Jak funguje fotovoltaický (FV) systém a z čeho se skládá?
Využívání solární energie k výrobě elektřiny se stává stále oblíbenějším řešením. Jak fungují domácí solární elektrárny a z jakých prvků se skládají? V dalším textu se vám pokusíme vše podrobně vysvětlit.
Běžný fotovoltaický systém se skládá z fotovoltaických modulů, střídače, montážní konstrukce, ochrany na stejnosměrné a střídavé straně a kabeláže.
Nejdůležitějším prvkem fotovoltaického (FV) systému jsou fotovoltaické (FV) články, v nichž se energie slunečního světla přeměňuje na elektřinu díky tzv. fotovoltaickému (FV) efektu. Nejčastěji používané články jsou vyrobeny z monokrystalického nebo polykrystalického křemíku. Tento prvek prochází procesem předúpravy, jehož výsledkem jsou vhodně vyčištěné křemíkové destičky o tloušťce 0,2 mm, v nichž byla vytvořena potenciálová bariéra. Struktura destiček se vyznačuje přítomností četných prohlubní, které zvětšují jejich povrch a umožňují článku absorbovat více sluneční energie a tím vyrábět více elektřiny. Sériově nebo paralelně spojené články, řádně upevněné a umístěné v pouzdře, tvoří fotovoltaický (PV) modul.
Generování elektrického proudu ve fotovoltaických (FV) modulech je umožněno existencí polovodičového přechodu PN v křemíkové destičce, ve kterém pod vlivem dopadajících fotonů protéká elektrický proud. Fotovoltaické moduly založené na krystalických křemíkových článcích se skládají z rámu, přechodové skříňky, PET a EVA fólie, lepených článků a tvrzeného skla, jak je znázorněno na obrázku níže.
Dalším prvkem, který tvoří fotovoltaický (FV) systém, je střídač. Jedná se o zařízení, jehož úkolem je převést stejnosměrný proud a napětí z modulů na střídavý proud a napětí s parametry shodnými s elektrickou energií v síti nízkého napětí (230/400 V). Fotovoltaický (FV) střídač, známý také jako invertor, umožňuje řídit a monitorovat provoz celého fotovoltaického (FV) systému. Důležitým prvkem, který tvoří střídač, je elektronický sledovač maximálního výkonu v řetězcích modulů MPPT, který mění napětí a proud v závislosti na slunečním záření modulů tak, aby bylo dosaženo nejvyššího výkonu generátoru za daných podmínek.
Fotovoltaické (FV) moduly a střídače jsou chráněny proti možnému přepětí díky příslušné stejnosměrné a střídavé ochraně. Pojistky jsou zařízení, jejichž funkcí je chránit instalaci před průtokem příliš velkého proudu otevřením obvodu. Svodiče přepětí instalované na straně stejnosměrného proudu chrání instalaci před přechodnými přepětími způsobenými například úderem blesku do elektrického vedení. Nadproudové jističe se instalují na straně střídavého proudu, tj. za fotovoltaickým (PV) střídačem a před rozváděčem v budově, aby chránily před elektrickým přetížením. Hodnota miniaturních jističů je přizpůsobena maximálnímu výstupnímu proudu střídače při efektivním napětí.
Kabeláž je důležitým systémovým prvkem z hlediska optimalizace provozu fotovoltaického (FV) systému. Průřez solárních kabelů závisí na výkonu zařízení. Nejčastěji se používají kabely o průřezu 4 mm2 nebo 6 mm2. Použité kabely by měly být odolné vůči UV záření, vlhkosti, nízkým a vysokým teplotám. V porovnání s běžnými kabely se stejným průměrem jádra mají solární kabely větší vnější průměr, mají dvojitou izolaci a pozinkovaný měděný drát. Úkolem fotovoltaických (PV) kabelů je přenášet proud generovaný v modulech do střídače. Připojení fotovoltaických (FV) panelů ke střídači se realizuje pomocí tzv. konektorů MC4.
Při návrhu fotovoltaického (FV) systému je velmi důležité zvolit vhodnou konstrukci pro montáž modulů. Montážní systém se volí v závislosti na typu střešní krytiny, úhlu sklonu a orientaci střechy. Konstrukce musí zajistit pevné upevnění panelů při zachování celistvosti střešní krytiny (nesmí zatékat). Montážní systémy určené pro instalaci na šikmé střechy se skládají z hliníkových profilů připevněných ke krokvím pomocí speciálních montážních kotev. Na plochých střechách se používají systémy ve tvaru křídla, které umožňují dosáhnout vhodného úhlu sklonu a orientace panelů, což umožňuje jejich vhodné umístění. Systémy pro pozemní instalace se vyrábějí pomocí ocelových podpěr přišroubovaných/zatlučených do země nebo připevněných k základům.
Shrnutí: Nejdůležitějšími prvky fotovoltaického (FV) systému jsou fotovoltaické (FV) moduly, složené ze sériově zapojených článků, a střídač, který převádí stejnosměrný proud na střídavý. Tyto prvky však nemohou fungovat společně bez správného propojení pomocí solárních kabelů, použití bezpečnostních opatření a výběru vhodného montážního systému.
