Sprawność, inaczej efektywność modułów słonecznych jest parametrem określającym jaką mocą elektryczną (w watach) będziemy dysponować po naświetleniu powierzchni modułu przez słońce. Wiemy, że promieniom słonecznym w dotarciu do ziemi mogą przeszkadzać różne zjawiska np. mgła, chmury, deszcz, czy nawet smog. Musimy do obliczeń założyć pewną wartość, w sumie uniwersalną i stosowaną powszechnie. Otóż przyjmuje się, że promienie słoneczne, po dotarciu do powierzchni ziemi, na każdy jej metr kwadratowy naświetlają strumieniem o mocy 1000 Watów. Gdybyśmy mieli do dyspozycji panele fotowoltaiczne o sprawności 100%, to z każdego 1m2 ich powierzchni uzyskalibyśmy moc elektryczną wielkości 1000W. Sprawność modułu PV możemy wobec tego zapisać matematycznie:
Sprawność = Moc modułu / Moc promieniowania słonecznego
wzór na sprawność modułu fotowoltaicznego
W praktyce spotykane w handlu moduły mają efektywność tylko 16-20%. Czy dla przeciętnego użytkownika instalacji fotowoltaicznej parametr sprawności ma istotne znaczenie? Przy małej dostępnej powierzchni na której planujemy zamontować panele będziemy skłonni wybierać moduły o większej sprawności, na zasadzie im więcej watów upchamy na danej powierzchni, tym cała instalacja będzie większej mocy i spełni nasze oczekiwania. W większości przypadków jednak sprawność modułów nie jest parametrem najważniejszym, a dodatkowo musimy zdawać sobie sprawę, że najnowsze moduły bijące rekordy efektywności, biją także rekordy cenowe.
Po montażu instalacji fotowoltaicznej, a przed wymianą licznika przez pracownika Zakładu Energetycznego (OSD), najczęściej zadawane jest pytanie: Czy mogę już włączyć moją elektrownię i ewentualnie co się stanie, jeżeli ją uruchomię? Od strony formalnej jest to nielegalne, ale co się będzie działo od strony technicznej (elektrycznej)?
Przy prawidłowo wykonanej instalacji fotowoltaicznej nie stanie się nic groźnego i zagrażającego życiu lub zdrowiu. Może jednak narazić nas na zupełnie niespodziewane koszty.
Wszystko zależy od dwóch czynników, tj od tego jaki aktualnie posiadamy rodzaj licznika oraz od tego czy energia, którą zacznie produkować załączona elektrownia będzie w całości konsumowana przez nasze urządzenia domowe, czy jej nadwyżka będzie próbowała „wydostać się” przez licznik poza naszą domową instalacje elektryczną w kierunku sieci zasilającej. Liczniki energii elektrycznej dzielą się na indukcyjne i elektroniczne.
Starszy ze stosowanych w Polsce, licznik indukcyjny posiada aluminiową tarczę, która obraca się z szybkością zależną od wielkości zużycia energii elektrycznej oraz od jej kierunku. Wyglądałoby, że przy produkcji naszej energii licznik będzie się kręcił w drugą stronę, zmniejszając nasze rachunki za prąd. Niestety, nic z tego. Liczniki indukcyjne mają wbudowaną blokadę wstecznego obrotu tarczy. Co prawda, mogą się jeszcze gdzieś uchować najstarsze liczniki indukcyjne bez blokady tarczy, ale jest to bardzo mało prawdopodobne.
W sytuacji posiadania licznika indukcyjnego, przy produkcji energii z naszej elektrowni PV większej niż pobór przez domowe urządzenia, uzyskamy co najwyżej zatrzymanie licznika i tym samym nie zaliczenie nam wyprodukowanej energii.
W przypadku liczników elektronicznych, są one tak skonstruowane, że naliczają wielkość zużytej energii niezależnie od kierunku jej płynięcia. Jest to oczywiście bardzo niekorzystna sytuacja, ponieważ produkcja energii z naszej instalacji fotowoltaicznej będzie zaliczana na nasze zużycie. Jak widać z powyższego, należy jednak poczekać na pracownika z elektrowni, który założy nam licznik dwukierunkowy.
