Prehľad základných pojmov vo fotovoltaike, od štruktúry fotovoltaického článku až po základné komponenty fotovoltaickej elektrárne.

Základné pojmy

Fotovoltaika - technológia pre priamu premenu slnečného žiarenia na elektrinu bez pohyblivých častí. Je to jeden z obnoviteľných zdrojov, ktorý v prevádzke neprodukuje žiadne emisie znečisťujúcich látok alebo oxidu uhličitého.

Fotovoltaický článok - základný funkčný prvok fotovoltaického panelu. Články môžu byť monokryštalické, polykryštalické alebo amorfné. Fotovoltaický článok je v princípe veľkoplošná fotodióda, ktorá premieňa slnečné žiarenie na jednosmerný prúd. Napätie jedného článku sa pohybuje od zhruba 0,5 V u článkov z kryštalického kremíka až po jednotky voltov u tenkovrstvových článkov s viacerými prechodmi (viacvrstvových). Prúd je úmerný ploche článku, jeho účinnosti a intenzite slnečného žiarenia, u konkrétneho článku závisí čiastočne na spektre dopadajúceho slnečného žiarenia, ktoré sa v priebehu dňa a roka mení.

Fotovoltaický panel (modul) - je zvyčajne zložený z väčšieho počtu článkov zapojených v sérii. Napätie jedného panelu sa obvykle pohybuje v rozmedzí 12 až 100 V. Fotovoltaické panely bežne dostupné na trhu možno rozdeliť do troch kategórií - monokryštalické, polykryštalické alebo amorfné.

Kryštalický panel (fotovoltaický panel s kryštalickými článkami) - pozostáva obvykle z 60 alebo 72 článkov z kryštalického kremíka. Napätie v bode maximálneho výkonu sa u týchto panelov pohybuje okolo 30 V resp. 36 V. Tieto panely sú v súčasnosti najrozšírenejšie.

Tenkovrstvý panel - jednotlivé články sú nanesené priamo na nosné sklo; články tvoria prúžky o šírke rádovo 1 cm a dĺžke zodpovedajúcej výške panelu.

Fotovoltaická elektráreň - zariadenie pre premenu slnečného žiarenia na elektrinu. Pozostáva z panelov, nosnej konštrukcie, prepojovacích káblov, riadiace jednotky a akumulátora a / alebo striedača, pre menšie zariadenia sa používa aj pojem fotovoltický systém.

Menovitý výkon panelu - výkon fotovoltaického panelu za štandardných testovacích podmienok (STC). Udáva sa vo wattoch špičkového výkonu (Wp - wattpeak). Skutočný výkon, ktorý možno z panela získať, závisí predovšetkým na úrovni slnečného žiarenia a uhla dopadu lúčov, ale aj na prispôsobenie záťaže (pozri ďalej MPPT).

Menovitý výkon fotovoltaickej elektrárne - súčet menovitých výkonov všetkých panelov. Skutočný výkon fotovoltaickej elektrárne je vždy nižší, než súčet výkonov panelov za daných podmienok. Rozdiel je daný stratami v striedači, vodičoch a prípadne iných pomocných systémoch.

Často používané skratky

FV - fotovoltaika, fotovoltaický

FVE - fotovoltaická elektráreň.

FVS - fotovoltaický systém.

MPP - bod maximálneho výkonu "Maximum Power Point" - pracovný bod, v ktorom dodáva fotovoltaický panel svoj maximálny výkon. MPP sa mení v závislosti na intenzite dopadajúceho slnečného žiarenia a na teplote panela.

MPPT (MPP tracker) - sledovač bodu maximálneho výkonu "Maximum Power Point Tracker" - zariadenie (v podstate počítač s príslušným softvérom), ktoré zvyšuje výnos energie tým, že zabezpečuje, aby fotovoltaický panel pracoval stále v blízkosti bodu maximálneho výkonu (MPP). MPP tracker je zvyčajne súčasťou striedača alebo regulátora nabíjania, môže sa však jednať aj o samostatné zariadenie.

NOCT - teplota článkov za nominálnych prevádzkových podmienok "Nominal Operating Cell Temperature", tj. Intenzita žiarenia 1000 W / m2, teplota okolia 20 ° C, rýchlosť vetra 1 m / s, voľný prístup vzduchu k zadnej strane panelu.

STC - štandardné testovacie podmienky "Standard Test Condition" - podmienky, za ktorých sú merané charakteristiky fotovoltaických panelov a článkov, tj. Intenzita žiarenia 1000 W / m2, spektrum AM1,5 Global a teplota panelu 25 ° C.

TCO - transparentný vodivý oxid

Wp (kWp, MWp ...) - watt špičkového výkonu "wattpeak" - jednotka používaná pre označenie menovitého výkonu fotovoltaických panelov a elektrární.

Štruktúra fotovoltaického článku

Schéma štruktúry fotovoltaického článku z kryštalického kremíka.

Polovodič typu N - polovodičový materiál s prevahou elektrónov (N - negative)

Polovodič typu P - polovodičový materiál s prevahou protónov (P - positive)

PN prechod - oblasť na rozhraní medzi polovodiči typu N a P

Predný kontakt - slúži na odvedenie nosičov náboja z fotovoltaického článku. U kryštalických panelov je tvorený zbernicou nanesenou sieťotlačou, u tenkovrstvových panelov je tvorený transparentným vodivým oxidom (TCO).

Zadný kontakt - slúži na odvedenie nosičov náboja z fotovoltaického článku. Je tvorený kovovou vrstvou.

Súčasti fotovoltaického panelu

Fotovotlaický článok - viď vyššie.

