Instalacja fotowoltaiczna ON-grid | Woltair
Zpět na články

Instalacja fotowoltaiczna ON-grid

Maciej Czapla

Maciej Czapla

Ekspert ds. fotowoltaiki

19. styczeń 2023

Przy wyborze instalacji fotowoltaicznej, mamy do wyboru dwa rodzaje systemów:

  • ON-grid
  • OFF-grid

Oba te systemy pozyskują energię elektryczną ze słońca, która jest zamieniana na prąd, abyśmy mogli później korzystać z niego w naszym domu. Oba systemy korzystają z paneli fotoogniw słonecznych; falownika, który zmienia prąd stały na prąd zmienny plus zabezpieczeń: systemu montażowego i monitoringu. To, co różni systemy ON grid od OFF grid jest sposób podłączenia do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej.

Instalacja fotowoltaiczna ON-grid to system najczęściej wybierany w instalacjach prosumenckich. Jest to najlepsze rozwiązanie dla domów, które mogą korzystać z prądu pochodzącego z zewnętrznych źródeł i chcą utrzymać przynajmniej częściową niezależność energetyczną.

 

Podłączenie do sieci publicznej

System ON-grid działa na tej samej zasadzie co OFF-grid. Panele fotowoltaiczne wykorzystują energię słoneczną i przekazują prąd stały wytworzony w ten sposób do inwertera. Inwerter zamienia prąd stały w prąd zmienny, z którego możemy bezpiecznie korzystać w naszym domu.

Często w okresie letnim wytwarzamy większą ilość prądu, niż wynosi nasze zapotrzebowanie. Co możemy z nim zrobić?

W instalacjach ON-grid najważniejszą rzeczą jest podłączenie instalacji fotowoltaicznej do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej. Dzięki temu możemy odprowadzić nadwyżkę wyprodukowanej energii elektrycznej do lokalnego lub ogólnokrajowego dostawcy energii.

Ważnym elementem naszej instalacji jest dwukierunkowy licznik, dzięki któremu będziemy wiedzieli, ile prądu zostało odprowadzone przez nasza instalację do  sieci elektrycznej, a ile zostało z niej pobrane. Wymiana licznika jest bezpłatna i dokonuje jej zakład energetyczny.

 

Instalacja ON-grid – czy to się opłaca?

Instalacje fotowoltaiczne typu ON-grid są to systemy o wiele tańsze, niż typu OFF grid. Jeżeli podłączymy naszą sieć do zewnętrznej sieci elektroenergetycznej, możemy też zaoszczędzić na rachunkach za prąd. Sieć będzie naszym magazynem energii, który pozwoli na przechowywanie nadwyżek wyprodukowanego prądu.

Śledzenie punktu mocy maksymalnej w systemach ON-grid

Dodatkowo jednym z istotnych ulepszeń w systemach ON-grid jest wydajność samych ogniw fotowoltaicznych, które zyskały na znaczeniu w branży. Innym istotnym postępem jest także śledzenie punktu mocy maksymalnej (MPPT), które poprawiło pracę istniejących układów sieciowych.
 

Śledzenie punktu mocy maksymalnej to technika stosowana w systemach fotowoltaicznych, która pozwala na uzyskanie maksymalnej mocy z paneli słonecznych. Idea działania polega tu na tym, że system śledzi punkt mocy maksymalnej na krzywej IV panelu słonecznego i dostosowuje pracę przetwornicy tak, aby panel pracował zawsze w tym punkcie. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie maksymalnej mocy z instalacji niezależnie od warunków atmosferycznych oraz od stopnia naświetlenia panelu. 

MPPT jest szczególnie przydatny w systemach fotowoltaicznych, ponieważ pozwala na uzyskanie maksymalnej mocy z paneli nawet przy niskim napięciu i prądzie, co jest często spotykane w warunkach nie-idealnych, takich jak zachmurzenie czy zmiana kąta padania promieni słonecznych. Do realizacji śledzenia punktu mocy maksymalnej stosuje się różne metody, takie jak algorytmy numeryczne, metody heurystyczne czy metody oparte na sztucznej inteligencji. 