Liczniki jednokierunkowe elektroniczne i licznik indukcyjny:
Samochody elektryczne, jak i konwencjonalne benzynowce i ropniaki charakteryzują się wieloma różnymi parametrami. Kilkusekundowe przyspieszenie do setki nie jest dla tzw. elektryków żadnym wyzwaniem. Jednak głównym celem konstruktorów jest, aby samochód elektryczny, oprócz osiągania oczekiwanych parametrów dynamicznych, pokonywał jak najdłuższe dystanse bez konieczności doładowania swoich akumulatorów. Do naładowania baterii w elektrykach wykorzystywane są profesjonalne ładowarki w stacjach ładowania oraz domowa sieć elektryczna, na której skupimy swoją uwagę.
Samochód elektryczny
W artykule „Jakiej wielkości ma być domowa elektrownia fotowoltaiczna” opisany jest sposób oszacowania naszych rocznych potrzeb elektrycznych i dobór odpowiedniej wielkości domowej elektrowni fotowoltaicznej on-grid. Nie brany jest jednak pod uwagę samochód elektryczny, który miałby na stałe korzystać z instalacji elektrycznej w domu. Spróbujmy rozpatrzeć przykładową instalację z fotowoltaiką i samochodem elektrycznym, ładowanym z domowego gniazdka w dowolnych godzinach doby. W związku z tym należy sobie odpowiedzieć na pytania:
Ile potrzebujemy energii z gniazdka domowego, aby naładować baterie samochodu elektrycznego?
Jaka wielkość instalacji fotowoltaicznej w okresie roku zaspokoi apetyt naszego samochodu na prąd elektryczny?
Parametrem, który bezpośrednio wpływa na zasięg samochodu elektrycznego jest pojemność jego baterii napędu, inaczej akumulatorów trakcyjnych. Mimo, że od dawna używaną jednostką pojemności akumulatora jest znana kierowcom amperogodzina (Ah), to przy elektrykach nie jest używana. Powszechnie stosowaną i wygodniejszą jednostką pojemności baterii trakcyjnych jest kWh (kilowatogodzina). To ta sama jednostka, którą znamy z rachunków za energię elektryczną. Dla przypomnienia, jeżeli podłączymy jakieś urządzenie o mocy 1 kW (1000 W) na okres 1 godziny, to zużyjemy energii elektrycznej o wielkości 1 kWh.
Samochód elektryczny jest wyposażony w baterie litowo-jonowe o różnej pojemności, najczęściej w zakresie 30-50 kWh (pomijamy tutaj model Tesla z pojemnością baterii 80-100 kWh). Wybierzmy samochód powszechniej stosowany, czyli o pojemności baterii ok. 35 kWh ( Nissan Leaf, BMW i3, Skoda Citygo-e, Renault Zoe, Volkswagen e-Golf). Aby naładować baterię o pojemności 35 kWh, rozładowaną w 80% potrzebujemy użyć z naszego gniazdka elektrycznego mocy ok. 2,8 kW (kilowata) w ciągu 10 godzin. To tyle, ile zużyje grzejnik o takiej samej mocy włączony 10 godzin. Jaki to koszt? Średnio: 0,60 zł / kWh * 2,8 kW *10 h = 16,80 zł. Przyjmijmy, uśredniając różne dane od producentów samochodów, że jedno ładowanie da nam możliwość przejechania 200 km. Pokonanie jednego kilometra to koszt 16,80 zł / 200 km = 0,084 zł., czyli 8,40 zł na każde 100 km. Posługując się danymi GUS, średnio w Polsce przejeżdżamy samochodem dystans 33 km dziennie, czyli 12000 km rocznie. Łatwo możemy wyliczyć, że przy powyższych założeniach, koszt rocznego ładowania samochodu elektrycznego wyniesie niewiele ponad 1000 zł.
Wróćmy jednak do głównego tematu. Jaką moc, a właściwie jaką część mocy domowej instalacji fotowoltaicznej należy przeznaczyć na potrzeby samochodu elektrycznego, aby koszty jego ładowania w skali roku były bliskie zera, czyli abyśmy korzystając ze słońca jeździli za darmo? Bazując na powyższych założeniach i wyliczeniach ustalamy, że samochód elektryczny do przejechania 12000 km w ciągu roku potrzebuje na naładowanie swoich baterii 1680 kWh energii (12000 km / 200 km * 28 kWh). Już wiemy z poprzednich artykułów, że aby wyprodukować w ciągu roku 1680 kWh energii elektrycznej potrzebujemy modułów fotowoltaicznych o mocy ok 1,7 kW . Biorąc pod uwagę rozliczenie prosumenta z zakładem elektrycznym, zalecana moc modułów zapewniająca roczne darmowe ładowanie samochodu elektrycznego, o ustalonych wcześniej parametrach wyniesie ok. 2 kW (np. 6 szt. modułów po 335 Wp).
