Technika solarna – komponenty systemów PV i urządzenia do profesjonalnej konserwacji

Technika solarna – komponenty systemów PV i urządzenia do profesjonalnej konserwacji

3 dni temu

Technika solarna daje ogromne możliwości w systemach przemysłowych, jak i indywidualnych realizacjach domowych mających na celu wykorzystanie energii słonecznej, a tym samym zmniejszenie kosztów za ogrzewanie i przygotowanie ciepłej wody użytkowej oraz tworzeniu instalacji elektrycznej.

Systemy solarne

Kolektory słoneczne a panele fotowoltaiczne

Kolektory słoneczne i panele fotowoltaiczne (PV) bardzo często są mylone, gdyż służą do pozyskiwania energii z promieniowania słonecznego i zamiany na inną użyteczną postać energii. Obydwa rodzaje urządzeń pozyskują energię, ale służą do zastosowania w różnych instalacjach. Kolektory to urządzenia wykorzystywane do podgrzewania ciepłej wody, a panele fotowoltaiczne do produkcji prądu. Kolektory dostarczają ciepła wykorzystywanego do podgrzania ciepłej wody lub wody płynącej w kaloryferach, a więc ogrzania budynku. Liczba kolektorów oraz ilość promieniowania słonecznego przez nie pozyskiwanego zależy od ilości uzyskiwanego w efekcie ciepła.

Układy hybrydowe łączą w sobie możliwości wytwarzania ciepła i gorącej wody. Stanowi o tym również Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 18 października 2012 r.:
„Układ hybrydowy oznacza jednostkę wytwórczą wytwarzającą energię elektryczną albo energię elektryczną i ciepło, w której w procesie wytwarzania energii elektrycznej lub ciepła wykorzystywane są nośniki energii wytwarzane oddzielnie w odnawialnych źródłach energii, z możliwością wykorzystania paliwa pomocniczego, i w źródłach energii innych niż odnawialne źródło energii, pracujące na wspólny kolektor oraz zużywane wspólnie w tej jednostce wytwórczej do wytworzenia energii elektrycznej lub ciepła.”

Panele fotowoltaiczne - zastosowanie

Energia pozyskiwana z paneli fotowoltaicznych przetwarzana jest na prąd i wykorzystywana w systemach on-grid i off-grid.

Systemy on-grid zwykle wykorzystywane są w domach prywatnych i budynkach mieszkalnych z dostępem do sieci elektrycznej. System zbudowany jest z:

  • paneli fotowoltaicznych,
  • inwertera,
  • licznika energii produkcji i zużycia prądu,
  • przyłączenia do sieci i zabezpieczeń.

Systemy off-grid to systemy paneli fotowoltaicznych stosowane w miejscach niezależnych od sieci elektrycznej. Systemy te są przeznaczone do zastosowania w miejscach, w których sieć energetyczna jest mało wydajna lub w ogóle nie istnieje. Często wykorzystywane są w domkach sezonowych, ośrodkach turystycznych i rekreacyjnych, a w ich skład powinny wchodzić akumulatory, zapewniające dostawy energii.

Montaż paneli fotowoltaicznych

Montaż paneli fotowoltaicznych i kolektorów jest uzależniony od kilku czynników wpływających na jakość funkcjonowania instalacji solarnej.

  • Panele powinny zostać zamontowane od strony południowej w naszych warunkach geograficznych, co umożliwi jak największy dostęp promieniowania słonecznego.
  • Wszystkie elementy powinny zostać ustawione w tym samym kierunku i pod tym samym kątem, by uniknąć możliwości utraty mocy wynikających z różnic w eksploatacji.
  • Pozycja kolektorów lub paneli fotowoltaicznych powinna być ustawiona pod kątem 30-40° w stosunku do poziomu, co zapewnia produkowanie najlepszą wydajność przy produkcji energii.
  • Należy chronić panele przed przeciążeniami tj. wzrostem napięcia w bateriach, generatorach itp.
  • Podczas montażu należy używać wyłącznie sprzętu, złącz, okablowania i stelaży przeznaczonych do elektrycznych systemów słonecznych. W ramach jednego systemu fotowoltaicznego należy używać paneli tego samego typu.
  • Montaż paneli fotowoltaicznych i kolektorów słonecznych powinien zakończyć się odpowiednim zabezpieczeniem przed uszkodzeniami mechanicznymi wynikającymi z działania czynników zewnętrznych takich jak wiatr czy śnieg.

