Začínáme s fotovoltaickými panely
Použití fotovoltaiky není příliš složité a lze ji snadno využívat i v malém. Fotovoltaika stále zlevňuje, pojďme se podívat, jak si postavit jednoduchou fotovoltaickou elektrárnu.
Alternativní zdroje elektrické energie postupně celosvětově zaujímají stále větší podíl na výrobě dnes nepostradatelné elektrické energie. Asi nejsnadnější a na realizaci nejméně nákladným druhem je fotovoltaika, jejíž použití není příliš složité a lze s ní snadno experimentovat i v malém (například vzhledem k větrným či vodním elektrárnám). Tím je snadno přístupná každému, kdo má zájem o ekologickou výrobu elektrické energie.
Pro první pokusy totiž stačí zakoupit jeden solární panel s několika doplňkovými komponenty a postavit jej na dostatečně přímým sluncem osvětlené místo. A výroba elektřiny již může začít. Pro uživatele je lákavá také myšlenka, že po první investici již systém několik let prakticky nic nepotřebuje a vyrábí elektřinu zdarma.
Obr. 1. Vše potřebné k použití solárního panelu již přímo nabízí každý specializovaný
prodejce (solární panel, regulátor, akumulátor, kabely, měnič/střídač)
Co je potřeba pro použití solární energie?
Jak již bylo naznačeno výše, není potřeba pro základní využití slunečního záření nic přestavovat, upravovat nebo získávat nějaká stavební nebo jiná povolení. Pro základní zkoušení stačí mít pouze kousek dobře sluncem osvětlené plochy (nejlépe lehce nakloněnou k jihu), koupit si několik komponent a pak jen mít alespoň základní elektrotechnické znalosti. Konkrétní informace z oblasti solární energie pak vám poradí v odborných prodejnách, snadno je naleznete na internetu nebo i v následujících řádcích tohoto článku.
Co tedy k realizaci základního systému pro generování solární elektřiny potřebujeme? Nic více než (viz obrázek 1 a 2):
- solární panel, který převádí sluneční záření na elektrické napětí a proud,
- měnič / střídač napětí, který převede obvykle nestandardní napětí článku na standardní (např. 24 VDC nebo 230 VAC),
- zálohovací zařízení (regulátor nabíjení + baterie), které bude jímat nadbytečnou energii při dostatečném osvětlení a naopak energii dodávat v případě zvýšeného odběru, zatažené oblohy nebo noci,
- speciální kabely pro připojení solárního panelu k měniči / střídači
Obr. 2. Typická sestava pro lokální výrobu solární elektřiny
Propojení solárních článků a panelů
Solární panel (fotovoltaický panel či modul) je soubor několika pospojovaných solárních článků obvykle do výkonu cca 300 W, které generují výstupní napětí odpovídající násobku napětí jednotlivých sériově připojených článků. Zdroje o větším výkonu skládající se z několika propojených solárních panelů se již obvykle nazývají solární elektrárny.
Solární články v panelech nebo jednotlivé solární panely mohou být propojeny v tzv.:
- sériovém zapojení - zvyšuje výstupní napětí a zachovává výstupní proud panelu jednotlivých panelů.
- paralelním zapojení - zvyšuje max. odebíraný proud a zachovává výstupní napětí jednotlivých panelů
- sériově-paralelním zapojení - kombinuje sériové i paralelní pospojování pro získání potřebného výstupního napětí a proudu
POZOR: Pro konstrukci solárního systému (solární elektrárny) by se měly vzájemně propojovat jen solární panely téhož typu jednoho výrobce, který často i definuje, jaký jejich maximální počet lze vzájemně propojit pro zachování definovaných vlastností.
Protože sériové zapojení, kde se vzájemně propojují kladné a záporné póly, slouží pro zvýšení výstupního napětí elektrárny, využívá se ho zejména u systémů dodávajících elektrickou energii do rozvodné sítě, kde je nutné generovat napětím až několik set voltů. Naopak tam, kde se využívá solární elektřina jen lokálně (tzv. izolované systémy) a je zde potřeba zálohovat energii v akumulátorech s napětím 12 nebo 24 VDC, se využívá paralelního zapojení (vzájemné propojením kladných a záporných pólů panelů či článků). To umožňuje zvyšovat generovaný elektrický výkon při zachování nízkého výstupního napětí zvýšením hodnoty dodávaného el. proudu, protože je celkový výkon solární elektrárny, který je dán součinem napětí a proudu, na struktuře propojení nezávislý. Naopak při sériovém/paralelním spojení se mění tzv. charakteristické odpory, které jsou důležité pro konstrukci vstupu následujících prvků (měniče, regulátory), na které se soustava solárních panelů připojuje. K vzájemnému fyzickému propojení panelů do jedné velké celistvé plochy se využívá buď spojování Cu páskou pomocí neagresivního tavidla a páječky (obvykle u panelů určených pro instalaci na střechy) nebo pomocí k tomu určených typů kabelů. Někteří výrobci již panely vybavují konektory pro potřeby snadného připojení a odpojení.
