Fotovoltaické panely

Koľko solárnych panelov potrebujem na rodinný dom, aby som sa mohol odpojiť od elektrární?

Veľmi častá laická otázka. Žiaľ vyplýva z neznalosti problematiky a neúmerných očakávaní od fotovoltaického systému vyrábajúceho síce s výhodou priamo elektrický prúd, ale žiaľ s výkonom a s účinnosťou, ktorá pri porovnaní s diaľkovým vedením, kogenerátorom, vodnou elektrárňou a iným zdrojom je pre výkonové využitie (napájanie motorov, ohrievačov, práčok a iných „ťažkých“ spotrebičov) neúnosne drahé. Treba si uvedomiť, že z plochy zodpovedajúcej jednému panelákovému oknu by sme dostali približne 200-300 W elektrickej energie. Aj to v podobe jednosmerného prúdu, s nedostatočným napätím, teda bez invertora a frekvenčného meniča by nebol pre klasické spotrebiče upotrebiteľný. Uvedené doplnky sú síce bežnými prvkami dodávanými s fotovoltaikou, ale taktiež zvyšujú cenu zariadenia a ešte stále neriešia základný problém, ktorým je akumulácia elektrickej energie. (Pri najmenšom treba investovať do nabíjateľného akumulátora). Fotovoltaické panely sú obzvlášť citlivé na dostatočnú intenzitu svetla, vplývajúceho na efektivitu fotovoltaického javu.
Ak sa zo zariadením schopným pokryť iba potreby nízkozáťažových spotrebičov dostávame na úroveň niekoľko tisíc Euro za cenu kompletného zariadenia, potom je otázka zmysluplného použitia fotovoltaiky na mieste. Ceny FV panelov sú našťastie voči neustále rastúcej cene elektrickej energie (predovšetkým v distribučných položkách) stále v lepších číslach, takže ak k realizácii pribudne aj nejaká forma dotácie od štátu, alebo od EÚ, ktorá hlási podporu obnoviteľných zdrojov energií, potom je svetlo v tuneli aj vidieť…
Nikomu netreba vysvetľovať význam inštalácie fotovoltaiky v ostrovných systémoch (inštalácie na odľahlých miestach, bez možnosti prívodu elektrického prúdu) , alebo tam, kde pobývame len sporadicky (weekendové chatky a chalupy).Pre bežný rodinný dom sú aplikačné podmienky bez dotácií menej lukratívne, aj keď vzrastajúca cena energií dáva predpoklad tomu, že tak nebude večne.

Kde sa dá fotovoltaický systém využiť a kedy prináša efektivitu?

