FOTOVOLTAIKA A FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY V PODMÍNKÁCH ČR A JEJICH NAVRHOVÁNÍ

FOTOVOLTAIKA A FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY V PODMÍNKÁCH ČR A JEJICH NAVRHOVÁNÍ

Vydala: Česká energetická agentura Vinohradská 8, 120 00 Praha 2 Vypracoval: SOLARTEC s.r.o.

Tato publikace je určena pro poradenskou činnost a byla zpracována v rámci Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování

Obsah 1. Úvod 2. Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě 3. Solární články, panely a fotovoltaické systémy 4. Navrhování fotovoltaických systémů 5. Simulátor TRILLIUM PV 6. Montáž fotovoltaických systémů 7. Případová studie Grid-off systému 8. Případová studie Grid-on systému 9. Seznam firem 10. Fotovoltaický lexikon a slovník

Autoři:

Ing. Jaromír Řehák, Ing. Jiří Bártek, CSc., Ing. Radim Bařinka SOLARTEC s.r.o., Rožnov pod Radhoštěm

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 2. Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě

Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě, historie, současný stav a trendy Jiří Bártek Souhrn Příspěvek podává informaci o mimořádně rychlém vývoji fotovoltaiky. Tento progresivní obor, zahrnující širokou oblast průmyslu a služeb, od výroby “solárního” křemíku, jeho řezání na plátky, přes výrobu solárních článků a panelů až po instalaci fotovoltaických systémů a jejich provozování, nebo po výrobu elektrických spotřebičů obsahujících fotovoltaický panel jako zdroj elektřiny, patří mezi nejrychleji rostoucí obory posledního desetiletí. Dosavadní trend – nárůst průměrně 15% ročně – je spodním odhadem vývoje, který se očekává během příštích 10 až 50 let. Příspěvek zdůvodňuje, proč právě fotovoltaické zdroje elektřiny se stanou jednou z výrazných alternativ neobnovitelných zdrojů energie, a to už během poměrně krátkého časového úseku 20 až 50 let.

Obsah Souhrn ......................................................................................................................................................... 2 Obsah........................................................................................................................................................... 2 1. Konvenční zdroje energie a jejich vliv na populaci ......................................................................... 2 2. Proč právě fotovoltaika je aspirantem na energii budoucnosti? ................................................... 6 3. Vývoj světového trhu fotovoltaiky ..................................................................................................... 7 3.1 Instalovaný výkon ............................................................................................................................. 7 3.2 Předpověď vývoje trhu ...................................................................................................................... 9 3.3 Potenciál trhu fotovoltaiky ................................................................................................................. 9 3.4 Regionální cíle ................................................................................................................................ 11 4. Závěr ................................................................................................................................................... 11 Reference................................................................................................................................................... 12

1. Konvenční zdroje energie a jejich vliv na populaci Dnes se ve světovém měřítku spotřebovává obrovské množství energie. Tento vývoj byl odstartován zhruba od počátku 20. století a úzce souvisí se spotřebním způsobem života v průmyslově rozvinutých zemích. Cena energie je dnes vesměs na velmi nízké úrovni. Zásoby tradičních zdrojů energie jsou omezené a odhaduje se, že budou stačit přinejmenším na dalších 400 let za předpokladu, že spotřeba bude pokračovat v současné trendu. Je tento odhad pravděpodobný, nebo mylný? Prof. J. Schmid, předseda letošní 2. světové konference a výstavy o fotovoltaice ve Vídni, a další významné osobnosti 1 jsou jiného názoru . Tvrdí, že je evidentní, že náš čas pro vývoj a uvedení do hromadného používání alternativních obnovitelných zdrojů energie je mnohem kratší, než se obvykle soudí. Posuďte sami na následujícím výkladu. Více než 100 let vykazuje spotřeba energie ve světě více méně stabilní růstový trend, průměrně 3% ročně. Vývoj tedy sleduje exponenciální křivku (Obrázek č. 1). Toto znamení zdvojení spotřeby již za každých 24 let, uvažujeme-li stejný trend. Odhaduje se, že tento trend bude pokračovat. Prvním důvodem je úsilí rozvojových zemí, jako je například Čína, dosáhnout stejné úrovně jako v nejrozvinutějších zemích. Druhým důvodem je pokračující růst světové populace. Dnes více než dvě miliardy lidí musí žít bez elektřiny. A dá se předpokládat, že většina z nich bude dříve nebo později chtít využívat předností elektřiny. 2 Sekce 2

Stránka 2

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 2. Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě Obrázek č. 1:

Vývoj spotřeby energie ve světě

Figure1.jpg

Považuji za nezbytné připomenout vedlejší nežádoucí vlivy rostoucí spotřeby energie. Jde o globální oteplování atmosféry jako následek růstu koncentrace oxidu uhličitého (CO2) vznikajícího spalováním fosilních paliv. Odhaduje se, že k roku 2010 bude průměrné zvýšení teplot 2 až 6°C podle geografické polohy. Například v západní a severní Evropě +4,5-6°C, v severních státech USA a jižní Kanadě +5,56°C! Růstová křivka koncentrace CO2 kopíruje trend vývoje spotřeby energie a počtu populace (Obrázek č. 2). Obrázek č. 2: Vývoj populace, spotřeby energie a obsahu CO2 v atmosféře

Figure2_72.jpg

Sekce 2

Stránka 3

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 2. Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě Obrázek č. 3:

Zvýšení průměrné roční teploty k roku 2010

karte.gif

Obrázek č. 4:

Zásoba konvenčních zdrojů energie (gas = plyn, oil = ropa, coal = uhlí)

oecd.gif

Obrázek č. 5:

Životní cyklus zdrojů energie

shella.jpg

Následující tři modely popisují pravděpodobný budoucí vývoj spotřeby energie. První model (Obrázek č. 6) ukazuje velmi dramatický vývoj založený na předpokladu pokračování současného trendu, tj. růstu průměrně 3% ročně. Takto bychom zkonzumovali všechny v současnosti známé zdroje energie již během 90 let! Tento nepříznivý vliv pro lidstvo a vše živé na této planetě bohužel nemůže zvrátit ani výrazné zvýšení stavu zásob. Obrázek č. 7 je toho dokumentem. Prozrazuje, že i když se nám podaří zvýšit úroveň zásob zdrojů desetinásobně, získáme pouze dalších 90 let navíc.

Sekce 2

Stránka 4

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 2. Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě Dokonce ani důsledná opatření vedoucí k úsporám spotřeby nezmění nepříznivý vývoj. Obrázek č. 8 ukazuje scénář, který předpokládá snížení spotřeby energie na 50% dnešní průměrné úrovně, tj. na 1,5% ročně. Získali bychom pouze 20 let navíc. Nicméně, právě snižování spotřeby je třeba chápat jako nejdůležitější faktor, kterým můžeme účinně rozšířit dobu pro možné využívání současných zdrojů a současně tak chránit vzácné neobnovitelné energetické zdroje, které jsou většinou zároveň i zdroji pro chemickou výrobu, bez níž si nemůžeme představit rozvinutou společnost. Čas, který takto získáme, máme na zavedení alternativních obnovitelných zdrojů v masovém měřítku. Obrázek č. 6:

Vývoj spotřeby energie a zásob ve světě

(roční míra růstu 3%)

Figure3_72.gif (Reserv.gif)

Obrázek č. 7:

Vývoj spotřeby energie a zásob za předpokladu zvýšení zásob 10x (roční míra růstu 3%)

Figure4_72.gif (Reichw.gif)

Obrázek č. 8:

Vývoj spotřeby energie a zásob za předpokladu snížení míry spotřeby na polovinu (roční míra růstu 1,5%)

Figure5_72.jpg (Zeitg.jpg)

Sekce 2

Stránka 5


alternativní, obnovitelné zdroje energie budou muset převzít Závěr: významný, viditelný podíl na energetických zdrojích a jsou tak nezbytností pro lidstvo již v blízké budoucnosti, řádově v desítkách let! Jaký vývoj alternativních zdrojů se předpokládá? Někteří výrobci energie a distributoři trend nástupu alternativních zdrojů již zahrnuli jej do svých mnohaletých strategických plánů a investují do nich již nyní s cílem dalšího posilování této sféry v příštích letech. Jako příklad mohu uvést Royal Dutch Shell, Mobil, British Petroleum (plán růstu vlastní fotovoltaické výroby průměrně 30% ročně) a Amoco, vesměs společnosti operující s ropou a plynem. Z distributorů mohu uvést například holandskou společnost Nuon. Například Shell předpokládá, že podíl obnovitelných zdrojů u velkých výrobců energie převýší 50% již během 50 let (Obrázek č. 9). Toto číslo je ohromující, vždyť představuje dvojnásobek současné celkové světové spotřeby a v podstatě znamená, že téměř celý nárůst spotřeby ve zmíněném období má být vykryt právě alternativními energetickými zdroji! Obrázek č. 9:

Předpokládaný vývoj spotřeby energie a podílu energetických zdrojů ve světě

Figure6_72.gif

2. Proč právě fotovoltaika je aspirantem na energii budoucnosti? Dnes je příspěvek fotovoltaiky na celkovém vyráběném množství energie zanedbatelný. Nachází se ve stejném stádiu jako počítače sedmdesátých let. Fotovoltaické systémy jsou podobně sofistikované jako počítačová technika a mohou být využívány rovněž v široké řadě aplikací. Dnes je ještě velmi obtížné uvěřit, že fotovoltaika má na to, aby se převzala velký a viditelný díl zdrojů v budoucnosti. Důvody, proč je takový vývoj reálný a proč je čas s fotovoltaikou začít právě dnes jsou naznačeny dále. Největší předností fotovoltaiky je univerzální použití. FV systémy je možné používat v široké řadě výkonů, od zlomků wattu až po megawattové elektrárny, prakticky kdekoli na povrchu Země i ve vesmíru, a to v celé řadě domácích, průmyslových a komunálních aplikací. Podobně jako moderní telekomunikační systémy dovolují spojení i s nejzapadlejším koncem Země, bez použití drátů, fotovoltaiky dává podobnou možnost – energii kdekoli. Předpokládá se, že se obě tyto techniky stanou nejdůležitější základnou pro vývoj rozvojových zemí, které potřebují jak přístup k informacím tak k energii v decentralizované formě, bez nutnosti výstavby drahé konvenční infrastruktury. Fotovoltaika, podobně jako mikroelektronika, má obrovský potenciál ke snížení spotřeby materiálů na vlastní výrobu a tím ke snížení výrobních nákladů. Dosavadní vývoj potvrzuje tuto schopnost. Sekce 2

Stránka 6

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 2. Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě Nespornými přednostmi je nekonečnost - z pohledu historické doby člověka na Zemi - zdroje fotovoltaické elektřiny, slunečního světla, bezpečnost výroby a čistší a zdravější životní prostředí. Za výhodu můžeme rovněž považovat vytvoření nových stabilních pracovních míst pro výrobu a provoz fotovoltaických zařízení po celém světě. Instalované FV systémy pracují s vysokou spolehlivostí. Potvrzují to desítky tisíc už instalovaných FV systémů po celém světě, pracující po řadu let. Účinnost přeměny světla v elektřinu je stále na stejně vysoké úrovni. Přitom jsou tyto systémy použity i v klimaticky velmi obtížných oblastech jako jsou rovníkové a tropické klima, vysoké hory, osady u polárního kruhu, přímořské oblasti nebo objekty přímo na moři (lodě, majáky, ropné plošiny). Předpokládaný exponenciální růst odvětví fotovoltaiky (viz dále) vyzdvihne tento zdroj docela brzy mezi významné. Zajímavým se může ukázat srovnání s jadernou energetikou. Pokud vývoj jaderné energetiky bude pokračovat ve světě stejným trendem jako doposud, tzn. více méně stagnace, předpokládaný vzrůst výroby elektřiny fotovoltaickými zdroji povede k překonání výroby v jaderných elektrárnách již během třech až čtyřech desetiletí. (Obrázek č. 10). Obrázek č. 10: Předpokládaný růst fotovoltaiky

Figure8_72.gif (Growth.gif)

3. Vývoj světového trhu fotovoltaiky 3.1

Instalovaný výkon

Růst celkového instalovaného výkonu FV solárních modulů ve světě byl během období od roku 1990 průměrně 15% ročně. 3, podobně 4, 1, 6 (viz Tabulka č. 1, Obrázek č. 11). V roce 1997 dodávky dokonce poskočily o 38% a dosáhly 122 MWp. K tomutéž roku se souhrnný instalovaný výkon odhaduje na minimálně 0,8 GWp. Fotovoltaika, její části od výroby „solárního“ křemíku, přes výrobu křemíkových desek, článků a panelů až po instalaci FV systémů patří k nejrychleji rostoucím průmyslovým odvětvím ve světě 4 (Tabulka č. 2). V dalších letech se předpokládá zvyšování o 20-30% ročně. např.1 Tabulka č. 1: Světové dodávky fotovoltaických solárních panelů v MWp 3 Země Rok / Year [MWp]: Celkem / Total State 90 91 92 93 94 95 96 97 90÷97 USA 15,7 16,2 17,9 21,0 25,6 32,4 39,0 50,5 Japonsko / Japan 15,0 18,7 18,3 17,0 17,5 19,5 21,5 31,0 Evropa / Europe 10,5 13,0 16,0 17,0 21,6 21,6 19,0 27,5 Jiné / Other 5,7 6,0 6,0 6,0 6,0 7,5 9,0 13,0 Celkem / Total 46,9 53,9 58,2 61,0 70,7 81,0 88,5 122,0 582,2 Roční přírůstek Průměr = 15% -15% 8% 5% 16% 15% 9% 38% Annual increase Average = Tabulka č. 2:

Předpokládaný růst nejprogresivnějších odvětví v 1998 4

Odvětví / Branch Informační technologie / Information technology Mobilní telefony/ Mobile telephones

Sekce 2

Očekávaný růst / Expected Growth 10% 11%

Stránka 7

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 2. Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě Odvětví / Branch Internet Fotovoltaika / Photovoltaics

Očekávaný růst / Expected Growth 33% 43%

Obrázek č. 11: Světové dodávky fotovoltaických solárních panelů v MWp ročně 3, 6, 1 120

100

MWp/rok

80

60

40

20

0 1981

1983 PV 2010 (EPIA)

1985

1987

1989 Matlakowski, Jul.98

1991

1993

1995

1997

Dr. Räuber, ISE

Odhaduje se, že světový obchod v oblasti fotovoltaiky byl v roce 1995 ve výši asi 713 mil. USD, z nichž podíl SRN, Japonska a USA činil souhrnně 65% 5. Obrázek č. 12: Světový obchod v oblasti fotovoltaiky

Sekce 2

Stránka 8


3.2

Předpověď vývoje trhu

Obrázek č. 13: Roční dodávky ve světě – vývoj a předpověď 3, 6, 7: 800

4 000

700

3 500

Nejpravděpodobnější trend: M ost likely trend: + 20% p.a.

600

3 000

2 500

T rend sledující dosavadní růst T rend following up current growth 15% p.a.

400

2 000

300

1 500

200

1 000

100

500

0

0

1980

3.3

mil. USD /rok

MW p/rok

500

1985

1990

1995

2000

2005

2010

PV 2010 (EPIA)

PV 2010 Předpověď růst 15% Forecast - 15%



M atlakowski, Jul.98

Dr. Räuber, ISE

J. Schmid + 20% p.a. (forecast)

J. Schmid + 30% p.a. (forecast)

Kyocera, K. Inamore (O. Okki) (PVIR 7.98) (forecast)

Kyocera, K. Inamore (O. Okki) (PVIR 7.98) (forecast) mil.USD/p.a.

Potenciál trhu fotovoltaiky

Potenciál FV trh ve světě 6 odvozený od aplikací u koncových zákazníků (viz také Tabulka č. 3): • Ekonomický odůvodněné on-grid systémy na budovách • Podpořené on-grid systémy • Multi-megawattové FV systémy nebudou pravděpodobně konkurenceschopné vůči konvenčním elektrárnám ještě k roku 2010. • Venkovské aplikace (off-grid) u populace dosud nepřipojené k veřejné síti Tabulka č. 3:

Potenciál trhu fotovoltaiky k roku 2010 6 (podle aplikací u koncového uživatele)

FV aplikace

Typ FVA Region

Na budovách (fasády a hlavně střechy)

On-grid

Venkovské aplikace

Off-grid

Celkově

Evropa USA Japonsko Jiné země OECD 3. svět Evropa svět

Potenciálně instalovatelný výkon (GWp)

Wp/osobu

618 757 174 211 >16 0,15 1 776

1 584 2 344 1 385 1 564

Vyrobená elektřina (TWh/rok) 494 903 159 230

Typy fotovoltaických systémů, typy FV aplikací, rozšíření, trendy

Sekce 2

Stránka 9

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 2. Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě Fotovoltaika již dnes pokrývá široké spektrum aplikací: několik tisíc signálních bójí navádějících lodě podél pobřeží, retranslační stanice pro mobilní telefonní sítě, výkonové systémy pro obydlí, 200 000 fotovoltaikou napájených domů ve třetím světě, elektřina pro vesnice a nemocnice v Africe, FV řady na nových administrativních budovách a velké demonstrační projekty jako například megawattová elektrárna instalovaná na střeše nové veletržní výstavní plochy v Mnichově. Obrázek č. 14: Segmenty FV trhu 5 Předpověď 2010 (3,9 GWp celkově) Forecast 2010 (3,9 GWp totally)

2% 2%

3%

Solární domy Solar Home Systems

11%

Karavany, jachty Camping Boating Leisure

4% 3%

3% 3%

Čerpání vody, zavlažování Water Pumping

21%

5%

12%

Odloučené domy (Off-grid) Remote Houses

5% 6%

23%

Vnitřní aplikace Consumer Indoor On-grid FV systémy malé Grid-Connected small scale PVS

Průměr 1990-94 Average 1990-94

7%

17%

Telekomunikace Communication

15%

On-grid FV systémy střední-velké Grid-Connected large-medium scale PVS Vesnice Village Power

7% 12%

Armáda, signalizace Military / Signaling

15% 9%

3% 6%

Katodická ochrana Cathodic Protection Jiné Off-grid Other remote

7%

V podmínkách ČR a SR dominují malé odloučené (Off-grid) systémy o velikosti nejčastěji 0,05 kWp instalované na chatách, ale i na lodích a karavanech. Off-grid venkovské systémy jsou již dnes běžné v Austrálii, Francii, Itálii, Španělsku, Švýcarsku a v USA (každá z těchto zemí má instalováno více než 2 MWp ke konci roku 1995). Off-grid nevenkovské systémy zaujímají asi 20%. On-grid lokální systémy jsou poměrně novou aplikací a typicky představují systémy 1 až 50 kWp. Jsou integrovány do budov a jiných staveb. Dnes představují cca 20% z instalovaných systémů. Nejrozšířenější jsou v SRN (90%) a Švýcarsku (67%). On-grid centrální systémy jsou instalovány v Itálii, Španělsku, Švýcarsku a USA pro posílení rozvodné sítě. Tento trh je určen především k demonstraci (pouze asi 9% z instalovaných systémů). 5 V roce 2000 se předpokládá 64%-ní podíl off-grid systémů. Tabulka č. 4: Priority trhu v Evropě podle 5 : Oblast aplikace Potenciál (MWp) - teoreticky FV střechy FV fasády na komerčních a institucionálních budovách jiné grid-systémy izolované budovy a usedlosti

620.000 zahrnuto v čísle výše

Navržený kumulativní cíl pro rok 2010 (MWp) 900 400

150

400 100

Zatímco v první fázi instalace fotovoltaických systémů (FVS) se používaly tzv. standardní panely, trend jde jednoznačně k fotovoltaickým článkům integrovaných do stavebních prvků - v podobě laminátů pro obklady budov, okna a střešní krytinu. Standardní panely zůstanou vyhrazeny pro výstavbu lokálních elektráren a pro místa, kde nekazí estetický dojem, nebo kde požadavek nižší ceny převládne nad požadavkem estetickým.