Rodzaje modułów solarnych

Panele monokrystaliczne

Składają się z elementów wykonanych z pojedynczych kawałków krzemu, cechują się wyższą ceną niż baterie polikrystaliczne. Ich sprawność jest jednak wyższa i oscyluje wokół 14-16%. Jako pojedyncze elementy nie wypełniają całej powierzchni panelu słonecznego, co powoduje obniżenie sprawności całości baterii (w porównaniu do sprawności pojedynczego ogniwa).

Fot. Panele solarne Phaesun Solar Rise One 2.0

Panele polikrystaliczne

Ogniwa o niebieskim kolorze (powstającym z warstwy antyrefleksyjnej) charakteryzujące się sprawnością w granicach 12-14%. Wykonane są z wielu kawałków krzemu. Należą do często wykorzystywanych elementów systemów słonecznych, również ze względu na niższą – w porównaniu do paneli monokrystalicznych – cenę. Powstają w wyniku podgrzania krzemu do wysokiej temperatury, a następnie schłodzenia i uzyskaniu nieregularnej formy.

Panele z krzemu amorficznego

Wykonane są z połączenia krzemu i innego materiału. Ich sprawność oscyluje wokół 6-10%. Mają wydajność zapewniającą funkcjonowanie niewielkich urządzeń domowych. Ich budowa nie pozwala na odróżnienie odseparowanych ogniw – warstwa krzemu nałożona jest np. na szkło w całości.

Panele fotowoltaiczne elastyczne (typu flex)

Są odpowiednikami standardowych paneli mono i polikrystalicznych, z jedną jedynie różnicą: ich kształt daje się ustalić i dostosować do odpowiedniej powierzchni. Cechują się niewielką wagą oraz duża elastycznością. Niezwykle dobrze sprawdzają się jako część systemów solarnych do kamperów i do budowy systemów solarnych na jacht.

Zestawy solarne do samodzielnego montażu

Technika solarna może zostać wykorzystana w ogromnej liczbie zastosowań, również w przypadku zasilania na działkach, w kamperach i przyczepach kempingowych. Umożliwiają one zasilanie awaryjne w przypadku dłuższego postoju lub pobytu w domku letniskowym. Składają się zwykle z paneli słonecznych (czasami w wersji elastycznej), regulatora ładowania oraz wszystkich potrzebnych materiałów montażowych. Wysokiej jakości standardowe moduły solarne mogą zostać bezpiecznie zamocowane na różnych powierzchniach.

Konserwacja systemów solarnych

Systemy solarne jak każde inne instalacje wymagają systematycznej konserwacji i serwisowania dla zapewnienia jak największej wydajności podczas zasilania instalacji elektrycznej, grzewczej oraz wodnej.
Bardzo ważnym czynnikiem pozwalającym na poprawne działanie systemów solarnych jest dobór odpowiednich narzędzi i urządzeń pomiarowych dostosowanych do pracy z szerokim zakresem temperatur i ciśnień. Podczas kontroli należy wziąć uwagę kilka elementów mogących ulec awarii, które znacznie wpłyną na funkcjonowanie całości instalacji:

  1. Uszkodzona izolacja lub jej brak
  2. Nieprawidłowa regulacja ciśnienia
  3. Ograniczenie przepływu i utrata właściwości glikolu (czynnika transportującego energię)
  4. Niskie nasłonecznienie
  5. Nieprawidłowe pH środka zapobiegającego zamarzaniu

Aby móc wyeliminować wszelkie zagrożenia mogące powstać w instalacjach solarnych, należy postawić na kontrolę za pomocą profesjonalnych urządzeń przeznaczonych do zastosowań specjalnych.