Predná krycia vrstva - obvykle sa používa sklo s nízkym obsahom železa, môže však byť aj plast, musí predovšetkým prepúšťať využiteľnú časť slnečného spektra, zvyčajne slúži zároveň ako nosný podklad.

Zadná krycia vrstva - najčastejšie plast (obchodný názov TEDLAR), menej často sklo, ktoré je však považované za trvanlivejšie a okrem toho lepšie chráni články pred degradáciou.

Laminačná fólia - zvyčajne EVA (etylén-vinyl acetát); vodivo pospájané kryštalické články sú pri kompletizácii paneli vložené medzi dve vrstvy laminačnej fólie a pôsobením tepla zatavené a pripojené k prednej a zadnej krycej vrstve. U tenkovrstvových panelov, kde sú články priamo nanesené na nosnú vrstvu, je použitá len jedna vrstva EVA fólie.

Rám - zvyčajne hliníkový, zvyšuje tuhosť panela a jeho odolnosť proti mechanickému namáhaniu alebo poškodeniu. Sú však vyrábané aj panely bez rámu, používané napríklad pre fasádne systémy alebo fotovoltaické strechy (BIPV), kde spevňujúcu funkciu rámu preberá nosná konštrukcia.

String - reťazec sériovo prepojených článkov. Sériovým prepojením sa dosiahne potrebné napätie. Označenie string sa používa aj pre reťazec sériovo prepojených panelov vo fotovoltaickej elektrárni (pozri nižšie).

Pripojovací box (junction box) - je zvyčajne umiestnený na zadnej strane panelu, slúži na vyvedenie elektrickej energie z panelu a k jeho pripojenie do obvodu. Niekedy býva nahradený výkonovým Optimizerom alebo mikrostriedačom.

Bypassové dióda - slúži na ochranu fotovoltaických článkov v paneli pri ich čiastočnom zatienení, zároveň obmedzuje stratu výkonu pri čiastočnom zatienení. Bypassové diódy sú v paneli zvyčajne tri, každá premosťuje tretinu článkov v paneli, bývajú umiestnené v pripájacom boxe.

Súčasti fotovoltaické elektrárne

Fotovoltaický panel - pozri vyššie

Fotovoltaický systém - fotovoltaická elektráreň malého výkonu, rádovo jednotky kWp, obvykle inštalovaná na streche rodinného domu.

Striedač (menič) - prevádza jednosmerné napätie z panelov alebo akumulátora na striedavé napätie vhodné pre bežné sieťové spotrebiče, tj. 230 V.

Mikrostriedač - striedač malého výkonu pripojený priamo k jednému alebo niekoľkým fotovoltaickým panelom, často nahrádza pripojovací box.

String - reťazec sériovo prepojených panelov. Sériovým prepojením sa dosiahne potrebné napätie pre optimálnu prevádzku striedače. Označenie string sa používa aj pre reťazec sériovo prepojených článkov na jednom paneli (pozri vyššie).

Výkonový Optimizer - DC / DC menič s MPPT, pripája sa ku každému panelu v reťazci (stringu), umožňuje zapojiť do série panely rôznych výkonov, s rôznym sklonom a orientáciou, prípadne aj rôzne zatienených, pričom každý z panelov pracuje v optimálnom pracovnom bode.

Regulátor nabíjania - používa sa v jednosmerných systémoch s akumulátormi.

Výkonové charakteristiky článkov a panelov

Na štítku fotovoltaického panelu sú obvykle uvedené nasledovné údaje:

P_MPP – menovitý výkon panelu, uvádza sa hodnota zmeraná v bode maximálneho výkonu
P_MPP = U_MPP × I_MPP
U_MPP – napätie pri menovitom výkone
I_MPP – prúd pri menovitom výkone
U_OC – napätie naprázdno – napätie na fotovoltaickom paneli bez pripojenej záťaže
I_SC – prúd nakrátko – najvyšší prúd, ktorý je panel schopný dodať
Max. System Voltage – najvyššie systémové napätie, obmedzuje počet panelov, ktoré je možné zapojiť v sérii, obvyklá hodnota je 1000 V.

Všetky hodnoty uvedené na štítku paneli sú menovitej hodnoty namerané pri štandardných testovacích podmienkach, pozri aj obrázok hore. Rovnako sa však označujú aj hodnoty namerané pri inej úrovni slnečného žiarenia alebo pri inej teplote.

Účinnosť FV článku - je podiel medzi elektrickým výkonom z jednotky plochy FV článku a intenzitou slnečného žiarenia. Typická účinnosť kvalitných kryštalických kremíkových článkov je v súčasnosti 17,5-18,0% pri STC, pri intenzite dopadajúceho žiarenia pod 200 W / m2 účinnosť kryštalických článkov klesá. Účinnosť tenkovrstvových článkov pri STC je obvykle nižšia, na rozdiel od kryštalických článkov však pri nízkej intenzite dopadajúceho žiarenia účinnosť tenkovrstvových článkov vzrastá.

Účinnosť FV panelu - je podiel medzi elektrickým výkonom z jednotky plochy FV panela a intenzitou slnečného žiarenia. Účinnosť panelu je o 1 až 2 percentuálne body nižšie ako účinnosti použitých článkov. Hlavným dôvodom zníženia účinnosti sú optické straty odrazom na krycom skle.

Teplotný koeficient výkonu - udáva, o koľko sa výkon panela zmení pri zvýšení teploty o 1 ° C. Pokles výkonu kryštalických panelov je okolo 0,4% / ° C, u tenkovrstvových zhruba polovičná.

Intenzita slnečného žiarenia - udáva sa vo wattoch na meter štvorcový (W / m2), najvyšší intenzita slnečného žiarenia sa v Slovenskej republike za ideálnych poveternostných podmienok pri kolmom dopade slnečných lúčov pohybuje okolo 1100 W / m2.