Sekce 2

Stránka 10

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 2. Vývoj energetiky a fotovoltaiky ve světě Tlak architektů na určitý vzhled fotovoltaických zdrojů (FVZ) se projevuje právě v nejrozvinutějších zemích. Tomu se přizpůsobují i produkty výrobců v oblasti FVZ. V oblasti solárních panelů začíná v SRN převládat výroba laminátů solární sklo / EVA / články / EVA / Tedlar a nověji světlu více či méně polopropustné lamináty s konfigurací solární sklo / pryskyřice / články / pryskyřice / sklo, solární sklo / EVA / články / EVA / sklo nebo polykarbonát / články / sklo. Tyto panely se instalují na kovovou konstrukci na vhodné straně budovy a někdy projektanti využívají kogeneračního efektu - současné výroby elektřiny a teplého vzduchu, který se ohřívá ve vzduchové mezeře mezi panely a stěnou budovy. Podobně je tomu i u střešní krytiny s integrovanými FVZ. Čelní strana solárních článků, které se používají pro výrobu fotovoltaických (solárních) panelů, je standardně barvy temně modré, černé nebo šedé podle typu antireflexní vrstvy používané při výrobě. Výhodou antireflexní vrstvy, kterou používá u současné technologie český výrobce., je možnost různých barev - kromě základní temně modré, která je po zapouzdření do panelu téměř černá, jde o barvy světle modrou („marina blue“), hnědou, zlatou, šedou, stříbrnou a magentu (odstín červené).

3.4

Regionální cíle

Většina instalací solárních systémů leží na území průmyslově nejrozvinutějších zemí (USA, SRN, Japonsko, Švýcarsko, Francie, Itálie, Nizozemí) a v zemích, kde je instalace fotovoltaických systémů podporována vládou nebo mezinárodními organizacemi (Španělsko, Řecko, Maroko, Indonésie aj.). Velká podpora ze strany vlády je v současnosti v USA (program prezidenta Clintona 1.000.000 solárních střech 8), program Evropské Unie 1 milión fotovoltaických systémů (Bílá kniha) 1, v Japonsku (program 70.000 solárních střech; cíl 0,4 GWp do roku 2000 a 4,6 GWp do roku 2010 9), v Holandsku (10 MWp v roce 2000 - 3.000 domů, 100 MWp v roce 2007 - 40.000 domů, 250 MWp v roce 2010 - 100.000 domů a 1,4 GWp v roce 2020 - 560.000 domů 10), ve Švýcarsku je plánováno 50 MWp do roku 2000, na Krétě (50 MWp do roku 2003 11), v zemích Evropské unie (500.000 solárních střech 12) a v Indonésii (200.000 solárních domácností 13). Tabulka č. 5: Oblast Region

Regionální cíle v rozvoji fotovoltaiky (přehled) Stav k Status at

Předmět Subject

(MWp)

(počet / amount) 2000 2007

1997

USA Evropská unie / EC Japonsko / Japan Holandsko / The Netherlands Švýcarsko / Switzerland Kréta / Crete Indonésie / Indonesia Celkem / Total

Cíle do roku: Goals by year:

solární střechy / solar roofs FV systémy / PV systems solární střechy / solar roofs domácnosti / homes

Reference 2010

2020

(MWp) 2000 2003 2007 2010

2020

1 000 000 1 000 000

400

70 000 3 000

40 000

100 000

560 000

10

100

3 000

US Million Solar Roof Program (PV/solar thermal) - US Department of Energy, 1997 Bílá kniha / White Paper, 1997

5 000

New Energy Basic Guidelines (government), 1997

250

1 400

50 50 200 000 582

73 000

113 000

2 413 000

2 973 000

1 042 1 092 1 192 9 442 10 842

Teoretické úvahy naznačují, že fotovoltaické zdroje by měly v budoucnu vykrýt cca. 5÷10% celkové potřeby elektřiny státu 14, nebo dokonce až 10% celosvětové potřeby veškeré energie k roku 2050 15. Je předpoklad, že ve státech Evropské unie se do roku 2010 zvýší instalovaný výkon na 3 GWp 16. Plány odpovídají celkovému ročnímu nárůstu ve světě okolo 580 MWp 17.

4. Závěr Světová energetika se řítí směrem ke stále vyšší spotřebě. Klasické energetické zdroje nebudou schopny dlouhodobě krýt nároky populace. Jednou z mála účinných alternativ je zvýšení podílu alternativních zdrojů. Od fotovoltaiky se očekává, že se už během relativně krátké doby, 20 až 50 let, stane viditelným a významným zdrojem nejčistší formy energie, elektřiny. Cestou k tomu bude instalace fotovoltaických solárních systémů na venkově (zejména v rozvojových zemích) a fotovoltaika integrovaná do stěn a střech budov.

Sekce 2

Stránka 11


Reference 1

2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Vienna, Jul.98. J. Schmid: PV as a global energy source, přednáška

2

2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Vienna, Jul.98: Press Release on the Conference Opening 6 July

3

2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Vienna, Jul.98. Gaell Matlakowski, Ulrich Theden, Andrew Blakers (all from the Australian National University, Canberra): Photovoltaic Market Analysis, poster VA2.25

4

2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Vienna, Jul.98. Geerl Palmers (EUREC Agency, Leuven), Jack Stone (NREL, Golden), Yoshihirio Hamakawa (Ritsumeikan University, Shiga): A 25 Years Perspective on the Influence and Impact of Publicly Funded PV Programs in Europe, the United States and Japan, poster VA2.13

5

IEA International Energy Agency, Photovoltaic power systems programme, Executive Summary

6

Commission of the European Communities, Directorate General for Energy, 1995, Photovoltaics in 2010 PV 2010.

7

Photovoltaic Insider’s Report, Vol. XVII No. 7, July 1998

8

IEA, 1997, US 1 million rooftop program announced at Photovoltaic Power Systems Program, Task VII meeting, Oxford, UK, Apr.97

9

International Energy Agency, 1995, PV Power, IEA PVPS Task 1 Newsletter, Sept.97

10

Summary of the framework programme NOZ-PV 1997-2000

11

Photon, Jul.-Aug. 97, str. 8

12

14th European Photovoltaic Conference and Exhibition, Barcelona, Jun.97. Conference Highlights

13

Informace od bmc Solar Industrie GmbH, Jan.98

14

Atlantis Energie Systeme, Dec.97

15

2nd World Conference and Exhibition on Photovoltaic Solar Energy Conversion, Vienna, Jul.98. Dr. Fritz Vahrenholt (Chairman of the Board of Management of Shell AG)

16

Photon, Jan.-Feb. 98, str. 25

17

Photovoltaics Special Research Centre, School of Electrical Engineering, University of New South Wales, Sydney, Australia, 1997, Assessing the potential for PV in buildings, report

Sekce 2

Stránka 12

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování:

Solární články, panely a fotovoltaické systémy Ing. Radim Bařinka Obsah 1

FOTOVOLTAICKÉ SOLÁRNÍ ČLÁNKY................................................................................................................ 13 1.1 OBJEMOVÉ KRYSTALICKÉ MATERIÁLY ........................................................................................................................ 15 1.1.1 Krystalický křemík ............................................................................................................................................ 15 1.1.2 Galium Arsenid (GaAs)..................................................................................................................................... 16 1.2 TENKOVRSTVÉ MATERIÁLY ......................................................................................................................................... 16 1.2.1 Amorfní křemík (a-Si:H) ................................................................................................................................... 16 1.2.2 Kadmium Telurid (CdTe).................................................................................................................................. 16 1.2.3 Copper Indium Diselenide (CuInSe2, nebo CIS)............................................................................................... 16

2

FOTOVOLTAICKÉ MODULY.................................................................................................................................. 16 2.1 2.2

3

KONSTRUKCE PANELŮ ................................................................................................................................................ 16 KONCENTRÁTOROVÉ FOTOVOLTAICKÉ MODULY ......................................................................................................... 18

FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY................................................................................................................................. 18 3.1 AUTONOMNÍ SYSTÉMY - GRID-OFF ............................................................................................................................. 18 3.1.1 Grid-off systémy s přímým napájením ............................................................................................................. 19 3.1.2 Grid-off systém s akumulací elektrické energie ............................................................................................... 19 3.1.3 Hybridní Grid-off systém .................................................................................................................................. 19 3.2 SYSTÉMY DODÁVAJÍCÍ ELEKTRICKOU ENERGII DO VEŘEJNÉ ROZVODNÉ SÍTĚ. ............................................................. 20

4

PRVKY FOTOVOLTAICKÝCH SYSTÉMŮ............................................................................................................ 20 4.1 PRVKY AUTONOMNÍCH SYSTÉMŮ ................................................................................................................................ 20 4.1.1 Akumulátorová baterie...................................................................................................................................... 20 4.1.2 Regulátory pro grid-off systémy........................................................................................................................ 21 4.1.3 Měnič napětí ..................................................................................................................................................... 21 4.2 PRVKY GRID-ON SYSTÉMŮ .......................................................................................................................................... 22 4.3 VLASTNOSTI FOTOVOLTAICKÝCH SYSTÉMŮ ................................................................................................................ 22

1

Fotovoltaické solární články

Fotovoltaický článek je základním prvkem systémů pro přeměnu slunečního záření na elektrickou energii. Ať již je typ článku jakýkoliv, vždy se jedná o velkoplošnou polovodičovou součástku s jedním nebo i více PN přechody. Rozměry komerčně vyráběných solárních článků nejsou větší než 200mm a tloušťka nepřesahuje přes 400 µm. Jedná se tedy o velice tenké destičky. Přední strana solárního článku je uzpůsobena k pohlcování slunečního záření. Solární články jsou ve většině případů opatřeny ze přední i zadní strany kovovými kontakty pro připojení sběrných vodičů. Po vystavení přední strany solárního článku slunečnímu záření zachycené fotony generují v křemíku kladné a záporné náboje. Dosáhnou-li náboje polovodičového přechodu jsou separovány – elektrony v N+ a kladné náboje v základním P materiálu. Na kontaktech solárního článku se objeví stejnosměrné napětí o velikosti řádově stovky mV. Připojeným vnějším obvodem potom protéká stejnosměrný elektrický proud – Obrázek 1. Velikost proudu je úměrná intenzitě slunečního záření. Kladný pól je na zadní straně destičky v podobě celoplošného kontaktu a záporný pól je na přední straně tvořen kontaktní mřížkou tak, aby pokrývala co nejmenší plochu. Typickými parametry solárních článků je napětí naprázdno Uoc, proud nakrátko Isc, faktor zaplnění FF a účinnost EFF. Elektrické parametry jsou měřeny za standardních podmínek tj. intenzita záření 1000Wm-2 při AM 1,5 a teplotě 25°C.

Sekce 3

Stránka 13


Řez monokrystalickým solárním článkem

Obrázek č. 1: Řez solárním článkem Od prvního komerčního uvedení fotovoltaického křemíkového článku v roce 1954 bylo vyvinuto veliké množství rozličných technologií výroby solárních článků využívajících vlastností různých polovodičových materiálů. Nicméně pouze několik z nich má nárok na uplatnění v hromadné výrobě. Mezi rozhodující parametry každé technologie patří nesporně cena solárního článku za jeden W. V současné době se cena solárních článků podílí přibližně ze 68% na celkové ceně fotovoltaického modulu, jak je patrné z Obr.2. Zcela samozřejmě se potom jeví úsilí o dosažení nižší výrobní ceny solárních článků na jeden Watt. Výzkumná a vývojová pracoviště po celém světě se pokouší snížení ceny dosáhnout využitím nových základních materiálů, zvýšením účinnosti, levnějšími technologickými postupy. Kromě ceny jsou důležitými vlastnostmi ještě účinnost a stabilita elektrických parametrů. Při porovnávání jednotlivých technologií je potřeba přihlédnout i k těmto vlastnostech.

Výroba solárního modulu – 40%

Výroba solárního modulu – 32% Křemíková destička 30%

Výroba solárních článků – 30%

Křemíková destička 53%

Výroba solárních článků – 15%

Během uvedeného období cena solárního panelu poklesla o 40%.

Obrázek č. 2: Podíl nejdůležitějších nákladových položek při výrobě solárního panelu v roce 1985 a 1995

Materiály pro výrobu solárních článků lze kategorizovat dle způsobu jejich přípravy jako objemové krystalické materiály a tenkovrstvé deponované materiály amorfní, poly- a mikrokrystalické.

Sekce 3

Stránka 14


1.1

Objemové krystalické materiály

1.1.1 Krystalický křemík V současné době je to nejvíce používaný materiál pro výrobu solárních článku. S dostupností materiálu nejsou potíže, neboť oxid křemičitý je zastoupen v zemské kůře přibližně ze 30%. Technologie zpracování křemíku je v polovodičovém průmyslu dobře zvládnutá. Výchozím materiálem je čistý křemičitý písek. Výsledkem složitého a energeticky náročného technologického postupu je polykrystalický křemík o vysoké čistotě. V praxi se však pro výrobu solárních článků využívá odpadového křemíku z polovodičového průmyslu. Vzhledem k jeho vysoké ceně, která významně zasahuje do konečné ceny systémů jsou mnohé výzkumné a vývojové práce zaměřeny na snížení ztrát v průběhu přípravy křemíku, na nalezení a zavedení energeticky úsporných postupů. 1.1.1.1 Monokrystalický křemík se připravuje tažením monokrystalu z taveniny. Na konci procesu je získán monokrystalický křemíkový válec - ingot o průměru 125 až 300 mm. Válec je ořezán do tvaru hranolu. Křemíkové destičky o tloušťce 200 až 360 µm jsou získány rozřezáním kvádru speciální drátovou pilou. Bohužel, v procesu dělení ingotu na jednotlivé destičky dochází k velikým ztrátám cenného materiálu. Z předchozího výkladu je patrné, proč se křemíkový materiál podílí na ceně solárního panelu až z 50%. - viz. Obr. 2. V laboratorních postupech je na monokrystalickém křemíku dosahováno účinnosti až 24%. Účinnost sériově vyráběných solárních článků je typicky do 14% a v současnost i 15%. Při intenzitě záření 1000 Wm-2 jsou pro sériově vyráběný solární článek z monokrystalického křemíku s rozměrem 102,5 × 102,5 mm uvedeny tyto parametry následující: Uoc= 610mV,

Isc=3,45A,

FF= 76%,

EFF= 15%.

Na Obr. 3 je uvedena volt-ampérová charakteristika solárního článku s důležitými parametry VA-characteristic 3

UOC

2

I[amper]

1 0 -0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

-1 -2 -3

ISC

Pm

-4 V[volt]

Obrázek č. 3: Volt-ampérová charakteristika solárního článku monoSi

1.1.1.2 Polykrystalický křemík je stále více využíván jako vstupní materiál díky své nižší výrobní ceně ( odpadá proces tažení Sekce 3

Stránka 15


monokrystalu), přestože dosahovaná účinnost je nižší než je tomu v případě monokrystalického křemíku. Laboratorní solární články dosahují účinnosti 18% a podmínkách hromadné výroby nepřesahuje 14%. Destičky polykrystalického křemíku jsou čtvercového tvaru a jsou řezány z odlévaného křemíkového ingotu. V průběhu tuhnutí taveniny dochází k tvorbě různě velikých a orientovaných krystalů. Polykrystalická struktura materiálu dodává těmto článkům charakteristický vzhled. 1.1.1.3 Hranou-definovaný film - EFG Z taveniny tažené pásky – téměř monokrystalický křemíkový pásek narůstající z roztaveného křemíku v kelímku, vytahovaného kapilárními silami mezi plochami grafitové štěrbiny. Firma ASE zahájila výrobu solárních článků na materiálu HEXAGON. Dlouhá křemíková šestihranná trubka je tažena s taveniny. Trubka je poté dělena na pásky a dále na články pouhým lomem. Tímto způsobem jsou eliminované ztráty materiálu řezáním. 1.1.2 Galium Arsenid (GaAs) GaAs je slitinový polovodičový materiál typu AIIIBV, z něhož jsou vyráběny solární články s vysokou účinností. Zpravidla jsou tyto články použity pro koncentrátorové moduly a pro kosmické aplikace. Důvodem je mnohonásobně vyšší cena a vysoká kvalita článků. Účinnost článků z výzkumných laboratoří je vyšší než 25% při intenzitě 1-Slunce. V podmínkách koncentrovaného slunečního záření dosahují GaAs články účinnosti 28%. Pro zvýšení účinnosti na 30% jsou vytvářeny složité struktury s několika polovodičovými přechody založené na GaAs a příbuzných materiálech typu AIIIBV.

1.2

Tenkovrstvé materiály

1.2.1 Amorfní křemík (a-Si:H) Nekrystalická forma křemíku, prvně použitá ve fotovoltaice v roce 1974. V roce 1996 se amorfní křemík podílel 15% na celosvětové produkci. Největší uplatnění nalézá v aplikacích spotřební elektroniky a s výhodou se používají v systémech zabudovaných do budov místo prosklených ploch. Na rozdíl od krystalických materiálů nejsou vyráběny jednotlivé články, ale vytváří se celé moduly najednou. Malé experimentální moduly dosahují účinnosti 10% a v případě sériově vyráběných modulů je účinnost 5 až 7%. Velikým problémem zůstává degradace materiálu po expozici na slunečním záření. 1.2.2 Kadmium Telurid (CdTe) Tenkovrstvý film polykrystalického materiálu - CdTe nanášeného elektrodepozicí, sprejováním a vysokorychlostním napařováním, skýtá v sobě příslib na levnou technologii. Malé laboratorní vzorky dosahují účinnosti 16% a komerční moduly s plochou 7200 cm-2 mají účinnost 8,4%. 1.2.3 Copper Indium Diselenide (CuInSe2, nebo CIS) Tenkovrstvý film polykrystalického materiálu, na kterém je v podmínkách výzkumu dosahováno účinnosti 17,7%.

2

Fotovoltaické moduly

Sériovým nebo i paralelním elektrickým propojením solárních článků vzniká po zapouzdření solární modul.