Analizatory i testery systemów fotowoltaicznych

Kompleksowe badania wykonane zostaną również przez przyrząd pomiarowy promieniowania słonecznego pozwalające na dokładną diagnostykę instalacji fotowoltaicznych. Analizatory systemów fotowoltaicznych posiadają szereg funkcji przeznaczonych do badania i kalkulacji sprawności systemu.
-    Wyznaczają charakterystyki napięcia i natężenia, a także prezentują je graficznie
-    Pozwalają na pomiar temperatury paneli PV
-    Mierzą rezystancję panelu
-    Mierzą napromieniowanie słoneczne
-    Są w stanie porównać dane rzeczywiste z danymi wyznaczonymi przez producenta.

  Benning PV 2 (050422) Benning PV 1 (050421) Gossen Metrawatt Profitest PV Sun (M360C)
Wyświetlacz cyfrowy, graficzny (podświetlenie) cyfrowy, graficzny LCD z podświetleniem
Rezystancja PE 0,05 Ω - 199 Ω  0,05 Ω - 199 Ω Badanie ciągłości przewodu ochronnego:       0 -10 Ω /> 200 mA
Prąd testowy ± 200 mADC ± 200 mADC  
Napięcie otwartego obwodu (Uoc) 5 V - 1000 VDC  5 V - 1000 VDC  
Prąd zwarciowy (Isc) 0,5 A - 15 ADC  0.5 A - 14.99 ADC  
Rezystancja izolacji 0,05 MΩ - 300 MΩ 0.2 MΩ - 199 MΩ Zakres pomiarowy: 0 ... 20 MΩ
Napięcia testowe: 250 V / 500 V / 1000 V DC
Automatyczny pomiar 1 +/-, Uos, Isc, Riso+/-, Uos, Isc, Riso +/-, Uo/s, Is/c, R Przyrząd testowy nadaje się do testowania modułów i ciągów PV do 1000 V / 20 A.
Iso Oprócz pomiaru izolacji, testowania polaryzacji i testowania zwarcia doziemnego można również przetestować ciągłość przewodu ochronnego.
Automatyczny pomiar 2 Charakterystyka (I-U, P-U)    
Automatyczny pomiar 3 Pomiar 1 + 2    
Prąd DC / AC  0,1 A – 40 AAC/DC (przez BENNING CC 3) 0.1 A - 40 AAC/DC (za pomocą zacisku) 0 - 20 A/DC
Promieniowanie słoneczne 100 W/m² - 1250 W/m² (przez BENNING SUN 2)    
Moduł PV / temperatura otoczenia -30°C - +125°C (przez BENNING SUN 2)    
Temperatura przechowywania     –10°C -  +60°C
Napięcie (2-biegunowe) 30 V - 440 V AC/DC   0 - 1000 V/DC
Pamięć wartości pomiarowych 999 rekordów 200  rekordów  
Interfejsy USB/radiowy/NFC USB/radiowy  
W zestawie Futerał, przewody pomiarowe, zaciski krokodylkowe, przewody pomiarowe MC4 i Sunclix PV, baterie, kabel USB, CD-ROM z oprogramowaniem do pobrania Futerał, przewody pomiarowe, krokodylki, przewody pomiarowe MC4, przewody pomiarowe sunclix, baterie, CD-ROM z oprogramowaniem do pobrania, certyfikat kalibracji     Baterie, przewody pomiarowe bezpieczeństwa 1,5 m czerwony, niebieski, żółty, adapter wtykowy do pomiaru nasłonecznienia na MC3 i MC4, nakładana końcówka próbnika z gniazdem, nakładany zacisk krokodylkowy z gniazdem, walizka z wkładką z pianki, instrukcja obsługi.
 

 

Tego typu urządzenia pokazują napięcia otwartego obwodu, prąd zwarciowy, maksymalne napięcie w punkcie mocy, prąd i moc, a także współczynnik jakości badanego modułu PV (fill factor FF) i rezystancji izolacji. Niektóre urządzenia posiadają funkcję ostrzeżeń, w przypadku gdy zmierzona krzywa odbiega od oczekiwanego profilu, a także identyfikują potrzebę dalszej analizy.

