Sistemele fotovoltaice sunt instalații care convertesc energia solară în energie electrică folosind celule fotovoltaice. Aceste celule, realizate din materiale semiconductoare precum siliciul, absorb lumina soarelui și o transformă direct în electricitate prin efectul fotovoltaic.
Un sistem fotovoltaic este important deoarece transformă energia solară în electricitate curată și sustenabilă, reducând dependența de sursele tradiționale de energie și emisiile de carbon. Pe termen lung, acest sistem poate genera economii semnificative la facturile de energie și contribuie la protejarea mediului. De asemenea, poate oferi independență energetică pentru locuințe sau afaceri.
Beneficiile utilizării energiei solare
Este o sursă de energie regenerabilă
Energia solară este o sursă inepuizabilă de energie, disponibilă pe tot globul, în cantități aproape nelimitate. Poate fi utilizată în aproape orice locație, inclusiv în regiunile izolate unde accesul la alte surse de energie este limitat.
Duce la diminuarea emisiilor de gaze cu efect de seră
Energia solară nu emite dioxid de carbon (CO2) sau alte gaze cu efect de seră în timpul producției de electricitate, contribuind la reducerea amprentei de carbon și la combaterea schimbărilor climatice.
Conform unui studiu al Agenției Internaționale pentru Energie (IEA), sistemele fotovoltaice pot reduce emisiile de CO2 cu aproximativ 300-400 grame per kwh produs, în comparație cu energia produsă din cărbune. Un raport al Institutului Fraunhofer pentru Sisteme de Energie Solară arată că amprenta de carbon pe durata de viață a sistemelor fotovoltaice este de aproximativ 30-80 grame CO2 echivalent per kwh, în funcție de tehnologia utilizată și locația instalării.
Un studiu publicat în revista Nature Energy în 2017 a arătat că emisiile de gaze cu efect de seră pe durata de viață ale energiei solare fotovoltaice sunt de aproximativ 6 ori mai mici decât cele ale energiei pe bază de cărbune și de aproximativ 2 ori mai mici decât cele ale energiei pe bază de gaz natural.
Raportul “Global Market Outlook for Solar Power 2021-2025” al solarpower Europe estimează că până în 2025, energia solară ar putea evita emiterea a peste 4 miliarde de tone de CO2 anual la nivel global.
Determină reducerea costurilor la energie
Odată ce sunt instalate, panourile solare generează electricitate gratuită. Costurile de întreținere sunt minime, iar economiile pe termen lung pot fi semnificative. Energia solară reduce dependența de sursele de energie convenționale, ale căror prețuri sunt supuse fluctuațiilor pieței.
Asigură independență energetică
Producerea propriei energii electrice poate duce la independență față de rețelele publice și la reducerea vulnerabilității în fața fluctuațiilor de preț și întreruperilor de curent.
Are costuri reduse de întreținere
Panourile solare au o durată de viață lungă (25-30 de ani sau mai mult) și necesită întreținere minimă. Întreținerea se limitează de obicei la curățarea periodică a panourilor pentru a menține eficiența maximă.
Are impact pozitiv asupra mediului
Energia solară contribuie la reducerea poluării aerului și apei, deoarece nu implică procese industriale poluante pentru generarea de energie. Utilizarea energiei solare reduce necesitatea exploatării resurselor naturale, cum ar fi cărbunele, petrolul și gazele naturale.
Duce la crearea de locuri de muncă
Creșterea cererii pentru energie solară stimulează dezvoltarea sectorului energiei verzi, generând locuri de muncă în domenii precum producția, instalarea, întreținerea și cercetarea.
Este sustenabilă și are dezvoltare durabilă
Energia solară sprijină tranziția către un sistem energetic mai durabil și ecologic, contribuind la protejarea mediului pentru generațiile viitoare.
Prezintă versatilitate și flexibilitate
Energia solară poate fi folosită pentru a alimenta locuințe, clădiri comerciale, vehicule electrice și chiar pentru a alimenta rețele de energie la scară mare. Panourile solare pot fi instalate pe diverse suprafețe, de la acoperișuri rezidențiale până la centrale solare de mari dimensiuni.
Permite valorificarea suprafețelor neutilizate
Acoperișurile, terenurile neutilizate sau clădirile pot fi transformate în surse de energie prin instalarea de panouri solare, oferind o utilizare eficientă a spațiului.
Stimulează inovarea tehnologică
Creșterea cererii pentru energie solară stimulează inovația și dezvoltarea tehnologică, ducând la panouri solare mai eficiente și mai accesibile.
Componentele principale ale unui sistem fotovoltaic
Panourile fotovoltaice
Panourile fotovoltaice sunt dispozitive care transformă lumina solară în energie electrică. Ele sunt compuse din celule fotovoltaice, care sunt realizate din materiale semiconductoare, cel mai frecvent fiind siliciul. Aceste celule sunt capabile să capteze energia din fotonii (particulele de lumină) care ajung pe suprafața lor și să o transforme în electricitate prin intermediul unui proces numit efect fotovoltaic.