2.1

Konstrukce panelů

Solární články jsou dosti křehké a metalizace kontaktů by na vnějším prostředí podléhala korozi, proto jsou z nich sestavovány solární moduly. Dalším důvodem sdružování solárních článků do solárních panelů je usnadnění manipulace při montáži fotovoltaických systémů. Články jsou sériově elektricky spojeny tak, aby napětí panelu umožnilo přímé využití dodávané elektrické energie. Konstrukce solárních modulů jsou značně rozmanité. Panel musí zajistit hermetické zapouzdření Sekce 3

Stránka 16


solárních článků. Důležitou vlastností fotovoltaických modulů je jejich dostatečná mechanická pevnost a odolnost. Moduly jsou vystaveny mnohdy drsným klimatickým podmínkám. V zimních měsících může docházet k rychlým a velikým teplotním změnám, což zvyšuje riziko narušení vodivých spojů na solárních článcích. Proto jsou moduly opatřeny kovovými nebo plastovými rámy pro zpevnění konstrukce fotovoltaického modulu. Přední krycí materiál musí odolávat silnému krupobití. Je-li použito sklo musí být kalené. Kalené sklo

Rám z hliníkového profilu

EVA Solární články EVA Tedlar Polymer Tedlar

Připojovací box

Obrázek č. 4: Snímek 72 článkového solárního modulu s hliníkovým rámem a schéma téhož modulu s ukázkou jednotlivých vrstev Způsob instalace daný druhem zvoleného fotovoltaického modulu může značně ovlivnit konečnou cenu montáže fotovoltaického systému. Nezanedbatelnou funkcí solárních panelů je jejich estetické řešení. Vhodným začleněním solárních panelů do pláště budovy lze dosáhnout jejího atraktivního vzhledu. Pospojované solární články jsou umístěny mezi dvě skla a zatěsněny. Přidáním dalšího skla vznikne tepelně-izolační solární modul do zavěšené fasády. Časté jsou i konstrukce se sklem z přední strany a nalaminovanou folií případně zalitím do průhledné hmoty ze strany zadní. Zadní strana panelu může být tvořena i plechovou či ethernitovou nosnou deskou. Panely mohou být vsazeny do pevného hliníkového rámu. Připojení panelu do systému se provádí ve vodotěsné instalační krabici na zadní straně, případně kabelem, který je součástí panelu. a)

b)

Sekce 3

Stránka 17


c)

d)

e)

Obrázek č. 5: Základní druhy solárních modulů a) s oboustranným zasklením, b) v izolačním dvojskle, c) se zadní stranou zalitou pryskyřicí, d) se zadní stranou laminovanou folií, e) se zadní stranou z netransparentního materiálu ( plech, ethernit) Od výše popsané konstrukce se neliší většina standardních panelů, které jsou sestaveny z 36 a až 40 článků a jejich jmenovité napětí je 12 V. V poslední době se mnoho výrobců panelů zabývá vývojem, výrobou a instalací speciálních solárních modulů pro instalace solárních systémů na budovách. Pozornost je věnována hlavně maximálnímu zjednodušení instalace, snížení nákladů spojením s jinou stavebně-konstrukční funkcí případně snaze zaujmout netradičním a atraktivním řešením. Například u panelů pro transparentní fasády a skleníky je možné šířkou mezery mezi články určit míru zastínění vnitřního prostoru. Životnost solárních panelů je minimálně 20 let.

2.2

Koncentrátorové fotovoltaické moduly

Koncentrátorové systémy využívají k soustředění slunečního záření na solární články čočky nebo zrcadlové plochy. Fresnelovy lineární čočky nebo bodové čočky umožňující koncentraci 10x až 500x jsou zpravidla zhotoveny z levného plastu. Pro koncentrátorové moduly se nejvíce používají křemíkové solární články s malou plochou. Při použití GaAs solárních článků je dosahováno vyšší účinnosti a mohou pracovat při vyšší teplotě, nicméně jejich cena je mnohem vyšší. Účinnost modulu je vyšší než 17%. Koncentrátorové články jsou zhotoveny s účinností 30%. Zrcadlové plochy jsou využívány pro zvýšení výkonu solárních panelů a to buď dosažením vyšší intenzity slunečního záření nebo prodloužením doby, po kterou je panel vystaven slunečnímu záření. Koncentrátorové solární moduly je nutné neustále orientovat na Slunce, tak aby byly solární články po celou dobu v ohnisku čoček. Vyžadují ke své uspokojivé funkci přímé sluneční záření, a proto nejsou vhodné pro oblasti s výskytem difúzního záření tj. v oblastech s častou oblačností.

3

Fotovoltaické systémy

Slunečnímu záření vystavené fotovoltaické moduly jsou schopny dodávat do spotřebiče stejnosměrný proud. Pro jeho následné využití je potřeba připojit k modulu kromě elektrických spotřebičů další technické prvky – např. akumulátorovou baterii, regulační zařízení, měnič, sledovač Slunce, indikační a měřící přístroje. Sestava fotovoltaického modulu, spotřebiče a případně dalších prvků se nazývá fotovoltaickým systémem. Množství a skladba prvků fotovoltaického systému závisí na druhu aplikace.

3.1

Autonomní systémy - Grid-off

Autonomní systémy jsou instalovány na místech, kde není účelné budovat elektrickou přípojku. Realizace fotovoltaického systému se stává výhodnější variantou v případě, že stávající nejbližší přípojné místo k rozvodné síti je dále než 500 až 1000 m ( záleží na typu přípojky). Výkony Sekce 3

Stránka 18


autonomních systémů se pohybují v intervalu 10 - 10 000 wattů špičkového výkonu. V návrhu takto napájeného objektu nelze opomenout zřízení zvláštní místnosti pro akumulátory a případně pro spalovací generátor. U autonomních systémů je kladen důraz na minimální ztráty energie a na používání energeticky úsporných spotřebičů. Příklady použití: horské chaty, samoty, rekreační objekty, telekomunikační zařízení. Tyto systémy jsou nejvíce používány v Austrálii, Francii, Itálii, Španělsku, Švýcarsku a v USA ( každá z těchto zemí má instalováno více než 2 MWp ke konci roku 1995). Veliký potenciál se nachází v odlehlých oblastech rozvojových zemí. 3.1.1 Grid-off systémy s přímým napájením Systémy s přímým napájením jsou realizovány všude tam, kde nevadí, že připojené elektrické zařízení je funkční jenom v případě dostatečné intenzity slunečního záření. Jedná se pouze o propojení solárního modulu a spotřebiče. Čerpání vody pro závlahu je ukázkou aplikací systému bez akumulace el. energie., napájení oběhového čerpadla solárního systému pro přípravu teplé užitkové vody, napájení čerpadla okrasné fontánky nebo napájení ventilátoru odvětrání uzavřených prostor .

Spotřebič

Solární panely Obrázek č. 6: Systém s přímým napájením spotřebiče

3.1.2 Grid-off systém s akumulací elektrické energie Doba, po kterou je k dispozici energie ze solárních panelů většinou není totožná s dobou, kdy nastává její největší spotřeba. Z toho důvodu jsou nezbytnou součástí autonomních systémů akumulátorové baterie. Životnost akumulátorové baterie silně závisí na způsobu nabíjení a vybíjení, proto optimální chod systému je zajištěn solárním regulátorem. K autonomnímu systému lze připojit spotřebiče na stejnosměrný proud (napětí systému zpravidla 12 nebo 24V), tak běžné síťové spotřebiče 230V/ ~50Hz napájené přes napěťový měnič. 3.1.3 Hybridní Grid-off systém V zimních měsících je možné získat z fotovoltaického zdroje podstatně méně elektrické energie než v letních měsících. Proto je nutné systémy s celoročním provozem a s častým užíváním dimenzovat na zimní provoz. Instalovaný výkon fotovoltaických panelů však v takovém případě neúměrně naroste a s tím i investiční náklady. Navíc v letních měsících je potom systém silně předimenzovaný. Mnohem výhodnější je potom z tohoto hlediska připojit k energetickému systému doplňkový zdroj elektrické energie, který pokryje potřebu elektrické energie v obdobích s nedostatečným slunečním svitem. Takovým zdrojem může být větrný generátor, spalovací generátor nejlépe s kogenerací (společná výroba elektrické a tepelné energie) a nebo malá vodní elektrárna. 12 Vss (24;48Vss)

Regulátor nabíjení/ bíj í

Solární panely Vítr....... . Voda....

G

st

Pro hybridní

TV 12 Vss (24;48Vss)

Měnič xxVss/230Vst

ss Akumulátoro vá baterie

Svítídlo

230Vst/ 50Hz

Chladničk Běžné síťové spotřebiče

Obrázek č. 7: Grid-off systém s možností připojení dalších zdrojů el.energie – hybridní systém Sekce 3

Stránka 19


3.2

Systémy dodávající elektrickou energii do veřejné rozvodné sítě.

Tyto systémy jsou nejvíce uplatňovány v oblastech s hustou sítí elektrických rozvodů. V případě dostatečného slunečního svitu jsou spotřebiče v budově napájeny vlastní „solární“ elektrickou energií a případný přebytek je dodáván do veřejné rozvodné sítě přes elektroměr. Pokud nedostačuje vlastní solární zdroj k pokrytí spotřeby v budově, je elektrická energie odebírána přes druhý elektroměr z rozvodné sítě. Systém funguje zcela automaticky. Připojení k síti podléhá schvalovacímu řízení u rozvodných závodů. Špičkový výkon fotovoltaických systémů připojených k rozvodné síti je v rozmezí jednotek až stovek kilowatt. Fotovoltaické panely jsou většinou integrovány do obvodového pláště budov. Dnes představují cca 20% z instalovaných systémů. Nejrozšířenější jsou v SRN (90%) a Švýcarsku (67%).

Solární moduly

Síťový měnič pro solární systémy

elektroměry

Veřejná rozvodná síť

Vnitřní elektrické rozvody

Obrázek č. 8: Grid-on systém pro připojení k rozvodné síti

4 4.1

Prvky fotovoltaických systémů Prvky autonomních systémů

Mezi nejdůležitější prvky patří kromě solárních panelů akumulátorové baterie, solární regulátor a další elektrotechnické prvky (jističe, pojistky, spínače, vodiče, .....). Samozřejmě musíme zaměřit pozornost i na spotřebiče, neboť jejich vhodnou volbou můžeme významně snížit nutné pořizovací a provozní náklady. Systémy je možné doplnit o další zařízení jako je napěťový měnič, sledovač Slunce, měřící přístroje nebo doplňkový zdroj elektrické energie s nabíjecím zařízením. 4.1.1 Akumulátorová baterie je určena ke skladování elektrické energie dodané v našem případě fotovoltaickými panely. V případě většiny systémů typu grid-off jsou jejich nezbytnou součástí. Požadavek na spotřebu elektrické energie se zpravidla časově nekryje s možným přísunem energie z fotovoltaických panelů, ať již v cyklu den/noc nebo v závislosti na ročním období a na počasí. Na trhu jsou nabízeny „solární akumulátorové baterie“. V podstatě se jedná o baterii nejblíže staničnímu a trakčnímu typu. Rozhodně se výrazně odlišuje od baterie startovací, proto tento typ není pro fotovoltaické systémy vhodný. Ideální akumulátorová baterie pro fotovoltaické systémy by měla splňovat následující požadavky: • minimální samovybíjení • pracuje s dobrou účinností už při malých nabíjecích proudech • je vhodná pro cyklický provoz • snese hlubší vybíjení • vyžaduje minimální údržbu • dlouhá životnost • minimální snížení nabíjecích a vybíjecích vlastností při nízkých teplotách

Sekce 3

Stránka 20


Pro použití ve fotovoltaických systémech připadá v současné době do úvahy použití těchto druhů akumulátorových baterií: • nejvíce rozšířené jsou baterie olověné • pro speciální aplikace jsou vhodné články nebo monobloky nikl-kadmiové (NiCd), případně niklželezné (NiFe) • v případě aplikací s malým výkonem se nabízí články nebo baterie typu Pb, NiCd, NiMH, Ionlithiové články a nově alkalické nabíjecí články. Akumulátorové články a baterie? Základní prvkem je akumulátorový článek, který se skládá ze dvou elektrod ( kladné a záporné), elektrolytu, separátoru, pólových vývodů a z pouzdra. Akumulátorová baterie vzniká sériovým řazením článků, přičemž pouzdro a pólové vývody jsou společné pro všechny články v baterii v případě monobloků. Zapojením jednotlivých zapouzdřených článků vzniká článková baterie.

4.1.2 Regulátory pro grid-off systémy Solární regulátory zastupují mnoho užitečných funkcí ve fotovoltaických systémech. Životnost akumulátorové baterie silně závisí na způsobu nabíjení a vybíjení, proto optimální chod systému je zajištěn solárním regulátorem. Hlavními úkoly jsou zamezení nešetrného provozování akumulátorové baterie, zamezení ztrát energie, maximální využití solární energie a předejití poškozením nebo zničení některé z části fotovoltaického systému. Provozní jmenovité napětí regulátoru je u jednoduchých typů pevně nastaveno. Složitější a kvalitnější regulátory je možné připojit na obě napětí ( 12 i 24 V). Nastavení provozního napětí na regulátoru se provádí změnou propojek nebo je dané napětí automaticky nastaveno po zapojení regulátoru do systému. Nabíjení akumulátorové baterie ze solárních modulů probíhá plným proudem až do určité napěťové úrovně. Poté dochází buď k omezování nabíjecího proudu nebo je nabíjení úplně přerušeno, což záleží na typu regulátoru. Napěťová úroveň pro ukončení nabíjení je dána napětím baterie, při němž ještě nadměrně neplynuje. U typu s omezováním nabíjecího proudu je dosaženo vyššího stupně nabití. Nabíjení, u druhého typu, je opět zahájeno po poklesu napětí na baterii na stanovené napětí. Velice kvalitní regulátory umožňují provozovat solární panely neustále v bodě maximálního výkonu a tak využívat maximum dostupné energie. Zvláště u mobilních aplikací je vhodná ochrana regulátoru proti přepólování. Většina regulátoru poskytuje ochranu proti zpětnému vybíjení baterie přes solární panely v noci. Tuto funkci plní Shottkyho dioda s malým úbytkem napětí. Důležitou vlastností solárních regulátorů je možnost odpojení zátěže od akumulátorové baterie. K odpojení dochází při nízkém napětí na baterii ( u olověné baterie typicky 10,5 V) , a tak jej chrání před hlubokým vybitím. Odpojení zátěže může také nastat při proudovém přetížení nebo v případě zkratu v obvodu zátěže. K dispozici jsou i regulátory bez odpojování zátěže při nízkém napětí. Regulátory bez odpojení zátěže jsou vhodné do Grid-off systémů s měničem 12 (24V)/230V, 50Hz, neboť ty mají zpravidla svoji vlastní ochranu baterie proti hlubokému vybití. Regulátory mohou obsahovat obvody pro teplotní kompenzaci regulačních napětí. Regulátory jsou ve všech případech vybaveny alespoň jednoduchou indikaci stavu systému pomocí svítivých diod. Pak je snadné rychle zkontrolovat přibližný stupeň nabití baterie a poruchové stavy. Dražší regulátory umožňují zobrazovat na malém zobrazovači ne jenom orientační stav systému, ale také přímo číselné hodnoty napětí a proudů v systému. 4.1.3 Měnič napětí V některých případech je výhodné provozovat v rámci autonomního fotovoltaického systému běžné síťové spotřebiče pro napětí 230 V / 50Hz. V tomto případě je potřeba do systému začlenit napěťový měnič, který převede stejnosměrné napětí ( zpravidla 12 nebo 24V) na napětí střídavé 230 V / 50Hz.

Sekce 3

Stránka 21


Nejjednodušší napěťové měniče dodávají na výstupu proud s obdélníkovým průběhem, který se však nehodí pro všechny spotřebiče. Dostačující je pro odporové zátěže. Pro většinu běžných spotřebičů jsou vhodné měniče s lichoběžníkovým průběhem Obrázek č. 9. Kvalitní napěťové měniče mají na výstupu průběh sinusový.

Obrázek č. 9 : Ukázka obdélníkového a lichoběžníkového výstupního průběhu

Požadavky na napěťové měniče: • obecně • přeměna musí být provedena s dobrou účinností ( 90 -– 95%) • musí zajišťovat bezpečný provoz • snadná kontrola stavu • vhodný je automatický provoz • minimální klidový odběr v nezatíženém stavu • na vstupní straně • měnič musí být schopen pracovat v rozsahu kolísání napětí na baterii • musí zajišťovat ochranu akumulátorové baterie proti hlubokému vybití • měnič musí být odolný proti přepólování vstupních svorek • odolnost proti přepětí na vstupu měniče • na výstupní straně • průběh výstupního proudu musí odpovídat dané aplikaci • je požadována stabilita velikosti napětí a kmitočtu • měnič musí snést krátkodobé přetížení – až 1,5 násobek jmenovitého výkonu • odolnost proti zkratu.

4.2

Prvky grid-on systémů

Síťový měnič převádí stejnosměrný proud dodávaný fotovoltaickými panely na proud střídavý 230V / 50Hz a hlavně musí být schopen spolupracovat s rozvodnou sítí. Kromě této základní funkce musí každý síťový měnič splnit i další důležité funkce ochranné a bezpečnostní, bez nichž by nebylo povoleno připojení systému k rozvodné síti. Mezi nejdůležitější patří automatické odpojení měniče při poklesu napětí síti nebo při výpadku, zkratová ochrana, ochrana před atmosférickými výboji. Měniče musí splňovat přísné normy ohledně kvality dodávané energie. Činnost měničů je zajištěna digitálním řídícím systémem. Některé z měničů umožňují zobrazení a případně i záznam provozního stavu a systémových veličin – např. proudy a napětí, výkon, teplotu, množství dodané energie ..... . K měniči je možné připojit PC pro kvalitnější zobrazení a analýzu naměřených hodnot.

4.3

Vlastnosti fotovoltaických systémů

Elektrická energie, kterou lze získat z fotovoltaického zdroje je značně proměnná v závislosti na denní době, roční době a na oblačnosti. Z dlouhodobě měřených hodnot intenzity slunečního záření na několika lokalitách v ČR, lze odvodit dostatečně přesné údaje potřebné pro výpočet energetické bilance fotovoltaických systémů. Jeden metr čtvereční solárního modulu s monokrystalickými články má výkon 110 WP při standardním Sekce 3

Stránka 22


osvětlení 1000 Wm-2 a slunečním spektru AM 1,5. Z této plochy je možné během jednoho roku získat 60 – 80 kWh elektrické energie ( hodnoty uváděné pro systémy připojené k síti). Průměrné hodnoty elektrické energie [Wh/den], kterou lze získat ke spotřebě během jednoho dne ze solárního panelu s výkonem 110 WP dle měsíců jsou v následující tabulce: leden 80

únor 138

březen duben květen červen červenec srpen 213 302 383 390 408 360

Sekce 3

září 265

říjen listopad prosinec 179 83 60

Stránka 23

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 4. Navrhování fotovoltaických systémů

Navrhování fotovoltaického systému Jiří Bártek

Souhrn Příspěvek informuje o pravidlech navrhování, upozorňuje na záludnosti a naznačuje možnosti v situaci, kdy se dostane návrhář nebo uživatel do úzkých a narazí na meze. Je určen zejména pro začínající návrháře – designéry, ale také pro uživatele fotovoltaického systému (FVS), kteří mu chtějí více porozumět, nebo si přejí udělat návrh sami.

Obsah Souhrn ....................................................................................................................................................... 24 Obsah......................................................................................................................................................... 24 1. Předslov.............................................................................................................................................. 24 2. Co by měl znát uživatel FVS ............................................................................................................. 24 3. Jak postupovat při návrhu................................................................................................................ 27 3.1 Orientační (předběžný) návrh ......................................................................................................... 27 3.2 Návrh FVS včetně komentáře......................................................................................................... 27 3.3 Návrh pomocí speciálního programu.............................................................................................. 28 4. Jak reagovat na vysokou pořizovací cenu FVS ............................................................................. 28 5. Co když se vám solární panely na vašem objektu nelíbí? ............................................................ 28 6. Závěr ................................................................................................................................................... 28 Přílohy:....................................................................................................................................................... 28

1. Předslov Navrhování FVS patří k nejzodpovědnější předprodejní činnosti dodavatelů solárních panelů a příslušenství FVS a montážních firem. Správné navrhnutí FVS je základem pro jeho dlouholetou spolehlivou činnost.

2. Co by měl vědět uživatel FVS Návrh vychází z informací budoucího uživatele FVS o průměrném množství elektrické energie ve watthodinách (Wh), kterou potřebuje za týden nebo den. Důležité je sdělit, zda elektřina má být dodávána do vlastního elektrického rozvodu po celý rok, rovnoměrně nebo s vyšší průměrnou spotřebou v určitém období, nebo jen po určitou část roku (u malých aplikacích často jen v létě, popřípadě od jara do podzimu), zda je provoz v tomto období každodenní, víkendový nebo v jiném denním režimu. Informace o sezónnosti provozu je velmi důležitá s ohledem na nerovnoměrnost dávek dopadajícího slunečního záření v průběhu roku (viz Obrázek č. 1). V každém případě výsledkem musí být průměrná spotřeba ve Wh/den. U nových staveb je důležité posoudit varianty zásobování elektrickou energií: - přípojka ze sítě, pokud není od objektu příliš vzdálená (více než cca. 0,5 km), je v dnešních podmínkách výhodnější než FVS; - napájení z elektrocentrály je většinou nákladnější. Například při porovnání fotovoltaiky s dieselovým generátorem je fotovoltaika výhodnějším zdrojem při potřebě elektřiny menší než 10 kWh za den;

Sekce 4

Stránka 24


-

kombinace fotovoltaického systému s jiným generátorem elektřiny (tzv. bivalentní systém)

-

FVS systém připojený přímo na síť zatím nemá v ČR ekonomické opodstatnění, nicméně jeho použití je věcí prestiže investora a v případě integrace fotovoltaiky do stavebních prvků není zvýšení ceny tolik výrazné.

