ВЕИ

Фотоволтаични соларни системи–какво трябва да знаем

2 ноември, 202461 views0

Съдържание:

Принцип на действие и
видове (офгрид и свързани с мрежата) и
Приложение
Екологичност и срок на изплащане
Безопасност (над 50В опасно за живота в пъти повече от променливия ток) затова не монтирайте сами големи инсталации
Законодателство и разрешения
Фирми и групи в социалните мрежи

Принципи на PV соларни инсталации

Соларната енергия е разпространена върху цялата планета и може да покрие изцяло нуждите на човечеството от основен вид енергия. Тя представлява ключов елемент в прехода към възобновяеми енергийни източници. Използването на енергия от слънцето, позволява генерирането на достатъчно електрическа енергия за покриване на нуждите на домакинства, предприятия и дори цели общности. Фотоволтаичните (PV) соларни инсталации превръщат слънчевата светлина в електричество чрез използването на полупроводникови материали. Разбирането на основните принципи на PV соларните инсталации е от съществено значение за всеки, който обмисля инвестиция в соларна енергия или просто иска да разбере как работи тази технология.

1. Фотоволтаични клетки

Основният компонент на всяка PV соларна инсталация е фотоволтаичната клетка. Тези клетки са изградени от полупроводникови материали, най-често силиций, които притежават свойството да преобразуват светлинната енергия в електрическа. Когато слънчевите лъчи падат върху PV клетките, те възбуждат електроните в полупроводника, което води до създаването на електрически ток през свързаният товар.

В несвързано състояние имаме единствено статичен електрически потенциал.

2. Модули и панели

Една PV клетка произвежда сравнително малко количество електричество, затова те се свързват заедно в модули, а модулите се комбинират в соларни панели. Соларните панели притежават достатъчно надеждна конструкция, за да осигурят физическата здравина към външните условия. Освен това конструкцията на соларният панел осигурява електрически надеждни и безопасни съединения. Тяхната мощност варира в зависимост от предназначението. От миливати за вградените, през няколко до десетки вата за преносимите и до около 300-600 вата за соларни панели свързвани към електроцентрала. Съответно единичните клетки произвеждат напрежение до 1-2 V, комбинираните клетки при вградени устройства – до няколко десетки V, докато фотоволтаичните панели с мощност над 100 W имат изходни напрежения над 20V до 45-50V. Което означава, че се борави с повишено внимание, от гледна точка на безопасността за човешкото здраве.

3. Инвертори, контролери на заряда, комбинирани соларни диспечерни устройства

Произведената от PV клетките електрическа енергия е под формата на прав ток (DC), докато повечето домакинства, предприятия, електрически уреди и съоръжения използват променлив ток (AC). По тази причина имаме няколко вида устройства, които преобразуват произвежданата от панелите енергия към електрическа линия със стандартни и познати характеристики на изхода. Тук имаме предвид електрозахранване съвместимо с електрическата мрежа от 230V AC, както и ниски напрежения използвани в конвенционална среда, като 12/24V DC за устройства съвместими с автомобилно захранване и захранване на 5V DC или в общият случай USB захранване за мобилни устройства.

Инверторите са устройства, които преобразуват правия ток в променлив, като същевременно оптимизират производителността на добиваната енергия от соларните панели. Те са два вида – които преобразуват от акумулатори с ниско напрежение 12-48V в системите с малък капацитет до 1000W. И другият вид – които преобразуват от високо напрежение за системите с мощност над 1000 W (съвсем условно разделение). Тук напреженията започват от 80V и стигат до около 450V при домашните системи.

Инверторите могат да произвеждат захранване от 230V директно от панелите или могат да са свързани след акумулатор в зависимост от системата и необходимостта на приложението. Когато избирате инвертор за домът си от първият вид, ние ви препоръчваме да проверите дали предоставя възможността за самостоятелно стартиране, без връзка с мрежата.

В зависимост от свързването на инверторите към електрическата мрежа възниква класификацията на видовете соларни системи на Online, Off-line, Hybrid.

Онлайн системи, при които вашият инвертор е постоянно свързан към електропреносната мрежа и домакинството. В този случай произвеждате електроенегия за продажба или за собствени нужди на домакинството. Когато системата ви е за собствени нужди се използва електронно устройство – ограничител. Ограничителят по същество е електромер с релеен изход, който определя, дали консумацията на домакинството надвишава производството на електроенергия и съответно подава сигнал към инвертора за намаляване на добива. Онлайн системите обикновено не са свързани към акумулатори.

