Elektryczny schemat instalacji fotowoltaicznej to wynikowa własności materiału zastosowanego do wytwarzania paneli oraz metody ich produkcji, a także sposobu przetwarzania energii słonecznej na elektryczną przez pojedynczy panel i wreszcie warunków właściwych dla instalacji elektrycznej, która ma współpracować z fotowoltaiką.
Ogniwo fotowoltaiczne – schemat powstawania płytek krzemowych
Choć ogniwa PV wcale nie muszą zawierać krzemu, o czym można więcej przeczytać w poradniku o innowacyjnej fotowoltaice, to jednak krzem polikrystaliczny lub monokrystaliczny są ciągle najczęściej stosowanymi materiałami do produkcji paneli słonecznych. Jak jednak z sypkiego, otaczającego nas wszędzie krzemu powstają ogniwa, które są w stanie przetworzyć promieniowanie słoneczne na energię? Krzem zamieniany jest np. w wyniku zastosowania metody Czochralskiego w pojedynczy blok monokrystaliczny, a za pomocą procesu ukierunkowanego krzepnięcia, w blok polikrystaliczny. Kolejno bloki są rozcinane na pojedyncze płytki, domieszkowane borem lub fosforem, a następnie pokrywane warstwą antyrefleksyjną i wyposażone w kontakty, czyli metalizowane w celu otrzymania dodatniej i ujemnej elektrody, dzięki którym następuje przepływ prądu. Bardziej szczegółowo wytwarzanie mono- oraz polikryształów opisane zostało w poradniku o technologii wytwarzania ogniw słonecznych.
Instalacja fotowoltaiczna – schemat pracy pojedynczego panelu
Rozmaite systemy fotowoltaiczne różnią się między sobą w zależności od materiału, z jakiego zbudowane są ogniwa, miejsca, do którego są przeznaczone, systemów montażowych i wreszcie schematu elektrycznego instalacji. Cienkie i elastyczne ogniwa organiczne na bazie węgla nie wymagają stelaża i można je po prostu naklejać na dachy czy ściany budynków. Z kolei niektóre ogniwa z krzemu amorficznego przyjmują postać szyb okiennych, podobnie jak ogniwa barwnikowe. Bardziej wydajne ogniwa monokrystaliczne zajmą na dachu mniej miejsca niż polikryształy przy takich samych założonych parametrach, a plan elektryczny instalacji nie przyłączonej do sieci elektroenergetycznej (off-grid) będzie wyglądał inaczej niż schemat instalacji fotowoltaicznej on-grid, współpracującej z siecią.
Niezależnie jednak od różnic, model pracy paneli słonecznych jest zawsze taki sam – ich zadaniem jest przetworzenie energii promieniowania słonecznego padającego na ogniwa na energię elektryczną. Zasadę działania ogniw krzemowych wielokrotnie przedstawialiśmy szczegółowo w naszych poradnikach, choćby w tekście o działaniu fotowoltaiki, gdzie zagadnienie zostało omówione szczegółowo.
Warto wiedzieć, że każde ogniwo fotowoltaiczne, nawet to, które nie jest zbudowane na bazie krzemu, przetwarza energię słoneczną na elektryczną poprzez wywołanie różnicy potencjałów dzięki celowo zaimplementowanym materiałom i budowie. Różnica potencjałów sprawia, że elektrony przemieszczają się w określony sposób. W przypadku ogniw fotowoltaicznych przepływ prądu ma stały zwrot i kierunek, dlatego określany jest mianem prądu stałego (DC).
Schemat elektryczny instalacji fotowoltaicznej
Elektryczny schemat instalacji fotowoltaicznej to nie jeden rysunek techniczny, który odpowiada każdej instalacji, lecz raczej plan struktury, w skład której wchodzą oczywiście pewne elementy zawsze obecne w instalacji fotowoltaicznej, ale też takie, które pojawiają się w niej w określonych warunkach. Do podstawowych składowych, które obejmują schemat instalacji fotowoltaicznej, należą:
- moduły fotowoltaiczne połączone szeregowo,
- inwerter (inwertery, mikroinwertery) przetwarzający prąd stały na przemienny,
- oprzewodowanie.
Inne urządzenia występują warunkowo lub opcjonalnie i są to:
- liczniki, przy czym licznik nie jest niezbędny w instalacji off-grid – w tym przypadku zakłada się go jedynie w celach kontrolnych, głównie po to, żeby sprawdzić wolumen wytworzonej energii,
akumulatory (niezbędne w systemach off-grid), - ochronniki przeciwprzepięciowe,
- wyłączniki bezpiecznikowe (lub nadmiarowo-prądowe względnie jeszcze inne),
- wyłącznik różnicowo-prądowy.
Instalacja fotowoltaiczna zawsze przyłączana jest do instalacji elektrycznej danego budynku przez rozdzielnicę główną (lub odpowiednią podrozdzielnicę), co również uwzględnia elektryczny schemat instalacji PV.
