Fotovoltaický panel je po výrobe ihneď pripravený na prevádzku, no pre jeho využitie je vytvorený fotovoltaický systém pozostávajúci z ďalších dôležitých prvkov, teda invertorov, batérií, regulátorov nabíjania.
Priamy prúd generovaný vo fotovoltaických článkoch nie je vhodný na napájanie zariadení v domácnosti, tým menej na posielanie energie do siete, kým sa nepremení na striedavý prúd s frekvenciou 50 Hz a menovitým napätím 230 V. Invertory sa na to používajú, často nazývané invertory . Na druhej strane v inštaláciách nespolupracujúcich so sieťou (off-grid) sú stále potrebné batérie a zariadenie na reguláciu ich nabíjania.
Invertory v slnečnej sústave
Výber správneho meniča je, samozrejme, úlohou projektanta systému, no ak sa musíte rozhodnúť, či kúpiť lacnejší alebo drahší, je dobré vedieť, v čom sú rozdiely. Tie, ktoré umožňujú domácej elektrocentrále spolupracovať s elektrickou sieťou, musia byť kvalitné, aby nezasahovali do jej prevádzky – požiadavky na ne definujú elektrárne. Striedače určené pre fotovoltaické mikroinštalácie sa nazývajú string invertory (stretávame sa aj s pojmom string invertory), pretože na ich vstupné systémy sú zapojené takzvané reťazce (reťazce) panelov zapojených do série.
Pri výbere meniča musíte dbať predovšetkým na maximálne povolené napätie. Ukazuje, koľko panelov môže byť v reťazci. Pre pripojenie viacerých panelov k meniču (pre vyšší inštalačný výkon) je možné zapojiť paralelne dva alebo viac stringov, avšak len za podmienky, že v každom z nich bude rovnaký počet panelov s rovnakými parametrami a budú byť vystavené rovnakým spôsobom (naklonené pod rovnakým uhlom a otočené rovnakým smerom).V opačnom prípade by rozdiel napätia medzi reťazcami vytvoril spätný prúd, ktorý by mohol poškodiť FV články (niektoré striedače môžu mať poistky, aby tomu zabránili). Ak teda nie je možné túto podmienku splniť, je potrebné použiť samostatné meniče pre každý reťazec alebo viacreťazcové zariadenie, t.j. vybavené niekoľkými vstupmi na pripojenie viacerých rôznych reťazcov. Oplatí sa to urobiť, ak plánujete v budúcnosti rozširovať systém, pretože nie je známe, či si budete môcť kúpiť rovnaké panely ako tie, ktoré boli nainštalované predtým. A vďaka tomu sa môžete vyhnúť kúpe druhého meniča. Pre efektívnosť systému je dôležité vybaviť menič systémom sledovania maximálneho výkonu panela (MPPT). Ich výkon je súčinom okamžitého prúdu a napätia, ktoré sa menia so zmenami intenzity slnečného žiarenia a teploty článku. Invertorový ovládač má softvér, ktorý nepretržite vypočítava hodnoty napätia a prúdu, pri ktorých je výkon najväčší a menič dosahuje najvyššiu účinnosť.Presnosť nastavenia pracovného bodu meniča na maximálny výkon panelov závisí od použitého algoritmu.
Multisledovacie zariadenia majú niekoľko sledovacích systémov a umožňujú modulovať prevádzkové parametre jednotlivých nerovnomerne osvetlených častí inštalácie. Softvér takýchto meničov umožňuje minimalizovať straty energie vyplývajúce z čiastočného tienenia panelov výpočtom maximálneho bodu výkonu nielen celej inštalácie, ale aj jej častí. Najdôležitejším prvkom meniča je samozrejme systém prevádzajúci napätie - najčastejšie rýchlym zapínaním a vypínaním jednosmerného napätia ovládaním mostíka tranzistorových kláves.
Ak je mikroinštalácia pripojená k sieti, musí byť menič vybavený systémom, ktorý sleduje napätie a frekvenciu jeho zmien v sieti a reaguje na zmeny hodnôt týchto parametrov - odpojenie inštalácia zo siete, ak je prekročený povolený rozsah.Bohužiaľ sa to rovná prerušeniu príjmu energie z fotovoltaických panelov – tento typ zariadenia neumožňuje napájanie domácich zariadení cez panely v situácii, keď dôjde k výpadku siete. Na vytvorenie núdzového zdroja energie je teda potrebný nezávislý systém s batériami.