Ak nezabudneme na klasického strašiaka návratnosti, ktorým operujú takmer všetci naši zákazníci (dokonca aj takí, ktorí sa k nám dovezú na niekoľko miliónovom aute a nikdy ich nenapadne ani rozmýšľať o tom kedy sa im investícia do neho vráti), tak môžeme každého ubezpečiť, že vzhľadom na reálnu životnosť fotovoltaických panelov sa im investícia raz vráti, lebo ani za jeden watt energie ktorú im počas svojej životnosti zariadenia vyprodukujú, nebudú musieť zaplatiť ani korunu! Tým natvrdlým doporučujeme spočítať si koľko dajú za jeden watt vyprodukovaný batériami do rôznych domácich zariadení. Budete prekvapení, ale sú to počas vášho života značné sumy. Je žiaľ prirodzené, že človek je náchylný po eure utrácať tisíce, ale naraz ich investovať na reálne garantovanú úsporu nedokáže.
Okrem v predošlej otázke uvedených ostrovných systémov pre aplikáciu fotovoltaiky (odľahlé miesta) sa teda fotovoltaika uplatní pri náhrade batérií , v kempingových zariadeniach , v alarmoch, v chatách a chalupách na dobíjanie mobilných telefónov a podobne. Z praxe vieme, že najrôznejšie aplikačné možnosti si nachádzajú sami zákazníci. Veľmi výhodná je aplikácia v spojení s termickým solárnym systémom: Predstavte si chatku, alebo weekendový domček, ktorý by ste chceli temperovať solárnou energiou. Termický solárny systém (pozri kapitolu „solárna vykurovacia a vodoohrevná technika“) nám z plochy solárnych kolektorov na rozdiel od fotovoltaiky produkuje energiu doslova v kilowattoch, ktorú vieme zužitkovať v nízkopotenciálových vykurovacích telesách (napríklad veľkoplošný podlahový systém). Ak žiaľ nemáme v objekte zdroj elektrickej energie, nepodarí sa nám energiu z plôch solárnych absorbérov dostať. Jednoducho potrebujeme poháňať obehové čerpadlá , aby sa slnkom nahriate médium dostalo do teplovýmenných plôch v objekte a potrebujeme napájať aj riadiaci systém, ktorý bude efektivitu dodávky energie strážiť.
Na uvedenú úlohu lepší zdroj elektrickej energie, ako fotovoltaický systém ťažko nájdeme. Výhodou je energia zdarma a súvsťažnosť s kvalitou slnečného svitu. Ak nám slnko intenzívne nahrieva termické kolektory, zároveň intenzívne vyrába elektrickú energiu na fotovoltaickom paneli a zároveň intenzívne poháňa distribúciu média obehovýmí čerpadlami.
Pri poklese aktivity solárnej energie sa samoregulačný proces prejaví spomalením obehového prietoku a teplonosná kvapalina sa môže lepšie prehriať. V reálnej situácii tento proces síce musí z hľadiska citlivosti doladiť regulátor, ale výsledky sú pomerne dobré.
V lete keď objekt viac využívame a vykurovanie je pasé, systém prechádza na výrobu TÚV v zásobníku, ktorý v zime slúži ako kvázi akumulátor. Proces výroby TÚV v lete je počas dňa intenzívny , ale krátkodobý, preto zvyškový výkon fotovoltaiky použijeme na iný účel (malá chladnička, úsporné osvetlenie, prenosný televízor, mobilný telefón, alarm a pod.).

V časoch dotácií (napríklad viď program „Zelená energia domácnostiam) sa ľady pohli aj u nás a záujem úmerne vzrastá a realizácií pribúda. Prax ukazuje, že so znižovaním energetickej náročnosti domácností sa význam vlastnej FV sústavy dostal do úplne iného svetla. Optimum je pokrytie výkonom okolo 3 kW na domácnosť s akumuláciou okolo 5 kWh. S cenou sa hýbeme po odčítaní dotácie do 5 tis. Eur.

Je potrebné fotovoltaický panel natáčať za slnkom?

Bolo by to pre stabilný výkon veľmi účelné, ale riešenie problému je ako vždy otázkou kompromisu. Ak by nám polohovacie zariadenie (nejaký servomotor ) spotrebovalo toľko energie, že zisk zo zmeny polohy by ju nekompenzoval, potom je jeho aplikácia nereálna ( a to ešte musíme počítať s tým, čo nás také servozariadenie bude stáť). V praxi sa preto polohovanie uplatňuje iba zriedka. Pre relatívne dobrú účinnosť je účelné pre panely fotovoltaického systému nájsť počas dňa netienenú plochu s južnou, juho-juhovýchodnou alebo juho-juhozápadnou plochou so sklonom 32-47o voči horizontálnej rovine.

Je možné aj riešenie s prepínaním kolektorových polí, ktoré sa zapínajú do spotreby podľa polohy slnka. Je všeobecne možné konštatovať, že optimálna poloha panelov obzvlášť polymorfných je menej kritická, ako je to u termických kolektorov. Výkon a účinnosť FV panelov sa neustále mierne zlepšuje, ale na jednotku plochy sú stále v nevýhode oproti termickým panelom. Len prevádyková ekonomika a cena energií v budúcnosti nám dá jasný podnet k ich maximálnemu využívaniu.

Z čoho sa fotovoltaické panely vyrábajú?

