Componentele sistemelor fotovoltaice - secretele din spatele producerii de energie solară

Imagine de Tung Lam de pe Pixabay.com

Așa cum deja probabil că știi, un sistem fotovoltaic reprezintă ansamblul de componente și echipamente care captează energia solară și o transformă în energie electrică. Aceste sisteme sunt în prezent o soluție curată de obținere a energiei regenerabilă, contribuind la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră și la protejarea mediului înconjurător. În acest articol vom explora în detaliu fiecare componentă esențială a unui sistem de panouri fotovoltaice, precum și accesoriile și dispozitivele de protecție necesare pentru o instalație completă și sigură.

Cuprins:
     1. Componentele esențiale ale unui sistem de panouri fotovoltaice - privire generală
     2. Componentele panourilor fotovoltaice explicate pe larg
     3. Considerații legate de instalarea și întreținerea sistemelor fotovoltaice
 

1. Componentele esențiale ale unui sistem de panouri fotovoltaice - privire generală

Imagine de Tom de pe Pixabay.com

Elementele centrale ale unui sistem fotovoltaic sunt reprezentate de componentele principale ale acestuia, și anume modulele sau panourile solare. Acestea sunt alcătuite din celule fotovoltaice interconectate, care convertesc energia luminii solare direct în energie electrică prin efectul fotovoltaic. Să explicăm pe larg câteva elemente esențiale despre aceste componente:

• Celulele fotovoltaice

Celulele fotovoltaice sunt dispozitive semiconductoare realizate în principal din siliciu cristalin. Atunci când sunt expuse la lumina soarelui, electronii din siliciu sunt excitați sau puși în mișcare, generând un flux de curent electric continuu. Celulele fotovoltaice sunt conectate electric în serie pentru a obține tensiuni mai mari.

• Module fotovoltaice

Modulele fotovoltaice constau în ansambluri de celule solare interconectate și încapsulate într-o carcasă solidă, rezistentă la intemperii. Un strat de sticlă rezistentă la șocuri sau plastic dur, transparent, acoperă suprafața unui astfel de panou pentru a proteja celulele și a permite trecerea luminii solare într-o proporție cât mai mare. Conexiunile electrice sunt aduse în exteriorul modulului printr-o cutie de joncțiune.

• Tipuri de panouri fotovoltaice

Există mai multe tipuri de panouri fotovoltaice, în funcție de tehnologia celulelor utilizate:
Panouri monocristaline. Aceste modele sunt unele dintre cele mai eficiente în producția de energie electrică de la soare, dar, în același timp, sunt și cele mai scumpe. Panourile monocristaline sunt realizate din celule monocristaline de siliciu de înaltă puritate.
Panouri policristaline. Mai puțin eficiente, dar mai ieftine decât cele monocristaline, panourile policristaline sunt fabricate din celule policristaline de siliciu.
Panouri de siliciu amorf. Aceste tipuri de panouri fotovoltaice sunt fabricate din straturi subțiri de siliciu amorf - o formă de agregare necristalină a siliciului, depuse pe un substrat. Denumite și panouri ”thin film” sau film subțire, aceste tipuri de panouri sunt mai puțin eficiente, dar mai ieftine decât modelele enumerate anterior.
Panouri fotovoltaice cu peliculă subțire. Tot din gama panourilor ”thin film”, aceste modele de panouri fotovoltaice utilizează materiale precum telurura de cadmiu, depusa pe substraturi flexibile sau rigide.

Trebuie menționat că performanța panourilor fotovoltaice este influențată de mai mulți factori, precum eficiența celulelor, condițiile meteorologice (nivelul de radiație solară medie anuală în regiunea geografică de amplasare a panourilor, temperatura exterioară), menținerea curată a suprafeței panoului, orientarea acestora și unghiul de înclinare al panourilor. Alegerea tipului potrivit de panou depinde de cerințele proiectului fotovoltaic și de bugetul disponibil.

Un sistem fotovoltaic complet necesită mai multe accesorii pentru panouri fotovoltaice în afara modulelor solare. Aceste componențe auxiliare sunt esențiale pentru instalarea, funcționarea eficientă și siguranța întregului sistem.

• Structura de montaj și suportul pentru panouri

Panourile fotovoltaice trebuie montate pe o structură solidă, durabilă și rezistentă la intemperii. Suporturile pentru panourile fotovoltaice pot fi instalate pe acoperișuri înclinate sau plate, dar și în baterii de instalații la sol. Montajul corespunzător asigură orientarea optimă a panourilor către soare pentru a maximiza captarea energiei solare.