Zatím nelze uvažovat o vytápění pomocí FV systémů. Výhodnější je použití moderních kotlů na spalování dřeva a paliv ze zbytků dřeva (pelety, brikety), které mají vysokou účinnost a jsou vhodné i k automatickému provozu kotle. V budoucnu bude zřejmě zajímavá kombinace tepelného čerpadla s fotovoltaickým zdrojem, který bude pohánět čerpadlo a dodávat elektřinu pro domácí spotřebiče. Pro přípravu teplé vody lze doporučit solární kolektory (někdy nazývány také solární panely), které pracující na fototermickém principu. Obrázek č. 1:

Průměrná intenzita slunečního záření za den Čechy a Morava do 600 m.n.m.

5,0

2

Průměrná intenzita (kWh/m /den )

6,0

4,0

3,0

2,0

1,0

0,0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

měsíc

Fotovoltaické systémy je možné spojit s jinými zdroji elektřiny, jako například s pomocným dieselovým generátorem s výkonem 5 až 10 kVA. Výhodná je zejména kombinace s malou větrnou elektrárnou. Alternativní zdroj je výhodný zvláště pro krytí krátkodobé vysoké potřeby a pro zimní období. Kombinované řešení může být ekonomicky zajímavé: pro plné vykrytí spotřeby v zimním období nebo špiček spotřeby bychom museli více nebo méně předimenzovat části fotovoltaického systému. A v létě bychom nadprodukci elektřiny třeba ani nebyli schopni využít. (viz také jiný příspěvek v této příručce „Navrhování velikosti fotovoltaického systému“, J. Bártek). Ačkoli malé generátory (5 ÷ 10 kVA) jsou zažitým a spolehlivým řešením, mají mnoho nevýhod: • • • • • •

vysoké provozní náklady relativně nízká účinnost energetická závislost na naftě zásobovací a transportní problémy průměrná užitná životnost 5 let, ale často i kratší z důvodu problémů s údržbou složitá údržba vyžadující kvalifikovanou obsluhu, která musí být téměř trvale na místě (pravidelná kontrola a časté a složité opravy) • přerušování dodávek elektřiny z důvodu poruch a přestávek na údržbu • bez garance nepřetržité výroby elektřiny

Fotovoltaická výroba elektřiny je lepším technickým a ekonomickým řešením pro elektrifikaci odloučených míst nebo míst vyžadujících nepřetržitou dodávku elektřiny. Její omezené a modulární

Sekce 4

Stránka 25

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 4. Navrhování fotovoltaických systémů pořizovací náklady jsou nespornou výhodou při srovnání s náklady na rozšiřování sítě. Její velmi nízké provozní náklady, spolehlivost a schopnost dodávat elektřinu nepřetržitě z ní dělá ideální volbu při porovnání s dieselovými agregáty. Dieselové agregáty a agregáty se spalovacími motory (využívající benzín, propan, butan) však mohou být dobrým zdrojem pro občasnou vysokou spotřebu elektřiny (například při svařování) nebo v zimních měsících. Pak hovoříme o kombinovaném (nebo bivalentním) zdroji elektrické energie. Z pohledu systému, ve kterém hlavní roli hraje jiný zdroj než fotovoltaický, má fotovoltaika rovněž své opodstatnění. Prodlužuje život dieselagregátu, šetří palivo a usnadňuje obsluhu a údržbu. Tento princip se používá v odlehlých místech (farmy, usedlosti …), nebo v malých osídleních (vesnice, ostrovy …).

U nových staveb s plánovaným autonomním FV systémem má uživatel možnost si zvolit napětí v rozvodu. Nízké napětí, nejlépe 12 V (24 V je rovněž možné vzhledem k dostupnosti příslušných regulátorů, měničů a elektrospotřebičů) je vhodný pro relativně malé spotřeby elektřiny, do 1 až 4 kWh/den. Nevýhodou je potřeba dražších rozvodů s větším průřezem, výhodou je jednodušší vybavení FVS (stačí pouze 1 nebo více regulátorů) a hlavně máte nižší ztráty, která při použití měniče na síťové napětí 220 V vzniká a obvykle dělá 10 až 35% z vyrobené elektřiny! V objektech, kde už elektrické rozvody jsou, bude pravděpodobně hospodárnější využít stávající rozvody, pokud mají dobrou kvalitu, a smířit se ztrátami. Konečné rozhodnutí by mělo následovat po komplexním ekonomickém zhodnocení a porovnání variant. Při zadávání podkladů je nutné pamatovat na známý fakt, že nejlépe uspořená je nevyrobená elektřina. Snížení spotřeby dosáhnete volbou vhodných úsporných elektrospotřebičů, které mají co nejnižší průměrnou spotřebu. Nestačí přitom vycházet pouze z údajů na typovém štítku spotřebiče udávající příkon ve wattech a tento vynásobit dobou činnosti. Řada spotřebičů totiž odebírá příkon z typového štítku pouze po přechodnou dobu své činnosti. Příkladem může být vrtačka, lednice, pračka, žehlička. Průměrnou spotřebu ve Wh, pokud ji neznáme, je nutno odhadnout. Základem kvalifikovaného odhadu může být časový snímek činnosti spotřebiče. Jako příklad si můžeme vzít pračku. Sledujeme dobu, kdy je v provozu topení, které je z hlediska spotřeby nejnáročnější, a provedeme výpočet: Typový štítek: Příkon 3 000 W Odhadovaný okamžitý příkon ve wattech topení 3 000 W ostatní činnosti 500 W Celkem na jedno praní

Doba činnosti 0,5 h 1,5 h

Celkem Wh 1 500 Wh 750 Wh 2 250 Wh

Přesnějším způsobem je zjištění spotřeby odečtením údajů z elektroměru před a po praní. Ostatní elektrospotřebiče, zapojené na tentýž elektroměr, máme buďto vypnuté, nebo známe jejich spotřebu elektřiny po dobu praní: Stav elektroměru: před praním 2 000 500 Wh po praní 2 003 000 Wh - odběr ostatních spotřebičů -250 Wh Celkem na jedno praní 2 250 Wh

Také umístění solárních panelů a potřebného příslušenství FVS (regulátoru, akumulátor (-ů) a případného měniče) bychom měli rozmyslit předem. O pravidlech a podmínkách provozu se hovoří v příspěvku Pravidla pro montáž fotovoltaických systémů od Radima Bařinky. Akumulátor(-y) by měl být umístěn ve větrané místnosti, co nejblíže k panelu. Je-li teplota místnosti po celou dobu provozu FVS více méně stejná, stačí použít regulátor bez kompenzace teploty. V případě alkalických NiCd nebo NiFe akumulátorů není třeba teplotní kompenzaci vůbec. Další pravidla naleznete ve výše jmenovaném příspěvku.

Sekce 4

Stránka 26

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 4. Navrhování fotovoltaických systémů Jestliže chceme připojovat zařízení na 220 V, budeme potřebovat měnič. Spotřebiče, které mají indukční a kapacitní charakter zátěže, mohou s některými typy měničů špatně pracovat a je dobré si u dodavatele ověřit, jaké jsou praktické zkušenosti s provozem vašeho spotřebiče. Jinak se vám může přihodit, že se vám spotřebič nerozběhne vůbec, nebo vám naskočí, ale ochranná elektronika měniče jej zase vypojí. V horším případě můžete poškodit měnič. Příčinou jsou vesměs vysoké náběhové proudy. Ty mohou dělat až osminásobek běžného, na štítku uvedeného příkonu. V malých FVS jsou nevhodné zejména kompresory včetně kompresorových lednic a asynchronní motory. Jiným problémem mohou být kapacitní zátěže, např. výbojky, a to vzhledem k přizpůsobení jejich účiníků účiníku měniče. Naštěstí se tyto zařízení v běžných FV aplikacích nevyskytují.

3. Jak postupovat při návrhu 3.1

Orientační (předběžný) návrh

Orientační návrh je důležitý při poradenství po telefonu. Abych mohl rychle poradit, musím znát několik následujících údajů: 1. Výtěžek FVS – je závislý na režimu provozu (sezónnosti): při provozu průměrně Wh/Wp/den jen léto 4 jaro až podzim 2 zima 0,8 2. Ztráty při použití měniče: x 1,25 3. Ztráty akumulátoru: x 1,25 4. Při variantním výpočtu se vychází vždy z nejhorší varianty, tzn. z té, kdy nám vyšla nejvyšší hodnota výkonu panelů (ve Wp). 5. Proud do regulátoru: 0,06 A/Wp 6. Akumulátor - záloha: 3 dny Příklad: chata, osvětlení 12 W x 3 ks x průměrně 4 hodiny za týden a televize 65 W x průměrně 5 hodin za týden, letní provoz: Spotřebič Počet Příkon Provoz v hodinách za týden Spotřeba za týden (ks) (W) (h/týd) (Wh/t) světla 3 12 4 144 televize 1 65 5 325 Celkem 77 469 Solární panel: 469 Wh/týd. / 7 dnů/týd. = 67 Wh/den, ztráty aku: 67 Wh/den x 1,25 ≈ 84 Wh/den výkon SP: 84 Wh/den / 4 Wh/Wp/den(léto) ≈ 21 Wp ≈ 1,26 A

Regulátor:

21 Wp x 0,06 A/Wp

Akumulátor:

84 Wh/den / 12 V x 3 dny = 21 Ah

⇒ je nutný panel s min. výkonem 21 Wp ⇒ je nutný regulátor min. 1,3 A ⇒ je nutný akumulátor min. 21 Ah

Pro některé aplikace stačí empirická zkušenost. Například pro většinu chat s letním provozem osvětlení a televize stačí 1 solární panel cca. 50 Wp, regulátor 3 A a akumulátor 50 Ah (předpokládám 12-voltový rozvod). Pro denní čerpání vody čerpadlem s příkonem 1-2 A, 12 V stačí 1 panel s 32 nebo 36 solárními články s výkonem 20-25 Wp (akumulátor a solární regulátor není třeba, lze však doporučit regulátor čerpání vody).

3.2

Návrh FVS včetně komentáře

Na vzorovém příkladu si ukážeme návrh FVS. Je řešen pomocí výpočetní tabulky programu Excel a doprovodný text je z programu Word. Aplikace je zároveň vodítkem při zjišťování informací od uživatele v logické posloupnosti od návrhu solárních panelů, přes akumulátory, regulátor a případný měnič. Obě aplikace se prolínají a jsou připraveny k rychlému výpočtu a odeslání návrhu uživateli včetně komentáře.

Sekce 4

Stránka 27

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 4. Navrhování fotovoltaických systémů Jeden podrobný typický příklad FVS (chata, rozvod 12 V) a dva další ve zkrácené verzi (chata, 220 V a čerpání vody, 12 V - pouze tabulka programu Excel) jsou uvedeny v příloze.

3.3

Návrh pomocí speciálního programu

Příkladem takového programu je produkt Trillium PV, který je popsán v samostatném příspěvku.

4. Jak reagovat na vysokou pořizovací cenu FVS !" uvážit, zda spotřeba elektřiny není přemrštěná; vypustit rezervy (s rezervou se počítá už při samotném návrhu, v zadávaných parametrech, a tyto údaje vycházejí z předpokladu tzv. velmi špatného roku (z pohledu světelných podmínek) a z předpokladu ne-ideálního umístění panelů)

!" změnit elektrospotřebiče za typy s nižší spotřebou !" použít místo spotřebičů 220 V stejnosměrné spotřebiče na 12 V (24 V) !" spotřebiče s vysokým startovacím proudem nahradit za spotřebiče s menším proudem nebo s řízeným rozběhem !" rozdělit realizaci FVS do několika etap. FVS je v podstatě stavebnice a můžeme jej později doplnit. Podrobnosti se vyplatí konzultovat s dodavatelem, abyste později nemuseli nahrazovat některá zařízení (např. regulátor) !" kombinace s jiným zdrojem elektřiny, např. s malou větrnou elektrárnou, nebo s elektrocentrálou. To má u aplikací v našich zeměpisných šířkách význam zejména při celoročním provozu. V zimě jsou průměrné dávky slunečního záření přibližně pětkrát nižší než v létě. Mnohde se ukáže zbytečné a nákladné systém předimenzovat jen proto, abychom byli nezávislí na jiném zdroji. U běžných domácích aplikací je doporučováno panely dimenzovat na maximálně 90% světelně nejhoršího ročního období, tj., prosinec. U akumulátorů většinou postačí zálohovat na 3, maximálně 7 dnů (u speciálních aplikací s vysokými nároky na spolehlivost až 30 dnů). Zbytek potřebné elektrické energie je obvykle hospodárnější dodávat z druhého zdroje.

5. Co když se vám solární panely na vašem objektu nelíbí? Uvažte možnost použít tzv. integrované FV stavební prvky. Jde o panely, které jsou konstruovány tak, aby buď co nejméně rušily ve vzhledu střechy, fasády nebo v jiné stavbě, a nebo aby naopak měly určitý požadovaný architektonický rys. Podrobnou informaci na toto téma naleznete v jiném příspěvku.

6. Závěr Předběžné návrhy, návrhy založené na empirii a návrhy jednoduchých FVS firmy navrhují zdarma v rámci předprodejního servisu. V ostatních případech, zejména je-li nutná návštěva na místě realizace, se náklady účtují zákazníkovi. V případě složitějších systémů, včetně připojených k elektrické síti, je možné se orientovat podle směrných cen. Realizace složitějších systémů většinou vyžaduje projektovou přípravu a schválení stavebním odborem místního úřadu příslušejícímu místu instalace.

Přílohy: Orientační spotřeby elektrospotřebičů Směrná čísla pro navrhování FVS Příklad výpočtu FVS podrobný – Chata s celoročním provozem, 12 V Příklad výpočtu FVS stručný – Chata s celoročním provozem, elektrospotřebiče na 12 i 220 V Příklad výpočtu FVS stručný – Čerpání vody

Sekce 4

Stránka 28


Orientační spotřeby a příkony elektrospotřebičů Druh zářivky úsporné televize barevná televize barevná - stand-by televize ČB lednice 205+45 l lednice ostatní (169-238+58-90) lednice 198+68 l lednice 205+105 l lednice, absorpční lednice, absorpční lednice, Danfoss-BD kompresor chladicí boxy, Danfoss-BD kompresor rádiopřehrávač vysavač ETA vysavač 12 V ETA žehlička fén kulma pračka pračka Whirpool pračka bublinová sušička prádla zvlhčovač vzduchu vařič mikrovlnná trouba mikrovlnná trouba + horký vzduch gril fritéza toaster mixér konvice na kávu pro 2 hrnky konvice varná kávovar svářečka fólií počítač tiskárna laser kopírka plný provoz kopírka sporo provoz telefon kombinace vrtačka cirkulárka, pila šicí stroj úprava vzduchu stropní fén ventilátor teplovzdušný infrazářič ohřívač průtokový pumpa z hluboké st., 1/3 HP pumpa z hluboké st., 1/2 HP pumpa oběhová pískovačka elektromobil ELCAR

Příkon (W)

Spotřeba (Wh/den)

11 50-75 15 20

65-70 15

Poznámka

Výrobce

7, 9, 11, 13, 18 W

110-240 110 120 100-130 180-230 50-55 50-55 35 650-1250 175-240 1000-1400 1200-1800 200 400

800 1100-2100 440 480 2100-2400 2300-2700 do 1300-1400

12 V (25stC) Gorenje Gorenje 12, 24 V, plyn 12, 24 V, plyn 12, 24 V 12, 24 V

ETA

2400 1100-1200 120 2200-3500

20 650-2000 300÷1400 1300-2200 1000-1400 1500-2000 1100 175/250/350 2000 1500-2000 900÷1500 5-10 80-110 430/10 1080/25 850/25 10-28 250 800÷1200 80 3000÷4000 25 1000-2000 600-800 3500-7000 350÷600 400÷800 80 600 40000

Sekce 4

Daewoo progr. bavlna (60-90 min)

ETA ETA 61

na 1 použití

ETA 100 28 130 95 10

10 = stand-by 25 = stand-by 25 = stand-by

Stránka 29


Směrná čísla pro navrhování fotovoltaických systémů Položka

Bližší specifikace

Doporučení pro použití

Výkonové solární panely

Řada ST (sklo/sklo)

od

Elektroinstalační materiál Kabeláž Solární regulátory

108 112

79 81

485 502

59 61

Domy, profesionální aplikace, chaty a jiné aplikace, kde požadujete vysoce kvalitní vzhled, nejvyšší výkon a certifikát tis. Kč/m2 tis. Kč/m2 tis. Kč/m2 tis. Kč/m2 tis. Kč/m2

32 35 36 37 35

129 130 136 137 136

94 95 99 100 99

579 586 612 618 612

70 71 74 75 74

83

513

62

Domy, chaty a jiné aplikace, kde požadujete kvalitní vzhled a dobrý specifický výkon STR36-53

Panely do systémů Schüco nebo Wicona Podpůrná konstrukce (Al)

tis. Kč/m2 tis. Kč/m2

25 26

SSW72-12 SSW36-56A SSW36-56B SSW36-56C SSW36-56FLB Řada STR (sklo/EVA/tedlar),

do

Chaty a jiné aplikace, kde tolik nezáleží na vzhledu a specifickém výkonu ST36-53 ST72-106

Řada SSW - RADIX (vysocepropustné sklo/EVA/tedlar),

Výkon/Plocha Směrný výkon: celoroční 2 léto zima Wp/m průměr 2 4,5 0,75 Wh/Wp/den 730 Wh/Wp/rok 2 2 kWh/m /rok Wh/m /den:

Indikativní jedn. cena

např. typ

tis. Kč/m2

26

114

(sklo/pryskyřice/sklo) Kolmá stěna Šikmá stěna Rovina Do střešní krytiny

3A 6A 10 A 20 A 30 A

grid-off systémy grid-off systémy grid-off systémy grid-off systémy grid-off systémy grid-off systémy Akumulátor solární Pb grid-off systémy Akumulátor NiCd 100 W grid-off systémy Měniče grid-off 200 W grid-off systémy 500 W grid-off systémy 1000 W grid-off systémy 1500 W grid-off systémy Měniče grid-on grid-on systémy 500 W 700-850 W grid-on systémy (vč. fázování) 1000-1100 W grid-on systémy 1500 W grid-on systémy 2000 W grid-on systémy 2500 W grid-on systémy Elektroměr grid-on systémy Generátory elekt+A27ř. se spalovacím nebo vznětovým motorem grid-off systémy

0,35 0,5 0,6 1,0 8% 15 0,75 0,9 3,5 4,2 5,1 3 9 3,5 4,3 6 21 25 22 34 46 55 75 94 0,3 12

1,8 15% 30 1 2 6 6,5 7,4 7 12 4 5 9

37 70 63 128 1,6 20

tis. Kč/m2 tis. Kč/m2 tis. Kč/m2 tis. Kč/m2 z ceny materiálu FVS Kč/bm tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks 12 tis. Kč/Wh 12 tis. Kč/Wh tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/ks tis. Kč/kVA

Wh/Wp (3 dny) Wh/Wp (3 dny)

24 24

Wh/Wp (6 dnů) Wh/Wp (6 dnů)

Ceny jsou bez DPH v úrovni pro koncového zákazníka, EXW. Objemové slevy po dohodě.