Cum funcționează panourile fotovoltaice?
- Panourile fotovoltaice funcționează pe baza efectului fotovoltaic, un proces fizic prin care materialele semiconductoare generează un curent electric atunci când sunt expuse la lumină. Iată cum are loc acest proces:
- Când lumina soarelui ajunge pe suprafața unui panou fotovoltaic, fotonii din lumină sunt absorbiți de celulele fotovoltaice. Acești fotoni transferă energia lor către electronii din materialul semiconductor al celulelor.
- Energia absorbită de electroni este suficientă pentru a-i elibera din pozițiile lor fixe în structura atomică a materialului semiconductor, creând astfel perechi electron-gaură. Un electron “excitat” este capabil să se miște liber, iar o “gaură” este locul lăsat de electronul eliberat.
- Celulele fotovoltaice sunt realizate din două straturi de material semiconductor, unul cu impurități care dau o sarcină negativă (stratul n) și unul cu impurități care dau o sarcină pozitivă (stratul p). La joncțiunea dintre aceste două straturi se formează un câmp electric intern.
- Câmpul electric generat la joncțiune acționează ca o barieră care separă electronii și găurile, forțând electronii să se deplaseze spre stratul n și găurile spre stratul p. Acest flux de electroni generează un curent electric continuu (DC) în exteriorul celulei fotovoltaice.
- Curentul electric generat de electronii care se deplasează este colectat prin circuite atașate la celulele fotovoltaice și poate fi utilizat direct, stocat în baterii sau convertit în curent alternativ (AC) prin intermediul unui invertor, pentru a fi utilizat în rețeaua electrică sau în aparatele casnice.
Tipuri de celule fotovoltaice
Celule fotovoltaice monocristaline
- Sunt fabricate dintr-un singur cristal de siliciu foarte pur
- Au cea mai mare eficiență de conversie a energiei solare în energie electrică (15-22%)
- Sunt cele mai scumpe, dar și cele mai durabile
Celule fotovoltaice policristaline
- Sunt fabricate din mai multe cristale de siliciu
- Au o eficiență ușor mai mică decât cele monocristaline (13-18%)
- Sunt mai ieftine de produs decât cele monocristaline
Celule fotovoltaice subțiri (thin-film)
- Sunt fabricate prin depunerea unui strat subțire de material fotovoltaic pe un substrat
- Materialele folosite pot fi: siliciul amorf, telurura de cadmiu, seleniura de cupru-indiu-galiu etc.
- Au eficiențe mai mici (7-13%), dar sunt mai ieftine și flexibile
- Ocupă o suprafață mai mare pentru aceeași putere instalată
Invertoarele
Rolurile invertorului în sistemul fotovoltaic
Un invertor este un dispozitiv electronic esențial într-un sistem fotovoltaic (PV) si are următoarele roluri:
- Asigură conversia de curent continuu în curent alternativ
Panourile fotovoltaice generează curent continuu (DC) din energia solară. Însă, majoritatea aparatelor electrice casnice și rețeaua electrică funcționează pe bază de curent alternativ (AC). Invertorul convertește curentul continuu produs de panourile PV în curent alternativ compatibil cu rețeaua electrică și aparatele casnice.
- Permite sincronizarea cu rețeaua electrică
Invertoarele moderne sunt proiectate să sincronizeze perfect curentul alternativ generat cu parametrii rețelei electrice (frecvență, tensiune, fază) pentru a permite injectarea energiei în rețea sau alimentarea sarcinilor locale.
- Ajută la urmărirea punctului de putere maximă (MPPT)
Invertoarele încorporează algoritmi MPPT care maximizează extragerea de putere din panourile PV, compensând variațiile de radiație solară și temperatură.
- Asigură monitorizare și protecție
Invertoarele monitorizează parametrii sistemului PV și ai rețelei, furnizând protecție împotriva supratensiunilor, scurtcircuitelor și altor condiții anormale.
- Oferă interfață de date:
Multe invertoare oferă interfețe de comunicare (seriale, Ethernet, wifi) pentru monitorizarea performanței sistemului și integrarea cu sisteme de management energetic.
Tipuri de invertoare
Invertoare on-grid (conectate la rețea)
Aceste invertoare sunt concepute pentru a converti curentul continuu (DC) produs de panourile fotovoltaice în curent alternativ (AC) compatibil cu rețeaua electrică publică. Ele permit transferul energiei electrice generate de sistemul fotovoltaic direct în rețeaua de distribuție. Invertoarele on-grid sunt cele mai răspândite și sunt utilizate în majoritatea instalațiilor fotovoltaice rezidențiale și comerciale.
