Принцип на действие на фотоволтаичната система, основни елементи, видове и особености

Принцип на действие на фотоволтаичен панел

Едва ли някой има съмнение, че слънчевите фотоволтаични панели за производство на ток са технологията на бъдещето!
Парадоксално, обаче, тази технология е всъщност доста стара и е открита през далечната 1839 г. от френския учен Хенри Бекерел, който получил електрически ток, чрез осветяване електроди, потопени в определен разтвор. Впоследствие процеса е развит и при твърди тела и довежда до създаването на т.н. Фотоелемент – полупроводников уред за преобразуване на светлинната енергия в електрическа. Фотоелементите от десетелития намират широко прилжение в електрониката, обикновено с миниатюрни размери.
Фотоелементите с по-големи размери се наричат още и слънчеви/фотоволтаични клетки и са в основата на фотоволтаичните слънчеви панели, които реално се състоят от много свързани в серия клетки.

Slancheva kletka-snalnchev panel

Основният полупроводник, наложил се във времето, за изработката на слънчевите клетки и панели е силицият и реално той е много тънък лист с дебелина само няколко микрона. Отделните клетки, които виждате на снимката, са свързани по между си с тези „пътечки“.

Основни елементи на фотоволтаична система за производство на електрически ток



  • Слънчев фотоволтаичен панел
    Това е устройството, което генерира електрическата енергия, поради което често се нарича и генератор. Той може да бъде както един фотоволтаичен панел, така и свързани стотици или хиляди панели
  • Контролер
    Това е устройството, което постоянно замерва и контролира работата на фотоволтаичните панели – замерва напрежение, ток, температура и всички други важни параметри.
  • Инвертор
    Тъй като фотоволтаичните панели произвеждат прав ток (какъвто има в батериите и акумулатора на вашият автомобил), то той следва да бъде преобразуван в променлив, с който вие можете да захранвате вашите електроуреди у дома. Именно това е функцията на инвертора – преобразува произведения ток.
  • Акумулатор за съхранение на произведената енергия
    Това е един от най-скъпите елементи на тези системи, но той не е задължителен, системата може да функционира без него и всъщност огромната част от изгражданите фотоволтаични системи са без акумулатори. Ще разгледаме по-надолу различните видове и техните предимства и недостатъци.
  • Електромер
    В случаите, когато системата е хибридна и можете да ползвате и ток от електропреносната мрежа, в допълнение към произведената от вас, то електромерът измерва потребената електроенергия.
    В случаите, кото имате двупосочност и имате договор за продажба на произведената от вас електроенергия, то електромерът мери едновременно потребената външна енергия и продадената от вас произведена енергия. Според нуждите се монтира подходящ електромер.
  • Връзка с електропреносната мрежа
    Неободима е, когато искате да ползвате електроенергия от мрежата или продавате на енергийното дружество електрическа енергия.
  • Връзка с лични консуматори
    Ако искате да произвеждате електрическа енергия за домашни нужди или да захраните собствения бизнес, то следва фотоволтаичната система да е свързана с вашата електрическа мрежа.

Предимства и недостатъци на фотоволтаичните системи

Важно е да разгледаме предимствата и недостатъците, за да можете правилно да вземете решение дали и каква фотоволтаична система да инсталирате.

Предимства

  • Добивате безплатна енергия! Разбира се с цялата условност, на това, че инвестирате значителна сума пари. Теоретично, след възвръщане на първоначалната инвестиция и изплащане на разходите за поддръжка, енергията действително е безплатна.
  • Имате възможност да печелите от това – трябва да изградите подходяща фотоволтаична система и да имате съответен дотовор с вашия доставчик на електроенергия.
  • Произведената енергия е „зелена“ и екологична. Производството й не замърсява околната среда.
  • Производството е относително стабилно във времето и може да се прогнозира с значителна точност като целогодишни стойности

Недостатъци

  • Разбира се, най-големия недостатък е, че производството на електроенергия зависи от времето – при лошо и облачно време слънчевите клетки не произвеждат електрическа енергия.
  • През нощта също фотоволтаиците не произвеждат ток, поради отсъствие на светлина.
  • Друг голям недостатък е, че произведената електроенергия зависи от слънцето и обикновено производството не съвпада с консумацията. Пример – системата произвежда ток наобяд, а на вас ви трябва електричество вечерта. Това налага да се търсят решения за съхранението на енергията, които по правило са скъпи, защото налага инсталиране на много силови акумулатори. Като цяло в момента технологиите за съхранение на електроенергията не са достатъчно добре развити (висока цена и ниска ефективност), но се надяваме в близкото бъдеще технологичният прогрес да доведе до изобретяване на достатъчно евтини и надеждни батерии за съхранение на произведената енергия.

Видове фотоволтаични системи

  • Автономни фотоволтаични системи от островен тип – OFF GRID
    Основната им характеристика е, че не са свързани с електропреносната мрежа и ползват само произведена от тях електроенергия. Обикновено се използват за отдалечени места, където изобщо няма прекарана електропреносна мрежа и не е възможно захранването с електрическа енергия. Поради това, фотоволтаичната система е единствения източник – отдалечени обекти, вили, планински вили, къщи и технически съоръжения.
    Нормално тези системи включват и акумулатори за съхранение на произведената енергия, за да може тя да се използва през тъмната част на денонощието, когато фотоволтаиците не произвеждат електричество и да се подсигури непрекъсваемо подаване на електрическа енергия.
    Цената им е най-висока, поради необходимостта от закупуване и на акумулатори.
  • Мрежови фотоволтаични системи
    Това са всичките слънчеви електроцентрали – създават се единствено за продажба на произведената електрическа енергия. Основните компоненти са:
    • Фотоволтаични панели
    • Мрежов инвертор
    • Електромер

Във времето, през което има слънчево греене, панелите създават електричество, което се преобразува с инвертора и директно се подава към електропреносната мрежа.

  • Комбинирани фотоволтаични системи
    Основно се изграждат от битови или стопански потребители, където имат значителна консумация на електроенергия. Използват произведената енергия за собствени нужди, а когато и колкото имат недостиг, черпят от електропреносната мрежа.
    ВАЖНО! При спиране на собствената консумация, произвежданата енергия се губи, ако няма акумулатори за съхранението й!
  • Комбинирана фотоволтаична система с продажба на енергия
    Може да се каже, че това е системата, която взема всички най-добрите характеристики от всички фотоволтаични системи:
    • Ползвате произведената електроенергия за собствени нужди
    • При недостиг – черпите от електропреносната мрежа
    • При излишък – продавате излишното на вашия доставчик на електрическа енергия.

Макар, че тази система има всички елементи на комбинираната – фотоволтаични панели, инвертор, електромер, това което я различава е, че следва да имате отделен договор с вашия доставчик за продажба на електрическа енергия. Тоест, разликата е чисто административна, отколкото технологична.
ВАЖНО! Можете да продавате само толкова електроенергия, колкото ви е присъединената мощност. С други думи казано, ако вашата партида е 10 кВт, не можете да инсталиранте фотоволтаици с мощност 20 кВт и съответно да продавате произведената електроенергия.
По време на проучването за присъединяване (вижте в нашата статия) заявявате колко ще бъде вашата инсталирана мощност и местното ЕРП преценява в коя точка ще може да присъедини вашата бъдеща електроцентрала. За съжаление, тя може да бъде и на стотици метри от вас, поради което ще трябва да изградите ново трасе за ваша сметка.