Ciekawostka:
Czy samochód elektryczny jest wyposażony w standardowy akumulator 12 V?
Odpowiedź:
Tak, we wszystkich współczesnych samochodach elektrycznych, oprócz podstawowych baterii trakcyjnych o napięciu 350-400V, stosowany jest dodatkowy akumulator (najczęściej 12 V / 40-45Ah), przeznaczony do zasilania urządzeń niskonapięciowych 12 V ( oświetlenie zewnętrzne i wewnętrzne, wycieraczki, pompki spryskiwaczy, autoalarm, centralny zamek itp.)
Pioruny (wyładowania atmosferyczne) to jedne ze zjawisk, które wzbudzają w ludziach fascynację, ale przede wszystkim obawy o swoje życie i mienie. Bezpośrednie lub bliskie (kilkadziesiąt do kilkuset metrów) uderzenia pioruna powoduje ogromne szkody. Często przypadek, ale przede wszystkim roztropność i zapobiegliwość może uchronić nas od uszczerbku na zdrowiu i majątku.
Musimy zdawać sobie sprawę, że skutki bezpośredniego wyładowania atmosferycznego w budynek są bardzo dotkliwe. Chodzi tu najczęściej o pożar, który jest następstwem wyzwolenia ogromnej ilości ciepła podczas przepływu udaru pioruna, ale także zniszczenie wszelkich urządzeń elektrycznych i elektronicznych ze względu na pojawienie się dużego impulsu elektromagnetycznego i tym samym zaindukowanie się na wszystkich elementach przewodzących bardzo dużych napięć i prądów.
Skutki szkodliwej energii pioruna możemy częściowo złagodzić, jeżeli na budynku jest instalacja odgromowa (piorunochron). Niestety piorunochron nie chroni sprzętu i urządzeń przed pojawianiem się przepięć. Z jakimi wielkościami mamy do czynienia podczas uderzenia piorunu? Napięcie, jakie może się pojawić między miejscem wyładowania np. dachem budynku, a powierzchnią ziemi to nawet kilkadziesiąt milionów woltów, a przepływający prąd osiągać natężenie nawet 100 000 amperów. Na szczęście prawdopodobieństwo uderzenia piorunu bezpośrednio w budynek jest stosunkowo niewielkie i dlatego większość domów jednorodzinnych nie jest wyposażona w zewnętrzną instalację odgromową (regulują tę kwestie odpowiednie normy budowlane).
Znacznie większe prawdopodobieństwo jest takie, że udar piorunu nastąpi w pobliskie drzewa, linie lub stacje wysokiego napięcia, wysokie budowle itp. Dla instalacji elektrycznej i urządzeń elektronicznych groźne są uderzenia piorunu, powodujące fale przepięciowe, nawet w odległości do 1,5 kilometra. Istotne ograniczenie ryzyka uszkodzeń zapewniają wtedy ochronniki przepięć (odgromniki), w które każdy budynek powinien być wyposażony. W tym miejscu należy przypomnieć, że domowa instalacja fotowoltaiczna (on-grid) jest przyłączona do instalacji zasilania elektrycznego budynku, stanowi jej integralną część i podlega tym samym wspólnym zasadom zabezpieczeń przeciwprzepięciowych. Ochronniki przepięć są umieszczone na tablicy głównej budynku albo w oddzielnych skrzynkach elektrycznych. Zasadą jest, aby zabezpieczały przed przepięciem przewody zasilające budynek ( L1, L2, L3 – tzw. fazowe) oraz przewód N-neutralny.
W przypadku systemu fotowoltaicznego, ochronniki zabezpieczają przewody napięcia stałego biegnące od modułów do falownika (obwód DC) oraz przewody napięcia przemiennego od falownika do naszego przyłącza tablicy (sieci) elektrycznej. Jeżeli długość, któregoś z wyżej wymienionych przewodów (kabli) jest dłuższa niż 10 metrów powinny być zainstalowane następne, dodatkowe ochronniki.
Na czym polega zasada działania ochronników? Te najczęściej, powszechnie stosowane to iskierniki lub warystory, półprzewodniki, które przewodzą po przyłożeniu do nich odpowiednio dużego napięcia. W przypadku ochronników, po pojawieniu się przepięcia na przewodzie uaktywniają się (zmniejszają swoją rezystancje do zera) i zwierają zabezpieczany przewód do ziemi. W ten sposób tłumią (rozładowują) niebezpieczne napięcie, nie pozwalając mu na pojawienie się w dalszych częściach instalacji np. na gniazdach zasilających urządzenia domowe lub w przypadku fotowoltaiki, na wejściach falownika lub na modułach.