Invertoare off-grid (independente de rețea)
Invertoarele off-grid sunt proiectate pentru a funcționa fără a fi conectate la rețeaua electrică publică. Ele convertesc curentul continuu produs de panourile fotovoltaice în curent alternativ pentru a alimenta sarcini electrice izolate, cum ar fi case izolate, cabane, sisteme de iluminat sau alte aplicații autonome. Aceste invertoare necesită de obicei baterii pentru a stoca energia și a o furniza atunci când sistemul fotovoltaic nu produce energie.
Invertoare hibride
Invertoarele hibride combină funcționalitățile invertorului on-grid și off-grid într-o singură unitate. Ele pot fi conectate la rețeaua electrică publică și, în același timp, pot alimenta sarcini electrice izolate și încărca baterii pentru stocare. Invertoarele hibride oferă flexibilitate, permițând funcționarea atât în regim on-grid, cât și off-grid, în funcție de necesități și de disponibilitatea rețelei electrice.
Invertoare on-grid ocupă aproximativ 70-80% din piață, iar cele off-grid (autonome) reprezintă aproximativ 10-15% din piață. Combinând funcționalitățile invertoarelor on-grid și off-grid, cele de tip hibrid acoperă în jur de 10-15% din piață. Cu toate acestea, invertoarele hibrid înregistrează o creștere pe piață, datorită flexibilității lor.
Baterii
De ce sunt necesare bateriile în sistemele off-grid și cele hibride
Bateriile sunt necesare în sistemele fotovoltaice hibride off-grid (izolate de rețeaua electrică) din mai multe motive:
- Ajută la stocarea energiei
Sistemele fotovoltaice produc energie electrică doar atunci când există lumină solară. Bateriile permit stocarea energiei electrice produse în timpul zilei pentru a fi utilizată noaptea sau în perioadele cu lumină solară insuficientă.
- Contribuie la alimentarea sarcinilor electrice
Bateriile furnizează energie electrică constantă pentru alimentarea diferitelor sarcini electrice, cum ar fi iluminatul, aparatele electrocasnice sau echipamentele electrice, atunci când sistemul fotovoltaic nu produce suficientă energie.
- Sprijină reglarea fluctuațiilor de putere
Producția de energie a panourilor fotovoltaice poate fluctua în funcție de condițiile meteorologice și de unghiul de incidență a razelor solare. Bateriile ajută la reglarea acestor fluctuații, furnizând energie suplimentară atunci când este necesară.
- Oferă autonomie energetică
În sistemele off-grid, bateriile asigură autonomia energetică, permițând utilizarea energiei electrice fără a fi conectat la rețeaua de distribuție. Acest lucru este esențial pentru zonele îndepărtate sau izolate, unde accesul la rețeaua electrică este limitat sau inexistent.
- Asigură backup de energie
În cazul unor defecțiuni sau întreruperi ale sistemului fotovoltaic, bateriile pot furniza o sursă de backup de energie pentru a menține alimentarea sarcinilor electrice critice pentru o perioadă limitată de timp.
Tipuri de baterii folosite
Baterii cu plumb-acid
Aceste baterii reprezintă o tehnologie mai veche și mai ieftină. Sunt cele mai utilizate în sistemele fotovoltaice rezidențiale și comerciale de mici dimensiuni.
- Avantaje: cost redus, tehnologie matură, disponibilitate largă.
- Dezavantaje: durată de viață limitată (3-5 ani), necesită întreținere periodică, randament energetic mai scăzut, sensibilitate la descărcări profunde.
Baterii litiu-ion
Bateriile Litiu-Ion prezintă tehnologie mai nouă și mai avansată. Ele sunt preferate pentru sistemele fotovoltaice de mari dimensiuni și pentru aplicații comerciale/industriale.
- Avantaje: densitate energetică ridicată, durată de viață mai lungă (5-10 ani), randament energetic mai bun, rezistență la descărcări profunde.
- Dezavantaje: cost inițial mai ridicat, necesită sisteme de management al bateriei (BMS) pentru siguranță și performanță optimă.
Baterii litiu-ion vs. Baterii plumb-acid
- Eficiența energetică
Baterii Litiu-Ion: 95-98%
Baterii plumb-acid: 70-85% Raport: Bateriile Litiu-Ion sunt cu aproximativ 15-25% mai eficiente.
- Cicluri de viață (la 80% adâncime de descărcare)
Baterii Litiu-Ion: 2000-5000 cicluri
Baterii plumb-acid: 500-1000 cicluri Raport: Bateriile Litiu-Ion au de 4-5 ori mai multe cicluri de viață.
- Densitate energetică
Baterii Litiu-Ion: 100-265 Wh/kg
Baterii plumb-acid: 30-50 Wh/kg Raport: Bateriile Litiu-Ion au o densitate energetică de 3-5 ori mai mare.
- Auto-descărcare lunară
Baterii Litiu-Ion: 1-3%
Baterii plumb-acid: 5-15% Raport: Bateriile Litiu-Ion au o rată de auto-descărcare de 3-5 ori mai mică.