Wykonują one testy zgodne z normą IEC 62446 dotyczącą systemów fotowoltaicznych podłączonych do sieci i regulującą minimalne wymagania o dokumentacji systemu, testów uruchamiania i kontroli. Najbardziej przydatnym urządzeniem jest tester instalacji PV, który łączy w sobie wszystkie potrzebne funkcje do pomiaru paneli fotowoltaicznych, m.in.: test na ciągłość przewodu ochronnego, pomiar zwarcia uziemienia, test polaryzacji, pomiar oporu izolacji, miernik rezystancji izolacji, uziemienia paneli PV. Niektóre urządzenia powalają również na wykonywanie odbiorów systemów fotowoltaicznych przyłączonych do sieci energetycznej.

Do urządzeń pozwalających na kontrolę podstawowych parametrów instalacji fotowoltaicznych należą również:
    - Mierniki cęgowe
    - Testery instalacji elektrycznej

Przekaźniki w systemach solarnych - bezpieczeństwo i wydajność instalacji fotowoltaicznej

W przypadku zastosowana przekaźników w instalacjach solarnych muszą zostać zrealizowane ścisle określone wymagania:

  • przerwa zestykowa wynosząca minimalnie 1,5 mm
  • wytrzymałość przerwy zestykowej na udarowe napięcie o wartość 2500 V (zgodność z normą: DIN VDE 0126-1-1)
  • układ rozłączający generator z siecią AC
  • układ stykowy 2Z zapewniający separację obwodu i rozłączenie linii fazowej oraz neutralnej

Przekaźniki Finder do instalacji fotowoltaicznych pozwalają na zastosowanie w wymagających warunkach i wytrzymują załączanie napięcia wytwarzanego przez system fotowoltaiczny prądy, a także obciążenie wysoką temperaturą.

Przekaźniki do PCB – Finder Seria 45

  • Przekaźniki do PCB 10 - 16 A
  • Cewka czuła - 360 mW
  • Wzmocniona izolacja (8 mm)
  • Temperatura otoczenia do +125°C

Przekaźniki mocy – Finder Seria 62

  • Cewka AC lub DC
  • Wyzwalacz magnetyczny styków
  • Do obwodów drukowanych i gniazd (Faston 187) lub montażu panelowego (Faston 250)
  • Opcja zestyków zwiernych, przerwa zestykowa > 3mm
  • LED, mechaniczny wskaźnik zadziałania i przycisk testujący jako wyposażenie dodatkowe

Przekaźniki mocy – Finder Seria 65

  • Cewka AC lub DC
  • Do obwodów drukowanych i Faston 250
  • Wersja z zestykami zwiernymi, przerwa zestykowa > 3 mm

 

Przekaźniki do inwerterów fotowoltaicznych – Finder Seria 67

Korzyści:

  • Cewki DC, napięcie podtrzymania jedynie 170 mW
  • Przerwa zestykowa ≥ 3 mm (zgodna z VDE 0126-1-1, EN 62109-1, EN 62109-2)
  • Wzmocniona izolacja pomiędzy cewką a zestykami
  • Dystans 1,5 mm pomiędzy płytką drukowaną a przekaźnikiem
  • Można stosować przy temperaturze otoczenia 85 °C (z cewką w trybie oszczędnym) lub 70 °C (z cewką w trybie standardowym)

Ochronniki przepięciowe - Finder Seria 7P

Ochronniki napięcia czyli SPD (Surge Protection Devices) instalowane są w sieciach prądu dla ochrony osób, instalacji i urządzeń przed niepożądanymi krótkimi i impulsowymi przepięciami. Systemy fotowoltaiczne są z reguły umieszczone na zewnątrz budynków i mogą być narażone na bezpośrednie lub pośrednie efekty wyładowań atmosferycznych. Zamontowanie paneli fotowoltaicznych nie podnosi samo w sobie ryzyka bezpośredniego wyładowania. Jedynym praktycznym sposobem ochrony przed wyładowaniami jest zamontowanie instalacji odgromowej (LPS). Niebezpośrednie efekty wyładowań mogą jednak zostać złagodzone dzięki odpowiedniemu zastosowaniu Ochronników Przepięciowych (SPD). Takie niebezpośrednie efekty pojawiają się, kiedy wyładowanie atmosferyczne następuje w bezpośredniej bliskości urządzeń i gdzie indukcja elektromagnetyczna powoduje przepięcie w przewodnikach - co stanowi zagrożenie zarówno dla ludzi, jak i dla urządzeń. W szczególności przewody DC dla systemu PV będą narażone na wysoką przewodność oraz zaburzenia radiacyjne spowodowane wyładowaniem prądu pioruna.  Dodatkowo, przepięcia w systemach PV są nie tylko pochodzenia atmosferycznego. Należy brać pod uwagę również przepięcia pochodzące z sieci elektrycznej, do  których są podłączone. Takie przepięcia mogą uszkodzić zarówno przekształtnik, jak i panele, co tłumaczy potrzebę ochrony zarówno strony DC oraz AC.
Właściwa instalacja SPD wymaga najkrótszego, jak to tylko możliwe podłączenia do lokalnej szyny wyrównawczej do której podłączone są przewody PE zabezpieczanych urządzeń. Szyna wyrównawcza podłączona jest do uziemienia. Oprzewodowanie pozostaje dostosowane do obciążenia.

