Solarni modul 275W, poly,1640x992x40

Princip rada

Fotonapon (FN, engl. photovoltaics, PV) je tehnologija sunčeve energije koja koristi solarne ćelije kako bi sunčevu energiju pretvorila u elektricitet. Materijali važni za izradu fotonaponskih solarnih ćelija mogu doći u obliku monokristala, polikristala ili kao amorfne tvari. Klasični poluvodič koji se koristi za izradu solarnih ćelija je silicij, ali i drugih materijala.

Sunčana je ćelija u biti PN-spoj (poluvodička dioda). Kada se solarna ćelija osvijetli, apsorbirani fotoni proizvode parove elektron-šupljina zbog kojih dolazi do razlike potencijala na krajevima solarne ćelije. Ako su kontakti ćelije spojeni s vanjskim trošilom, proteći će električna struja, a solarna ćelija postaje izvorom električne energije.

Solarne FN elektrane čine FN paneli spojeni u polja priključena preko izmjenjivača na mrežu ili potrošače.  Mogu biti samostalne i priključene na mrežu. Samostalna rješenja u razvijenom svijetu danas čine samo oko 5% ukupnih instalacija a pored FN panela još imaju akumulatore, dvosmjerne izmjenjivače i često se kombiniraju s drugim izvorima. FN panel predstavlja samostalni element čija snaga se kreće od 50 do 300 W.  Jedan FN panel se sastoji od više kristaličnih FN ćelija ili jedne ćelije u tankom filmu.

Polja se mogu postaviti fiksno ili na pokretne mehanizme za postizanje veće proizvodnje električne energije praćenjem kretanja Sunca. Fiksno postavljanje je u pravilu pod optimalnim kutom za maksimum godišnje proizvodnje.  Pokretna rješenja mogu imati 20-30% veću proizvodnju električne energije ovisno o izvedbi (1-osni i 2-osni) i ukupnoj ozračenosti, uz veću cijenu instalacije i troškove održavanja.

Mrežni Sistem (Grid-Connected)

Mrežni sustav je priključen na javnu mrežu preko kućne instalacije. Električna energija iz fotonaponskih sustava prvotno napaja trošila u obiteljskoj kući, a višak proizvedene električne energije može se prodati u javnoj mreži. Električna mreža vrši funkciju skladištenja energije. U slučaju da fotonaponski moduli ne proizvode dovoljno električne energije, napajanje trošila nadopunjuje se preuzimanjem energije iz mreže.

Osnovni elementi mrežnog sustava:

1. Fotonaponski moduli

2. Montažni elementi

3. Kablovi

4. Spojna kutija sa zaštitnom opremom

5. Izmjenjivač DC/AC (inverter) - solarni izmjenjivač pretvara istosmjernu struju modula u izmjeničnu, sinkroniziranu s naponom i frekvencijom mreže.

6. Brojilo prodane i kupljene energije - Registrira proizvedenu energiju predanu u mrežu i potrošenu energiju preuzetu iz mreže.

7. Priključak na mrežu - Sustavi su uglavnom priključeni na niskonaponsku razinu elektroenergetskog sustava.

8. Trošila

U principu je svaka vrsta ćelija pogodna za mrežni i za otočni sustav, ali za mrežni sustav se uglavnom koriste kristalne silicijske ćelije. Kod priključivanja na mrežu FN elektrana mora poštivati tehničke propise definirane od strane distribucijske tvrtke.  Propisi uglavnom zahtijevaju zaštitne mjere vezane za sigurnost i za utjecaj na rad mreže.  Pravila i standardi za priključivanje se još uvijek razvijaju i svaka zemlja (i distribucija) ima svoje specifičnosti. Iskustva u RH su u povoju i Hrvatska elektroprivreda (HEP) još uvijek razvija pristup priključivanja distribuiranih izvora.  Administrativne prepreke za dobivanje statusa povlaštenog proizvođača su sigurno veće od poteškoća za interkonekciju.

1.1. Otočni sustavi (engl. Stand-Alone-Systems ili Off-Grid)

Solarni fotonaponski (FN) sustavi koji nisu priključeni na mrežu (izolirani ili samostalni sustavi) se najčešće koriste na mjestima gdje nema elektroenergetske mreže ili gdje izgradnja električne mreže nije isplativa. Često se radi o malim naseljima i o teškim i nepristupačnim područjima s slabo razvijenom  infrastrukturom (primjer za uporabu takvih sustava mogu biti vikendice). U Hrvatskoj je primjena otočnih fotonaponskih  sustava posebno zanimljiva na  otocima ili u planinama (izolirane kuće, vikendice ili planinarski domovi). Otočni sustavi osigurava korisniku potpunu energetsku neovisnost.

Otočni fotonaponski  sustavi  mogu biti sa ili bez pohrane energije, što će ovisiti o vrsti primjene i načinu potrošnje energije, i hibridnog sustava.

Temeljne komponente samostalnoga fotonaponskog sustava:

1. Fotonaponski moduli

2. Solarne baterije - solarne baterije spremaju neiskorištenu energiju koju solarni moduli proizvedu tijekom dana i služe također kao izvori energije tijekom perioda kada moduli ne mogu proizvoditi (npr. po noći) ili kada ne proizvodu dovoljno energiju (npr. u maglovito vrijeme).

3. Regulator napona - njegova glavna funkcija je zaštita baterije od prenapunjenosti i od predubokog pražnjenja. Također regulator napona ima zadatak da promjenjivi napon iz solarnog modula pretvara u kontrolirani napon kojim se pune i održavaju baterije.

4. Izmjenjivač napona (ako trošila rade na izmjeničnu struju) - inverter pretvori energije istosmjernoga napona 12 ili 24V iz akumulatora u izmjenični napon 230V.

5. Trošila

Hibridni sustavi

Hibridni sustavi kombiniraju solarni fotonaponski sustavi s kogeneracijom, gorivnim člancima, vjetroagregatom ili najčešće, generatorom na dizel ili biodizel gorivo (dizel agregat). Kod takvih sustava električna energija proizvedenom solarnim modulima ili drugim izvorima sustava, prvotno napaja trošila, a višak energije puni solarne akumulatore. U slučaju da uvjeti za proizvodnju električne energije nisu ispunjeni, izvor za napajanje trošila je akumulator. Samo ako niti akumulator više nema energije za napajanje trošila, generator na dizel ili biodizel gorivo se uključuje.

U principu je svaka vrsta ćelija pogodna za mrežni i za otočni sustav.