Fotovoltaika využíva známy fyzikálny jav, ktorý produkuje elektrickú energiu na intenzívne osvetlených kremíkových (a iných) polovodičových čipoch. Laicky a veľmi zhruba : kremíkové monokryštály sa kolmo na os režú na tenké plátky, na ktoré sa leptajú a naparujú miniatúrne fotodiódy a fototranzistory. Hotové plátky sa zapúzdrujú do priehľadných fólií a prepájajú vodivými prepojmi. Inou alternatívou sú polykryštály viacvrstvovo naparované vo vákuu na sklenenú dosku, vypaľované laserom do štruktúry polydiód, vyplnené napríklad hliníkom a zapúzdrené do podoby dvojskla.
Proces je omnoho zložitejší, ale v podstate vždy využíva jav, ktorý je základným kameňom kvantovej fyziky a je predmetom trvalého skúmania a vysvetľovania.

Využitie solárnych FV panelov a akumulačných batérii

  • napájanie signalizačných zariadení – semafor
  • napájanie telekomunikačných zariadení
  • monitorovacie zariadenia nezávislé od siete
  • telemetrické meranie nezávislé od siete
  • napájanie bezpečnostných systémov
  • vetranie – skleníky a miestnosti so sklom
  • napájanie osvetlenia – hlavné alebo núdzové
  • nabíjanie autobatérii počas státia auta
  • napájanie navigačných zariadení – lode, auta atď.
  • napájanie čerpadiel pre rybníky a vodné nádrže
  • závislé napájanie pre lode a jachty
  • nezávislé napájanie pre obytné automobily
  • napájanie obehových čerpadiel pre solárne vykurovacie systémy
  • nezávislé alebo spolupracujúce napájanie pre chaty, rekreačné objekty a rodinné domy
  • doplnkové napájanie pre byty v panelových alebo tehlových bytovkách
  • núdzové napájanie plynových kotlov s kombináciou predohrevu
  • kempingové napájanie pri stanovaní – svetlo
  • nabíjačka mobilných telefónov a samotných akumulátorov na svietenie alebo spotrebnú elektroniku
  • doplnkové napájanie k veternej elektrárni
  • drobné zariadenia z nezávislým napájaním
  • rodinné domy bez plynovej prípojky, s optimálnou spotrebou elektrickej energie
  • firmy a prevádzky pokrývajúce odberové špičky, dotujúce výrobu TÚV, osvetlenie, klimatizáciu a pod.

Izolované-ostrovné solárne zariadenia

Pod izolovaným solárnym zariadením sa rozumie celkom sebestačné solárne zariadenie na výrobu prúdu bez sieťovej prípojky.

Najdôležitejšie komponenty solárneho zariadenia:

  1. slnečný svit premenený v solárnom článku na elektrickú energiu a poskladané do solárneho modulu – batérie. Výkon solárneho modulu je meraný vy Wp (Watt – špička). Preložené to znamená Watt za ideálnych podmienok. Solárne moduly (batérie) môžeme spájať pre zväčšenie výkonu a napätia
  2. regulátor nabíjania – spínacia centrála medzi solárnym modulom a akumulátorovou batériou. Zabraňuje prebitiu a hlbokému vybitiu akumulátora.
  3. Solárna batéria – akumuluje získanú (vyrobenú) ebergiu pre napájanie spotrebičov. Špeciálne akubatérie majú vysoký počet cyklov nabíjania a vybíjania a nižšie samovybíjanie ako klasické autobatérie. Pre izolované zariadenia je potrebná kapacita od 60 Ah.
  4. Striedač – je používaný v prípade ak majú byť pripojené spotrebiče prevádzkované na 230 V sieť. V tomto prípade používame menič napätia z 12 V = na 230 V ~.
  5. ovládacie a komutačné zariadenia slúžiace na pripojenie solárneho zariadenia k spotrebičom, alebo k verejnej sieti

Moderné technológie chladenia, kúrenia, vetrania a rekuperácie …