Jak wynika z powyższego opisu, aby podczas przepięcia ochronnik zadziałał, na jego zaciski, oprócz zabezpieczanego przewodu musi być przyłączony przewód z potencjałem ziemi. Funkcję tę pełni uziemiony przewód ochronny PE (żółto-zielony), który z kolei przyłączony jest do uziomu budynku (fundamentowy, otokowy lub szpilkowy). Zaleca się łączyć ze sobą konstrukcję wsporczą fotowoltaiki (profile i ramy modułów) i je również przyłączać do wspólnego uziomu. Brak dostępnego, uziemionego punktu (musi być o niskiej rezystancji w stosunku do ziemi, która powinna być potwierdzona pomiarami) nie daje możliwości zastosowania ochronników i w sumie pozbawia nas możliwości zabezpieczenia całości domowego sprzętu elektrycznego i elektronicznego przed skutkami wyładowań atmosferycznych.
W przypadku użytkowania instalacji fotowoltaicznej, jej zgodna z normami elektrycznymi ochrona przed uszkodzeniem nabiera szczególnego znaczenia ze względu na stosunkowo większą wartość tych urządzeń (moduły, falownik) oraz w wypełnieniu wymogów gwaranta i ubezpieczyciela.
W rozmowach,
mediach, a nawet w ofertach od profesjonalnych firm spotykamy się
różnymi określeniami, często błędnymi. Utworzył się pewien
nieporządek w nazewnictwie.
PV – skrót
od ang. photovoltaics
(fotowoltaika,
urządzenie fotowoltaiczne). Błędny skrót to FV.
Solary –kolektory
słoneczne (urządzenia podgrzewające wodę). Niewłaściwa,
a spotykana
często w gronie instalatorów nazwa modułów fotowoltaicznych,.
Panel –
nazwa używana niemal
powszechnie do określenia
pojedynczego modułu fotowoltaicznego,
a prawidłowo jest
to układ połączonych
ze sobą od kilku do
kilkudziesięciu modułów.
Na dachach domów widzimy
panel lub
panele składające się z modułów.
Moduł –
połączone na
stałe (fabrycznie) ze sobą
ogniwa słoneczne. Moduł
jest podstawową jednostką systemu fotowoltaicznego.
Te najczęściej stosowane
zbudowane są z 60 ogniw.
Ogniwo
słoneczne – (fotoogniwo)
podstawowa część składowa
modułu fotowoltaicznego.
Generator
fotowoltaiczny – zespół
(obwód) połączonych ze
sobą modułów
fotowoltaicznych o określonym
napięciu i mocy wyjściowej.
String –
z ang. łańcuch, połączone ze
sobą moduły najczęściej szeregowo. Stringi
mogą być przyłączane do jednego lub większej liczby wejść MPPT
falownika.
Inwerter –
z ang. inverter, występuje najczęściej prawidłowe polskie
określenie falownik.
Elektrownia
słoneczna – (helioelektrownia,
system fotowoltaiczny,
instalacja fotowoltaiczna)system składający
się z minimum jednego
generatora fotowoltaicznego podłączonego do minimum jednego
falownika lub regulatora
ładowania akumulatorów.
Ogranicznik
przepięć – stosowana
także nazwa ochronnik
przepięć, warystor,
starsza nazwa to odgromnik,
iskiernik.
Uziom –
metalowa elektroda/y
usytuowana
na pewnej głębokości w
ziemi, posiadająca
potencjał ziemi.
Uziemienie
– podłączenie urządzenia
lub instalacji do uziomu.
Prąd zmienny – ogólne określenie przepływu prądu elektrycznego ze zmieniającym się w czasie natężeniem. W praktyce, w sieci energetycznej mamy do czynienia z prądem przemiennym, będącym rodzajem prądu zmiennego, ale o sinusoidalnym przebiegu i częstotliwości 50Hz.
Na powyższe pytanie należy odpowiedzieć, że każdy, kto ma odpowiednie umiejętności i uprawnienia, a przydałoby się, że ma oprócz tego odpowiednie doświadczenie. W artykule poprzednim, dotyczącym bezpieczeństwa instalacji fotowoltaicznej, opisane zostały między innymi poważne konsekwencje błędów popełnionych podczas jej montażu.
