Fotowoltaika

Najczyściejszy rodzaj energii jaką możemy dzisiaj i w przyszłości wykorzystać pochodzi od słońca. Ilość energii słonecznej padającej na ziemię w postaci światła i ciepła wynosi 1,5×1018 kWh rocznie. Jest to w przybliżeniu ilość 15 000 razy większa niż całkowite zużycie energii przez ludzkość w 2006 roku (1,0×1014 kWh). Promieniowanie słoneczne może być absorbowane przez panele fotowoltaiczne (lub solarne membrany) i częściowo zamieniane na energię bez wytwarzania szkodliwych produktów ubocznych jakim jest emisja dwutlenku węgla (CO2) lub odpady radioaktywne.
Przy promieniowaniu słonecznym jakie jest w Centralnej Europie, obszar o powierzchni 400×400 km na którym zamontowano by instalację fotowoltaiczną mógłby dostarczyć energię elektryczną na poziomie zaspokajającym potrzebę całego świata.

Mapa ukazująca poziom promieniowania słonecznego Polski znajduje się na stronie:

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/cmaps/eu_opt/pvgis_solar_optimum_PL.png

W Centralnej Europie promieniowanie słoneczne jest największe w kierunku południowym przy nachyleniu 30^o. Kierunek południowo-zachodni przy kącie montażu paneli  wynoszącym 30^o dałby roczny poziom promieniowania słonecznego na poziomie 95% możliwego maksymalnego poziomu.

Aby zapewnić instalacji fotowoltaicznej osiągnięcie maksymalnej efektywności, konieczne jest bardzo szczegółowe zaplanowanie sposobu montażu i doboru elementów składowych.
Z jednej strony elementy instalacji muszą być odpowiednio dobrane do danej inwestycji i indywidualnych warunków, a z drugiej strony musi być zwrócona uwaga na odpowiednie dobranie rozmiaru i rodzaju paneli oraz odpowiednie ich ułożenie w miejscu jak najbardziej wystawionym na działanie promieniowania słonecznego.
Obecnie występują dwa główne rodzaje instalacji fotowoltaicznych:

• instalacje podpięte do sieci energetycznej
• instalacje niezależne (często również nazywane wyspowymi)

Instalacje podpięte do sieci energetycznej (ON GRID).
Ten rodzaj instalacji fotowoltaicznej dostarcza całą wytworzoną przez siebie energie elektryczną do sieci energetycznej. Możliwa wielkość takiej instalacji zależy od miejsca montażu (dach, fasada budynku itp.), ograniczeń finansowych i lokalnych przepisów. W praktyce, większość prywatnych instalacji połączonych z siecią mają wydajność 2-10 kW. Dla przykładu, dla dachu spadzistego wymagana powierzchnia paneli fotowoltaicznych dla osiągnięcia 2 kilowatów wynosi 18m², a dla 10 kilowatów jest to 90m².
Instalacje PV podpięte do sieci wymagają zastosowania modułów fotowoltaicznych, falowników, urządzeń bezpieczeństwa automatycznie wyłączających instalacje w przypadku niesprawności sieci oraz miernik rejestrujący ilość energii dostarczonej do publicznej sieci elektrycznej. Bardzo istotną rzeczą jest wybranie produktów wysokiej jakości aby osiągnąć maksymalną wydajność całej instalacji.
Instalacje niezależne (wyspowe – OFF GRID) .
Jest to rodzaj instalacji fotowoltaicznych, które działają niezależnie od publicznej sieci energetycznej. Energia która jest wytworzona przez PV jest magazynowana w akumulatorach i może być dostarczana bezpośrednio do urządzeń elektrycznych. Ten rodzaj instalacji jest idealny dla miejsc (domków letniskowych, schronisk górskich itp.) gdzie podłączenie do publicznej sieci energetycznej jest niemożliwe, lub nie jest uzasadnione czynnikami ekonomicznymi: jak na przykład z powodu wysokich kosztów położenia kabli elektrycznych.
W celu ustalenia wielkości niezależnej instalacji PV wraz z akumulatorami następujące czynniki muszą być określone:

• jaka jest wielkość zużycia energii i w jakim czasie,
• jakie jest wymagane napięcie dla urządzeń które będą zasilane energią z instalacji,
• jak długo urządzenia mają działać w przypadku niewystarczającego promieniowania słonecznego,
• jak długo może trwać cykl pełnego naładowania akumulatorów.

Mając powyższe informacje, jesteśmy w stanie oszacować ilość i rodzaj potrzebnych w instalacji paneli fotowoltaicznych. Instalacje niezależne wymagają specjalnych elementów takich jak: niezależne falowniki, akumulatory, kontrolery poziomu naładowania akumulatorów, która chroni akumulatory przed przeładowaniem.

Pomocnym narzędziem przy obliczeniach przybliżonych wartości uzyskanych mocy z instalacji jest poniższa strona. 

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radmonth.php?lang=en&map=europe

W oknie po lewej stronie u dołu ekranu, wybieramy Country/region: Poland oraz poniżej interesujące nas miasto. W nowo otwartym oknie klikamy na: 2) Estimate the PV electricity generation. Następnie w polu: „Enter installed peak PV power kWp” podajemy moc naszej elektrowni słonecznej w kWp. Poniżej podajemy straty jakie mogą wystąpić na przewodach, inwerterach itp. W tym miejscu możemy zostawić wartość 14%. Poniżej podajemy także nachylenie w stopniach modułów oraz orientację paneli względam kierunków świata. Następnie klikamy przycisk Submit. Pod spodem uzyskujemy wyliczenie oraz wykres słupkowy prezentujący wartość produkcji energii w kWh/miesiąc z naszego systemu PV.