Sekce 4

Stránka 30


Příklad výpočtu FVS podrobný - Chata s celoročním provozem, 12 V

Sekce 4

Stránka 31


Sekce 4

Stránka 32


Sekce 4

Stránka 33


Sekce 4

Stránka 34


Sekce 4

Stránka 35


Příklad výpočtu FVS stručný - Chata s celoročním provozem, 220 V OBDOBÍ PROVOZU / VARIANTA FVS Varianta : Období (měsíce) provozu :

A

B

C

6-7

4-5 a 8-9 ("jaro" a "podzim")

celoročně

A

B

C

⇓

⇓

⇓

("léto") POTŔEBA ELEKTŔINY Profil pořeby během období :

a) Všechny elektrospotřebiče na stejnosměrný proud a jejich spotřeba ve watthodinách za týden (Wh/t) : Příkon Popis x hodin provozu za týden : (W) světlo 13 W, 5 ks 13 x 35 15 5 světlo 7 W, 3 ks 7 x 21 9 3 světlo 2x13 W, 2 ks 26 x 14 6 2 x Celkem příkon 46 = = = Celkem Wh/t 966 414 138 Celkem Wh/den ( (2) /7 ) 138 59 20 b) Všechny elektrospotřebiče na střídavý proud a jejich spotřeba ve watthodinách za týden (Wh/t) : Příkon Popis x hodin provozu za týden : (W) 65 x 7 2 TV 65 W x x x Celkem příkon 65 = = Celkem Wh/t 455 130 Celkem Wh/den ( (5) /7 ) 65 19

Číslo výsledku

(1) (2) (3)

0,5

= 33 5

(4) (5) (6)

Korigujte výsledky (6) vynásobením číslem 1,15 až 1,35 (podle účinnosti měniče) ke kompenzaci ztrát měniče: ( 1/účinnost ) účinnost měniče = 85% , t.j. koeficient = 1,18 76 22 5 Skutečná spotřeba (Wh/den)

(7) (8)

Celková spotřeba stejnosměrného proudu - součet (3) + (8)

(9)

214

(Wh/den)

81

25

Vynásobte číslem 1,2 až 1,3, abyste kompenzovali ztráty při nabíjení a vybíjení akumulátoru a jeho samovybíjení: kompenzace ztrát akumulátoru = 1,25 1,25 1,25 1,25 Vypočetli jste celkovou průměrnou denní spotřebu elektřiny, která musí být vyrobena (Wh/d) - ( (9) x (10) ) : 268 101 31

(11)

NOMINÁLNÍ NAPĚTÍ SYSTÉMU Nominální napětí systému (V) :

(12)

12

SOLÁRNÍ PANEL Období / Varianta: Charakteristický výkon (středoevropské podmínky) (Wh/Wp/den) Potřebný výkon fotovotaických panelů (Wp) : Doporučený typ solárního panelu : Jednotkový výkon tohoto panelu (Wp) : Minimální nutný počet panelů (kusy) : Jedn. / Celková cena (Kč bez DPH, EXW) 2 Plocha na instalaci (m )

A

B

C

4

2

0,8

(13)

67

51

39

2 22 077 1,0

1 11 039 0,5

1 11 039 0,5

(14) (15) (16) (17) (18) (19)

ST36-53 53 11 039 0,5

ZÁLOŽNÍ ZDROJ Výkon záložního zdroje (W) : Doporučený zdroj : Období / Varianta: Elekřina dodaná záložním zdrojem (Wh/den) :

(10)

0

(20) (21)

A

B

C

0

0

0

A

B

C

67 156 313

25 59 118

8 18 37

(22)

AKUMULÁTOR Zálohované dny \ Varianta

Celková potřebná kapacita podle počtu zálohovaných dnů :

Výpočet minimálního počtu akumulátorů : Nominální napětí akumulátoru (V) : Doporučená kapacita použitých akumulátorů (Ah): Hloubka vybíjení :

12 100 50%

Sekce 4

3 7 14

(obvykle 100 Ah) (u solárních obvykle max. 50%, jiné max. 20%)

(23) (24) (25) (26) (27) (28)

Stránka 36


Zálohované dny \ Varianta

Počet akumulátorů podle počtu zálohovaných dnů :

3 7 14

S 82070 3 600

REGULÁTOR Nominální napětí (V) : Typ podle akumulátoru (Pb, NiCd, NiFe) : Změny okolních teplot u akumulátoru >10°C (ano/ne): Varianta: Vstupní proud (A) - minimum podle varianty provozu :

3 7 14

B

C

2 4 7

1 2 3

1 1 1

A

B

C

3 600 7 200 10 800

3 600 3 600 3 600

A

B

C

7

4

4

(38)

46

skutečnost 46 5

(39) (42)

1 2 384

1 2 384

(43) (44) (45)

SunSaver-10/LVD 1 2 384

2 384

MĚNIČ Nominální napětí (V) : Výkon trvalý (W) : Výkon krátkodobý (W) : Doporučený typ : Počet kusů : Jedn. / Celková cena (Kč bez DPH, EXW) - cca.

(32) (33) (34)

(35) (36) (37)

12 Pb ano

Výpočet maximálního proudu do zátěže (v případě automatického odpojování) : celkový příkon současně zapojených stejnosm. spotřebičů (W) - výsledek (1) : Max. proud do zátěže (A) : Doporučený typ : Počet kusů : Jedn. / Celková cena (Kč bez DPH, EXW)

(29) (30) (31)

7 200 14 400 25 200

Zálohované dny \ Varianta

Doporučený typ akumulátoru Jedn. / Celková cena (Kč bez DPH, EXW)

A

12 65 130 JVL100

koef. =

(46) (47) (48) (49) (50) (51)

2

1 3 445

3 445

Celková cena Zálohované dny \ Varianta

CELKOVÁ CENA (cca. Kč bez DPH, EXW) :

DPH CELKOVÁ CENA (cca. Kč s DPH, EXW) :

A

B

C

3 7 14

35 106 42 306 53 106

20 467 24 067 27 667

20 467 20 467 20 467

3 7 14

42 829 51 613 64 789

24 970 29 362 33 754

24 970 24 970 24 970

22%

(52) (53) (54) (55) (56) (57) (58)

Bilance vyráběné elektřiny Varianta

Elektrická práce vyrobená FVS za rok (kWh/r) Elektrická práce vyrobená záložním zdrojem za rok (kWh/r) Celkem (kWh/r)

A

B

C

77 0 77

39 0 39

39 0 39

A

B

C

43 4

25

25

43 90 1,8 23,3

25 50 1,0 25,8

25 50 1,0 25,8

1 935

1 935

SROVNÁNÍ FVS a PŘIPOJENÍ NA SÍŤ (tis. Kč vč. DPH) Cena elektřiny vyráběné FVS Zálohované dny \ Varianta VÝDAJE

Investice do FVS Cena dopravy, montáže, uvedení do provozu Životnost (roky) Provozní náklady a náklady na údržbu během doby životnosti (0,5 až 2-násobek investičních nákladů) Celkem Roční náklady Kč/kWh

3 50 1,0

Porovnání s připojením na síť Vyrobená elektřina během doby životnosti (kWh) 3 869 Prům. cena elektřiny ze sítě během doby životnosti (Kč/kWh) 8,00 Investice na přivedení elektřina ze sítě přípojení elektřiny ze sítě 350 Kč/m,

Sekce 4

Celkem

2000 m přípojky

700 000

Stránka 37


Příklad výpočtu FVS stručný – Čerpání vody OBDOBÍ PROVOZU / VARIANTA FVS Varianta : Období (měsíce) provozu :

A

B

6-7

4-5 a 8-9 ("jaro" a "podzim")

("léto") POTŔEBA ELEKTŔINY Profil pořeby během období :

A

B

⇓

⇓

a) Všechny elektrospotřebiče na stejnosměrný proud a jejich spotřeba ve watthodinách za týden (Wh/t) : Číslo Příkon Popis x hodin provozu za týden : výsledku (W) čerpadlo 1,3 A 24 x 21 10,5 x x x Celkem příkon (1) 24 = = (2) Celkem Wh/t 504 252 Celkem Wh/den ( (2) /7 ) (3) 72 36 Celková spotřeba stejnosměrného proudu - součet (3) + (8) NOMINÁLNÍ NAPĚTÍ SYSTÉMU Nominální napětí systému (V) :

72

(Wh/den)

36

(12)

12

SOLÁRNÍ PANEL Období / Varianta: Charakteristický výkon (středoevropské podmínky) (Wh/Wp/den) Potřebný výkon fotovotaických panelů (Wp) : Doporučený typ solárního panelu : Jednotkový výkon tohoto panelu (Wp) : Minimální nutný počet panelů (kusy) : Jedn. / Celková cena (Kč bez DPH, EXW) 2 Plocha na instalaci (m )

Sekce 4

A

B

4

2

(13)

18

18

1 0 0,2

1 0 0,2

(14) (15) (16) (17) (18) (19)

ST32-23 23 0 0,2

(9)

Stránka 38

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 5. Simulátor TRILIUM PV

TRILLIUM PV program pro návrh a analýzu fotovoltaických systémů VERZE 1.3 Radomír Lenhard, Jaromír Řehák

Anotace Simulátor TRILLIUM - PV je určen k návrhu a analýze autonomních fotovoltaických systémů. Pomocí simulátoru je možné určit optimální konfiguraci systému, tedy typ a počet fotovoltaických (FV) panelů, typ regulátoru nabíjení, typ a počet akumulátorů, a to pro danou lokalitu a sestavu spotřebičů.

Přílohou příručky je instalační disketa simulátoru TRILLIUM verze 1.3

ANOTACE .............................................................................................................................................. 39 1. ÚČEL POUŽITÍ SIMULÁTORU............................................................................................ 39 2. ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKY SIMULÁTORU .......................................................... 39 3. POSTUP SIMULACE ............................................................................................................... 40 3.1. ZADÁNÍ VSTUPNÍCH ÚDAJŮ ........................................................................................ 41 3.1.2. KOMPONENTY FV SYSTÉMU ( FV SYSTÉM).................................................................. 42 3.1.3. SPOTŘEBIČE (SPOTŘEBIČE) .............................................................................................. 42 3.2. VÝPOČET ( VÝPOČET ) ................................................................................................ 42 3.3. VÝSLEDKY (VÝSLEDKY) .............................................................................................. 43 3.3.1. ASTRONOMICKÉ PARAMETRY......................................................................................... 43 3.3.2. SLUNEČNÍ ZÁŘENÍ ................................................................................................................ 43 3.3.3. DENNÍ SPOTŘEBA.................................................................................................................. 44 3.3.4. ENERGETICKÁ BILANCE .................................................................................................... 44 3.3.5. FV SYSTÉM............................................................................................................................... 44

1. ÚČEL POUŽITÍ SIMULÁTORU Simulátor TRILLIUM - PV je určen k návrhu a analýze autonomních fotovoltaických systémů. Tento systém obvykle tvoří fotovoltaické panely, akumulátory, regulátory nabíjení akumulátoru a různé spotřebiče. Pomocí simulátoru je možné určit optimální konfiguraci systému, tedy typ a počet fotovoltaických (FV) panelů, typ regulátoru nabíjení, typ a počet akumulátorů, a to pro danou lokalitu a sestavu spotřebičů.

2. ZÁKLADNÍ CHARAKTERISTIKY SIMULÁTORU ♦

Pro výpočet ozáření skloněné plochy FV panelu je možné zvolit jednu z pěti oblastí, ve které má pole globálního záření na území ČR zřetelně rozdílné vlastnosti. Tyto oblasti se liší především nadmořskou výškou a znečištěním atmosféry.

♦

Rozklad záření na přímé, difúzní a odražené umožňuje stanovit závislost získané elektrické energie na sklonu a azimutu plochy FV panelu.

Sekce 5

Stránka 39

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 5. Simulátor TRILIUM PV ♦

Simulátor modeluje stav systému v průběhu jednoho roku tak, že s intervalem výpočtu 1 hodina provádí celkovou energetickou bilanci (energie získaná, akumulovaná a odebraná). Tento algoritmus vystihuje situaci v reálné soustavě.

♦

Přehled používaných spotřebičů obsahuje rovněž informaci o profilu spotřeby el. energie v průběhu 24 hodin.

♦

Součástí simulátoru jsou databáze FV panelů, akumulátorů a regulátorů distribuovaných v ČR. Uvedené ceny jsou pouze orientační (bez DPH) a uživatel si je může upravit podle aktuální situace na trhu.

♦

Pro výpočet byla zvolena interaktivní forma simulace s okamžitým zobrazením výsledků. Tento způsob dovoluje snadnou a rychlou optimalizaci navrhované konfigurace.

♦

Rámec obvyklých informací o navrženém fotovoltaickém systému přesahuje doplnění grafického zobrazení vybraných astronomických a fyzikálních údajů.

♦

Pro dokumentaci všech důležitých parametrů a komponent navrženého FV systému je určen souhrnný jednostránkový přehled, který je připravený pro tisk.

♦

Vstupních údaje pro simulaci je možné uložit do souboru k pozdějšímu využití při návrhu obdobného systému.

3. POSTUP SIMULACE Návrh a analýza FV systému probíhá ve třech úrovních, které jsou patrné na základním formuláři: ➪ Zadání vstupních údajů ➪ Výpočet ➪ Vyhodnocení výsledků

Sekce 5

Stránka 40

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 5. Simulátor TRILIUM PV

3.1.

ZADÁNÍ VSTUPNÍCH ÚDAJŮ

3.1.1. METEOROLOGICKÉ A GEOGRAFICKÉ ÚDAJE ( METEO ) Lokalita: Výběr z pěti typických oblastí v ČR (K.Vaníček a kol., Popis pole globálního záření na území ČR v období 1984-1993, NKP 15, ČHMÚ, Praha 1994).I. Nížiny a vysočiny Čech a Moravy s nadmořskou výškou do 600 m. Rozhodující vliv frontální a inverzní oblačnosti, nízké až průměrné znečistění atmosféry. Stanice ČHMÚ: Hradec Králové, Kocelovice, Košetice, Luká, Kuchařovice, Ostrava - Poruba. II. Velké průmyslové a populační aglomerace v oblasti {I} s nadprůměrným znečištěním atmosféry. Zvýšený vliv pevných aerosolů v atmosféře. Stanice ČHMÚ: Praha - Karlov, Tušimice III. Lokality v oblasti {II} s extrémně vysokým znečištěním atmosféry. Stanice ČHMÚ: Ústí nad Labem IV. Vysočiny ČR s nadmořskou výškou 600-800 m. Stanice ČHMÚ: Svratouch V. Vrcholové části pohraničních hor s výškou nad 1000 m. Orograficky zvýšený vliv oblačnosti v letním období, velmi nízké znečistění atmosféry pevnými aerosoly. Stanice ČHMÚ: Churáňov Období provozu: Pořadové číslo měsíce v roce (1 - leden). Odrazivost okolního povrchu:

Suchý čistý povrch Travnatý povrch Písek Sníh

20% 30% 40% 50-80%

Orientace panelu k severu: Azimut panelu od severu 0-360 stupňů ve směru pohybu hodinových ručiček. Azimut panelu orientovaného přesně na jih je 180 stupňů. Sklon panelu: Sklon panelu k horizontální rovině. Pro celoroční provoz systému je vhodné volit větší úhel (>45), který zlepší energetickou bilanci v zimních měsících. Naopak pro sezónní provoz v letních měsících je vhodný menší úhel.

Sekce 5

Stránka 41

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 5. Simulátor TRILIUM PV 3.1.2. KOMPONENTY FV SYSTÉMU ( FV SYSTÉM) V databázích jsou zařazeny FV panely, regulátory nabíjení a akumulátory distribuované v ČR. Je možné změnit všechny parametry. Upravený parametr se následně uloží i do odpovídající databáze. Velikost databáze je omezená počtem.

3.1.3. SPOTŘEBIČE (SPOTŘEBIČE) Denní spotřeba elektrické energie určitého spotřebiče je daná součinem nominálního příkonu, časem provozu (počet minut provozu za hodinu, např. 60 min znamená trvalý provoz) a počtu hodin za 1 den. Denní profil spotřeby je zobrazen i graficky.

3.2.

VÝPOČET ( VÝPOČET )

Simulace je rozdělena do dvou kroků: 1. Výpočet meteorologických (astronomických) parametrů, kde hlavním výsledkem je pole hodnot slunečního záření na nakloněnou plochu panelu (365 dnů x 24 hodin) . Tato část simulace proběhne automaticky při volbě tlačítka VÝPOČET na základním formuláři.

Sekce 5

Stránka 42

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 5. Simulátor TRILIUM PV 2. Návrh fotovoltaického systému. Nastavte maximální požadovaný počet dnů bez slunečního záření, kdy bude dodávka elektrické energii zajištěna pouze z akumulátorů. Tlačítkem SIMULACE pak inicializujte výpočet. Pokud se objeví hlášení upozorňující na omezení nabíjecího proudu akumulátoru maximální dovolenou hodnotou nabíjecího proudu regulátoru, můžete buď zvolit vhodnější typ, nebo zvýšit počet paralelně zapojených regulátorů.

VÝSLEDKY (VÝSLEDKY)

3.3.

3.3.1. ASTRONOMICKÉ PARAMETRY Vybrané roční průběhy důležitých astronomických funkcí využitých při simulaci: - Solární konstanta - Deklinace - Čas východu Slunce - Čas západu Slunce 3.3.2. SLUNEČNÍ ZÁŘENÍ

Časové průběhy slunečního záření a souvisejících parametrů: -

Koeficient vlivu oblačnosti; definovaný jako poměr globálního slunečního záření na horizontálním zemském povrchu a globálního slunečního záření na povrchu zemské atmosféry (záření na jednotkovou plochu).

-

Radiace na povrchu panelu; roční průběh přímého, difúzního a globálního záření dopadajícího na povrch nakloněného panelu.

-

Radiace na povrchu panelu; denní průběh globálního záření dopadajícího na povrch nakloněného panelu v jednotlivých měsících.

-

Mimozemská radiace; roční průběh globálního slunečního záření na povrchu zemské atmosféry v dané zeměpisné šířce

Sekce 5

Stránka 43

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 5. Simulátor TRILIUM PV 3.3.3. DENNÍ SPOTŘEBA Profil denní spotřeby elektrické energie pro zadanou sestavu spotřebičů. 3.3.4. ENERGETICKÁ BILANCE Roční průběhy energetických bilancí: Vyrobená energie; členění na přímé napájení spotřebičů z FV panelů, nabíjení akumulátorů a nevyužitou energii. Spotřebovaná energie; členění na přímé napájení spotřebičů z FV panelů, energii dodávanou z akumulátorů (vybíjení) a nedostatek energie. Stav akumulátoru; úroveň nabití akumulátorů v jednotlivých měsících. Počet dnů bez energie v jednotlivých měsících. 3.3.5. FV SYSTÉM Souhrnný jednostránkový přehled všech důležitých parametrů a komponent navrženého FV systému, připravený pro tisk. Ukazatel využití soustavy je definován jako poměr spotřebované a vyrobené energie.

Sekce 5

Stránka 44

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: Montáž fotovoltaických systémů

6.