Przy ubieganiu się u operatora OSD o podłączenie instalacji fotowoltaicznej (mikroinstalacji) do elektrycznej sieci zasilającej należy wykazać, że została ona wykonana przez instalatora posiadającego odpowiednie kwalifikacje zawodowe. W tym miejscu przywołujemy dwie ustawy: Prawo Energetyczne i o Odnawialnych Źródłach Energii.
W pierwszej ustawie mówi się o tym, że instalacja elektryczna musi być wykonana zgodnie z wymogami technicznymi i eksploatacyjnymi. Dzięki temu mogą zostać zapewnione wymogi dotyczące bezpieczeństwa pracy instalacji po stronie użytkownika (budynku) jak i po stronie operatora sieci energetycznej. W związku z powyższym osoba wykonująca instalację elektryczną powinna posiadać świadectwo kwalifikacyjne w zakresie grupy urządzeń G1-E/D („E” – Eksploatacja, dotyczy osób pracujących na stanowiskach wykonujących pracę w zakresie obsługi, konserwacji, remontów, montażu i kontrolno-pomiarowym niskiego napięcia do 1kV- AC i 1,5kV-DC, „D” – Dozór, dotyczy stanowisk kierujących czynnościami osób wykonujących prace w zakresie eksploatacji oraz stanowisk pracowników technicznych sprawujących nadzór nad eksploatacją urządzeń, instalacji i sieci niskiego napięcia do 1kV- AC i 1,5kV-DC ).
Wyżej wymienione osoby mają więc, także kwalifikację do montażu systemu fotowoltaicznego, który jest rodzajem instalacji elektrycznej. Często powyższe szkolenia organizowane są przez SEP (Stowarzyszenie Elektryków Polskich), stąd nazywane są (nieprawidłowo) jako uprawnienia SEP E i D.
Ustawa o Odnawialnych Źródłach Energii (OZE), oprócz uznania za wystarczające kwalifikacji G1-E/D, wprowadza dodatkowe alternatywne uprawnienia, które powinny mieć osoby dokonujące montażu fotowoltaiki. Chodzi tutaj o specjalizowane kwalifikacje dla monterów instalacji fotowoltaicznych, które są wydawane po odbyciu szkolenia i zdaniu egzaminu przed Urzędem Dozoru Technicznego (certyfikat UDT).
Reasumując, montaż, nadzór, pomiary i sporządzenie wniosku do OSD o przyłączenie mikroinstalacji do sieci energetycznej, w tym o wymianę licznika na dwukierunkowy, mogą przeprowadzić osoby mające kwalifikacje G1-E/D lub kwalifikacje UDT.
Szczególnie kwalifikacje UDT są dobrze widziane na rynku wykonawców fotowoltaiki, ponieważ dają względnie dużą gwarancję, że mamy do czynienia z profesjonalnym usługodawcą.
Ważność certyfikatu OZE UDT (ważny 3 lata) możemy łatwo sprawdzić na stronie Uprawnienia UDT .
Statystyka ponownie przydaje się do kalkulowania spodziewanych uzysków z ogniw fotowoltaicznych. Korzystamy z portalu PVGIS wg parametrów w poniższej tabeli:
Porównujemy roczną produkcję elektrowni słonecznej w przypadku dachów skierowanych na wschód, zachód i północ. W jednym z poprzednich artykułów (Wielkość produkcji elektrowni słonecznej w różnych miesiącach roku) obliczony został uzysk roczny dla dachu ustawionego na południe. Dla przypomnienia dla mocy 1 kW jest to wielkość 995,6 kWh. Wyniki obliczeń pokazane są w tabeli poniżej:
Na uwagę zasługuje wynik uzyskany dla ustawienia na północ. Wbrew obiegowym opiniom, że z takiego ustawienia ogniw słonecznych uzyskamy w ciągu roku jakąś bardzo znikomą energię, to jednak jest to ponad 50% energii, której wyprodukujemy z ustawienia na południe. Niewielka różnica w produkcji między ustawieniami na wschód i zachód może wynikać z położenia geograficznego Polski. (półkula wschodnia). Oprócz tego jest dodatkowa korzyść położenia modułów na wschód, która wynika z tzw. współczynnika temperaturowego modułu PV. Ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają większe napięcia przy niższych temperaturach, a jak wiadomo pora dnia przedpołudniowa (słońce świeci od wschodu), wiążą się właśnie jeszcze z nienagrzanym, chłodniejszym powietrzem. Wielu przyszłych prosumentów rozważa umieszczenie paneli fotowoltaicznych na dachu jednocześnie na połaci od strony zachodniej i wschodniej. Co możemy powiedzieć o takiej konfiguracji? Produkcja w ciągu roku będzie niemal identyczna, jak przy ustawieniu wszystkich modułów na jedną ze stron świata (wschód lub zachód) pod warunkiem skorzystania z dwóch niezależnych wejść falownika