Kable i przewody fotowoltaiczne

Podczas projektu systemu fotowoltaicznego, po opracowaniu koncepcji i przyjęciu założeń celów projektowych, należy opracować również instalację kablową mającą duży wpływ na koszty całego przedsięwzięcia. Wybór odpowiednich modeli i stosowanie tanich zamienników może przynieść ogromne straty podczas eksploatowania systemu już po rozpoczęciu funkcjonowania. Dlatego tez należy pamiętać, by korzystać ze sprawdzonych, certyfikowanych przewodów renomowanych producentów. Istotnym elementem doboru produktów jest ich odporność na promieniowanie UV oraz ekstremalne temperatury (temperatura pracy złączy i izolacji przewodów jest dużo wyższa od temperatury otoczenia, w którym będą stosowane).Instalacje wykonane o rozwiązania systemowe Helukabel mają za zadanie pracować bezawaryjnie przez wiele lat. Zastosowanie kompletnego systemu (przewody, złącza PV oraz osprzęt) daje gwarancję bezpiecznej eksploatacji przez 25 lat.

Kable Solarflex:

- charakteryzują się dużą wytrzymałością i elastycznością,

- są odporne na ścieranie i promieniowanie UV, ozon, hydrolizę, chemikalia i oleje.

- Płomienioodporność zgodna jest z VDE 0482-332-2, DIN EN 60332-1.

Kable solarne:

Dzięki podwójnej izolacji są odporne na wysokie temperatury krótkotrwale do 200°C. Stosowanie niewłaściwych kabli cykli nieodpornych na warunki zewnętrzne oraz słabej jakości złącz może doprowadzić do przepalenia się styku na złączach lub wystąpienia zwarcia w instalacji. Niewielkie uszkodzenia przewodu mogą doprowadzić do powstania łuku elektrycznego przy stosunkowo małej mocy układu, następstwem czego jest pożar.

Korzyści:

  • Nadają się do układania w pomieszczeniach i na zewnątrz, w rurach i korytach, itp. Do układania bezpośrednio w ziemi lub w rurach zakopanych pod ziemią.
  • Dzięki podwójnej izolacji krótkotrwale odporne na bardzo wysoką temp. aż do 200°C
  • Przewidywany okres eksploatacji: 25 lat
  • Bezhalogenowe
  • Aprobaty VDE, TUV

W systemach fotowoltaicznych stosuje się, oprócz przewodów solarnych, również przewody sterownicze i zasilające. Dzięki przewodom Helukabel o wysokich parametrach i sprawności, a także odporności na UV i inne czynniki zewnętrzne, instalacja będzie mogła sprawnie działać w każdych warunkach środowiskowych.

Należy pamiętać, aby do montażu kabli solarnych i złącz używać specjalnych narzędzi, pozwalających na montaż bez uszkodzeń. Używanie niewłaściwych narzędzi może doprowadzić do otrzymania nietrwałych połączeń opływających na poprawną eksploatację systemu fotowoltaicznego.

Norma PN-HD 60364-7-712:2016-05 określa wymagania dotyczące specjalnych instalacji i fotowoltaicznych (PV) układów zasilania.

Polecane kategorie:

Polecane produkty:


Polecane akcesoria:

Jeśli uważasz, że możemy poprawić ten artykuł dzięki Tobie, prosimy o kontakt pod adresem: [email protected]. Dziękujemy - Zespół Conrad.