• Invertoare și regulatoare de sarcină

Invertoarele sau convertoarele de curent continuu în curent alternativ sunt componente cheie ale unui sistem fotovoltaic. Ele au rolul de a transforma curentul continuu generat de panouri în curent alternativ, compatibil cu rețeaua electrică sau cu aparatele sau cu echipamentele electrice și electronice consumatoare.

În cazul sistemelor fotovoltaice off-grid, neconectate la rețeaua națională de transport a energiei electrice, cu stocare în baterii sau acumulatori, se utilizează regulatoare de sarcină. Aceste componente au rolul de a gestiona încărcarea bateriilor de la panouri și apoi descărcarea controlată a acestora către sarcini sau consumatori.

• Baterii și sisteme de stocare a energiei

Așa cum ai văzut deja, în cazul sistemelor fotovoltaice off-grid sau chiar în cazul celor hibride care sunt conectate la rețeaua de transport a energiei electrice, sunt necesare baterii pentru stocarea energiei electrice produse. Cele mai utilizate sunt bateriile cu plumb-acid sau bateriile cu gel, datorită costului redus. Pentru aplicații mai complexe se pot folosi baterii cu ioni de litiu sau alte tehnologii avansate.

Sistemele de stocare permit utilizarea energiei solare și noaptea sau în perioade cu radiație solară redusă. Dimensionarea lor corespunzătoare este esențială pentru autonomia dorită.

Alte componente importante ale sistemelor de panouri fotovoltaice includ diversele soluții de monitorizare pentru urmărirea producției de energie, iluminatul de siguranță, senzori pentru urmărirea poziției soarelui și alte accesorii, în funcție de complexitatea instalației fotovoltaice.

În continuare, vom analiza pe larg accesoriile panourilor fotovoltaice și componentele esențiale ale acestor sisteme fotovoltaice cu scopul de a distinge rolul și funcțiile pe care le îndeplinesc fiecare în funcționarea adecvată a ansamblurilor.

Imagine de WikimediaImages de pe Pixabay.com

Dintre componentele sistemelor de panouri fotovoltaice, cablurile și conexiunile electrice sunt componente cu rol esențial care asigură transportul eficient al energiei electrice generate de panourile fotovoltaice către invertoare, regulatoare, baterii și, desigur, către consumatori - echipamente electrice și electronice.

• Cabluri pentru panouri fotovoltaice

Trebuie menționat că toate cablurile pentru panouri fotovoltaice trebuie să fie rezistente la radiațiile UV, la intemperii și la temperaturi extreme. Cele mai des folosite sunt:

• Cabluri solare UV rezistente, cu izolatii speciale din XLPE, EPR sau PVC;

• Cabluri flexibile duble sau multifibre pentru conexiunile între module;

• Cabluri de legare la pământ și de echipotențializare.

Dimensionarea corectă a secțiunii cablurilor este esențială pentru a minimiza pierderile prin căderi de tensiune. De asemenea, toate conexiunile trebuie să fie sigure și etanșe.

• Descărcătoare de supratensiune pentru sisteme fotovoltaice

Instalațiile fotovoltaice sunt expuse riscului de supratensiuni provocate de descărcări electrostatice sau fulgere. Tocmai de aceea, descărcătoarele de supratensiune pentru sisteme fotovoltaice protejează componentele sensibile împotriva vârfurilor de tensiune prin devierea curenților de impuls la pământ.

Pentru sistemele fotovoltaice se recomandă utilizarea descărcătoarelor special concepute, cu următoarele caracteristici:

• Protecție la moduri combinate (L-N, N-PE, L-PE);

• Curent nominal de descărcare de minim 12,5 kA;

• Nivel de protecție ≤ 2,5 kV.

• Descărcătoare dedicate pentru circuitele DC și AC

Acestea se instalează cât mai aproape de invertoarele și tablourile electrice pentru o protecție maximă a echipamentelor.

Suplimentar, instalațiile mai complexe pot necesita și alte dispozitive de protecție pentru sistemul fotovoltaic, cum ar fi limitatoare de supratensiune tranzitorie, relee de deconectare rapidă etc.

• Siguranțe fuzibile CH10 DC - dispozitive de protecție pentru sistemul fotovoltaic

Siguranța este o componentă esențială în orice instalație electrică, inclusiv în sistemele de panouri fotovoltaice. Toate dispozitivele de protecție pentru sistemul fotovoltaic au rolul de a preveni defecțiunile și daunele provocate de suprasarcini sau scurtcircuite. Unele dintre cele mai importante astfel de dispozitive sunt siguranțele fuzibile.