tzw. MPPT . Zmieni się natomiast rozkład produkcji energii w ciągu dnia. Ilość wyprodukowanych kWh w godzinach porannych, ale i popołudniowych da nam możliwość elastyczniejszego „regulowania” zużycia energii, aby jej autokonsumpcja była największa. Dla przypomnienia, wg aktualnych przepisów, energia wysłana do sieci odlicza się w następnym okresie rozliczeniowym w 80%. Wobec tego, bardziej opłacalne jest zużywać jak najwięcej energii na bieżąco niż oddawać ją do sieci energetycznej. I jest jeszcze jeden przypadek warty przeanalizowania. Chodzi o usytuowanie modułów jednocześnie w trzech różnych orientacjach tj. na południe, wschód i zachód. Takie konfiguracje możemy dość często spotkać w przypadku dachów o skomplikowanych kształtach. Przy dwóch wejściach MPPT ,w które najczęściej wyposażone są falowniki, błędem jest przyłączanie do jednego wejścia MPPT dwóch stringów spiętych ze sobą szeregowo. Łączymy wybrane dwa stringi ze sobą równolegle, co da nam optymalnie energetycznie wykorzystanie instalacji. W powyższym przypadku konieczne jest zastosowanie odpowiednich obliczeń, które dopasują parametry napięciowo-prądowe modułów do wejść falownika. W powyższych rozważaniach pominięto konieczność, ale i jednocześnie zaletę stosowania specjalizowanych urządzeń optymalizujących pracę pojedynczych modułów, ze względu na występowanie dużej ilości zacienień zależnych od fragmentów konstrukcji dachu, kominów, lukarn itp. lub od innych obiektów (budynki, drzewa).
Jak każda instalacja elektryczna, tak i instalacja fotowoltaiczna, w wyniku niezgodnego z normami i niefachowego montażu może przyczynić się do powstania wielu problemów natury technicznej, ale także problemów z bezpieczeństwem przeciwporażeniowymi i przeciwpożarowym. Należy na początku wspomnieć, że jeden moduł fotowoltaiczny generuje napięcie stałe powyżej 24 V, a w instalacjach składających się z kilkunastu, kilkudziesięciu modułów powstają napięcia zbliżające się wielkością do 600-800V, a prądy sięgają 8A. Ten poziom napięcia i natężenia prądu jest groźny dla życia i zdrowia człowieka i zwierząt. Współczesne generatory składające się z modułów fotowoltaicznych mają tzw. separację od potencjału ziemi. To właściwie jedyny atut bezpieczeństwa. W przypadku przypadkowego dotknięcia jednego bieguna napięcia modułów (plus lub minus) nie zostaniemy porażeni prądem. Jednocześnie trzeba pamiętać, że moduły nie wytwarzają napięcia tylko w ciemności (w nocy) lub wtedy, jeżeli są dobrze zasłonięte. W ciągu dnia wszystkie czynności łączeniowe z modułami wymagają dużej ostrożności. Nawet odłączenie napięcia generatora wyłącznikiem głównym (są często montowane w lub przy falowniku) nie powoduje „zdjęcia” napięcia z poszczególnych modułów, czy z całych stringów. Lepszy poziom bezpieczeństwa zapewniają rozwiązania z mikroinwerterami, które są montowane bezpośrednio pod modułami i pracują na znacznie mniejszych jednostkowo napięciach.
O ile dotykowa wartość napięcia stałego jest mniej groźna od tej samej wartości skutecznej napięcia przemiennego, to występuje inna, istotna różnica. Prąd stały różni się od prądu przemiennego tym, że inaczej przebiega zjawisko gaszenia łuku elektrycznego, który powstaje podczas rozłączania (łączenia) lub zwarcia obwodów o napięciu rzędu kilkuset woltów i prądzie kilku amperów. Wyładowanie łukowe powstające z przepływu prądu przemiennego jest stosunkowo szybciej, samoistnie gaszone ze względu na naturę tego prądu (przebieg sinusoidalny). W przypadku rozłączania obwodów napięć stałych powstający łuk elektryczny jest trudniejszy do opanowania. Jeżeli w sposób szybki i na odpowiednią odległość nie odsuniemy rozłączanych styków, łuk będzie się rozwijał uzyskując coraz większą temperaturę (nawet do kilku tysięcy °C). Ten efekt może stopić izolację przewodów, łączników, ale co gorsza spowodować poparzenia osób lub pożar instalacji fotowoltaicznej. Oprócz tego, jeżeli zdarzenie to ma miejsce podczas prowadzenia robót na dachu, może w wyniku porażenia prądem lub poparzenia spowodować szok i upadek z dachu, który z kolei może przyczynić się do dodatkowych obrażeń.
