Fotovoltaické solární systémy s pevným stojanem
Obsah kapitoly
4.1 Typy instalací fotovoltaických systémů
4.1.1 Ostrovní systémy (grid – off)
Ne vždy máme možnost využívat elektrickou energii dodávanou z distribuční sítě. Takováto situace může nastat na odlehlých chatách, zahradních domcích, odlehlých průmyslových objektech a podobně. Na těchto místech obvykle požadujeme komfort domova v podobě možnosti poslouchat rádio, sledovat televizi nebo si uložit netrvanlivé potraviny do lednice. Vybudování elektrické přípojky například v případě jachty nemusí být vůbec možné, nebo náklady na přípojku by byly neúnosně vysoké a neodpovídající získanému zážitku. Řešením takovéto situace může být fotovoltaický systém odpovídajícího výkonu. Ten se instaluje tehdy, když by bylo nutné vybudovat elektrickou přípojku delší než 500 metrů.
Při budování ostrovního systému na výrobu elektrické energie je vhodné volit odpovídající spotřebiče, které fungují na stejnosměrný proud. Stejnosměrný proud je možné pomocí napěťového měniče přetransformovat na proud střídavý. Neméně důležitá je také spotřeba energie, čím menší je spotřeba, tím menší budou požadavky na akumulátory a výkon fotovoltaických panelů, a tím bude také celá instalace levnější.
Obr. 14: Ostrovní fotovoltaický systém
Prvním typem jsou systémy s přímým napájením. U těchto systémů je připojené elektrické zařízení funkční po dobu dostatečné intenzity slunečního záření. Jedná se pouze o propojení solárního modulu se spotřebičem přes regulátor napětí.
Animace č. 2 FV systém s přímým napájením
Dalším typem těchto ostrovních systému je systém s akumulací elektrické energie. Tato varianta je použita v případech, kdy potřeba elektrické energie nastává i v době bez slunečního záření. Z tohoto důvodu mají tyto systémy speciální akumulátorové baterie. Optimální nabíjení a vybíjení akumulátoru je zajištěno regulátorem nabíjení. K ostrovnímu systému lze připojit spotřebiče napájené stejnosměrným proudem, případně běžné síťové spotřebiče 230V/~50Hz napájených přes napěťový střídač.
Animace č. 3 Ostrovní FV systém s akumulací energie
Posledním typem těchto systémů jsou hybridní ostrovní systémy. Ty se používají tam, kde je nutný celoroční provoz a kde je občas používáno zařízení s vysokým příkonem. V zimních měsících je možné získat z fotovoltaického systému podstatně méně energie než v měsících letních. Proto je nutné tyto systémy navrhovat pro zimní provoz, což má za následek instalování vyššího výkonu a tím i zvýšení nákladů.
Výhodnější alternativou proto je rozšíření systému doplňkovým zdrojem elektřiny. Takovýmto zdrojem může být větrná elektrárna, elektrocentrála, apod.
Zpět na začátek4.1.2 Systémy připojené na síť (grid – connected)
Fotovoltaické systémy připojené k rozvodné síti nejsou vzhledem k relativně kvalitní síti a stálosti dodávek elektřiny instalovány z důvodu nedostatku elektrické energie, jako je tomu u ostrovních systémů.
Motivem instalace je zpravidla ekologický a ekonomický přínos fotovoltaického systému v tom, že při výrobě této elektřiny není vypuštěn žádný oxid uhličitý. Systémy připojené na síť jsou zpravidla budovány na rodinných domech nebo v průmyslových objektech, přičemž vyrobená energie je buď přímo spotřebována v daném objektu, nebo prodána do distribuční sítě. Pokud je elektrická energie vyrobená solárním systémem spotřebována přímo tam, kde je vyrobena, ušetří investor cenu energie, kterou by musel jinak nakoupit za tuto cenu a navíc dostane od odběratele dotaci ve formě tzv. zeleného bonusu.
Tento typ systémů umožňuje využít dvojí typ způsobu využití vyrobené energie. Prvním typem jsou systémy pro vlastní potřebu a prodej přebytků. Systém v této konfiguraci obsahuje fotovoltaické panely připojené na napěťový měnič pro přeměnu stejnosměrného proudu na proud střídavý.
Celý tento okruh je připojen na samostatný jistič a přepěťovou ochranu do rozvaděče v daném objektu. Solární systém je připojen na hlavní elektroměr, je tedy možné dodávat energii spotřebičům v domácnosti nebo ji v případě přebytků přes hlavní elektroměr předávat do sítě.
Animace č.4 FV systém pro vlastní potřebu + prodej přebytků do sítě
Fotovoltaické systémy pro prioritní odběr spotřebiči s možností prodeje přebytků jsou nejvýhodnější variantou, protože v případě vlastní potřeby nenakupujeme elektřinu ze sítě a naopak navíc inkasujeme od provozovatele distribuční sítě zelený bonus za výrobu elektřiny čistým způsobem.