Montáž fotovoltaických systémů Radim Bařinka Obsah 1

FOTOVOLTAICKÉ MODULY.................................................................................................................................... 44

2

AKUMULÁTOROVÁ BATERIE................................................................................................................................. 45

3

SOLÁRNÍ REGULÁTOR ............................................................................................................................................. 45

4

SYSTÉMY GRID-ON .................................................................................................................................................... 45

5

BEZPEČNOST PRÁCE................................................................................................................................................. 46

1

Fotovoltaické moduly

Při stanovení místa a způsobu montáže fotovoltaických modulů je třeba vzít do úvahy poznámky uvedené níže. Uvedené poznámky si v některých bodech odporují, proto při konečném rozhodnutí budou hrát roly vždy nejvýznamnější místní podmínky. Pamatujte na to, že každá větší změna vzhledu objektu podléhá stavebnímu řízení u příslušného stavebního úřadu. • dosažení maximálního možného energetického zisku • zachování nebo vylepšení vzhledové kvality objektu • vyloučení, případně minimalizace zastínění modulů okolními objekty ( budovy, stromy, terén..) • snadnost instalace ( práce s většími moduly ve výšce není snadná) • snadný přístup k modulu pro potřeby údržby a případné opravy • dostatečné chlazení modulů • v lokalitách bohatých na sníh, je vhodné volit větší sklon • způsob uchycení modulů musí být dostatečně odolný vůči větru Optimální orientace plochy solárních modulů je na jih tj. azimut 180°. Sklon modulů závisí na způsobu provozování fotovoltaického zařízení a na období, ve kterém chceme získat maximum energie ze solárních panelů. Při sklonu kolmém k paprskům letního slunce získáme z panelů maximum energie v průběhu celého roku. Pro letní provoz je vhodný sklon kolem 20° od horizontální roviny. Pokud je pro nás důležité množství energie získané v zimě, nastavíme panely kolmo na sluneční paprsky v zimním období. Pro orientaci jsou v následující tabulce uvedeny sklony slunečních paprsků od horizontály v našem zeměpisném pásmu ve dnech rovnodennosti a slunovratu: 21. června kolem 21. března a 23. září 21. prosince

63° 27´ 40° 00´ 16° 33´

V některých případech je však nutné se řídit jinými okolnostmi. Například při instalaci na objektu v horském prostředí s celoročním provozem je vhodnější panely umístit pod úhlem 60° - 90°. Určitou roli při rozhodování o poloze modulů bude hrát okolnost, zda je budova zásobována zcela nebo Sekce 6

Stránka 44


6.

převážně z fotovoltaického zdroje. Je-li však budova připojena k veřejné rozvodné síti je možné upřednostnit jiné, např. estetické hledisko. Moduly mohou být instalovány na střechách všeho druhu, výhodnější jsou střechy sedlové. Do fasád mohou být moduly začleněny ne jenom v poloze svislé, např. mohou vytvářet nadokenní slunolamy a markýzy. Při volbě řešení je třeba brát ohled na dostatečné přirozené chlazení solárních panelů, neboť se vzrůstající teplotou se snižuje výkon panelů. Další možné způsoby instalací: Skleníky -Skleníková plocha je tvořena částečně průhlednými solárními moduly typu sklo-články-sklo. Šířkou mezer mezi jednotlivými články je možné nastavit míru průsvitnosti. Fasády -Speciální fasádní moduly mohou tvořit skleněné výplně mezi okny. Dále požívají pro krytí fasády obkladové fasádní moduly. Elektrické propojení modulů • snadný přístup do připojovací krabice • kovové konstrukční části uzemnit • propojovací vodiče ve venkovním prostředí musí mít dvojitou izolaci ( např. jednoduchý Cu žílový vodič s dvojitou izolací nebo vodič s jednoduchou izolací v instalační trubce/ liště).

2

Akumulátorová baterie

Akumulátorové baterie je vhodné umístit do prostor se stálou teplotou, nejlépe okolo 20°C. Baterie, které nejsou hermeticky uzavřené je nutné umístit do zvláštní odvětrávané místnosti, případně do odděleného boxu. Baterie by měla být dostatečně odizolována od podlahy, nejlépe jejich umístěním na kovový nebo dřevěný namořený stojan s gumovými izolačními podložkami. Pólové vývody baterií nebo článků je potřeba udržovat čisté a suché. Je vhodné vývody chránit akumulátorovou vazelínou.

3

Solární regulátor

Ke každému regulátoru je dodáván návod k instalaci a obsluze. Je potřeba si jej velice dobře pročíst. Předejde se tímto možnému poškození regulátoru nebo jiné části fotovoltaického systému. Zvláště u složitějších regulátorů je před zapojením potřebné nastavit základní parametry ( napětí systému, typ baterie, režim nabíjení ....). Většina regulátorů musí být instalována co nejblíže akumulátorové baterie vzhledem k minimalizaci napěťových ztát v přívodech k baterii. Některé modernější přístroje jsou schopny eliminovat větší délku přívodů. Umístění v blízkosti baterie je navíc důležité u regulátorů s teplotní kompenzací napěťových úrovní. Jejich čidlo by mělo být vystaveno stejným teplotním vlivům jako baterie. Některé regulátory umožňují připojení externího teplotního čidla. Vzhledem k tepelným ztrátám v regulátoru je dobré jej připevnit na stěnu ve vertikální poloze na dobře větraném místě. K propojení je potřeba použít vodičů s průřezem, jež doporučuje výrobce/dodavatel. Přestože většina regulátorů je vybavena tavnou pojistkou v jednom z přívodů k baterii, je vhodné zapojit co nejblíže k baterii na druhý vodič další tavnou pojistku.

4

Systémy grid-on

Při zřizování fotovoltaického systému grid-on se zasahuje do rozvodné sítě, a proto je proces uvádění systému do provozu náročnější než je tomu v případě systému grid-off. • Jsou-li moduly instalovány na budově je potřeba získat stavební povolení stejně jako systému grid-off • Musí být vyhotoven projekt na elektrickou instalaci. • Realizaci musí provést profesionální firma k tomu způsobilá. • Připojení k rozvodné síti podléhá schvalovacímu řízení u příslušného rozvodného závodu. • Rozvodný závod je povinen vykupovat elektrickou energii od malovýrobců po splnění technických podmínek – připojení k rozvodné sít je upraveno ve vyhlášce č.169/95 Sb. a v zákonu č.222/96 Sb.; místní podmínky upravují směrnice příslušných rozvodných závodů. • Výkupní podmínky jsou předmětem jednání s rozvodnými závody ( v současné době kolem 1Kč/kWh při odprodeji celého výkonu a 0,60Kč/kWh při odprodeji přebytků). • Při zřízení nové přípojky je nutné uhradit poplatek za připojení k rozvodné síti ve výši Sekce 6

Stránka 45


6.

• 500,- Kč do 25 A • 4 000,-Kč do 32 A. • Na Ministerstvu průmyslu a obchodu je nutné si vyřídit „Autorizaci na výrobu elektrické energie“ za správní poplatek 200,-Kč ( 11/98 ). • Rozvodné závody se nejvíce zajímají o funkci automatického odpojení měniče od sítě v případě výpadku a o kvalitu dodávané energie (výskyt harmonických a meziharmonických).

5

Bezpečnost práce

Montáž malých jednoduchých fotovoltaických systémů Grid-off není složitá a zvládne ji i osoba bez elektrotechnického vzdělání. U malých systému je solární panel zcela bezpečný a ani případný zkrat jeho vývodů nezpůsobí jeho poškození nebo ohrožení zdraví. Avšak při manipulaci a zapojování akumulátorové baterie je potřeba předcházet možnému přímému zkratu bateriových vývodů. Akumulátorové baterie jsou schopné dodat při zkratu velmi vysoké proudy, přestože se jedná o bezpečné napětí tj. 12 a 24V.

Sekce 6

Stránka 46


Grid-on systém s barevnými solárními panely na fasádě budovy Chemapol v Praze

• •

•

Realizace Lokalita • místo • • • • • • • • •

•

• • • • •

5/99

budova Chemapolu Praze - Vršovicích orientace fasády 180° Fotovoltaické panely celkový výkon 6 336 Wp plocha panelů 68 m2 počet panelů 136ks typ panelů STR36-45-GO-G umístění panelů meziokenní plochy v 10. patře sklon 90° typ solárních článků Si-monokrystalické 102,5x102,5mm povrch zlatý, lesklý panely budou zapojeny ve čtyřech větvích po 11 kusech v sérii na každém měniči (3) Fotovoltaický síťový měnič 3 kusy Sunrise Midi max. výkon na vstupu 2200 Wp vstupní napětí 185 ....... 360V max. výstupní výkon 1600 W výstup 230 V +10/-15% max. účinnost 93% Monitorovací a vizualizační systém nepřetržitý sběr dat a archivace informační monitor ve vstupním prostoru informační tabule před budovou (W, kWh) aktuální stav systému na WWW stránce

V rámci projektu INCO-COPERNICUS bude na fasádě budovy Chemapol v Praze ve Vršovicích • instalován první fasádní fotovoltaický systém • • připojený k síti. Na fasádě budou přichyceny • solární moduly s výkonem 45 W v barvě zlaté. Ke • třem síťovým měničům Sunrise midi bude • připojeno 136 panelů s celkovým výkonem 6 336 Wp. Každý měnič bude napájen 4 větvemi po 11 modulech v sérii. Měnič bude připojen přímo k jedné z fází vnitřního rozvodu budovy a bude dodávat elektrickou energii přímo ke spotřebě. Systém tak není určen pro dodávku energie do veřejné rozvodné sítě. Měření a vyhodnocení systému bude realizováno kvalitním 16 - bitovým systém založeným na standartu PC. Měřeny budou elektrické parametry systému a meteorologické údaje (teplota a intenzita slunečního záření. Stav systému bude v reálném čase zobrazován třemi způsoby. 1. Ve vestibulu administrativní budovy bude umístěn PC monitor s presentačním softwarem. 2. Před vstupem do budovy bude umístěna informační tabule s aktuálními informacemi o výkonu systému a o dodané energii do sítě za určité období. Informační tabule bude napájena ze stejných solárních modulů, které budou součástí fotovoltaické fasády. 3. Stav systému a základní údaje o něm budou presentovány na Internetu prostřednictvím vlastních WWW stránek.

Sekce 8

Stránka 47


Grid-off systém

• •

pro napájení osvětlení na horském chatě v Krkonoších.

Případová studie

Realizace 10/98 Lokalita Krkonoše • místo 1050 m n.m. • výška n.m. 174° • orientace • lokalita je bez stínění 24V • Jmenovité napětí systému Fotovoltaické panely 370 Wp • celkový výkon 3 m2 • plocha panelů • umístění na kolmé štítové stěně vikýře 90° • sklon 6 ks ST36-53 • počet a typy panelů 2 ks ST36-26 Si-monokrystalické • typ solárních článků 102,5x102,5mm Akumulátorová baterie • kapacita 300 Ah • typ Bären 20 ks článků OpzS • napětí 24V Solární regulátor • Solarix Delta 20 A • nabíjení dle stavu nabití • indikace stavu systému na LCD Světelné zdroje 26 • počet svítidel 280 W • instalovaný příkon • jmenovité napětí 24 VDC • typy světelných zdrojů • kompaktní fluorescenční zářivky s měničem v závitové patici – OCE 27, 10 a13 W • fluorescenční zářivky DZC 7(9) s měniči M02, 11W/24V Doplňkový zdroj • PB elektrocentrála ZG-2G s výkonem 1,8kW

•

•

•

•

Horská chata je situována na odlehlém místě mimo dosah rozvodné sítě. Stará roubená chata nyní slouží jako rekreační objekt, maximálně pro 20 osob. V přízemí jsou situovány společné prostory a v podkroví je pět pokojů se společnou koupelnou. • Chata je využívána nepravidelně po celý rok. V letních měsících téměř trvale, na jaře a na podzim jenom o víkendech, v zimě občas na víkend a ke konci roku stále. Systém je určen výhradně pro napájení svítidel. V době před uvedením systému do provozu byly používány pro osvětlení vnitřních prostor ne příliš bezpečné propan-butanové lampy.

Na kolmé dřevěné stěně štítu vikýře jsou uchyceny fotovoltaické panely z řady ST36-xx s celkovým výkonem 370 Wp. Proudem z panelů je přes solární regulátor dobíjena olověná článková akumulátorová baterie umístěná ve sklepě. Jmenovité stejnosměrné napětí systému je 24V. Ve vstupní chodbě je umístěna rozvodná skříňka s jistícími prvky pro světelné obvody a s měřícími přístroji. V chatě bylo instalováno 26 svítidel s fluorescenčními zářivkami s příkony 7 –13 W. Fotovoltaický systém je trvale v provozu.

Průměrné množství náboje pro odebrání z akumulátorové baterie pro jednotlivé měsíce Měsíc Množství náboje ke spotřebě za jeden (Ah) den Množství náboje ke spotřebě za jeden (Ah) týden

.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

10,1

15,0

19,7

22,7

24,6

23,3

24,7

25,3

23,2

19,3

10,6

7,8

70,6 104,9 137,9 158,6 172,4 163,2 172,6 177,0 162,7 135,2

74,5

54,4

Sekce 7

Stránka 48

12

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 9. Seznam firem

Seznam firem zabývajících se výrobou a montáží v oblasti fotovoltaické techniky k 1.12.1998. Většina z těchto firem zajišťuje rovněž poradenství, případně projektování.

Výroba fotovoltaických článků a panelů Solartec s.r.o. 1. máje 1000 / M3 756 61 Rožnov pod Radhoštěm T. 0651-60 33 77 F. 0651-60 33 93 E. [email protected] W.http://solartec.ocb.cz

TETOM Prostřední Bečva 379 756 56 Prostřední Bečva T. 0651-926 134 F. 0651-926 134

TRIMEX TESLA s.r.o. 1. máje 1000 756 61 Rožnov pod Radhoštěm T. 0651-60 32 45 F. 0651-60 21 09

Montáž fotovoltaických solárních systémů Aton centrum s.r.o. Topolová 14/2916 106 00 Praha 10 T. 02-71 75 06 95 F. 02-75 73 53 E. [email protected]

ELES (Elektro-Eko-Solar) Politických vězňů 33 280 02 Kolín IV T. 0321-203 64 F. 0321-203 64

EORS Fr. Čechury 4463 708 00 Ostrava - Poruba T. 069-69 10 206

GMS Zahr. odboje 932 674 01 Třebíč T. 0618-74 075

Vladimír Hladík Jižní 425 289 07 Libice nad Cidlinou T. 0651-926 134 F. 0651-926 134

Solartec s.r.o. 1. máje 1000 / M3 756 61 Rožnov pod Radhoštěm T. 0651-60 33 77 F. 0651-60 33 93 E. [email protected] W.http://solartec.ocb.cz

TETOM Prostřední Bečva 379 756 56 Prostřední Bečva T. 0651-926 134 F. 0651-926 134

Sekce 9

Stránka 50

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 10. Fotovoltaický lexikon a slovník

Fotovoltaický lexikon a česko-anglicko-německý slovník Jiří Bártek

Obsah A

B

C

Č

D

E

F

A........................49 B........................50 C........................50 Č........................51 D........................51 E........................51 česky

G

H

I

K

L

M

F ....................... 52 G....................... 52 H ....................... 52 I......................... 53 K ....................... 53 L........................ 54

N

O

P

R

S

M .......................54 N .......................55 O .......................55 P........................56 R .......................57 S........................57

T

U

V

W

Z

T ....................... 59 U....................... 59 V ....................... 60 W ...................... 60 Z ....................... 61

anglicky

německy

význam

A a-Si a-Si:H

A, Amp a-Si a-Si:H

A a-Si a-Si:H

absorpce absorpční koeficient

absorption

AC Ah Air Mass

AC Ah Air Mass

Absorption Absorptionskoefficient AC Ah Luftmasse

zkr. pro →ampér zkr. pro →amorfní křemík, →amorfní solární články zkr. pro vodík obsahující →amorfní křemík, →amorfní solární články snížení intenzity světla jeho průchodem materiálem

aktivní plocha aktivní strana

active area active side

akumulátor

battery, accumulator

AM AM 0

AM AM 0

AM AM 0

AM 1 AM 1,5

AM 1 AM 1,5

AM 1 AM 1,5

A

míra velikosti →absorpce; závisí na vlnové délce světla zkr. →střídavý proud, angl. ampérhodina, jednotka →kapacity akumulátoru 1/sin(γS) , kde γS = 90° - úhel dopadu; zkr. AM; charakterizuje složení spektra slunečního světla: z důvodu rotace Země se mění →úhel dopadu a tím se mění délka průchodu paprsku atmosférou; následkem toho se mění →spektrum světla a jeho →intenzita; např. pro Prahu a Berlín se hodnota AM pohybuje mezi AM 1,15 začátkem léta a AM 4,12 začátkem zimy

část aktivní strany článku, která není pokryta metalizací článku, panelu = strana přivrácená ke zdroji světla; také →přední strana součást →fotovoltaického systému, která umožňuje ukládat elektřinu vyrobenou →solárním zařízením pro noční provoz nebo pro dny s →omezeným osvětlením, nebo když je potřeba zálohovat zdroje vyrábějící resp. dodávající elektřinu; viz také →kapacita akumulátoru; nejčastěji se užívají →olověné →solární akumulátory, dále lze doporučit dražší alkalické →nikl-kadmiové (NiCd) akumulátory nebo →NiFe akumulátory; →nominální napětí je obvykle 12 V, v případě speciálních →olověných solárních 2 V (skládají do potřebného →nominálního napětí a →kapacity; určeny zejména pro náročné aplikace, vyžadující dlouhodobou spolehlivou funkce – více než 10 let); nedoporučuje se kombinování akumulátorů různých typů, výrobců a stáří zkr. pro →Air Mass hodnota →Air Mass vně atmosféry; odpovídající intenzita 2 světla je 1350 W/m hodnota →Air Mass při kolmém dopadu světla standardní hodnota (součást →STC) →Air Mass pro testování

Sekce 10

Stránka 49

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 10. Fotovoltaický lexikon a slovník česky amorfní křemík

amorfní solární články amortizace ampér ampérhodina antireflexní vrstva

array

anglicky

význam →solárních článků a →solárních panelů amorphous silicon amorphes Silizium v amorfním materiálu jsou atomy uspořádány nepravidelně; z důvodu vysoké absorpční schopnosti stačí pro amorfní solární články tloušťka 0,5 µm amorphous solar amorphe Solarzelle jsou vyrobeny z →amorfního křemíku pomocí →tenkovrstvé cells technologie; obvykle mají relativně nízkou →účinnost (5-8%) a podléhají →stárnutí Amortisationszeit doba, za kterou vyrobený proud zaplatí investiční náklady; doba amortizace závisí na →nákupní ceně elektřiny Ampere Ampere jednotka elektrického proudu, zkr. A ampere hour Amperestunde jednotka kapacity akumulátoru, dávky dobíjení a vybíjení; vypočítá se jako součin proudu (dobíjecího/vybíjecího) a času, zkr. Ah antireflective Antireflexschicht tenká transparentní povrchová vrstva na →aktivní ploše článku, coating která zvyšuje jeho →účinnost snížením →odrazivosti →aktivní plochy; zkr. ARC array →solární řada

autonomní FVS

autonomous systém

back side field

back side field

bivalentní systém blokovací dioda

blocking diode

německy

→grid-off, →domácí solární systém

B

bod maximálního výkonu

maximum power point, peak power point

busbar BSF bypass dioda

busbar BSF bypass diode

c-Si celkové záření

c-Si global irradiation

zusätzliches přídavné elektrické pole na zadní straně →krystalických elektrisches Feld solárních článků zvyšuje jejich →účinnost; zkr. BSF auf der Rückseite je kombinací dvou zdrojů energie; viz →hybridní systém zapojena mezi solární panel a akumulátor brání zpětnému toku proudu (samovolnému vybíjení) v nočních hodinách; zapojují se rovněž u více-panelových FV zařízení, a to pro každý panel jedna, aby se zabránilo průtoku proudu v opačném směru přes panel, který je momentálně lokálně zastíněn (a tedy proud v propustném směru →solárních článků nemůže procházet); brání se tak ztrátám; viz také →izolovaný systém; blokovací diodu obsahuje většina →solárních regulátorů a některé →solární panely zkr. mpp nebo MPP, bod na →křivce I-U, kde je →výkon solárního článku nebo panelu, za daných podmínek, maximální; obvykle se vztahuje k tzv. →standardním testovacím podmínkám (→STC); viz →křivka I-U Metallband →metalizace BSF zkr. →back side field Bypass-diode připojena paralelně k solárním článkům (např. pro každou sériovou řadu po 18 článcích); brání vzniku →horkého místa tak, že proud nejde přes zastíněný článek, nýbrž přes bypass diodu; tím se zastíněný článek nepřehřívá a nehrozí mu zrychlené →stárnutí