Odrębny temat, to zapewnienie bezpieczeństwa instalacji fotowoltaicznej wynikające ze skutków przepięć z sieci zasilającej lub z wyładowań piorunowych. Nagłe zdarzenia fizyczne (uderzenie pioruna) lub wzrosty (spadki) napięć w sieci dystrybucyjnej powodują niebezpieczne zakłócenia w pracy urządzeń elektrycznych. W dużym stopniu ograniczamy ryzyko uszkodzenia modułów i falownika stosując ochronniki przeciwprzepięciowe.
Oprócz zagrożeń związanych z elektrycznością, nie sposób nie wspomnieć o tym, że moduły są mocowane przez różnych „fachowców” lepiej lub gorzej do połaci dachu czy gruntu. W gwarze monterów fotowoltaiki istnieje określenie, że instalacja „odleci”. Dlaczego? Bo niezgodny ze sztuką budowlaną montaż modułów np. niedbałe przytwierdzanie do konstrukcji dachu i przy tym ustawienie modułów pod zbyt dużym kątem tworzącym tzw. żagiel, może przyczynić się w przypadku silnych wiatrów do zerwania modułów i w konsekwencji poczynienia wielu szkód.
Wszystkim
opisanym wyżej przypadkom można jednak skutecznie zapobiegać.
Najlepszym wyjściem jest zlecenie prac montażowych i
konserwacyjnych osobom z odpowiednio wysokimi kwalifikacjami
związanymi z instalacjami elektrycznymi i jednocześnie
przeszkolonymi w zakresie montażu fotowoltaiki.
Jeżeli zdecydujemy się na samodzielny montaż, czujemy się na siłach, mamy wykształcenie techniczne (najlepiej elektryczne), to warto jest jednak aby nadzór nad pracami sprawowały osoby z doświadczeniem w instalacjach elektrycznych i uprawnieniami elektrycznymi grupy G1 (E i D) lub UDT (Urzędu Dozoru Technicznego). Będą i tak te uprawnienia konieczne do sporządzenia wniosku o przyłączenie mikroinstalacji fotowoltaicznej do sieci dystrybucyjnej.
Elektrownia fotowoltaiczna wykonana zgodnie z normami elektrycznymi, zaleceniami producentów modułów i inwerterów, z odpowiednio zamontowaną konstrukcją jest instalacją praktycznie bezobsługową i bezpieczną.
To jest jedno z pierwszych pytań jakie zadają sobie przyszli prosumenci. Odpowiedź na to pytanie jest bardzo ważna od strony racjonalności gospodarowania swoimi pieniędzmi. Pytanie o wielkość instalacji PV zadają dwie grupy inwestorów.
Pierwsza grupa to ci, którzy budują, dopiero co wybudowali albo kupili dom oraz druga grupa zamieszkujących swój dom od minimum roku. W przypadku nowych domów nie ma historii zużycia energii. Trzeba ją oszacować korzystając np. z wiedzy własnej albo audytu elektryka. Można skorzystać również z licznych kalkulatorów dostępnych w internecie, określających tzw. profil i wielkość zużycia energii elektrycznej w ciągu roku.
Druga grupa prosumentów ma łatwiejsze zadanie, bo wystarczy, że przeliczy z faktur wielkość zakupu energii np. z poprzedniego roku. Należy wziąć pod uwagę tylko opłaty za dostarczoną energię wyrażoną w kWh (kilowatogodzinach). Opłaty stałe w tym wyliczeniu pomijamy. Mając, albo oszacowane albo rzeczywiste roczne zużycie energii możemy odpowiedzieć na tytułowe pytanie. Otóż, otrzymane zużycie energii podzielimy przez 1000 i otrzymamy nawet dość dokładną moc elektrowni, którą powinniśmy zainstalować.