Off-Line или Off-Grid системи са такива които работят самостоятелно, като се грижат за захранване с електроенергия в една точка, като домакинство или къща. Също така могат да бъдат изградени в система от повече домакинства, като оформят самостоятелна енергийна система – този вариант е особено подходящ за географски отдалечени обекти. Този вид системи, най-често са придружени с акумулатор, които позволява резервиране на ел.енергия за през нощта или часовете без слънчево греене.

Хибридни системи са такива, които са свързани едновременно към слънчевите панели и към електропреносната мрежа, както и към акумулаторна система. По този начин изходът винаги захранва вашето домакинство, като вие определяте приоритети на използване на електроенергията – например Солар, Батерия, Ел.мрежа. Тези системи са обикновено с по-ниска изходна мощност между 1-10 кW и не могат да се мащабират, но са особено подходящи за домакинства и малки търговски обекти, както и за ситуация на енергийно бедстващи, където има чести прекъсвания на централното електроподаване.

Затова, в зависимост от сценария на местоположението ви, бихме препоръчали да внедрите офлайн или хибридна система за собствено захранване. Тогава системите разполагат с режим в които захранване от електропренос не е задължителен, а само вариант.

4. Монтаж и ориентация

Правилното инсталиране и ориентиране на соларните панели е от съществено значение за максималната ефективност на системата. Панелите трябва да бъдат монтирани така, че да получават максимално количество слънчева светлина през деня. Това обикновено означава южно ориентиране в северното полукълбо и северно ориентиране в южното полукълбо. Ъгълът на наклона също е важен фактор и трябва да бъде оптимизиран спрямо географската ширина и сезонните промени.

За територията на България оптимален наклон е 45% в посока юг, като е правилно да бъдат измерен с компас и ъгломер. При промишленият монтаж са познати доста вариации на ъгълът, в това число и чисто вертикални монтажи върху фасадата на сгради. Отклонението от оптималният ъгъл винаги понижава добива, но обикновено са налице различни икономически причини за подобни решения за монтаж .

Други две важни точки при монтажа са надеждността и безопасният монтаж, за да може панелите да издържат на условията на околната среда – вятър, сняг, вибрации, за да бъдат безопасни за човека и в същото време надеждни във времето. От задната страна трябва да е осигурено пространство за вентилация – панелите трябва да може да се охлаждат през летните дни.

Особено важно и от първостепенно значение е при монтажа и по време на експлоатацията да се внимава за електробезопасността от соларни панели. Обикновено напреженията при експлоатация достигат 200-500V DC постоянен ток а дори и повече. Всички нови системи са предвидени за напрежения до 1500V. Сами разбирате, че величината на електрически напрежения е доста над безопасните 12V и дори 50V. Тук е съществено да знаете, че пораженията за човека от постоянен ток са неколкократно по-сериозни и е много по-трудно да се освободи контактът с веригата в момент на поражението, отколкото при променлив ток. По тази причина – не за залавяйте да правите сами, в домашни условия, инсталации на големи системи, вместо това винаги потърсете услугите на квалифициран електротехник.

5. Енергийни системи за съхранение

За да се осигури непрекъснато захранване, особено през нощта или в облачни дни, PV соларните инсталации често се комбинират с енергийни системи за съхранение като батерии. Тези системи позволяват съхранение на излишната произведена енергия, която може да бъде използвана по-късно, когато производството на енергия е ниско или потреблението е високо.

В домашни условия, вие можете да съхранявате произведената енергия с акумулаторни батерии. Както споменахме и преди Хибридните и Офгрид системи са конструирани за да осигурят апаратура за зареждане на акумулаторите ви.

Обикновено акумулаторната система трябва да се оразмери, като започнем от нуждите на потреблението ви и за какъв период от време ще искаме да сте защитени. Акумулаторните батерии и системи се определят от техният капацитет в KWh/Wh/Ah, работно напрежение 12V/24V/48V и нагоре, както и технология на батерията Оловна / Литиева. При оловните акумулатори трябва да се ползват AGM или за предпочитане Deep Cycle, а при литиевите акумулатори в момента е най-популярна LiPoFe технологията, която осигурява най-голям капацитет в единица обем и тегло. Лично мое мнение, че оловните акумулатори, като технология, която позволява безпроблемно рециклиране е екологична по същество и ще е лесно да се депонира след времето на експлоатация.