C c-Si Globalstrahlung

Sekce 10

zkr. →krystalický křemík, →krystalické křemíkové články celková zářivá energie slunce, která dopadá během určitého času na vodorovnou plochu; skládá se ze dvou složek – →přímé záření (angl. direct) a →difúzní (rozptýlené) záření (angl. diffuse); v našich zeměpisných šířkách dosahuje maximálních hodnot 2 kolem 1000 W/m

Stránka 50

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 10. Fotovoltaický lexikon a slovník česky cena/Wp

anglicky price/Wp

německy Preise/Wp

význam poměr ceny k →výkonu solárního panelu slouží k posuzování cenové výhodnosti zkoušky →solárních panelů, které simulují podmínky v prostředí, pro které jsou určeny, včetně dlouhodobých vlivů; mezinárodně uznávané →certifikáty může výrobce panelů získat u ESTI (Ispra v Itálii), TÜV (v SRN), NREL (Golden v USA) např. IEC 61215, ISPRA 503, CEI/IEC 1215

certifikace

certification

certifikát CdTe CIGS CIS CZ

certificate CdTe CIGS CIS CZ

CdTe CIGS CIS CZ

chem. zkr. fotovoltaický polovodič →kadmium telurid zkr. →měď-indium-galium diselenid zkr. →měď-indium diselenid zkr. Czochralského metoda tažení monokrystalického křemíku (z roztaveného polykrystalického křemíku)

článek čtverec

cell full-square

Zelle

→solární článek charakteristický tvar solárních článků z →multikrystalického křemíku (např. 125 x 125 nebo 150 x 150 mm), méně běžný tvar solárních článků z →monokrystalického křemíku (např. 100 x 100 mm)

D dávka slunečního světla

D

DC degradace deska difúzní sluneční záření

DC degradation wafer diffuse sun irradiation

dioda

diode

diamantová pila

diamond saw

dobíjecí napětí

charging voltage

dobíjecí regulátor domácí solární systém drátořez

charge controller solar home system wiring saw

zkr. direct angl., →přímé záření 2 v W/m /časová jednotka (den…rok); energie dopadající na plochu 1 metru čtverečního; v podmínkách střední Evropy 2 2 přibližně 1000 kWh/m /rok, na rovníku 2200 kWh/m /rok; jiný název je →sluneční hodiny za rok DC zkr. →stejnosměrný proud, angl. Degradation →stárnutí Scheibe →křemíková deska diffuse Strahlung difúzní záření je ta část, která neprochází atmosférou přímou drahou od slunce, ale je rozptýleno, např. kapičkami vody v mracích nebo pevnými částečkami v atmosféře Diode elektronický polovodivý prvek, kterým proud může procházet jen v jednom, tzv. propustném, směru zařízení k výrobě →křemíkových desek, ve kterém se používá k dělení diamantová okružní pila; tato metoda spotřebuje více materiálu a je dražší →solárního regulátoru = napětí, kterým je dobíjen akumulátor; liší se podle typu →akumulátoru i podle teploty; většinou udáváno při 25°C Laderegler →solární regulátor Solar Home System malý, jednoduše vybavený FV →izolovaný systém, který zahrnuje →solární panely, →solární regulátor a →akumulátory Drahtsäge zařízení k výrobě →křemíkových desek, ve kterém se používá k dělení dlouhý drát

EFF

EFF

EFG tažení

EFG

Č

D D

E

ekvivalentní sluneční hodiny elektrické parametry

elektrický odpor elektroměr elektrospotřebič

→účinnost solárního článku nebo panelu; = FF x UOC x ISC EFG-Verfahren

Sonnenäquivalentstunden electric parameters

nová technika tažení křemíku pro výrobu →křemíkových desek; zkr. Edge-defined Film Growth, tj. růst v tenké vrstvě definovaný hranou; z taveniny křemíku se táhne osmihranná trubka s délkou hrany asi 10 cm a délky až 5 m; tato trubka →multikrystalického křemíku je rozřezána na desky zpravidla 10 x 10 cm; výhodou je lepší využití křemíku →výtěžnost charakteristické fyzikální parametry solárních článků a panelů: →účinnost (EFF), →výkon (P, Pm), →napětí na prázdno (UOC), →zkratový proud (ISC), →napětí v Pm (Um), → proud v Pm (Im); viz →křivka I-U →odpor dva elektroměry se používají v →grid-on FV systémech zařízení napájené a poháněné elektrickým proudem; pro potřeby fotovoltaiky je dělíme na: stejnosměrné spotřebiče: obvykle na napětí 12 V, příp. 24 V střídavé spotřebiče: obvykle na napětí 230 V, příp. 380 V Při výběru vhodného spotřebiče do FVS mají přednost

wattmeter electrical appliance

Sekce 10

Stránka 51

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 10. Fotovoltaický lexikon a slovník česky

anglicky

německy

equalizace

equalisation

EVA

EVA

EVA

FF fill faktor

FF fill factor

FF Füllfaktor

fingers fotoefekt

fingers photo-effect

Grids Photoeffekt

fototermika

phototermics

Solarthermie

význam →úsporné elektrospotřebiče a v případě střídavých spotřebičů v →grid-off FV systémech spotřebiče s nízkým startovacím proudem (např. se nedoporučují běžné kompresory včetně kompresorových lednic a asynchronní motory). proces, který prodlužuje životnost →olověných akumulátorů a regeneruje jejich →kapacitu; doporučuje se jednou za asi 30 dnů nebo po příliš hlubokém vybití; jde o promíchání elektrolytu krátkodobým zvýšením →dobíjecího napětí na asi 14,8 V zkr. etylén-vinyl-acetát, fólie k výrobě solárních panelů (pro →pouzdření)

F

fotovoltaické zařízení

Photovoltaikanlage

fotovoltaický článek

photovoltaic cell

Fotovoltaikzelle

fotovoltaický princip

photovoltaic principle

photovoltaisches Princip

fotovoltaický systém

photovoltaic system

fotovoltaika

photovoltaics

Photovoltaik

FV FVS FV systém

PV PVS PV system

PV PVS PVS

G GaAs galium arzenid

G GaAs Gallium Arsenid

G GaAs Gallium Arsenid

Global grid-off

Global grid-off

Global grid-off

grid-on

grid-on, grid-connected

grid-on

→fill factor zkr. FF, „faktor zaplnění“, v procentech, je mírou elektrické jakosti solárních článků nebo panelů; čím je hodnota vyšší, tím lépe; charakteristické jsou hodnoty 60-80% (u krystalických křemíkových článků 70-80%); = Pm / (UOC x ISC) (viz. →křivka I-U) →metalizace o fotoefektu se hovoří v souvislosti s uvolňováním světla z povrchu; nezaměňovat s fotovoltaickým principem využití sluneční energie k přímé výrobě tepla; zařízení pro výrobu teplé vody se nazývá →solární kolektor nebo absorbér obsahuje jeden nebo více solárních panelů; je-li jich více, jsou zapojeny →paralelně nebo →sériově; je nezbytnou součástí →fotovoltaického systému zkr. SČ, angl. SC; vyrábí se z křemíkových desek a slouží k výrobě solárních panelů; také nazývám →solární článek popisuje vznik elektrického napětí v polovodiči v důsledku ozáření světlem (fotony); objevil jej fyzik Alexandre-Edmond Becquerel v roce 1839 zkr. FVS; vždy obsahuje →solární panel(-y); dále může podle účelu obsahovat →solární regulátor, →akumulátor nebo →měnič technika umožňující výrobu elektřiny přímo ze slunečního záření, a to prostřednictvím →solárních článků a pomocí →fotovoltaického efektu zkr. fotovoltaický (článek, panel, systém) zkr. →fotovoltaický systém, →solární systém zkr. →fotovoltaický systém, →solární systém

G zkr. Global angl. →celkové záření chem. zkr. →galium arzenid zkr. GaAs; solární články vyrobené z GaAs mají vysokou účinnost (až k 22%); jsou relativně drahé a používají se ke speciálním účelům, zejména v kosmu →celkové záření FV systém nepřipojený k veřejné elektrické síti (viz také →gridon); viz také →izolovaný systém, →domácí solární systém FV systém připojený přes →síťový měnič a elektroměry k veřejné elektrické síti (viz také →grid-off); nepotřebuje žádné skladování vyrobené elektřiny (viz také →akumulátory)

H hluboké vybití horké místo

hot spot

Hot Spot

Sekce 10

akumulátoru může vést ke zkrácení doby jeho života; u olověných akumulátorů pod hodnotou cca. 11 V (při 25°C) vzniká při zastínění jednoho článku v sériové řadě v solárním panelu; zastíněním vzroste elektrický odpor, článek se zahřívá a může dojít k poškození; jako prevence se používá →bypass dioda

Stránka 52

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 10. Fotovoltaický lexikon a slovník česky hranice zrn

anglicky corn boundaries

německy Korngrenzen

význam okraje mezi jednotlivými monokrystaly u →multikrystalického křemíku; působí jako překážky pro transport elektrického náboje, proto je účinnost solárních článků a panelů z multikrystalického křemíku zpravidla nižší než v případě použití →monokrystalického křemíku (o cca. 1-3%) systém kombinující více zdrojů energie, např. →FVS a malou větrnou elektrárnu nebo FVS a dieselový zdroj elektřiny; s výhodou se používají systémy, které se vzájemně doplňují; hybridní systém obsahující FVS a dieselový zdroj elektřiny, nebo →kogenerační zdroj, je doporučovanou variantou pro celoroční provoz středního grif-off systému (0,5-5 kWp); viz také →bivalentní systém

hybridní systém

hybrid system

I I-U křivka

I A-V curve

I I-U-Kennline

indium-cín-oxid ingot

Indium-Tin-Oxide ingot

Indium-Zinn-Oxid Ingot

zkr. pro elektrický proud; jednotka ampér (zkr. A) charakterizuje opticko-elektrické vlastnosti solárního článku nebo panelu; →křivka I-U zkr. ITO; průhledný polovodič s vyšší elektrickou vodivostí

integrovaná fotovoltaika

integrated PV

intenzita světla resp. záření

irradiation

I

Intensität

blok z →polykrystalického, →monokrystalického nebo →multikrystalického křemíku většinou speciální solární panely vložené do vnější části stavební konstrukce (fasády nebo střešní krytina) a více či méně citlivě sladěné s okolními stavebními prvky 2 v W/m ; v našich zeměpisných šířkách dosahuje maximálních 2 hodnot kolem 1000 W/m intenzit

interconnecting Im

interconnecting Im

Impp ISC ITO izolovaný systém

Impp ISC ITO stand-alone system

kadmium telurid

CadmiumTelluride

kapacita akumulátoru

capacity

Serienverschaltung →stringing Im proud odpovídající →bodu maximálního výkonu solárního článku nebo panelu; v jednotkách →A nebo →mA; typická hodnota pro článek a →standardní panel je 3,0 A (pro články velikosti 100 x 100 mm) Impp →Im ISC →zkratový proud ITO zkr. pro → indium-cín-oxid Inselsystem FV systém nepřipojený k veřejné elektrické síti (viz také →gridon), např. na kopcích, horských chatách, polích, pro venkovské objekty; viz také →domácí solární systém

K Cadmium-Tellurid

kogenerační zdroj

Sekce 10

fotovoltaický polovodič typu II-VI s šířkou zakázaného pásma 1,45 eV a vysokou absorpční schopností; vyrábí se tenkovrstvou technologií v ampérhodinách (zkr. Ah); určuje se podle požadované doby zálohování (obvykle 3 dny, ale pro vysoce spolehlivé aplikace až 30 dnů) z ampérhodin průměrně spotřebovaných denně vyrábí současně elektřinu a využitelné teplo; dokonalejší zdroj než samotné elektrocentrály; poháněn benzínem, naftou, propanem nebo extralehkým topným olejem; od malých jednotek cca. 10 kW až po jednotky ve stovkách kW

Stránka 53

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 10. Fotovoltaický lexikon a slovník česky kolektor kompenzace koncentrátor

anglicky collector

německy kollektor

concentrator

Konzentrator

krystalický křemík

crystalline silicon

křemíková deska

silicon wafer

kvalifikace křivka I-U

qualification A-V curve

Qualifizierung I-U-Kennline

kWh

kWh

kWh

kWp

kWp

kWp

laminace

laminating

Laminierung

laminát

laminate

Laminat

mA maximální výkon

mAmp mA maximum power, maximum output Copper Indium Kupfer-IndiumDiselenide Diselenid

význam →solární kolektor →teplotní kompenzace zařízení, které koncentruje sluneční záření na solární články; obsahuje zrcadla nebo čočky fotovoltaický polovodič vyrobený ze →solárního křemíku, monokrystalický nebo multikrystalický; zpracovává se do podoby tenkých →křemíkových desek (obvykle 200 až 400 mm), z nichž se vyrábí →solární články vyrábí se z krystalického křemíku řezáním (→drátořez, →diamantová pila) a slouží k výrobě →solárních článků; má tvar →pseudočtverce nebo →čtverce, případně obdélníku; tloušťka je od 0,2 do 0,4 mm, typicky 0,35 mm →certifikace vystihuje opticko-elektrické chování solárního článku nebo panelu; závisí na →intenzitě záření a na →teplotě

zkr. kilowatthodina, jednotka elektrické práce; používá se při výpočtu FV systému jako násobek (průměrného) výkonu a hodin práce; 1 kWh = 1000 Wh zkr. kilowattpeak (čti kilowatpík), jednotka →výkonu →solárního panelu nebo →článku; 1 kWp = 1000 Wp

L metoda →pouzdření →solárních panelů, při které se používá laminátor jiný název pro →solární panel vyrobený →laminací; jde především o panely určené pro aplikaci na obklady budov a ve střešní krytině

M měď-indiumdiselenid měď-indium-galium diselenid měnič

Copper Indium Gallium Diselenide inverter

metalizace

metallisation, grid

miliampér milivolt modul monokrystal

miliAmpere milivolt module, panel single crystal, monocrystal monocrystalline silicon

monokrystalický křemík

zkr. pro →miliampér →výkon maximální

fotovoltaický polovodič, který se vyrábí →tenkovrstvou technologií; šířka zakázaného pásma je 1,0 eV; články mohou dosahovat →účinnosti až 15,4% Kupfer-Indiumfotovoltaický polovodič, který se vyrábí →tenkovrstvou techGallium-Diselenid nologií; šířka zakázaného pásma kolísá mezi 1,0 a 2,7 eV; články mohou dosahovat →účinnosti až 17,7% Wechselrichter součást →fotovoltaického systému, když je potřeba: 1/ připojit elektrospotřebiče na 220 V~ v →izolovaném systému nebo 2/ připojit solární panely na elektrickou síť (→grid-on); pak se nazývá →síťový měnič Grids und struktura vodičů na přední straně křemíkových solárních Metallbänder článků; skládá se z tenkých prstů (fingers) s typickou šířkou 0,1 mm, které proud odvádějí do tzv. busbarů (čti basbar) s typickou šířkou 2 mm; busbary slouží k sériovému propojování článků (→tabbing) Miliampere jednotka elektrického proudu, zkr. mA, 1/1000 ampéru milivolt jednotka elektrického napětí, zkr. mV, 1/1000 voltu Paneel →solární panel Einkristall má zcela pravidelně uspořádané atomy monokristallines Silizium

Sekce 10

je složen pouze z jednoho krystalu; je zpravidla vyráběn metodou Czochralského (zkr. CZ), tj. tažením z taveniny polykrystalického →solárního křemíku do formy →ingotu; typický průměr ingotu je 138 nebo 154 mm a délka 20-30 cm; solární články mohou dosahovat účinnosti až 24%, hodnoty článků z hromadné výroby jsou 13-17%; nejpoužívanější materiál pro výrobu solárních článků; články z mono křemíku zaručují dlouhodobou stabilitu →elektrických parametrů (viz

Stránka 54


anglicky

německy

mpp, MPP MPP-tracking multikrystalický křemík

mpp, MPP MPP-tracking multicrystalline silicon

mpp, MPP MPP-tracking multikrystallines Silizium

mV MWh MWp

mVolt MWh MWp

mV MWh MWp

význam také →stárnutí) zkr. maximum power point (angl.) = →bod maximálního výkonu →sledování bodu maximálního výkonu je složen z mnoha zrn →monokrystalického křemíku o velikosti jednotek milimetrů až jednotek centimetrů; je vyráběn ze →solárního křemíku metodou lití (angl. casting); průřez vyrobeného bloku je zpravidla 30 x 30 cm; bloky se řežou na →křemíkové desky; účinnost solárních článků a panelů z multikrystalického křemíku zpravidla nižší než v případě použití →monokrystalického křemíku (viz také →hranice zrn); solární články z hromadné výroby mají účinnosti 11-15%; druhý nejpoužívanější materiál pro výrobu solárních článků s trendem k převládnutí vzhledem k méně nákladné výrobě; články z multikrystalického křemíku mají horší dlouhodobou stabilitu →elektrických parametrů (viz také →stárnutí); někdy se užívá název polykrystalický křemík, který ale není vhodný z důvodu možné záměny s křemíkem pro výrobu monokrystalického a multikrystalického křemíku zkr. pro →milivolt zkr. pro →megawatthodiny; 1 MWh = 1000 kWh zkr. pro →megawattpeak (čti megewatpík); 1 MWp = 1000 kWp

N nabíjení nákupní cena elektřiny napětí v mpp napětí v Pm

napětí na prázdno

akumulátoru při jeho formování, tzn. při uvádění do provozu Einspeisevergütung mezi výrobcem elektřiny a rozvodnými závody voltage at Pmpp voltage at Pm

open-circuit voltage

Leerspannung, offene Klemmenspannun g

návratnost

návratnost vložené energie NiCd akumulátor

Energierücklaufzeit

→napětí v Pm zkr. →Um, v jednotkách →V nebo →mV, napětí odpovídající →bodu maximálního výkonu solárního článku nebo panelu; někdy nazýváno maximální napětí →UOC

doba, za kterou vyrobený proud zaplatí investiční náklady + provozní náklady; návratnost závisí na →nákupní ceně elektřiny doba, kterou fotovoltaické zařízení potřebuje k vyrobení elektřiny, jejíž cena odpovídá nákladům na jeho vyrobení alkalický →nikl-kadmiový akumulátor