- Timp de încărcare:
Baterii Litiu-Ion: 2-4 ore
Baterii plumb-acid: 8-16 ore Raport: Bateriile Litiu-Ion se încarcă de 4 ori mai repede.
- Adâncime de descărcare recomandată
Baterii Litiu-Ion: până la 80-100%
Baterii plumb-acid: 50% Raport: Bateriile Litiu-Ion pot fi descărcate cu până la 60-100% mai mult.
- Durata de viață
Baterii Litiu-Ion: 10-15 ani
Baterii plumb-acid: 3-7 ani Raport: Bateriile Litiu-Ion au o durată de viață de 2-3 ori mai mare.
- Performanță la temperaturi scăzute
Baterii Litiu-Ion: pierd aproximativ 10% din capacitate la 0°C
Baterii plumb-acid: pierd aproximativ 50% din capacitate la 0°C Raport: Bateriile Litiu-Ion sunt de 5 ori mai eficiente la temperaturi scăzute.
- Costuri inițiale:
Baterii Litiu-Ion–Aproximativ 1500-3000 RON/kwh de capacitate. O baterie de 5kwh ar putea costa între 7500-15000 RON
Baterii plumb-acid– Aproximativ 500-1000 RON/kwh de capacitate. O baterie de 5kwh ar putea costa între 2500-5000 RON.
Există și alte tipuri de baterii, cum ar fi bateriile cu săruri topite sau bateriile cu flux de vanadiu, care sunt utilizate în anumite aplicații fotovoltaice de mare capacitate, dar acestea sunt mai puțin răspândite decât bateriile cu plumb-acid și litiu-ion.
Cum alegeți bateriile pentru un sistem fotovoltaic
Alegerea între bateriile cu plumb-acid și cele litiu-ion depinde de factori precum dimensiunea sistemului fotovoltaic, bugetul disponibil, cerințele de performanță și durata de viață dorită. Bateriile litiu-ion sunt în general preferate pentru sistemele mai mari și pentru aplicațiile care necesită o durată de viață mai lungă și o eficiență energetică ridicată.
Alte componente: cabluri, dispozitive de monitorizare, structuri de montaj, etc.
Cabluri
Cabluri fotovoltaice
Cablurile fotovoltaice sunt special concepute pentru a transporta curentul electric generat de panouri de la panouri către invertor sau baterii. Aceste cabluri sunt realizate din materiale rezistente la UV și condiții meteorologice, pentru a rezista în timp.
Există cabluri de curent continuu (DC) și, uneori, cabluri de curent alternativ (AC) pentru conectarea invertorului la rețea.
Cabluri de conectare și conectori
Cablurile și conectorii sunt utilizați pentru a conecta diferitele componente ale sistemului, cum ar fi panourile între ele (în serie sau paralel) și pentru a asigura o conexiune sigură și eficientă.
Dispozitive de monitorizare
Sisteme de monitorizare a performanței
Aceste dispozitive monitorizează și raportează performanța sistemului fotovoltaic, inclusiv producția de energie și starea generală a echipamentului. Ele ajută la detectarea problemelor potențiale și la optimizarea eficienței sistemului.
Există monitorizare în timp real (prin aplicații mobile sau software), senzori de performanță, și module de comunicație pentru transmiterea datelor către servere centrale.
Data logger
Aceste dispozitive colectează și stochează datele privind performanța sistemului, cum ar fi cantitatea de energie generată, voltajul și curentul. Aceste date sunt esențiale pentru analiza și evaluarea eficienței sistemului.
Structuri de montaj
Structurile de montaj pot fi fixe sau reglabile, acestea din urmă permițând reglarea unghiului de înclinare.
Montaje pentru acoperiș
Structurile de montaj pentru acoperiș sunt folosite pentru a fixa panourile fotovoltaice pe acoperișuri. Aceste structuri trebuie să fie robuste și să reziste condițiilor meteorologice pentru a asigura stabilitatea și durabilitatea sistemului. De obicei, sunt realizate din materiale rezistente la coroziune, precum aluminiu, oțel inoxidabil.
Montaje pentru sol
Aceste structuri sunt utilizate pentru instalarea panourilor fotovoltaice pe sol, în locuri deschise, fără acoperișuri. Ele sunt proiectate pentru a suporta panourile într-un unghi optim față de soare.
Dispozitive de protecție și siguranță
Dispozitive de protecție
Aici sunt incluse siguranțele, întrerupătoarele și protecțiile împotriva supratensiunii. Ele ajută la protejarea sistemului fotovoltaic de daune cauzate de supratensiuni, scurtcircuitări sau alte probleme electrice.
Siguranțe DC, întrerupătoare AC, protecție împotriva trăsnetului și a supratensiunilor sunt dispozitive de protecție.
Dispozitive de izolare
Acestea sunt utilizate pentru a izola diferite părți ale sistemului, asigurând siguranța în timpul întreținerii sau în cazul unor probleme electrice.
