Principalele Componente ale unui Sistem Fotovoltaic: Un Ghid Detaliat

Un sistem fotovoltaic reprezintă o soluție modernă și ecologică pentru a produce energie electrică. Pentru a funcționa corect și a asigura un randament maxim, sistemul este format din mai multe componente esențiale care lucrează împreună. În acest ghid, vom analiza în detaliu fiecare element, de la panourile solare care captează lumina până la invertoarele care transformă energia pentru a fi utilizată în casă.

Componentele unui sistem de panouri fotovoltaice pentru productia de energie electrica

Distingem 2 tipuri de componente ale unui sistem fotovoltaic:

  1. Obligatorii
    • panouri fotovoltaice
    • invertor
    • circuit electric
    • contor
  2. Opționale
    • acumulatori

Panourile fotovoltaice

Panourile fotovoltaice transformă radiația solară în energie electrică, cu o anumită eficiență.

Există diferite tipuri de tehnologii de construcție a panourilor fotovoltaice:

  • mono-cristaline (eficiență mare în cazul radiației solare directe);
  • poli-cristaline (cel mai bun raport preț performanță);
  • amorfe (eficiență mare în cazul radiației solare indirecte, necesită o suprafață mai mare pentru aceeași putere instalată).

Caracteristici importante:

  • putere instalată (măsurată în Wp);
  • caracteristici fizice (lungime, lățime, grosime, masa);
  • eficiență (măsurată în %, reprezintă procentul de energie solară convertită în energie electrică, raportat la totalul de energie solară disponibilă pe suprafața panoului).

Performanța panourilor fotovoltaice este influențată de:

  • Orientare – este de preferat o orientare către Sud sau o orientare Est-Vest.
  • Înclinație – un unghi optim ar fi latitudinea minus 10 grd (34-35 grd pentru România). Un unghi prea mic poate duce la depunerea zăpezii și diminuează capacitatea de a produce energie. Pentru că România este situată în zona mediană a emisferei nordice, unghiul optim la care ar trebui să se afle panourile față de poziția soarelui este influențat de anotimpuri.
  • Umbrirea cauzată de alte elemente constructive sau copaci, cu reducerea semnificativă a performanțelor panourilor.
  • Temperatura – o temperatură ridicată implică o scădere semnificativă a performanței.

Invertorul

Invertorul transformă energia produsă de panourile fotovoltaice (curent continuu) în energie utilizabilă pentru consumator, respectiv rețeaua energetică (curent alternativ). Invertorul transformă curentul continuu (CC) de 12 V în curent alternativ (AC) de 230 V. 

Tipuri de Invertoarele

  1. On-grid, conectate la rețeaua națională, care preiau parametrii acesteia și transformă curentul continuu fotovoltaic în curent alternativ, cu aceiași parametri cu rețeaua națională. Acest tip de invertor este utilizat pentru sistemele fără stocare.
  2. Off-grid, folosite în cazul în care nu există rețea națională în zona respectivă și care folosesc obligatoriu un sistem de stocare.
  3. Hibride, care combină caracteristicile primelor 2 tipuri.

Performanța sistemului fotovoltaic este determinată de 2 factori:

  1. Tipul de invertor. O eficiență redusă a invertorului poate determina pierderi semnificative de performanță a sistemului fotovoltaic.
  2. Existenţa unui sistem de stocare. În cazul soluțiilor care cuprind și stocare, invertorul va încărca acumulatorii, respectiv va face o conversie din curentul continuu a stocării în curent  alternativ pentru utilizare.

Parametri importanți:

  • putere nominală intrare (măsurată în Wp sau kWp);
  • interval tensiune fotovoltaică (măsurată în V, tensiune curent continuu);
  • putere nominală ieșire (măsurată în Wp sau kWp);
  • parametri ieșire rețea: tensiune nominală, curent nominal, frecvență nominală (măsurate în V, A, respectiv Hz);
  • caracteristici fizice (lungime, înălțime, grosime, masa)

Componentele unui Invertor:

  1. Micro-controller-ul are rolul de a controla oprirea și pornirea semnalelor, astfel încât să asigure un flux continuu de curent electric și să prevină supravoltajul. Microcontrollerul are și rolul de a comanda sistemele de siguranță ale invertorului sau de a controla PWM, adică tehnica folosită pentru a varia în mod controlat tensiunea transportată.
  2. Tranzistorul bipolar de joncțiune are rolul de a regla semnalele electrice. Tranzistorul permite amplificarea sau transmiterea fluxului de energie electrică, iar procesul de închidere și deschidere al acestuia poate fi în comutație, atunci când fronturile de schimbare sunt bruște, sau analogic, atunci când se folosește un regim liniar de funcționare. Este denumit bipolar, deoarece conducția este realizată de două tipuri de purtători de sarcină electrică: electronii (-) și golurile (+).
  3. Puntea electrică H este formată din 2 brațe de punte, fiecare dintre acestea fiind fabricat din câte două tranzistoare de putere, legate în serie și prevăzute cu diode de descărcare în paralel. Puntea H are rolul de a permite aplicarea unei tensiuni pe o sarcină în orice sens. Cele patru întrerupătoare componente ale punții H funcționează alternativ, cu rolul de a aplica, succesiv, o tensiune pozitivă (+) sau negativă (-) la nivelul invertorului.
  4. Tranzistorul cu efect de câmp (unipolar) are rolul de a comanda intensitatea curentului electric dintr-un circuit. Dispozitivul este compus din 3 terminale, respectiv:

    ●     Sursa: electrodul de unde pleacă sarcinile electrice;

    ●     Drena: un electrod către care se îndreaptă sarcinile electrice;

    ●     Poarta: electrodul care determină comportarea dispozitivului și care menține informația chiar dacă invertorul este decuplat de la sursa de tensiune.

  5. Transformator. Curentul continuu convertit de invertor are un voltaj redus, si de aceea pentru obținerea tensiunii de 220 V, necesară pentru utilizarea aparatelor electrice, dispozitivul este dotat cu un transformator, care aduce tensiunea convertită la valorile necesare utilizării practice a electricității.

Circuitul electric

Circuitul electric reprezinta cablarea dintre panourile fotovoltaice și invertor, dintre invertor și acumulatori, dintre invertor și tabloul electric, respectiv la protecțiile necesare. O dimensionare incorectă poate duce la scăderi de performanță.

  • Cablarea dintre panourile fotovoltaice și invertor se face folosind cabluri speciale, denumite “cabluri solare”.
  • Gruparea panourilor fotovoltaice în șiruri (cablare în serie) va trebui să țină cont de parametrii invertorului (curent, tensiune), la fel și cablarea dintre invertor și acumulatori sau cablarea dintre invertor și tabloul electric ori protecțiile necesare.
  • Se recomanda trasee electrice cat mai scurte

Este importantă dimensionarea corespunzătoare a cablării, în funcţie de lungimile traseelor.

Contor de energie electrica

Contorul de energie electrică stabilește cu exactitate cantitatea de energie electrică ce trece printr-un punct de măsură. În cazul contorului clasic, sensul de energie electrică măsurată este dinspre sistemul energetic național (SEN) către consumator.
În cazul unui contor dublu-sens este contorizată atât energia consumată, cât și cea produsă.

Tipuri: Pentru a fi prosumator ai nevoie de un contor dublu sens inteligent, așa-numitul “smart-meter’’, care poate fi accesat de la distanță pentru a fi evaluat atât consumul lunar/anual, cât și pentru a verifica parametrii de funcționare ai rețelei electrice sau pentru a realiza tendințe de consum/producție în vederea îmbunătățirii acestui sistem.

Înlocuirea contorului clasic cu unul dublu sens se face de catre operatorul de distribuție și se realizează ca urmare a eliberării certificatului de racordare.
Acesta este citit de operatorul de distribuție, iar informațiile sunt transmise furnizorului cu care este încheiat un contract de vânzare-cumpărare.

În cazul sistemelor care au și acumulatori este recomandată existența unui contor secundar.

În cazul programului de finanțare desfășurat de către Agentia pentru Mediu, față de contorul de la punctul de delimitare se mai instalează un al doilea contor.

Acumulatori

Rolul acumulatorilor într-un sistem fotovoltaic este acela de a stoca energia produsă pentru a putea fi folosită atunci când este necesar.
Pentru un sistem de stocare sunt importanți următorii parametri care determină capacitatea, respectiv durata de viață a acumulatoarelor:

  • Numărul de cicluri încărcare / descărcare;
  • DoD (Depth of Discharge), respectiv procentul din capacitatea acumulatorului care poate fi utilizat fără a afecta durata de viață a acumulatorului;
  • Temperatura ambientală a spațiului în care sunt depozitați acumulatorii.

Pentru a putea folosi componenta de stocare a sistemului fotovoltaic este necesar un invertor hibrid. Dacă se opteaza pentru un sistem fără baterii și în următorii ani se achiziționeaz și niște acumulatori, se recomandă de la început un astfel de invertor. Costul acestuia este cu aproximativ 400 euro mai mare.

Sistem fotovoltaic