Galvanické oddelenie panelov od elektrickej siete môže byť zabezpečené transformátorom, ale v moderných meničoch je nahradené pokročilejšou ochranou - oveľa menšou a ľahšou. A čo je najdôležitejšie, nespôsobujú také veľké straty energie ako toto zariadenie. S tenkovrstvovými panelmi však zvyčajne môžu pracovať iba transformátorové meniče. Pri použití beztransformátorového meniča je potrebný prúdový chránič (RCD) z dôvodu chýbajúceho galvanického oddelenia od AC strany.
Striedače sú štandardne vybavené zvodičom prepätia, ale niektoré umožňujú inštaláciu dodatočných zvodičov prepätia typu 2 (pre ďalšie zníženie prepätia) a sledovanie ich stavu.Vďaka nim je možná jednoduchá integrácia so systémom ochrany pred bleskom.
Elektronická ochrana stringov zabraňuje nebezpečným spätným prúdom spôsobeným poškodením panelov alebo prepólovaním pri ich pripájaní, ktoré by mohli spôsobiť požiar. Takáto ochrana umožňuje rezignovať aj na jednoduché poistky, ktoré by bolo potrebné po aktivácii vymeniť. Menič sa počas prevádzky zahrieva, čo je potrebné vziať do úvahy pri výbere miesta jeho montáže. Niektoré sú vybavené chladiacim ventilátorom - je lepšie, ak je riadený teplotou, než aby bežal stále, pretože spotrebuje menej energie.
Kvalitné zariadenia majú displeje, z ktorých je možné odčítať aktuálne prevádzkové parametre inštalácie, množstvo získanej energie v daný deň a od začiatku prevádzky systému a dokonca aj zobrazenie krivky účinnosti zariadenia. V prípade poruchy sa zobrazí informácia o chybe.Komunikáciu môže uľahčiť rozhranie RS485 alebo aj Bluetooth, ktorý umožňuje prijímať informácie alebo meniť nastavenia na diaľku.
Menič môže byť vybavený funkciou využívania sieťových služieb ponúkaných prevádzkovateľom distribučnej sústavy (obmedzenie činného výkonu alebo zdieľanie jalového výkonu). Beztransformátorové meniče pre fotovoltaické inštalácie so špičkovým výkonom 3 kW stoja 2,5-7 tisíc PLN. zlotý. Najlepší dosahujú účinnosť nad 97 %.
Mikro invertory
Namiesto jedného meniča pre celý systém sa mikro invertory používajú aj v malých inštaláciách, ktoré podporujú každý panel samostatne. Systém s niekoľkými mikrovlnnými invertormi je drahší ako s jedným bežným invertorom - v prípade inštalácií s celkovým výkonom niekoľkých kilowattov o cca 15%, t.j. o niekoľko tisíc zlotých.
Oplatí sa použiť takéto riešenie? Pre výber mikrovlnných rúr hovorí jednoduchosť rozšírenia a opravy inštalácie. Sú pripevnené priamo k panelom, v prípade poškodenia jedného, ostatné fungujú ďalej.Ale najdôležitejšia výhoda je tá, ktorá sa odhalí v prípade čiastočného zatienenia niektorých panelov. Nezávislé mikro invertory zvyšujú energetický výnos v tejto situácii ako pri použití jedného spoločného meniča pre celú inštaláciu (obzvlášť nie príliš pokročilá). O ich použití by sa preto malo uvažovať len vtedy, keď sú panely umiestnené v blízkosti predmetov, ktoré periodicky bránia prístupu slnečného žiarenia - komíny, vikiere, arkierové okná, vysoké budovy alebo stromy.
Počítačové programy na simuláciu prevádzky systému pomáhajú pri hodnotení ziskovosti používania mikrovlnných invertorov. Dá sa uvažovať, že sa do nich oplatí investovať, ak simulácia ukáže, že zvýšia výrobu elektriny aspoň o nejaký tucet percent ako pri použití bežného meniča. Treba však počítať aj s tým, že čím nižší je stupeň využitia energie získanej vďaka tomuto drahšiemu riešeniu, tým horší je hospodársky výsledok – doba návratnosti je dlhšia.Za jednu mikrovlnku pre modul so špičkovým výkonom 250 W musíte zaplatiť 650-900 PLN (pri 3 kW inštalácii ich potrebujete 12).
Batérie vo fotovoltaickom systéme
V ostrovných inštaláciách sú nevyhnutné - bez nich nie je možné napájať zariadenia, ktorých prevádzka je potrebná nielen v čase silného slnečného žiarenia. Primárne určujú, koľko slnečnej energie možno v takomto systéme využiť.