Controler de încărcare (pentru sistemele cu baterii)
Acest dispozitiv controlează fluxul de energie între panouri și baterii, asigurând că bateriile sunt încărcate în mod corespunzător și prevenind supraîncărcarea sau descărcarea excesivă. Sunt disponibile controlere de încărcare PWM (Pulse Width Modulation) și MPPT (Maximum Power Point Tracking), care sunt mai eficiente și mai avansate.
Dispozitive de ventilare și răcire
În unele sisteme, mai ales în cazurile de utilizare intensivă, se pot folosi ventilatoare sau alte dispozitive de răcire pentru a menține echipamente precum invertorul la o temperatură optimă. Dispozitivele de răcire și ventilare vor preveni supraîncălzirea și a maximiza eficiența.
Procesul de conversie a energiei solare în energie electrică
- Captarea energiei solare de către panourile fotovoltaice
Panourile fotovoltaice sunt compuse din celule solare care absorb energia luminoasă provenită de la soare. Aceste celule sunt fabricate din materiale semiconductoare, cum ar fi siliciul, care au capacitatea de a capta fotonii din lumina solară. Fotonii poartă energie, iar când aceștia lovesc celulele fotovoltaice, energia lor este absorbită de materialul semiconductor.
- Conversia energiei solare în energie electrică (efect fotovoltaic)
În interiorul celulelor fotovoltaice, energia absorbită de la fotoni determină excitația electronilor din materialul semiconductor, adică aceștia se deplasează din banda de valență în banda de conducție. Acest proces creează o diferență de potențial între straturile celulei, ceea ce generează un curent electric continuu (DC). Aceasta este baza efectului fotovoltaic, care transformă lumina solară direct în energie electrică.
- Rolul invertorului în transformarea curentului continuu în curent alternativ
Curentul electric generat de celulele solare este de tip continuu (DC), însă majoritatea dispozitivelor electrice și rețelele electrice funcționează cu curent alternativ (AC). Aici intervine invertorul, un dispozitiv care convertește curentul continuu produs de panouri în curent alternativ, prin schimbarea periodică a direcției curentului. Invertorul reglează și tensiunea, astfel încât energia electrică să fie compatibilă cu aparatele și să poată fi utilizată în locuință sau injectată în rețea.
Tipuri de sisteme fotovoltaice
Sisteme on-grid (conectate la rețeaua electrică)
Descriere și funcționare
Sistemele fotovoltaice on-grid, cunoscute și sub numele de sisteme fotovoltaice conectate la rețea, sunt instalații care produc energie electrică din lumina solară și sunt conectate direct la rețeaua electrică publică. Iată cum funcționează aceste sisteme:
- Panouri fotovoltaice
Inima sistemului on-grid sunt panourile fotovoltaice, care sunt alcătuite din celule solare care convertesc lumina solară directă în energie electrică sub formă de curent continuu (DC).
- Invertor
Deoarece rețeaua electrică publică funcționează cu curent alternativ (AC), energia produsă de panourile fotovoltaice trebuie convertită. Acest lucru este realizat de un invertor, care transformă curentul continuu produs de panouri în curent alternativ compatibil cu rețeaua.
- Conexiune la rețea
Invertorul este conectat direct la rețeaua electrică publică, permițând transferul energiei electrice produse de sistemul fotovoltaic în rețea.
- Contor bidirecțional
Un contor bidirecțional este instalat pentru a măsura atât energia electrică preluată din rețea, cât și energia electrică furnizată în rețea de sistemul fotovoltaic.
Funcționarea sistemului on-grid:
În timpul zilei, când panourile fotovoltaice produc energie electrică, aceasta este furnizată direct în rețeaua electrică publică prin invertor.
- Când producția de energie a sistemului fotovoltaic depășește consumul propriu, surplusul de energie este injectat în rețeaua publică.
- Când producția de energie a sistemului fotovoltaic este mai mică decât consumul propriu, deficitul este acoperit prin preluarea energiei din rețeaua publică.
Contorul bidirecțional înregistrează atât energia electrică preluată din rețea, cât și energia electrică furnizată în rețea de sistemul fotovoltaic.
Avantaje și dezavantaje
Avantajele sistemului on-grid
- Nu necesită baterii pentru stocarea energiei, reducând costurile inițiale și întreținerea.
- Surplusul de energie electrică produs poate fi vândut furnizorului de energie, generând venituri suplimentare.
- Sistemul poate fi alimentat de la rețea atunci când producția de energie solară este insuficientă.
- Instalarea și întreținerea sunt mai simple decât pentru sistemele off-grid.
- Pot beneficia de scheme de sprijin guvernamentale, precum tarife de racordare sau credite de carbon.
Dezavantajele sistemului on-grid
- Depinde de disponibilitatea rețelei electrice, fiind vulnerabile la întreruperile de curent.
