Izvan Zemljine atmosfere, intenzitet sunčevog zračenja ostaje gotovo konstantan na 1370 W/m2, ali se kreće između 0 i 1100 W/m2. Čak i mali postotak energije koja ulazi na globus je mnogo redova veličine više od trenutne potrošnje energije čovječanstva.
Naročito od 1970-ih, istraživanje solarne energije je ubrzano. Troškovi instaliranja solarnih energetskih sistema smanjeni su kako je tehnologija napredovala. Sunčeva energija se etablirala kao ekološki prihvatljiv izvor energije.
Sunčeva energija je jedan od najčešće korištenih obnovljivih izvora energije za proizvodnju električne energije zbog dostupnosti resursa, niskih operativnih troškova i ekološkog načina razmišljanja. Može se koristiti u zgradama, zemljištima, preduzećima i fabrikama.
Sistemi solarne energije dolaze u različitim oblicima. Ovi;
- Fotonaponski sistemi povezani na mrežu, često poznati kao sistemi vezani za mrežu ili sistemi na mreži:
PV sistemi povezani na mrežu prenose energiju koju generiraju solarni paneli u mrežu. Ovi sistemi se koriste u domovima, kancelarijama i proizvodnim pogonima. Višak energije se šalje nazad u mrežu i može se koristiti za izračunavanje neto potrošnje energije. Najznačajnija prednost solarnih energetskih sistema povezanih na mrežu je da značajno smanjuju potrošnju energije, pa čak i daju dodatni novac za vlasnika sistema sa viškom proizvedene energije.
- Off-Grid fotonaponski sistemi:
Off-grid PV sistemi se koriste u područjima koja zahtijevaju opskrbu energijom. Ova područja ili nemaju pristup mreži ili imaju nestabilnu električnu energiju. Sistem koristi energiju koju generiraju solarni paneli koji su pohranjeni u baterijama za proizvodnju električne energije. Na farmama, brvnarama i izolovanim lokacijama, sistemi van mreže se sve češće koriste.
- Hibridni fotonaponski sistemi:
U hibridnim fotonaponskim sistemima, opcija skladištenja je takođe obezbeđena za sisteme povezane na mrežu. Sposobnost proizvodnje konstantne proizvodnje energije, smanjenje potrebe da se tačka potrošnje poveže na mrežu i obezbjeđivanje potražnje za energijom čak i tokom ekstremnih nestanka energije su glavne prednosti skladištenja u ovim sistemima. U ovom pristupu, hibridni fotonaponski sistemi mogu ponuditi neprekidnu energiju i energetsku nezavisnost.
- Sistemi za praćenje:
Sistemi za praćenje mogu se koristiti za usmjeravanje fotonaponskih panela do optimalnog ugla sunčeve svjetlosti. Solarni paneli se pomeraju u skladu sa pozicijom sunca pomoću sistema praćenja sa jednom ili dve ose, što omogućava korišćenje sunčeve svetlosti pod uglovima koji su efikasniji. U poređenju sa sistemima sa fiksnim uglom istog kapaciteta, ova metoda proizvodi znatno više energije.
Osnovne komponente solarnog energetskog sistema
Komponente sistema koje treba izgraditi za proizvodnju električne energije iz solarne energije razlikuju se ovisno o primjeni. Postoje paneli, pretvarači i pomoćni električni krugovi općenito. Kada nema sunčeve svjetlosti (oblačno vrijeme, zimska sezona, kišni dani, itd.), grupa baterija je ugrađena u sistem kako bi se osiguralo da se energija ne gubi. Za zaštitu baterije od prekomjernog punjenja i pražnjenja, može se koristiti kontroler punjenja baterije. Dizajn solarnog energetskog sistema određen je količinom potrebne energije i lokacijom.
Fotonaponski (solarni) paneli
Fotonaponski paneli pretvaraju solarnu energiju u električnu energiju. Njihova efikasnost varira u zavisnosti od vrste panela, ali se kreće između 20 i 25%. Laboratorijska istraživanja su u toku, kako bi se povećale vrijednosti efikasnosti. U turskim okolnostima sunčeva svjetlost traje 6-8 sati zimi, 10-12 sati ljeti. Sunčevi sati na Balkanu u prosjeku 5-7 sati zimi i 9-11 sati ljeti.
Ako su klimatske prilike povoljne, paneli mogu proizvesti svoju nominalnu snagu. Efikasnost panela će pasti ako je staklo panela prljavo, ugao upada sunčevih zraka nije strm, ili je vrijeme pretjerano toplo ili hladno. Kao rezultat toga, u dizajnu sistema se bira 10-30% veća snaga panela.