Kapacita batérií samozrejme určuje, ako dlho budú prijímače fungovať, ale aj to, koľko energie sa dá z fotovoltaických článkov odobrať - z týchto dôvodov čím je väčšia, tým lepšie. Ak sa batérie rýchlo nabíjajú, solárne panely sú často zbytočné, aj keď by mohli poskytnúť energiu, a to výrazne zvyšuje dobu návratnosti.
Meniče do 5 kW sú jednofázové. Môžu mať niekoľko vstupov na pripojenie samostatne fungujúcich fotovoltaických okruhov, čo je užitočné, keď sú umiestnené rôznymi spôsobmi, napríklad na svahoch striech smerujúcich do rôznych smerov.Beztransformátorový systém dosahuje účinnosť viac ako 95%
Vhodnosť pre prácu vo fotovoltaickom systéme je daná odolnosťou batérie voči častému nabíjaniu a hlbokému vybíjaniu – čím je prah vybíjania nižší, tým lepšie. V najlacnejších obľúbených olovených autobatériách, takzvaných štartovacích batériách, je vysoká - ich vybitie pod 80 % kapacity spôsobuje ich zničenie. Ich využiteľná kapacita je teda len 20 % nominálnej kapacity. Tento typ batérie je navrhnutý tak, aby poskytoval veľmi vysoký prúd počas krátkej doby (na roztočenie štartéra motora s vnútorným spaľovaním) a v domácom elektrickom systéme je potrebný skôr nižší prúd na mnoho hodín.
Z tohto dôvodu sú trakčné batérie oveľa vhodnejšie pre fotovoltaický systém – využívaný okrem iného na pohon elektrických vozidiel. Niektoré z nich sa dajú vybiť takmer na nulu a sú schopné prežiť veľa cyklov nabíjania a vybíjania.
Akumulátory so zvýšenou životnosťou a odolnosťou voči hlbokému vybitiu je možné naplniť tekutým elektrolytom – vtedy sa nazývajú EFB. Od bežných sa líšia použitím hrubších plátov (elektród) vystužených polyesterom. Čoraz častejšie sa používajú batérie so zahusteným elektrolytom – gélom, označené skratkou HZY. Sú bezpečnejšie, pretože nehrozí, že z nich vytečie žieravá kyselina. Často sú ponúkané ako batérie navrhnuté špeciálne pre fotovoltaické inštalácie. Minimálne rovnako dobré pre túto aplikáciu sú batérie so sklenenými rohožami nasiaknutými elektrolytom - AGM, ktoré však nie sú tak veľmi používané kvôli vyššej cene, ako aj veľmi dobrý, ale oveľa drahší nikel-metal hydrid (NiMH), nikel -kadmiové batérie (NiCd) a lítium-polymérové (LiPo).
Na nákup kvalitných 12 V gélových batérií s kapacitou 100 Ah potrebujete minúť takmer 1 000 PLN (na 1 kW inštaláciu potrebujete 12 V batérie s využiteľnou kapacitou približne 4 000 Ah) .
Regulátory nabíjania
Na využitie čo najväčšieho množstva slnečnej energie a zabránenie stratám pri nabíjaní batérií vo fotovoltaickom systéme by sa mal použiť moderný regulátor nabíjania (regulátor) založený na mikroprocesorovej technológii, najlepšie s vyššie popísaným riadením maximálneho bodu výkonu (MPPT) systém. Úlohou tohto zariadenia je okrem iného chrániť systém pred spätným prúdom, aby sa batérie nevybíjali cez fotobunky, keď nie sú funkčné.
Životnosť batérie predlžuje trojúrovňový nabíjací algoritmus s teplotnou kompenzáciou používaný v niektorých regulátoroch. Regulátory majú ochranu proti prepólovaniu napätia (zapojenie plus a mínus), nadprúdu, skratu a teplotnú ochranu. Dokážu pracovať s akýmkoľvek vstupným napätím a automaticky rozpoznávajú menovité napätie batériového systému. Neumožňujú ich prebitie alebo prebitie.K dispozícii sú regulátory vybavené hodinami riadiacimi činnosť prijímačov, čo napomáha maximálnemu využitiu slnečnej energie. Za značkový regulátor nabíjania s veľmi dobrými parametrami (účinnosť 99 %) pre fotovoltaickú inštaláciu s výkonom do 3 kW treba zaplatiť približne 2,5 tis. PLN. PLN.