- Costurile de racordare la rețea pot fi ridicate în anumite zone.
- Reglementările și tarifele de racordare pot varia în funcție de furnizorul de energie și de locație.
- Eficiența sistemului poate fi afectată de calitatea rețelei electrice (fluctuații de tensiune, armonici etc.).
- În cazul unei pene de curent, sistemul nu va furniza energie electrică.
În general, sistemele fotovoltaice on-grid sunt o opțiune convenabilă pentru locuințe și clădiri conectate la rețeaua electrică, permițând reducerea costurilor cu energia și contribuind la reducerea amprentei de carbon. Totuși, este important să se analizeze atent condițiile specifice ale locației și reglementările locale înainte de a investi într-un astfel de sistem.
Sisteme off-grid (autonome)
Descriere și funcționare
Sistemele fotovoltaice off-grid (autonome) sunt instalații de producere a energiei electrice care nu sunt conectate la rețeaua electrică națională. Aceste sisteme funcționează independent și sunt proiectate să furnizeze energie electrică pentru locații izolate, precum case, cabane, sisteme de irigații sau alte aplicații care nu au acces la rețeaua de distribuție a energiei electrice.
Iată cum funcționează aceste sisteme:
- Panouri fotovoltaice
Componentele esențiale sunt panourile fotovoltaice care captează energia solară și o convertesc în energie electrică sub formă de curent continuu (DC).
- Controler de încărcare
Energia electrică produsă de panourile fotovoltaice este direcționată către un controler de încărcare, care reglementează procesul de încărcare a bateriilor și previne supraîncărcarea sau descărcarea excesivă.
- Baterii
Energia electrică produsă de panouri este stocată în baterii speciale, de obicei baterii cu plumb-acid sau baterii cu gel. Bateriile asigură stocarea energiei pentru a fi utilizată atunci când panourile fotovoltaice nu produc energie (noaptea sau în zilele înnorate).
- Invertor
Cum cele mai multe aparate electrice funcționează pe curent alternativ (AC), sistemul off-grid include un invertor care convertește curentul continuu (DC) stocat în baterii în curent alternativ (AC) compatibil cu aparatele electrice.
- Cabluri și conexiuni: Toate componentele sistemului sunt conectate prin cabluri electrice pentru a permite transferul energiei electrice între ele.
Sistemele off-grid sunt proiectate să funcționeze autonom, fără a fi conectate la rețeaua electrică. Energia produsă de panourile fotovoltaice este stocată în baterii și utilizată atunci când este necesară. În cazul în care bateriile sunt descărcate și nu există suficientă energie solară pentru a le încărca, sistemul poate fi echipat cu un generator auxiliar (de obicei un generator diesel) pentru a furniza energie suplimentară.
Avantaje și dezavantaje ale sistemelor off-grid
Avantaje
- Independență energetică: Aceste sisteme nu sunt conectate la rețeaua electrică, oferind independență față de furnizorul de energie convențional.
- Reducerea costurilor pe termen lung: După investiția inițială, costurile de operare și întreținere sunt relativ mici, iar energia solară este gratuită.
- Sustenabilitate ecologică: Energia solară este o sursă regenerabilă și nepoluantă, contribuind la reducerea amprentei de carbon.
- Flexibilitate: Sistemele off-grid pot fi instalate în zone îndepărtate sau greu accesibile, unde extinderea rețelei electrice ar fi costisitoare.
- Fiabilitate: În cazul întreruperilor de curent sau dezastrelor naturale, sistemele off-grid pot continua să furnizeze energie.
Dezavantaje
- Costul inițial ridicat: Investiția inițială pentru achiziționarea panourilor solare, bateriilor și echipamentelor conexe poate fi semnificativă.
- Dependența de condițiile meteorologice: Producția de energie depinde de cantitatea de radiație solară disponibilă, care poate varia în funcție de locație și condițiile meteorologice.
- Necesitatea stocării energiei: Pentru a asigura alimentarea continuă, sistemele off-grid necesită baterii sau alte forme de stocare a energiei, care pot crește costurile și necesită întreținere periodică.
- Limitări în ceea ce privește consumul de energie: Capacitatea sistemului este limitată de dimensiunea instalației și condițiile meteorologice, ceea ce poate restricționa utilizarea unor aparate electrice cu consum mare.
- Întreținere și înlocuire periodică: Componentele sistemului, cum ar fi bateriile și invertoarele, au o durată de viață limitată și necesită înlocuire periodică, generând costuri suplimentare.
Sisteme hibride
Descriere și funcționare
Sistemele fotovoltaice hibride sunt instalații care combină panouri solare fotovoltaice cu o altă sursă de energie, de obicei un generator electric sau o baterie.
Aceste sisteme funcționează în felul următor:
- Panouri solare fotovoltaice: Acestea captează energia solară și o convertesc în energie electrică curentă continuă (CC).