Další variantou jsou systémy pro prodej elektrické energie do sítě. Tyto systémy obsahují pouze fotovoltaické panely připojené na napěťový měnič, elektroměr pro odečet energie vyrobené fotovoltaikou. Tento okruh je přes jistič a přepěťovou ochranu připojen ještě před hlavní elektroměr v daném objektu.
Veškerá vyrobená energie je tedy dodávána do distribuční sítě za výkupní cenu.
Animace č. 5 FV systém pro výhradní odběr do sítě
4.1.3 Fotovoltaické solární systémy s pohyblivým stojanem
Unikátní řešení solárních panelů na otočném zařízení, rozšířených o koncentrátory záření zvýší účinnost energetického zdroje až o 80 procent. Jedním z možných postupů, jak zásadním způsobem zvýšit energetický výnos fotovoltaických systémů, je jejich umístění na otočné zařízení. Solární panely se tak mohou dle aktuálních podmínek „natáčet“ za Sluncem a tím optimalizovat svoji efektivitu, která je samozřejmě nejvyšší tehdy, dopadá-li sluneční záření kolmo na panel.
Realizované otáčivé zařízení má několik zásadních výhod. Mezi ty největší jistě patří rychlá návratnost pořizovacích nákladů, které se rychle vyrovnají navýšením energetického výkonu soustavy. Zásadním kladem je samozřejmě i relativní samostatnost, systém pracuje automaticky a bez nutnosti neustálého dozoru. Soustava navíc pro svůj provoz nepotřebuje žádný externí zdroj energie – pro otáčení využívá přímo sluneční energii a fyzikální vlastnosti použitých materiálů.
Energetické výnosy tradičně instalovaných fotovoltaických systémů na našem území ve výkonu nikdy nedostihnou soustavy umístěné na vysoko položených náhorních plošinách centrální Asie a Jižní Ameriky. Pomocí nejrůznějších úprav a vylepšení ale můžeme místní výnosy co možná nejvíce zefektivnit. Zvyšujeme tak ostatně i přitažlivost solární energie pro místní výrobce, s vyšší efektivitou přicházejí i vyšší výnosy a vyšší zisky.
Zpět na začátek4.1.4 Další možnosti navýšení množství vyrobené energie, vyváženost systému
Sluneční elektrárny můžeme rozdělit na střešní a fasádní systémy pro výrobu elektřiny. Tyto instalace mají nespornou výhodu v tom, že střecha je prostorem obvykle jinak nevyužitelným. Střešní systémy jsou připojovány do elektrorozvodů daného objektu, což můře být nevýhodou, protože velikost budovaného systému je závislá na kapacitě elektrické přípojky objektu a velikost fotovoltaického systému tak může být přípojkou limitována. Instalace na fasády je možná buďto kolmo, tedy přímo na fasádu při ztrátě výkonu oproti optimálnímu sklonu přibližně 30%, nebo lze optimálního sklonu dosáhnout pomocí podpěrných konstrukcí na fasádu přimontovaných. Instalace na budovách mají nespornou výhodu ve faktu, že vyrobenou energii je možné spotřebovat přímo v budově a šetřit tak náklady na energii, které by bylo jinak nutné nakoupit.
Animace č.6 Schéma fotovoltaické elektrárny
Existuje ještě jeden typ fotovoltaických elektráren, a to jsou fotovoltaické elektrárny instalované na pozemku, tzv. solární parky. Jde obvykle o velké systémy o výkonech v řádech stovek kW až MWp, které jsou výkonnostně limitovány výhradně velikostí a charakterem pozemku a dále dostupností dostatečně kapacitní elektrické přípojky pro dodávání energie do rozvodné sítě nebo do regionální rozvodné sítě.
Plocha potřebného pozemku pod panely je v případě budování v několika řádech přibližně 2,7 násobek plochy panelů, protože mezi jednotlivými řadami panelů musí být takové rozestupy, aby si panely navzájem nestínily.
Nároky na rozlohu pozemku jsou tím menší, čím větší je pozemek jižně svažitější. Celý pozemek je nutné z bezpečnostních důvodů oplotit, nebo jinak zamezit přístupu neautorizovaných osob do prostoru elektrárny.
Pozemek je nutné vybrat tak, aby v jeho blízkosti bylo buďto vysokonapěťové vedení 22kV, případně je možné vybudovat samostatné vedení přímo k rozvodně. Fotovoltaická elektrárna v blízkosti obytných domů není žádný problém, elektrárna nevydává žádné záření ani žádné hlukové emise, je však nutné o záměr umístění elektrárny dopředu řešit s místní samosprávou a předejít tak možným pozdějším nedorozuměním.
Elektrárnu je možné umístit i na pozemek pastvin a skot využívat pro spásání trávy pod panely, je tak beze zbytku využít pozemek a odpadá část nutné údržby.
Zpět na začátek