Разбира се има и малки по капацитет офгрид системи, където контролерът за зареждане е отделно устройство, и съвсем отделно устройство е инверторът към напрежение 230V. Този вид системи са изградени с панели в мощности до 100W и са подходящи и безопасни, за да си инсталирате съвсем сами. Приложение на подобни са кемпери, лодки, вили, палатки, публично осветление или други малки по мащаб или дори мобилни приложения.

Другият най-достъпен начин за съхраняване на енергията е чрез директно загряване на топла вода в бойлер. Идеята е да захраним с електричество бойлера, директно от панелите. За целта е необходим малък контролер, с който осигурявате конвертиране на напрежението от постоянно в променливо. Променливият ток и напрежение са необходими, защото по същество, той е оразмерен с електрооборудване – нагревател, регулатор, защити – за променливо напрежение, които няма да сработят с постоянно напрежение и ток. Има множество видове произвеждани контролери в тази посока, които разглеждаме в друга статия и може да намерите тук. Предимство на този метод е, че:

избягвате използването на вода за топлообмен и свързаните с това особености, като трудно прекарване, съобразяване на дистанция между покрива и бойлера, течове, повреждат се помпа и регулатор. Трудно се подменя бойлер.
контролерът за електрически соларен панел е заделен за бойлера, лесно се внедрява и има проста задача.
Инсталация на панели с обща мощност около 800-1000W не е тежка. При спазване на инструкциите за монтаж и стриктно мерките за безопасност, е вариант да се инсталира в домашни условия.

6. Поддръжка и дълготрайност

PV соларните инсталации изискват минимална поддръжка, но редовното почистване и проверка на системата, са важни за осигуряване на дългосрочната й ефективност.

Соларните панели обикновено имат дълъг живот. Често се използват над 25-30 години, като производителността им намалява минимално във времето, може би с около 15-20%. Ако закупувате соларни панели е добре да обърнете внимание на гаранционният срок, който се осигурява производителят. Евтините модели, често имат гаранционен срок около 10-12 години, докато за скъпите модели, с добра изработка, производителите предоставят около 25 години гаранция на материалите и производителността.

Батериите.

Оловни батерии се използват още от зората на тези технологии, като разбира се има нови, устойчиви и подходящи технологично оловни батерии. За оловно-киселинните акумулатори, също така са установени добри процедури и традиции в рециклирането. За соларни инсталации е важно да издържат голям брой цикли, както и дълбок разряд.

Класическите AGM и GEL базирани батерии. Според техническите характеристики на производителите, за специализираните оловните батерии се очаква живот от 10 години. Но 1000 цикъла на разреждане. Следните графики имаме от батерия 12V 100Ah на известен производител RITAR

OPzV твърдотелната оловна батерия (VRLA тръбна гелова батерия) е нова батерийна технология, базирана на традиционната оловно-киселинна батерия, която е подобрена чрез технологични изследвания. В OPzV батериите се използва газообразен “нано” силикагел за електролит, който замества сярната киселина, използвана в традиционните оловно-киселинни батерии, за да се формира колоиден гел, който след това се втвърдява. Това не само осигурява отлична проводимост, но и напълно елиминира изтичането и изпаряването на електролита, което удължава живота на батерията и намалява разходите за поддръжка. OPzV предлага проектен живот от 20 до 25 години при 25°C и е дори по-подходяща за циклична употреба при екстремни експлоатационни условия. Тъй като тази технология е нова, няма исторически проверени резултати.

Литий базирани батерийни системи

LiFePO4 Lithium Iron Phosphate Battery. Най-актуалната към момента технология за соларни литиеви батерии. Очакван живот е 10 години, но около 3000-3500 цикъла на разреждане при 80%DOD. Това са 3 пъти повече цикли на разреждане отколкото при оловните, което е силно икономическо предимство. Друго тяхно предимство е т.нар. режим на бърз заряд. И освен това трябва да знаем, че тази батерия има специализирана електроника за обгрижване нивото на зареждане на всеки един литиев елемент. Съответно този вид батерии подлежат на профилактика и калибриране на зареждането, според предписанията на производителя.

Недостатък е начинът на добив на материалът литий. И от друга страна – засега няма сигурна и приложена технология, за рециклиране на литиевият компонент. За индустрията и институциите това е организационна характеристика. Но за домакинствата – това може да означава изискване и съответно ангажимент за депонирането на този компонент след изтичане на животът му в 10-та година.