- Invertor: Invertorul transformă curentul continuu produs de panourile solare în curent alternativ (CA), care poate fi utilizat pentru alimentarea aparatelor electrice obișnuite.
- Sursă suplimentară de energie (generator sau baterie):
Generator: Un generator electric, de obicei alimentat cu combustibil fosil, este conectat la sistem și furnizează energie electrică atunci când energia solară nu este suficientă.
Baterie: O baterie este încărcată de panourile solare și stochează energia pentru a fi utilizată noaptea sau în perioade cu lumină solară insuficientă.
- Controler de încărcare: Acesta gestionează încărcarea bateriei de la panourile solare și previne supraîncărcarea.
Avantaje și dezavantaje ale sistemelor hibride
Avantaje
- Fiabilitate sporită: Prin combinarea energiei solare cu o altă sursă de energie, aceste sisteme oferă o alimentare mai fiabilă și continuă, chiar și în zilele înnorate sau noaptea.
- Reducerea costurilor de operare: Utilizarea energiei solare gratuite poate reduce costurile de operare pe termen lung, compensând parțial investiția inițială.
- Reducerea amprentei de carbon: Prin utilizarea energiei solare curate, aceste sisteme ajută la reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră.
- Flexibilitate: Sistemele hibride pot fi configurate pentru a funcționa în mod independent (off-grid) sau conectate la rețeaua electrică.
Dezavantaje
- Costuri inițiale ridicate: Instalarea unui sistem hibrid necesită investiții semnificative în panouri solare, baterii, generatoare și echipamente conexe.
- Întreținere suplimentară: Aceste sisteme necesită întreținere regulată pentru toate componentele, inclusiv generatorul și bateriile.
- Spațiu necesar: Sistemele hibride necesită spațiu suplimentar pentru instalarea panourilor solare, a generatoarelor și a bateriilor.
- Impact asupra mediului: Deși energia solară este curată, generatoarele pe bază de combustibil fosil pot avea un impact negativ asupra mediului.
Considerații privind instalarea și întreținerea sistemelor fotovoltaice
Factorii care influențează performanța sistemului
Orientarea panourilor solare:
Orientarea ideală este spre sud (în emisfera nordică) sau spre nord (în emisfera sudică), pentru a maximiza expunerea la radiația solară pe durata zilei. O orientare deviată de la direcția sudică/nordică poate reduce producția de energie electrică.
Spre exemplu, orientare greșită pe orizontală (est/vest în loc de sud) poate reduce producția cu 10-20% față de orientarea optimă. Orientarea spre est sau vest reduce cu aproximativ 15-25%, în timp ce orientarea spre nord poate reduce producția cu 30-40% sau mai mult.
Unghiul de înclinare al panourilor solare
Unghiul optim de înclinare depinde de latitudinea locației și de sezonul anului. În general, un unghi de înclinare egal cu latitudinea locației plus 10-15 grade este recomandat pentru o producție anuală maximă. Unghiul de înclinare poate fi ajustat în funcție de sezon pentru a optimiza captarea radiației solare.
Astfel, o abatere cu 15 grade de la unghiul optim reduce producția cu 5-10%, în timp ce o abatere cu 30 grade poate reduce producția cu 10-20%. Panourile montate plat (0 grade) pot pierde 10-30% din producție
Umbra
Umbrele aruncate de clădiri, copaci sau alte obstacole pot reduce semnificativ producția de energie a panourilor solare. Chiar și o umbră parțială pe o celulă fotovoltaică poate afecta performanța întregului modul sau a întregului sistem cu 30-100%. Este important să se evite umbrele pe panourile solare, atât în timpul instalării, cât și pe termen lung, deoarece obstacolele pot apărea în timp (copaci care cresc, construcții noi etc.).
Alți factori care influențează performanța sistemului fotovoltaic includ:
- Calitatea și eficiența panourilor solare
- Temperatura de funcționare a panourilor
- Acumularea de murdărie sau depuneri pe suprafața panourilor
- Pierderile în sistemul de cabluri și invertoare
- Condițiile meteorologice locale (radiația solară, nori, ceață etc.)
Întreținerea și monitorizarea sistemului
Întreținerea și monitorizarea unui sistem fotovoltaic sunt esențiale pentru a asigura performanța și longevitatea acestuia. Iată câteva aspecte importante de luat în considerare:
Curățarea panourilor solare
Panourile solare trebuie curățate periodic pentru a îndepărta praful, murdăria sau frunzele care se pot acumula pe suprafața lor. Acest lucru va asigura o captare optimă a luminii solare și va preveni reducerea eficienței sistemului.
Inspectarea componentelor
Toate componentele sistemului, inclusiv panourile solare, invertoarele, cablurile și conexiunile, trebuie inspectate periodic pentru a detecta eventuale deteriorări sau defecțiuni. Acest lucru poate preveni defecțiunile majore și poate extinde durata de viață a sistemului.