Baterijski sistem
Baterije su komponente neophodne u solarnim energetskim sistemima za skladištenje energije nakon što se prikupi sa solarnih panela i za isporuku energije kada se koristi. Poznavanje režima korištenja energije sistema je najvažnija komponenta u procjeni kapaciteta baterije. Energija koja se koristi u periodima kada proizvodnja energije nije moguća ne bi trebala premašiti uskladištenu energiju. Ovo je jedan od najvažnijih faktora pri odabiru kapaciteta baterije. Sistemi za solarnu energiju koriste širok spektar tipova baterija. Najpopularnije su sljedeće:
Litijum-jonske baterije:
Litijum-jonske baterije postaju sve popularnije u solarnim energetskim sistemima. Imaju veću gustoću energije, mogu se brže puniti i prazniti i imaju duži vijek trajanja. Zbog svoje velike efikasnosti i minimalnih potreba za održavanjem, litijum-jonske baterije su omiljene u solarnim energetskim sistemima. Najpopularnija sorta u solarnim energetskim sistemima je litijum-ferofosfat (LiFePO4).
Olovno-kiselinske baterije:
Tradicionalno, olovno-kiselinske baterije se koriste za skladištenje solarne energije. Zbog niske cijene, poželjni su u raznim primjenama. Međutim, olovne baterije imaju ograničenja u pogledu gustoće energije, dugovječnosti i kapaciteta punjenja/pražnjenja u poređenju s litijum-jonskim baterijama. Kada su olovne baterije duboko ispražnjene, oni imaju kraći vijek trajanja i mogu zahtijevati redovno održavanje.
Gel baterije:
Gel baterije, koje uključuju gel elektrolit, su oblik olovne baterije. Ove baterije su otporne na curenje i nude poboljšane mogućnosti dubokog pražnjenja. One se preferiraju u odnosu na olovne baterije u solarnim energetskim sistemima.
Poplavljene baterije:
Tipičan oblik olovne baterije je preplavljena baterija. Preporučuje se zbog svoje jeftine cijene, ali imajte na umu da se nivoi elektrolita u tekućini moraju redovno pratiti i održavati.
Kontroler punjenja baterije
Kontrolori punjenja jamče da grupa baterija u sistemu na koji su povezani prima energiju od solarnog panela ili mreže bez oštećenja. On određuje faze punjenja baterije i puni je na osnovu parametara napona i struje. Regulatori također sprječavaju velika opterećenja od oštećenja baterije tokom pražnjenja. Vijek trajanja baterije može se produžiti izračunavanjem ciklusa punjenja i pražnjenja baterija u modelima gdje se izmjene punjenja/pražnjenja mogu izvršiti na osnovu tipa baterije koja se koristi.
Inverter
Invertori su pretvarači jednosmjerne struje u energiju izmjenične struje. Općenito, postoje dvije vrste pretvarača: oni koji proizvode čisti sinusni val ili modificirani sinusni val. U sistemima s osjetljivim opterećenjima potrebni su pretvarači sa čistim sinusnim izlazom. Snaga pretvarača se izračunava zbrajanjem vrijednosti snage svih opterećenja koja mogu funkcionisati u sistemu u isto vrijeme.
Snaga istosmjerne struje (DC) koju generiraju solarni paneli pretvara se u korisnu električnu energiju preko solarnih invertera. Kada su izloženi sunčevoj svjetlosti, solarni paneli generiraju jednosmjernu struju (DC), dok kuće i poduzeća često koriste napajanje izmjeničnom strujom (AC).
Vrste invertera:
Centralni invertori: Ovi pretvarači se često koriste za povezivanje nekoliko solarnih panela u nizove. Jedan pretvarač pretvara ceo sistem. Najčešće se vide u MW i većim objektima.
String Inverter: Energija se pretvara povezivanjem žica napravljenih spajanjem mnogih solarnih panela u pretvarače manje snage. Oni su kompaktnije verzije centralnih invertera. Postoje uređaji u rasponu snage od 1kW do 250kW.
Mikro invertori: Mikro invertori su uređaji koji su kreirani posebno za svaki solarni panel. Ovo omogućava da se svaki panel optimizuje i nadgleda zasebno. Mikro invertori omogućavaju veću energetsku efikasnost i nadzor na nivou panela. Zbog svoje visoke cijene, obično se koriste u kućnim instalacijama.
Jedinice za optimizaciju: Ovi sistemi nadgledaju i optimizuju performanse svakog panela bez potrebe za posebnim pretvaračem za pretvaranje jednosmerne struje u AC. Često se koriste u kombinaciji sa inverterima na struju. Optimizatori pokušavaju da smanje sistemske gubitke pretvaranjem promenljivog napona koji stiže sa panela u konstantnu vrednost.
Solarni invertori igraju važnu ulogu u povećanju efikasnosti solarnih energetskih sistema i transformaciji solarne energije u korisnu energiju. Tip pretvarača ovisit će o veličini instalacije, cijeni i ciljevima performansi.
Ostala oprema
Konstrukcije, kablovi i električni zaštitni uređaji (MCB, prenaponske zaštite, itd.) takođe treba da budu uključeni u sistem. Sistem se takođe može nadgledati korišćenjem raznih električnih kola. Da bi sistem efikasno funkcionisao, izbor osigurača i kabla je ključan. Prilikom odabira kablova treba uzeti u obzir i pad napona.