Pentru circuitele de curent continuu din partea cu tensiune joasă a sistemelor fotovoltaice se utilizează în mod tradițional siguranțe fuzibile CH10 DC care au următoarele caracteristici:

• Calibru 10x38mm, modelul cilindric standardizat;

• Construcție etanșă cu carcase ceramice sau din plastic;

• Calibre tipice de 1A până la 30A;

• Tensiuni nominale de 500VDC până la 1000VDC.

Siguranțele fuzibile CH10 DC se montează în suporți speciali, de regulă în imediata apropiere a modulelor fotovoltaice, a invertorului sau a cutiilor de joncțiune. Ele protejează circuitele de curent continuu (DC) împotriva supracurenților prin întreruperea traseului electric atunci când este depășit curentul nominal.

• Întrerupătoare automate DC

Pe lângă siguranțe, sistemele fotovoltaice utilizează și întrerupătoare automate dedicate pentru circuitele de curent continuu. Acestea asigură protecția la suprasarcină și scurtcircuit, precum și posibilitatea de conectare/deconectare sigură.

Alte dispozitive de protecție importante sunt:

• Descărcătoarele de supratensiuni menționate anterior;

• Izolatoarele galvanice pentru separarea circuitelor;

• Monitoare de curent rezidual pentru detectarea defectelor de împământare;

• Întrerupătoare și separatoare sub sarcină.

Dimensionarea și selectarea corectă a tuturor dispozitivelor de protecție este esențială pentru siguranța instalației fotovoltaice și conformitatea cu normele și standardele în vigoare.
 

3. Considerații legate de instalarea și întreținerea sistemelor fotovoltaice

Imagine de stanthonys solar de pe Pixabay.com

Instalarea corespunzătoare a unui sistem fotovoltaic este la fel de importantă ca alegerea componentelor potrivite. Pentru a obține performanțe optime și o durată de viață cât mai mare, trebuie luate în considerare mai multe aspecte cheie.

• Considerații privind amplasarea și orientarea panourilor

Amplasarea panourilor fotovoltaice depinde de mai mulți factori, precum spațiul disponibil, umbririle potențiale și cerințele de structură. Orientarea optimă pentru captarea maximă a radiației solare este spre sud (în emisfera nordică) și cu un unghi de înclinare egal cu latitudinea locului +/- 15 grade.

Pentru instalațiile la sol, se recomandă un unghi fix de circa 30 de grade. Pentru cele montate pe acoperiș, unghiul de înclinare este determinat de înclinarea acoperișului.

În plus, distanțarea corespunzătoare între rândurile de module solare previne formarea de umbre reciproce și asigură ventilația adecvată pentru răcire.

• Întreținerea și depanarea sistemului

Similar oricărui echipament electric, sistemele fotovoltaice necesită operațiuni periodice de întreținere și monitorizare pentru a asigura funcționarea optimă pe termen lung. Aceste operațiuni includ:

• Verificări vizuale regulate ale modulelor, cablurilor, conexiunilor etc.;

• Curățarea periodică a suprafețelor panourilor de praf sau murdărie;

• Înlocuirea ocazională a componentelor defecte (siguranțe, baterii etc.);

• Monitorizarea producției de energie și depistarea eventualelor defecțiuni;

• Inspecții anuale extinse de către personal calificat.

De asemenea, există metode și echipamente speciale pentru testarea, depanarea și diagnosticarea sistemelor fotovoltaice complexe.

Respectarea tuturor normelor și procedurilor de instalare, operare și întreținere este vitală pentru a beneficia la maximum de avantajele sistemelor de energie regenerabilă și pentru a preveni, în același timp, incidentele nedorite.

Odată cu progresele tehnologice și creșterea cererii, se estimează că energia solară va continua să câștige teren în mixul energetic mondial. Cercetările actuale vizează îmbunătățirea eficienței și reducerea costurilor componentelor sistemelor de panouri fotovoltaice, dar și integrarea inteligentă a acestor sisteme în rețelele electrice moderne. Adoptarea sistemelor fotovoltaice cu componente de calitate reprezintă un pas important spre un viitor mai durabil și mai ecologic, permițând economii financiare pe termen lung și contribuind la protejarea mediului înconjurător pentru generațiile viitoare.