Monitorizarea performanței
Este important să monitorizați performanța sistemului fotovoltaic prin intermediul unui sistem de monitorizare. Acesta vă va oferi informații despre producția de energie, eficiența și eventualele probleme care pot apărea.
Întreținerea invertorului
Invertorul este o componentă crucială a sistemului fotovoltaic și necesită întreținere regulată. Acest lucru poate include actualizări de software, curățarea filtrelor de aer și înlocuirea eventualelor piese defecte.
Verificarea conexiunilor electrice
Conexiunile electrice trebuie verificate periodic pentru a se asigura că nu există coroziune, slăbire sau deteriorare. Acest lucru poate preveni scurtcircuitele sau pierderile de energie.
Înlăturarea obstacolelor
Asigurați-vă că nu există obstacole, cum ar fi copaci sau clădiri, care ar putea umbri panourile solare și reduce producția de energie.
Întreținerea sistemului de montare
Sistemul de montare pentru panourile solare trebuie verificat pentru a se asigura că este stabil și sigur. Acest lucru poate include strângerea șuruburilor sau înlocuirea componentelor deteriorate.
Respectarea recomandărilor producătorului
Citiți și respectați instrucțiunile de întreținere furnizate de producătorul sistemului fotovoltaic. Acestea pot include recomandări specifice pentru fiecare componentă.
Aspecte legate de siguranță și reglementări
- Standarde și coduri de construcție
Instalarea sistemelor fotovoltaice trebuie să respecte standardele și codurile de construcție locale și naționale. Acestea acoperă aspecte precum ancorarea mecanică, protecția împotriva incendiilor, distanțele de siguranță și cerințele electrice.
- Cerințe de autorizare și inspecție
În majoritatea cazurilor, este necesară obținerea unor autorizații și permise înainte de instalarea unui sistem fotovoltaic. Autoritățile locale vor inspecta instalația pentru a se asigura că respectă codurile și reglementările în vigoare.
- Cerințe de conectare la rețea
Dacă sistemul fotovoltaic este conectat la rețeaua electrică, trebuie să respecte cerințele operatorului de rețea în ceea ce privește echipamentele de siguranță, protecția împotriva supratensiunilor și procedurile de conectare.
- Echipamente certificate și omologate
Toate componentele sistemului fotovoltaic, cum ar fi modulele, invertoarele și cablurile, trebuie să fie certificate și omologate pentru a respecta standardele de siguranță și performanță aplicabile.
- Protecția împotriva electrocutării
Sistemele fotovoltaice generează curent electric, deci trebuie luate măsuri de siguranță adecvate, cum ar fi împământarea corespunzătoare, întrerupătoare de circuit și dispozitive de protecție la supratensiune.
- Întreținere și inspecții periodice
Sistemele fotovoltaice necesită întreținere și inspecții periodice pentru a se asigura funcționarea în condiții de siguranță și pentru a depista eventuale defecțiuni sau deteriorări.
- Instruirea personalului
Persoanele implicate în instalarea, operarea și întreținerea sistemelor fotovoltaice trebuie să fie instruite corespunzător și să dețină calificările necesare pentru a lucra în condiții de siguranță.
- Asigurarea de răspundere civilă
În unele jurisdicții, poate fi necesară obținerea unei asigurări de răspundere civilă pentru sistemele fotovoltaice, în cazul unor eventuale daune sau accidente.
Perspectivele energiei solare fotovoltaice
Un sistem fotovoltaic transformă eficient energia solară în electricitate, captând lumina soarelui prin panouri, conversând curentul continuu în curent alternativ și integrându-se în rețeaua electrică sau consumul propriu. Această tehnologie nu doar că reduce costurile de energie, ci contribuie semnificativ la protejarea mediului prin utilizarea unei surse de energie regenerabile și inepuizabile. Pe termen lung, investiția într-un sistem fotovoltaic se dovedește valoroasă, având potențialul de a îmbunătăți atât eficiența energetică, cât și sustenabilitatea.
RESURSE
https://www.mmediu.ro/categorie/energie-regenerabila/25
http://www.anpm.ro/energie-verde
https://www.enel.ro/enel-energie/ro/resurse/articole/panouri-fotovoltaice-cum-functioneaza.html https://www.solarelectric.ro/cum-functioneaza-panourile-fotovoltaice/
https://www.solarfocus.ro/sisteme-fotovoltaice-hibride
https://www.naturgy.ro/blog/sisteme-fotovoltaice-hibride-avantaje-si-dezavantaje
https://www.anre.ro/ro/energie-electrica/legislatie/surse-regenerabile
www.ecovolt.ro/blog/baterii-plumb-acid/
https://www.solarfocus.ro/blog/eficienta-bateriilor-litiu-ion
https://www.ecovolt.ro/blog/intretinerea-panourilor-solare
https://www.solarterra.ro/intretinerea-sistemelor-fotovoltaice
https://www.anre.ro/ro/energie-electrica/legislatie/prosumatori
