Technologie
Jak z fotovoltaické elektrárny vzniká elektřina
Co se děje mezi slunečním zářením na panelu a zásuvkou ve vašem objektu?
Elektrárna není jedna věc, ale řetězec komponent, kde každý článek něco přidá a něco ubere. Když víte, kde vznikají ztráty a co určuje životnost, poznáte rozdíl mezi dobrým a levným návrhem.
Od článku k panelu
V polovodičové struktuře článku dopadající foton uvolní elektron a mezi vrstvami vznikne napětí. Jeden článek dává jen kolem 0,5 V, proto se články sériově spojují do panelu a panely do stringů — teprve tím vznikne napětí, se kterým umí střídač pracovat.
Monokrystalické panely jsou dnes standard: mají vyšší účinnost a lepší chování při rozptýleném světle než starší polykrystalické. Účinnost běžného panelu se pohybuje kolem 20–23 %, což znamená, že z metru čtverečního dostanete zhruba 200–230 W při plném osvitu.
Teplota výkon snižuje. Panel se v létě ohřeje výrazně nad teplotu vzduchu a s každým stupněm nad 25 °C ztrácí zhruba 0,3–0,4 % výkonu. Nejvyšší okamžitý výkon proto uvidíte za slunečného chladného dne na jaře, ne v parném srpnovém poledni.
Panely stárnou pomalu, ale měřitelně. Výrobci garantují obvykle 80–87 % původního výkonu po 25 až 30 letech, s prvním rychlejším poklesem v prvním roce provozu. S touto degradací se počítá i v ekonomice.
Jmenovitý výkon není provozní výkon
Co odděluje štítkovou hodnotu od skutečnosti
| Podmínky měření (STC)Osvit i teplota článku, které v provozu nastanou jen výjimečně | 1 000 W/m², 25 °C |
|---|---|
| Ztráta teplotouV létě, při ohřevu panelu nad 50 °C | 5–12 % |
| Ztráty v kabeláži a střídačiSoučet stejnosměrné i střídavé části | 3–7 % |
| Znečištění a zastíněníPodle prostředí; u zemědělských provozů více | 1–10 % |
| Nesourodost panelů (mismatch)Rozdíly mezi kusy v jednom stringu | 1–3 % |
Střídač: srdce elektrárny
MPPT. Střídač neustále hledá pracovní bod, ve kterém panely dávají nejvyšší výkon — mění se s osvitem i teplotou během celého dne. Více nezávislých MPPT vstupů znamená, že pole rozdělené na východ a západ nebo částečně zastíněné nesráží výkon celé elektrárny.
Poměr DC/AC. Střídač se běžně navrhuje s menším výkonem, než je součet panelů (typicky 1,1 až 1,3násobek). Špičkových hodnot elektrárna dosáhne jen pár desítek hodin v roce, takže ořez špičky vyjde levněji než střídač dimenzovaný na maximum.
Stringový střídač, optimizéry, nebo mikroinvertory? Stringový střídač je nejlevnější a u nezastíněné jednolité střechy plně dostačuje. Optimizéry nebo mikroinvertory dávají smysl tam, kde je pole členité či částečně zastíněné, nebo když chcete sledovat výrobu po jednotlivých panelech — za cenu vyšší investice a více prvků, které mohou selhat.
Životnost. Střídač je nejkratší článek celé sestavy: počítejte s 10 až 15 lety a s tím, že jeho výměna patří do ekonomiky projektu, ne mezi nepříjemná překvapení.
Zbytek sestavy, na kterém záleží
Nosná konstrukce a kotvení. Musí odpovídat typu krytiny, sklonu a zatížení sněhem a větrem v dané lokalitě. Špatné kotvení je nejčastější příčina zatékání po instalaci.
Kabeláž a jištění. Stejnosměrná část je pod napětím vždy, když svítí slunce — proto se řeší dimenze vodičů, odpojovače, pojistky a to, kudy trasy vedou objektem.
Přepěťová ochrana a uzemnění. Elektrárna je plocha na střeše propojená s vnitřní elektroinstalací. Bez správně řešené ochrany je jeden blízký úder blesku schopen zlikvidovat střídač i připojenou techniku.
Měření a řízení toků. Elektroměr na hlavním přívodu dává střídači informaci o aktuální spotřebě objektu. Podle ní lze omezit přetoky do sítě nebo přesměrovat přebytek do bojleru, tepelného čerpadla či nabíječky.
Akumulace jako volitelná vrstva. Baterie se do sestavy dá doplnit i později, pokud se s ní počítá už v návrhu — místem, jištěním i typem střídače. Jestli se vyplatí, rozhoduje váš profil odběru, ne kapacita.
Když klasické panely nestačí
| Parametr | Klasické panely | Lehké panely / fólie | Solární krytina |
|---|---|---|---|
| Hmotnost | 15–25 kg/m² | 3–5 kg/m² | podobná krytině |
| Účinnost | 21–23 % | 13–19 % | 17–21 % |
| Cena na kWp | základ | +50–100 % | výrazně vyšší, odečte se krytina |
| Vzhled | viditelná nástavba | nenápadné, ploché | k nerozeznání od střechy |
| Typicky pro | běžné střechy | haly, lehké krovy, ploché střechy | rekonstrukce, památkové zóny |
Životnost jednotlivých částí
- Panely
- 25–30 let
- Střídač
- 10–15 let
- Konstrukce
- 25+ let
- Baterie
- 10–15 let
Výkonová záruka s postupným poklesem, obvykle na 80–87 % výkonu
Nejkratší článek sestavy; výměna patří do ekonomiky
Při správném materiálu a kotvení odpovídá životnosti panelů
Podle chemie a počtu cyklů; volitelná část sestavy
Sluneční energie jako teplo: akumulace do vody
Fyzika je jednoduchá. Měrná tepelná kapacita vody je 4,18 kJ/(kg·K). Kubík vody ohřátý o 50 °C uloží zhruba 58 kWh tepla — bez degradace, bez požárního rizika a s životností nádrže na desítky let.
Plynulá regulace přebytků. Regulátor posílá do topného tělesa v nádrži přesně tolik výkonu, kolik je okamžitě navíc — od desítek wattů po kilowatty. Skokové spínání termostatem by střídavě posílalo energii do sítě a nakupovalo ji zpět.
Vrstvení teploty. Horká voda se drží nahoře, chladná dole. Topný okruh odebírá z vrstvy, kterou potřebuje, a nádrž se tak využije téměř celá — nejlépe s nízkoteplotním podlahovým nebo stěnovým vytápěním.
Denní, nebo sezónní akumulace. Zásobník o několika stech litrů vyrovná den. Izolovaná nádrž o objemu 5–100 m³ přenese letní přebytky do topné sezóny. Tepelné čerpadlo je volitelný doplněk, který z 1 kWh elektřiny vyrobí 3–4 kWh tepla.
Co s technologií souvisí dál
Chcete technický návrh pro váš objekt?
Napište nám typ objektu, střechy a přibližnou spotřebu. Vrátíme se s tím, jaká sestava u vás dává smysl a proč.