3. GEL baterije su vrsta VRLA (Valve Regulated Lead Acid) baterija. Elektrolit u ovim baterijama je u obliku netečnog silika gela, a materijal dijafragme je isti kao kod AGM i fiberglasa. Gel baterije imaju veliki broj ciklusa punjenja i pražnjenja, što ih čini idealnim za primjenu u solarnim sustavima.
  4. Litij-ionske baterije su vrsta punjivih baterija koje koriste interkalirani litijev spoj kao jednu elektrodnu tvar. Litij-ionske baterije imaju visoku gustoću energije, triput veći nazivni napon od niklovih baterija, dug životni vijek i nisku stopu samopražnjenja. Međutim, u starijim varijantama ove baterije su osjetljive na prepunjavanje i pretjerano pražnjenje, a mogu se zagrijati i eksplodirati u određenim okolnostima. Moderni sustavi vrlo dobro pravljaju baterijama pa je opasnost kod stacionarnih sustava minimalna. Kod nabave preporučamo da tražite samo provjerene dobavljače.
  5. LiFePo4 baterije su vrsta litij-ionskih baterija koje koriste litijev željezo fosfat kao katodni materijal. Ove baterije imaju veliki broj ciklusa punjenja i pražnjenja, dug životni vijek, nisku stopu samopražnjenja i nisu osjetljive na prepunjavanje i pretjerano pražnjenje. LiFePo4 baterije su idealne za primjenu u solarnim sustavima.

Napomena: Vijek trajanja i broj ciklusa punjenja i pražnjenja baterija ovise o proizvođaču i modelu baterije. Međutim, učinkovitost baterije je najvažniji faktor koji treba uzeti u obzir pri odabiru baterije.

Članak: Kako odabrati bateriju za solarni sustav?