Warto wspomnieć, że śledzenie punktu mocy maksymalnej pozwala nie tylko na uzyskanie maksymalnej mocy z paneli, ale także na zwiększenie efektywności całego systemu fotowoltaicznego, co przekłada się na niższe koszty eksploatacji i większą wydajność. 

Sterowniki słoneczne MPPT sprawdzą się szczególnie w panelach z wyższym napięciem roboczym, o mocy 280 Wp i większej, wykorzystywanych do budowy większych wyspowych/hybrydowych systemów fotowoltaicznych.

Po co właściwie MPPT?

Gdy panele fotowoltaiczne nie działają przy najbardziej wydajnym napięciu, nie otrzymują one tak dużo prądu. Bez możliwości śledzenia maksymalnego punktu mocy (MPPT), systemy sieciowe nie mogą wykorzystać maksymalnej mocy dostępnej z paneli słonecznych, co powoduje straty.

Dlatego MPPT jest krytyczny dla optymalizacji relacji między panelami słonecznymi a siecią energetyczną. Maksymalizuje on pozyskiwanie energii w różnych warunkach poprzez utrzymywanie matrycy ogniw fotowoltaicznych w idealnym zakresie napięcia roboczego. Dla systemów słonecznych z akumulatorami instalacja regulatorów ładowania MPPT jest sposobem na osiągnięcie tego celu, ponieważ regulują one napięcie między panelami słonecznymi i akumulatorami. W rzeczywistości regulatory ładowania MPPT mogą nawet pomóc w ochronie akumulatorów i utrzymywać ich dłuższą żywotność. Podobnie, śledzenie MPPT jest funkcją wbudowaną w falowniki sieciowe, ale niektóre mają bardziej zaawansowane właściwości niż inne. 

Zrozumienie tego krytycznego tematu może zwiększyć produktywność systemu solarnego i sprawić, że klienci będą bardziej zadowoleni. Wiedza o tym, kiedy MPPT jest korzystne dla macierzy fotowoltaicznej jest niezbędna z punktu widzenia client service.

 

Jak działa MPPT?

Jak właściwie określa się punkt mocy maksymalnej? Jakie wyzwania techniczne się z tym wiążą? Na te pytania odpowiedzą metody wyznaczania optymalnej charakterystyki obciążenia panelu fotowoltaicznego. 

Należą do nich na przykład:

  1. ·         Perturbacja i obserwacja. Stanowi dość prosty algorytm śledzenia, który opiera się na lekkim szturchaniu punktu nastawy prądu MPP, mierzeniu prądu i napięcia, określaniu, czy wytwarzana moc wzrosła, czy zmalała.
  2. ·         Przewodność przerostowa. Mierzy zmiany w prądzie i napięciu, aby przewidzieć efekt zmiany napięcia, wykorzystując przewodność systemu (ΔI / ΔV) - nachylenie krzywej mocy. Kiedy perturbacja i obserwacja podejmuje kroki o stałej wielkości i sprawdza, czy idą one we właściwym kierunku, przewodność przerostowa modyfikuje wielkość kroku w zależności od tego, jak daleko od optimum się znajduje.
  3. ·         Temperatura. Stosowana, o ile nie ma akurat cienia. Wystarczy, że zmierzymy temperaturę ogniwa i porównamy ją z zadanym odniesieniem, by określić MPP.

 

Śledzenie punktu mocy maksymalnej w systemach sieciowych

Panele słoneczne zbudowane są z ogniw fotowoltaicznych, które generują energię elektryczną z energii słonecznej. Jednak w ciągu dnia słońce nie świeci jednakowo, co oznacza, że panele nie otrzymują odpowiedniego światła słonecznego do produkcji energii elektrycznej, która może zaspokoić potrzeby klientów.

MPPT oferuje maksymalne pozyskiwanie energii ze źródeł o zmiennej energii. Metoda ta jest niezmienna w stosunku do wszelkich ograniczeń.