Инвертори, зарядни контролери и хибридни диспечери

Са чисто електронни устройства. Тъй като са съставени от множество електронни, но силови компоненти , те притежават нормална гаранция на устройства в порядъка на 2-5 години. Необходима е профилактика от насъбраният на прах по вентилационните отвори и повърхности. Тези устройства са предназначени да работят постоянно, но търпят токови удари и моменти на претоварване, което неминуемо води до тяхното компрометиране. Всяка една инсталация се разглежда случай по случай, но можем да очакваме, че обичайно след 5-та година ще е необходима подмяна на този компонент.

7. Екологичност

Много интересен аспект на темата е доколко екологични са производството на панели, акумулатори и съответно – депонирането и рециклирането на отпадъците от тях.

Съществуват множество изследвания, прогнози и статии. Някои от тях може да прочетете тук:

https://www.economic.bg/bg/a/view/solarnite-paneli-imat-i-losha-strana-za-ekologiyata-96140

https://money.bg/techno/dostatachno-ekologichno-chisti-li-sa-fotovoltaichnite-sistemi-i-elektromobilite.html

https://www.greenpeace.org/bulgaria/istorii/603/mit-13-vei-slunchevite-paneli-sa-opasni-zashtoto-sudurjat-toksichni-materiali/

Всяка технология, създадена от човек, има своите плюсове и минуси. Несъмнено всички ползвате различни електронни устройства, като лаптоп, смартфон, таблет, телевизор, настолни монитор и компютър,автомобилна електроника и акумулатори. Техният мащаб на разпространение граничи с потенциала на соларните панели. Рециклирането на тази техника изисква същите по вид усилия и компонентите ползват аналогични химични съединения. Затова, ако ще инсталирате за собствени нужди е добре да внимавате за рециклирането, но и да намирате вашият собствен интерес. Защото притежанието на собствен източник на електро- захранване, ви дава повече енергийна свобода и ще е от помощ за вас, в случай на енергийна или климатична криза.

8. Безопасност

Както вече споменахме, соларните инсталации се състоят от компоненти, които работят с постоянно и с променливо напрежение. Тъй като не е известна конкретна регулация, за подвижните системи ще очакваме, че са изцяло безопасни и проектирани с безопасни напрежение. Тези обаче системи, които са инсталирани в сгради ще имат оперативни напрежения или такива на празен ход над 50V – и постоянен, и променлив ток. Това е величина опасна за човешкото здраве, затова се вземат специални мерки за електроизолацията и недопускането на токов удар върху човек или други живи твари.

По време на самият монтаж, свързване и пускане в експлоатация, трябва да се използват специални предпазни средства и да се спазват инструкциите за охрана на труда.

Накратко, по време на токов удар възникват няколко опасни за живота следствия.

Мускулите се свиват под въздействие на приложеното външно напрежение. Ако това е променлив ток – имате шанс да се освободите, когато преминава през нула 0. Ако е постоянен ток – човек не може да се освободи сам. В случай на протичане на тока през тялото, се получават изгаряния по тъканите и костите. Изгарянията от постоянен ток, бих казал непознати досега, имат над 3 пъти по-сериозни последици от изгарянията с променлив ток, със същата величина. И последното последствие, на което ще обърна внимание, е протичането на ток през нервната система. В зависимост от попадението е възможно въздействие върху мозъкът или сърцето с непредвидими последствия.

По тази причина препоръчваме, да не се залавяте сами, без необходимите знания, а да се свържете с подходяща фирма, която да изгради електроинсталациите за вас.

9. Законодателство и разрешения

За случаите на домашни инсталации и вариантът за производство за собствени нужди до 30KW мощност, законодателят в България разреши инсталацията, само с писмено уведомление до местният ЕРП. Въпреки това ако искате да сте изрядни, а и за останалите случай е необходимо да се подготвят документи към институциите и да се изготвят съответните проекти. Ето няколко връзки с полезна информация:

10. Групи в социалните мрежи

Интересно явление напоследък е, че се създадоха доста частни инициативи за популяризиране и обучение на деца и възрастни в темата изграждане на соларни централи. Вярвам че всеки ще намери по нещо.

Училище за соларни специалисти:

Заключение

Фотоволтаичните соларни инсталации представляват надежден и екологичен начин за производство на електричество. Разбирането на основните им принципи помага за по-доброто планиране, инсталиране и поддържане на тези системи. С непрекъснатото развитие на технологиите и намаляването на цените, PV соларните инсталации стават все по-достъпни и популярни, допринасяйки за опазване на климата.

Автор: И. Петров