NiFe akumulátor

alkalický →nikl-železný akumulátor

nikl-kadmiový akumulátor

zkr. NiCd akumulátor; dobíjecí napětí 15 V (pro →nominálně 12 V akumulátor); jsou velmi odolné proti →přebíjení i proti →hlubokému vybití, jsou ale dražší než →olověné akumulátory zkr. NiFe akumulátor; dobíjecí napětí 16,5 V (pro →nominálně 12 V akumulátor); jsou velmi odolné proti →přebíjení i proti →hlubokému vybití parametr, který rámcově charakterizuje zařízení, ale skutečné hodnoty mohou být jiné; např. (nominálně) 12 V →olověný akumulátor má svorkové napětí mezi 10,5 a 12,8 V (těsně po odpojení dobíjení až 14,1 V) při 25°C; (nominálně) 12 V →solární panel má za pěkného počasí napětí 17-18 V

nikl-železný akumulátor nominální hodnota

nominal value

odpor

resistance

odrazivost off-grid ohmická ztráta olověný akumulátor

reflectivity off-grid lead battery

omezené osvětlení / záření

limited light / irradiance

O Widerstand

ohmische Verluste

Sekce 10

teče-li proud přes odpor, mění se elektrická energie v teplo a tím dochází ke ztrátám míra schopnosti odrážet dopadající záření →grid-off FV systém →odpor pro FVS jsou nejvhodnější tzv. →solární akumulátory; → dobíjecí napětí je 14,1 mV při 25°C; →teplotní kompenzace – 25 mV (oba údaje jsou pro →nominálně 12 V akumulátor); pokud nechceme zkrátit těmto akumulátorům život, je nutné použít →solární regulátor; ten je v případě umístění v místnosti se změnami teplot většími než 10°C vybaven →teplotní kompenzací dobíjecího napětí; viz také →equalizace období, kdy →solární zařízení nedodává napětí potřebné k →dobíjení akumulátoru nebo k napájení →sítě

Stránka 55

Fotovoltaika a fotovoltaické systémy v podmínkách ČR a jejich navrhování: 10. Fotovoltaický lexikon a slovník česky on-grid orientace

anglicky on-grid orientation

německy

panel paralelní odpor

module, panel Paneel parallel resistance Parallelwiderstand

paralelní propojování

parallel interconnection

význam →grid-on FV systém →FV zařízení má být umístěno vhodným způsobem, aby →výtěžek elektřiny byl co největší; při fixním upevnění je ideální orientace aktivní strany směrem k jihu a →úhel sklonu zvolený podle sezónnosti provozu; viz také →sledovač slunce

P

plynování Pm, Pmpp PN-přechod polykrystalický křemík pomocné zařízení FVS pouzdření

Pm, Pmpp

Pm, Pmpp pn-Übergängen

polycrystalline silicon PVS accessory encapsulation

Verkapselung, Kapselung

povrchová struktura

texturing

Oberflächenstruturierung

proud v mpp proud v Pm

current at Pmpp current at Pm

proud nakrátko prsty přebíjení

short-circuit current fingers overcharging

přední strana

front side

přímé záření

direct irradiation

direkte Strahlung

připojení k síti

grid connection, mains connection

Netzkopplung

příslušenství

accessories

pseudočtverec

pseudo-square

→solární panel leží paralelně k (ideálnímu) solárnímu článku a snižuje jeho →účinnost; příklad může být zkrat přes hranu článku solárních článků nebo panelů; dosáhneme tak vyššího proudu při stejném napětí

akumulátoru = rozklad elektrolytu za uvolňování kyslíku a vodíku; snižuje hladinu elektrolytu a může vést ke zkrácení doby života zkr. →výkonu za →standardních testovacích podmínek se využívá v solárních článcích a polovodičových součástkách materiál pro výrobu →monokrystalického křemíku → příslušenství

Kurzschloßstrom Grids

Sekce 10

uzavření solárních článků do formy solárních panelů tak, aby dlouhodobě odolávaly vnějšímu prostředí; příklady technik pouzdření: - laminace: např. - z přední strany vysocepropustné tvrzené →sklo / →EVA / tedlar - z přední strany vysocepropustné tvrzené →sklo / →EVA / tvrzené sklo - z přední strany vysocepropustné tvrzené →sklo / pryskyřice / tvrzené sklo - z přední teflon / EVA / →sklo - z přední strany tvrzené →sklo / obyčejné sklo →přední strana článků je upravena chemicky nebo mechanicky tak, aby v kombinaci s →antireflexní vrstvou co nejúčinněji pohlcovala dopadající →záření; technologie pro výrobu této struktury se nazývá texturování; jiný název je textura →proud v Pm zkr. →Im, v jednotkách →A nebo →mA, proud odpovídající →bodu maximálního výkonu solárního článku nebo panelu; typická hodnota pro článek a →standardní panel je 3,0 A (pro články velikosti 100 x 100 mm); někdy nazýváno maximální proud zkr. →ISC, →zkratový proud →metalizace nabíjení nebo dobíjení →akumulátoru příliš vysokým napětím (nad →dobíjecím napětím) nebo po nabití na plnou kapacitu; projevuje se tzv. →plynováním článku, panelu = strana přivrácená ke zdroji světla; také →aktivní strana sluneční záření, které dopadá na zemi a prochází atmosférou přímou cestou; u křemíkových solárních článků je účinnější než →difúzní (rozptýlené) záření propojení FV zařízení přes →síťový měnič na veřejnou síť z důvodu plné nebo částečné dodávky (prodeje) fotovoltaicky vyrobené elektřiny; není pak třeba tuto elektřinu ukládat; viz také →akumulátor, →grid-on FVS = pomocná zařízení FVS, tj. →solární regulátor, →akumulátor(-y), →měnič charakteristický tvar solárních článků z →monokrystalického

Stránka 56


anglicky

německy

array controller, regulator

Regler

význam křemíku – čtverec se zaoblenými rohy (obvykle přibližně 100 x 100 / 135 mm, nebo 125 x 125 / 150 mm); údaj za lomítkem znamená rozměr v úhlopříčce (diagonále)

R řada regulátor

→solární řada →solární regulátor →difúzní záření

rozptýlené záření

S SČ scrap

serio-paralelní propojení sériové propojování

síť síťový měnič

SC scrap

zkr. →solární článek odpadní křemík z výroby polovodičového křemíku (konce monokrystalů a skrojky faset) a solárního křemíku (konce krystalů, zbytky po →skvérování) kombinace →sériového a →paralelního propojení; dosahujeme tak zvýšení pracovního napětí a proudu solárních článků nebo panelů; dosáhneme tak vyššího napětí při stejném proudu

scrap

serial interconnection

sklo

mains, grid grid-connected inverter glass

veřejná rozvodná síť elektřiny nízkého napětí (NN)

skvérování

squaring

sklon sledovač slunce

tilt solar tracker

Neigung Nachführung

sledování bodu maximálního výkonu

MPP-tracking

MPP-tracking

sluneční … sluneční energie sluneční hodiny / čas sluneční simulátor

solar solar energy

solar simulator

solar Solarenergie Sonnenstunden im … (Jahr…) Sonnensimulator

sluneční světlo sluneční záření

solar light solar irradiance

solární akumulátor solární článek

solar battery solar cell

Glas

Solarlicht

Solarzelle

Sekce 10

součást →fotovoltaického systému, když jsou solární panely připojeny na elektrickou síť (→grid-on) se používá k →pouzdření některých typů →solárních panelů; nejlepší sklo pro přední stranu je vysocepropustné sklo, které má snížený obsah železa a umožňuje propouštění slunečního záření rovněž z blízké ultrafialové části →spektra; v kombinaci s →EVA-fólií je pak nutno použít při výrobě panelu speciální EVA-fólii, aby nedocházelo ke žloutnutí a hnědnutí panelů spojené se snižováním →výkonu panelu; přední sklo panelů pro venkovní použití má vždy být tvrzené, aby nedošlo k rozbití kroupami a úlomky větví ořezávání →monokrystalu do tvaru průřezu shodného s tvarem křemíkových desek z →monokrystalického křemíku, obvykle tzv. →pseudočtverec, případně →čtverec nebo obdélník solárního panelu – viz →úhel sklonu zařízení automaticky sledující polohu slunce podobně jako květ slunečnice; natáčí panely na něm upevněné buď kolem jedné, popř. dvou os tak, aby byly stále co nejkolměji otočeny ke slunci; →výtěžnost FVS je vyšší, a to zejména v letním období jedna z funkcí →solárních regulátorů nebo →síťových měničů, případně kombinovaných regulátorů/měničů pro →grid-off systémy na 220 V; viz také →bod maximálního výkonu; někdy jde o skutečné sledování, někdy však pouze o přiblížení tomuto bodu pevným nastavením procentuální hodnoty z →napětí naprázdno (např. 67%) solární … v užším smyslu energie, která na Zemi přichází formou fotonů počet hodin za rok, v kterých dopadá sluneční záření na zem, bez zatažených dní; → dávka slunečního světla zařízení umí vyrobit sluneční →spektrum s pomocí speciálních lamp; pro naše zeměpisné šířky se má užívat →AM 1,5spektrum; zařízení se používá k měření, třídění a kontrole solárních článků a panelů →světlo část →sluneční energie, která ze Slunce přichází formou záření, tzn. toku fotonů speciání →olověný →akumulátor pro solární systémy velkoplošná fotodioda (→dioda), u níž vzniká absorpcí světla elektrická energie; vyrábí se z křemíkových desek nebo některou z →tenkovrstvých technologií; slouží k výrobě solárních panelů; také nazývám fotovoltaický článek; typické rozměry 100x100 a 125x125 mm s pravoúhlými nebo zakulacenými rohy

Stránka 57


anglicky

německy

význam

solární kolektor

solar collector

Solarkollektor

solární křemík

solar silicon

Solarsilicium

solární panel

solar module, solar panel

Solarpanel

solární regulátor

controller, regulator

Solarregler

solární řada

solar array

solární systém SP spektrum záření

solar system SM spectrum

solární panel konstruovaný a určený pro výrobu teplé vody, nikoli elektřiny křemík s chemickým složením vhodným pro výrobu krystalických solárních článků; zdrojem je zpravidla odpad z výroby křemíku pro polovodiče i samotného solárního křemíku, tzv. →scrap elektrické zařízení generující ze slunečního záření stejnosměrnou elektřinu (jsou součástí FV systémů); je určeno pro dlouhodobé používání buď ve venkovním prostředí (některé snášejí extrémní teploty, přímořskou atmosféru) nebo ve vnitřním prostředí; obsahují sériově příp. sérioparalelně propojené →solární články, aby se dosáhlo žádoucích elektrických parametrů (např. u →standardních panelů je to napětí potřebné k →dobíjení 12 V →akumulátorů); jsou vyráběny různými technikami →pouzdření součást →fotovoltaického systému, když je potřeba automaticky chránit →akumulátor(-y) před přebíjením popř. před příliš hlubokým vybíjením (něm. Tiefenentladung, angl. LVD = low voltage disconnect); tím se prodlužuje životnost akumulátorů; je zapojen mezi FV zařízení a akumulátor; pokročilé typy mají →equalizaci a →sledování bodu maximálního výkonu; →dobíjecí napětí se volí podle typu →akumulátoru řada solárních panelů zapojených v série pro dosažení určitého vyššího stejnosměrného napětí (48 až 300 V), aby se omezily ohmické ztráty; používá se obvykle v →grid-on systémech nebo v lokálních elektrárnách (→grid-off), kde se kombinují s vhodným →měničem →fotovoltaický systém zkr. →solární panel průchodem atmosférou se mění složení spektra slunečního záření v závislosti na procházené vzdálenosti a náhodných změnách (zejména oblačnosti), a to v průběhu dne a se změnou ročních období; z důvodu standardizace testovacích podmínek se používá parametr →Air Mass

spotřebič standardní panel

standard module

standardní testovací podmínky stárnutí

standard test conditions ageing

Standard Test Bedingungen Alterung

Sekce 10

→elekrospotřebič →solární panel vyrobený se standardním počtem článků v sérii, tj. 36 příp. 32 (někdy, pro horké oblasti, 40); typická plocha 2 panelu s 36 články 100 x 100 mm je 0,43 m , typický →výkon 2 53 Wp, typický výkon na plochu 120 Wp/m →spektrum záření →AM 1,5 →G, →intenzita záření 2 1000 W/m , teplota 25°C snížení výkonu solárních článků a panelů v důsledku osvětlení;

Stránka 58


anglicky

německy

význam jev se zpravidla týká →amorfních článků; laboratorními pokusy bylo zjištěno, že ke stabilizaci amorfních článků dojde za asi 1000 hodin oslunění STC zkr. →standardní technické podmínky Gleichstrom tok proudu je bez pravidelných změn, zdrojem jsou chemické články (baterie) nebo →fotovoltaická zařízení Serienverschaltung spojení solárních článků s pásky (tabbed cells) do řad, aby se dosáhlo určitého pracovního napětí (u standardních panelů obvykle 32 až 36 článků v sérii); k propojování se obvykle používá pájení; tyto řady se→pouzdří do panelů

STC stejnosměrný proud

STC direct current

stringing

stringing

strukturování

structuring

stř. střídavý proud světlo

AC alternate current light

tabbing

tabbing

tažení tenkovrstvý solární článek tenkovrstvá technologie

pulling thin-film-solar cell

teplota

temperature

teplota pracovní a skladovací

operating and storage temperature temperature coefficient

Temperaturkoeffizient

textura

texture

Textur

účinnost; konverzní účinnost

efficiency, EFF

Effizienz, Wirkungsgrad

AC Wechselstrom Licht

technologický krok vytvářející na →přední straně článku strukturu nejčastěji se podobající pyramidám a zvyšující →účinnost článků zkr. pro →střídavý proud →stř., →AC viditelná část →spektra →slunečního záření s vlnovou délkou 300 až 800 nm (čti nanometrů; 1 nm je milióntina metru)

T

teplotní koeficient

thin-film technology

připájení vývodů na →busbary solárních článků, které slouží k propojení do sériových řad (→stringing, →interconnecting); většinou pocínovanými měděnými pásky křemíku se používá pro výrobu →monokrystalu tenké solární články, vyráběné →tenkovrstvou technologií

Verfahren Dünnschichtsolarzelle Dünnschichttechnik výrobní technologie pro tenkovrstvé solární články, pro jejichž výrobu se nepoužívají →křemíkové desky; jako podklad se používá levnější nosič (sklo, kovová fólie, plastová fólie, keramika); předností je úspora materiálů i energie a možnost výroby velkoplošných solárních článků; nevýhodou je nižší →účinnost a u většiny typů →stárnutí; do výrobní fáze už byly zavedeny techniky: →a-Si:H, →CdTe, →CIS, →GaAs Temperatur →výkon článků a panelů s rostoucí teplotou klesá, rovněž tak →napětí na prázdno; naopak →zkratový proud se zvyšující se teplotou roste

teplotní kompenzace

zpravidla: pro solární panely –35 až 85°C, pro akumulátory max. 40 až 45°C parametr, který charakterizuje závislost parametru na teplotě; typické hodnoty ve %/°C: UOC = –0,34, ISC = 0,09, Um = -0,45, Im = 0, Pm = -0,45 dobíjecího napětí = funkce →solárních regulátorů, která dorovnává hodnotu →dobíjecího napětí podle teploty; pokud není, akumulátor se při odchylce teploty od nominální (obvykle 25°C) může přebíjet (můžeme zkrátit jeho dobu života) nebo nedobíjet (nevyužijeme jeho kapacitu) →povrchová struktura

U

Sekce 10

účinnost přeměny slunečního světla na elektřinu = poměr mezi získaným elektrickým výkonem (→výkon) a výkonem dopadajícího světla; v procentech; při výpočtech a porovnávání mezi výrobky je nutné rozlišovat, k jaké ploše se účinnost vztahuje, zda celá plocha solárního panelu, nebo plocha vestavěných solárních článků, nebo jen aktivní plocha

Stránka 59


anglicky

německy

úhel dopadu

angle of incidence

úhel sklonu

tilt angle

Neigungswinkel

Um

Um

Um

Umpp UOC

Umpp UOC

Umpp UOC

úsporný elektrospotřebič

saving electrical appliance

V valenční pás vlnová délka

Volts

význam vestavěných solárních článků úhel mezi směrem dopadajícího paprsku a kolmicí v místě dopadu úhel mezi rovinou solárního panelu a vodorovnou polohou; volí se podle stupně zeměpisné šířky místa FV aplikace a podle sezónnosti provozu; optimum pro celoroční provoz ve střední Evropě je 65-68°, pro provoz jaro – podzim 30-40° a pro letní provoz 15-30°; jiné polohy jsou možné, včetně svislé, ovšem na úkor →výkonu a →výtěžku FV systému; viz také →sledovač slunce, →orientace napětí odpovídající →bodu maximálního výkonu solárního článku nebo panelu; v jednotkách →V nebo →mV; typická hodnota pro článek je 0,50 V, pro panel s 36 články 18,0 V →Um →napětí na prázdno; měří se na svorkách solárního článku nebo panelu, na kterém není připojena žádná zátěž; v jednotkách →V nebo →mV; typická hodnota pro článek je 0,60 V, pro panel s 36 články 21,6 V spotřebič s nízkou spotřebou elektřiny (např. luminiscenční zářivky oproti žárovkám)

V

Vm Vmpp VOC vodivostní pás Volt výkon

wave length Vm Vmpp VOC Volts power, output

V Valenzband Wellenlänge Vm Vmpp VOC Leitungsband Volt Leistung

výkon maximální

maximum power, maximum output

výkonový poměr

performance ratio Performance Ratio

výtěžek FVS

Ertrag, Jahresgang

výtěžnost FVS

yield of PV system Sonnenäquivalentstunden

W Watt-Peak Wp

W Watt-Peak Wp

zkr. jednotky napětí, volt polovodiče charakterizuje energii světla; u viditelného světla je mezi 0,3 a 0,8 µm (čti mikrometr; 1 µm je tisícina milimetru) →Um →Um →UOC polovodiče jednotka napětí zkr. P; v jednotkách →W; závisí na →intenzitě a →spektru záření, teplotě a napětí; viz také →výkon maximální

zkr. Pm; v jednotkách →Wp (někdy se udává zkráceně ve →W), je součinem Um x Im, je to maximální elektrický výkon v daném prostředí (viz také →výkon); velikost závisí na →intenzitě osvětlení, →spektru dopadajícího záření a na teplotě; hodnota je obvykle vztažena k tzv. →standardním testovacím podmínkám; typická hodnota pro článek je 1,5 Wp, pro panel s 36 články 53 Wp a se 100 články 106 Wp (platí pro články velikosti 100 x 100 mm) hodnotící kritérium →FV zařízení, nezávislé na →orientaci FV zařízení, jeho →sklonu a na →celkovém záření; poměr mezi skutečným →výtěžkem FV zařízení a teoretickým výtěžkem množství →kWh získaných →fotovoltaickým systémem za časovou jednotku podíl ročního →výtěžku (v →kWh) maximálním možným →výkonem (kWp); v jednotkách kWh/kWp; typické hodnoty pro středoevropské podmínky jsou 700-850 kWh/kWp; důležitý parametr pro navrhování →grid-on systémů

W

W/m

2

W/m

2

W Watt-Peak Wp W/m

2

Sekce 10

zkr. Watt; jednotka výkonu →Wp zkr. Watt-Peak (čti watpík); jednotka výkonu solárního článku nebo panelu v →mpp zkr. jednotky →intenzity světla nebo záření watt na metr

Stránka 60


anglicky

německy

význam čtverečný

Z záření zátěž zkrat zkratový proud

irradiance load shunt short current

zakázané pásmo

Shunt-Widerstand Kurzschlußstrom

Bandlücke

zastínění

shading

Abschattung

zkr.

abb.

Abk.

Sekce 10

→sluneční záření →elektrospotřebič →paralelní odpor solárního článku v jednotkách →A nebo →mA, proud změřený na solárním článku nebo panelu, na kterém není připojen žádný elektrospotřebič; typická hodnota pro článek a →standardní panel je 3,2 A (pro články velikosti 100 x 100 mm) polovodiče; popisuje energetickou vzdálenost mezi →valenčním pásmem a →vodivostním pásmem polovodiče z důvodu mraků nebo předmětů, např. komíny, stromy nebo antény, to vede ke snížení →výtěžku FVS; částečné zastínění může vést k →horkým místům zkratka

Stránka 61

FOTOVOLTAIKA A FOTOVOLTAICKÉ SYSTÉMY V PODMÍNKÁCH ČR A JEJICH NAVRHOVÁNÍ

Recommend Documents