Z pohledu samotné výroby el. energie je nutné poznamenat, že při sériovém zapojení musí téct články či panely stejný proud. Nejsou-li sluncem ozářeny stejnoměrně, každý generuje různý elektrický proud a výstupní proud celé soustavy odpovídá nejhůře osvětlenému prvku. Proto například úplné zastínění jednoho z takto zapojených článků v panelu nebo jednoho panelu v solární elektrárně způsobí, že nepoteče žádný proud a tedy nebude dodáván žádný výkon, i když jsou ostatní články optimálně osvětleny. I z tohoto pohledu je paralelní zapojení výhodnější.
Obr. 3. Polykrystalický solární panel složený ze sériově a paralelně propojené
matice solárních článků
Úprava výstupního napětí solárního panelu
Požadované výstupní stejnosměrné nebo i střídavé napětí solárního panelu či malé solární elektrárny se dosahuje polovodičovými DC-DC měniči nebo DC-AC střídači. Ty převádí stejnosměrné napětí na jiné stejnosměrné (např. na 12 V akumulátorové baterie), resp. stejnosměrné na střídavé napětí (například z 19 VDC se generuje klasické střídavé napětí 230 VAC). Účinnost současných měničů / střídačů bývá 90 až 98 %, což značí, že pouze zlomek solárním článkem získané energie se nevyužije.
Z pohledu koncepce napojení střídačů k panelům se pak lze setkat z následujícími koncepcemi:
- modulová - umístěný u každého panelu (modulu)
- centrální - pro celé fotovoltaické pole
- řetězová - kombinace výše zmíněných dvou
Ve většině případů pak již samotní prodejci solárních panelů mají v nabídce vhodné měniče / střídače, které již stačí jen připojit a zprovoznit bez velkých požadavků na odborné znalosti.
 |
 |
Obr. 4. Střídače a měniče se vyrábějí v různých provedeních - vlevo rozměrný střídač
s výkonem 2,5 kW již se zásuvkami a vpravo kompaktní zástupce v ČR známých
měničů Fronius
Zálohování energie
Odděleně nebo součástí měničů/střídačů bývá i zálohovací zařízení obvykle tvořené několika 12 nebo 24 V akumulátory, které se nabíjí v případě, že generovaná el. energie je vyšší než odebírána a naopak vybíjí v případě, že spotřeba je vyšší (podobně jako u akumulátoru v automobilu). K správnému přerozdělení el. energie mezi panelem, akumulátory a spotřebiči se využívají tzv. regulátor nabíjení (viz obrázek 5), který slouží k řízenému dobíjení a ochraně akumulátorů proti přebíjení. Regulátor se navrhuje zejména podle pracovního (nominálního) napětí v systému, typu akumulátoru, celkového příkonu elektrospotřebičů atd.
 |
 |
Obr. 5. Kompaktní a na DIN lištu vestavný regulátor dobíjení
Kabely k připojení solárních panelů
Kabely pro solární panely musí obecně splňovat několik základních požadavků:
- nízký ztrátový odpor a optimální kapacitu / indukčnost pro minimalizaci ztráty generovaného výkonu
- vysokou mechanickou odolnost a stálost parametrů za různých podmínek
- vysokou odolnost proti klimatickým podmínkám
Obzvláště je důležitá právě dlouhodobá stálost elektrických i mechanických parametrů a odolnost proti všemu s čímž se může ve venkovních podmínkách setkat. Zvláště v případě umístění na střechách musí být materiál vnějšího pláště odolný vůči teplotě (někdy až od -40 °C do +120 °C), degradujícímu UV záření, ozónu, celý kabel mechanicky odolný proti větru, odolný vůči hydrolýze (např. vodou na střeše), čpavku, kalovým plynům a dalším agresivním látkám, které se často vyskytují v oblastech využívaných k získávání solární energie.
V případě jednoduchého připojení místního panelu ke střídači, lze opět využít kabelů s konektorem, které prodejci k danému solárnímu panelu nabízejí a doporučují. V případě složitějšího připojení na větší vzdálenost (například ze střechy apod.) pak většina známých výrobců kabelů (Lapp kabel, HELU kabel a další) speciální kabely pro solární články nabízejí.
Alternative energy sources are gradually taking a growing share in the worldwide production of electricity. Solar power is perhaps the easiest to implement and least expensive, its use is not too complicated and can you can easily experiment with it even in a small scale. It is easily accessible to anyone interested in environmentally friendly production of energy. To get started with it, it is just enough to buy one solar panel with a few additional components, and place it on a sufficiently sun-lit place and the production of energy can begin. Certainly, an interesting idea for users is that after the initial investment the system for several years basically doesn't have any requirements, and that it will produce energy for free.
A solar panel (photovoltaic panel or module) is a part of several interconnected solar units with a usual output of around 300W, which generated an voltage corresponding to the multiple voltages of the interconnected individual units. The source of higher outputs consisting of several interconnected solar panels is usually referred to as a solar power plant.