Przykładowo, nasze zapotrzebowanie roczne to 4000kWh (4MWh). Po podzieleniu przez 1000 otrzymamy 4kW (kilowatów). Skąd ta liczba 1000? Wynika ze statystyki, z przeciętnej produkcji energii elektrycznej z określonej mocy instalacji, zamontowanej w określonym położeniu geograficznym (dla centralnej Europy w tym Polski), skierowanej modułami na południe i pod kątem 35 st. w stosunku do powierzchni ziemi.
Ważna poprawka do naszych obliczeń wynika z przepisów ustawy OZE, regulujące rozliczenie dystrybutora energii (OSD) z prosumentem. Otóż, energia wyprodukowana, ale nie zużyta na własne potrzeby, a wysłana do zakładu energetycznego zostanie w następnej fakturze w 80% odjęta od energii przez nas pobranej. Wobec tego należałoby podnieść o ok. 20% moc planowanej instalacji fotowoltaicznej. W naszym przypadku ostatecznie oczekiwana moc instalacji to ok 4,8kW. Przy rocznej względnie powtarzalności zużycia energii, moc instalacji sprawdza się wtedy jako optymalna. Moc planowanej elektrowni należy również zwiększyć w przypadku ustawienia modułów w stronę inną niż południowa. Przykładowo położenie elektrowni na zachód lub wschód to potrzeba zwiększenia mocy o następne 20%, a ustawienie na południowy zachód o ok.10%. Docelowo, ideałem jest zejście z opłatami rocznymi za energię tylko do wysokości niskich w sumie opłat stałych (abonament), w tym całkowite rozliczenie wysłanego do sieci prądu.
Bardzo ważne jest posiadanie z zakładem energetycznym umowy na roczne rozliczenie energii. Jeżeli mamy np. rozliczenie dwumiesięczne to trzeba to zmienić na okres roczny. Musimy pamiętać o tym, że jeżeli zbudujemy zbyt dużą instalacje fotowoltaiczną (przewymiarujemy) i nie wymyślimy sposobu na zużycie nadmiaru wyprodukowanej energii, to nie będziemy mogli jej rozliczyć i „pójdzie” za darmo do sieci, a my przecież zapłaciliśmy za zamontowanie elektrowni w cenie proporcjonalnej do jej mocy. Pojawią się pewnie wtedy różne pomysły na zagospodarowanie nadwyżki. Rozwiązania legalne (zainstalowanie klimatyzacji, podgrzewanie wody w basenie, dogrzewanie się grzejnikami elektrycznymi, ładowanie nowego samochodu elektrycznego, czy zasilanie koparek bitcoinów) oraz te nielegalne ( np. odsprzedaż, nieodpłatne odstąpienie energii sąsiadowi).
Zdarza się często, że zbyt mała ilość użytecznego miejsca na dachu lub na gruncie nie pozwala na instalację elektrowni optymalnie dostosowanej mocą do naszych potrzeb. Nie powinno to nas zbytnio martwić. W przypadku zbyt małej instalacji, nie uda nam się co prawda maksymalnie zejść z opłatami za energię elektryczną, ale oczywiście montaż nawet kilku modułów jest również opłacalny. Wszak energia ze słońca jest za darmo!
Do osiągnięcia
oczekiwanych zysków z systemu fotowoltaicznego oraz zapewnienia
bezpieczeństwa użytkowania niezbędne jest zastosowanie czterech
zespołów, tj.:
1. Generator fotowoltaiczny w postaci połączonych (najczęściej szeregowo) ze sobą modułów, tworzących panel lub panele słoneczne. W zależności od zmian natężenia oświetlenia słonecznego generator udostępnia swoją różną moc elektryczną o napięciu stałym (DC).
2.Falownik (inwerter), do którego na wejściu podłączony jest generator fotowoltaiczny, a z drugiej strony, po przetworzeniu stałego napięcia na przemienne (AC), przyłączony jest do domowej sieci elektrycznej (do rozdzielnicy lub złącza licznikowego).
3. Konstrukcja wsporcza (kompletny system montażowy), do której przymocowane są poszczególne moduły fotowoltaiczne, wykonana wraz z elementami złącznymi i śrubowymi ze stali nierdzewnej (A2) i aluminium. Konstrukcja wsporcza jest z kolei mocowana do konstrukcji budynku lub jako wolno stojąca osadzana jest w gruncie.
4. Instalacja elektryczna, składająca się z wyłączników elektroinstalacyjnych, nadprądowych i różnicowoprądowych (RCD), ochronników przepięciowych (opcjonalnie z instalacji odgromowej), uziemienia, specjalistycznego okablowania i akcesoriów elektrycznych oraz z rozdzielnic (obudów, skrzynek).