MPPT sprawdza najlepszą moc wyjściową, jaką może zaoferować dany system PV. Następnie reguluje napięcie akumulatora i ustala najlepsze napięcie, aby uzyskać maksymalny prąd. MPPT ustala optymalny stosunek napięcia matrycy do prądu dla systemów sieciowych, które oddają maksymalną moc do falowników. Falowniki są podstawowym urządzeniem w systemie solarnym, które przekształca prąd stały w prąd zmienny. Wykazują one znacznie większe możliwości dzięki funkcji MPPT. Oznacza to, że posiadają przetwornicę DC/DC, która zwiększa zbiór energii dla systemu słonecznego.

Najlepsze warunki sprzyjające MPPT do wykonania swojej pracy występują, gdy: niebo jest zachmurzone, na ziemię pada mało światła słonecznego oraz gdy poziom naładowania baterii jest bardzo niski.

Typy MPPT

W falownikach słonecznych istnieją dwie różne opcje: pojedyncze lub podwójne śledzenie MPPT.

Pierwsze z nich oferuje monitorowanie na poziomie tablicy. Dane są zbierane dla całej matrycy, a nie dla poszczególnych ciągów lub modułów, nawet jeśli matryca zawiera wiele ciągów. W przeciwieństwie do tego, w przypadku śledzenia dwóch kanałów MPPT, falownik monitoruje moc na poziomie kanału zamiast na poziomie tablicy.

W przypadku systemów słonecznych o różnych azymutach, długości pasma, paneli słonecznych lub kątach nachylenia, podwójne śledzenie MPPT oferuje znaczne korzyści. Dlatego podwójny MPPT oferuje większą swobodę projektowania, zwłaszcza w przypadku skomplikowanych linii dachowych lub projektów z różnymi modułami. Niestety, często wiąże się to z wyższymi kosztami, ale może się to zwrócić w większej produkcji energii.

W jakie panele najlepiej inwestować, by wykorzystać możliwości MPPT?

Przy wyborze odpowiedniej instalacji należy wziąć pod uwagę orientację domu względem słońca, a także moc, wydajność, żywotność, wagę i wymiar paneli.

W przypadku mocy im jest ona wyższa, tym większą wydajność instalacji uzyskamy. Moc jest mierzona w jednostkach Wp (wattpeak). Każde 1000 Wp wyprodukuje około 1 MWh energii elektrycznej rocznie.

Na wybór panelu będzie miała też wpływ jego żywotność. W przypadku urządzeń najwyższej jakości sięga ona nawet do 40 lat. Gwarancja wydajności takiego panelu wynosi z kolei do 25 lat – co daje naszym klientom pewność, że przez ten okres wydajność spadnie maksymalnie o 15%.

Panele, w które zdecydujemy się zainwestować, będą miały różne wymiary np. 2108 x 1048 x 40 mm. Instalację można zamontować zarówno w pionie, jak i poziomie. Ten pierwszy rodzaj jest tańszy i bardziej powszechny z uwagi na to, że wykorzystuje mniej elementów montażowych i kotwiących.

W zależności od rodzaju ogniw fotowoltaicznych panele mogą być: polikrystaliczne, monokrystaliczne lub amorficzne. Różnią się one właściwościami, wydajnością i zdolnością do przetwarzania energii z rozproszonego światła słonecznego.

Panele monokrystaliczne mają wysoką wydajność w idealnych warunkach (kąt nachylenia i orientacja dachu względem słońca). Chociaż produkcja energii jest początkowo wolniejsza, panele te dostarczają ją bardziej efektywnie. Panele polikrystaliczne mają natomiast nieco niższą wydajność, ale jednolitą moc. Panele amorficzne mają wyższą czułość przy niskim natężeniu promieniowania słonecznego. Ich wydajność jest jednak znacznie niższa, dlatego należałoby pokryć nimi ok. dwukrotnie większą powierzchnię, aby osiągnąć taką samą wydajność, jak w przypadku dwóch poprzednich rodzajów instalacji.

Ogólnie rzecz biorąc, jeśli nasi klienci posiadają dach o idealnej orientacji i kącie nachylenia, bardziej sprawdzą się panele monokrystaliczne. Panele te są także najczęściej używane w naszych szerokościach geograficznych. Panele polikrystaliczne są natomiast bardziej odpowiednie dla miejsc, w których światło jest bardziej rozproszone i pada z boku.

Separátor

Więcej artykułów na ten temat fotowoltaika