Fotovoltaická elektrárna

Soubor vzájemně pospojených fotovoltaických panelů, střídačů (invertorů), jistících prvků a podpůrných konstrukcí se nazývá fotovoltaická elektrárna.

Druhy elektráren a jejich připojení k síti

Rozdělení podle velikosti a typu umístění

Fotovoltaické elektrárny se dělí podle typu instalace na:

Malé střešní instalace s výkonem zpravidla do pár kWp umístěné na střešní konstrukci budovy, zejména pak na rodinných domech.
Velké střešní instalce o výkonech přesahujících 10kWp až po obrovské v řádech MWp. Jsou to převážně instalace na velkých průmyslových objektech, halách či logistických centrech. V České republice jsou ovšem tyto instalace podporovány pouze do výkonu 30kWp.
Volně stojící instalace o výkonech stovek kWp až po instalace v řádech MWp. Jsou to elektrárny instalované na volných prostranstvích, kde je podpůrná konstrukce pevně spojená se zemí.

Připojení k síti

Z hlediska připojení elektrárny k distribuční síti je možné rozlišit čtyři způsoby. Každý z nich má svá specifika a je nutné ještě před montáží určit o jaký způsob připojení půjde.

Přímé připojení do sítě a prodej provozovateli distribuční sítě - při tomto způsobu připojení je veškerá vyrobená elektrická energie dodávaná do distribuční sítě a je prodávaná za tzv."Výkupní cenu".
Přímé připojení do sítě a prodej obchodníkovi s el.energií - tento způsob připojení je méně obvyklý, nicméně možný. V tomto případě je veškerá vyrobená elektrická energie dodávaná obchodníkovi s elektřinou, který vykupuje produkci za sjednanou cenu. Další část ceny "Zelený bonus" je inkasován od distribuční společnosti.
Připojení do rozvodů v objektu - při tomto způsobu připojení je valná většina produkce spotřebovávána přímo v objektu a případné přebytky jsou prodávány distribuční společnosti (pokud je ochotna přebytky vykoupit). Stejná distribuční společnost vyplácí i "Zelený bonus".
"Off grid" připojení - využívá se v lokalitách kde není možné připojení na síť, například v odlehlých oblastech. V tomto případě je veškerá elektrická energie spotřebovávána v objektu a zpravidla ukládaná do akumulátorů. V tomto případě není možné využívat žádný ze způsobů podpory výkupu.

Pokud je výkon elektrárny vyšší než 4,6kWp je nutné provést připojení třífázově, tzn. musí být použit střídač s třífázovým výstupem. Při větších výkonech nad 200kWp se zpravidla elektrárna připojuje přes trafostanici do vysokonapěťového vedení VN 22kV.

Hlavní součásti fotovoltaické elektrárny

Ve fotovoltaických panelech se přemění dopadající sluneční záření na stejnosměrný proud, který je prostřednictvím střídačů převedem na proud střídavý. Panely jsou umístěny na nosné konstrukci, která je vhodně dimenzovaná pro odolávání povětrnostním vlivům, zejména pak větru.

Nejzákladnější součásti fotovoltaické elektrárny jsou:

Fotovoltaický panel

Stavebním prvkem fotovoltaického panelu jsou fotovoltaické články, které se pro dosažení potřebného výkonu spojují sérioparalelně. Typy panelů se dělí podle typu výroby článků na:

Monokrystalický - je složen z monokrystalických článků a jeho účinnost se pohybuje v rozmezí 12-16%.
Polykrystalický - je složen z polykrystalických článků a jeho účinnost se pohybuje v rozmezí 12-14%.
Tenkovrstvý - neboli též amorfní, vyráběný technologií nanášení slabé vrstvy amorfního křemíku na podklad ze skla nebo fólie. Nevýhodou těchto panelů je jejich malá konverzní účinnost(cca 8%) a potřeba dvojnásobné plochy oproti poly, nebo monokrystalickému panelu. Tyto nevýhody jsou však vyvážené skutečností, že amorfní křemík je schopen vyrábět elektrický proud i z rozptýleného neboli difuzního záření. Vrstva amorfního křemíku totiž dokáže pojmout širší spektrum slunečního záření. V konečném důsledku amorfní panel vyrobí o cca 10% více energie, než panel z polykrystalických či monokrystalických článků.

Invertor neboli střídač

Jelikož výstupem fotovoltaického panelu je stejnosměrný proud, je nutné jej převést na proud střídavý o parametrech elektrické sítě (230/400V 50Hz). Tuto přeměnu zajišťuje střídač. U malých elektráren kromě funkce přeměny proudu a napětí, také zajišťuje funkci ochrannou, kdy monitoruje napětí a frekvenci sítě a v případě výpadku, nebo nedodržení kvalitativních požadavků na vyrobenou elektřinu elektrárnu od sítě odpojí. Každý kvalitní střídač dnes obsahuje jeden nebo více MPP (maximal power point) trackerů, což je funkce aktivního hledání optimálního pracovního bodu změnou vstupního odporu střídače a tím získání nejlepšího výkonu fotovoltaického panelu při daném ozáření. Čím lepší a propracovanější je algoritmus MPP trackeru tím vyšší bude výnos z fotovoltaického systému. Maximální účinnost dnešních střídačů se pohybuje kolem 96% (EU účinnost, což je účinnost při částečném zatížení, kolem 93%). Lepší účinnosti dosahují beztranformátorové střídače, které jsou vhodné zejména pro nízkonapěťové systémy složené z tenkovrstvých modulů. Střídače osazené transformátorem sice dosahují nižší účinnosti, ale na druhou stranu dosahují kvalitnějšího výstupu.

Nosná konstrukce

Nezanedbatelnou částí fotovoltaické elektrárny je bezesporu nosná konstrukce pro panely. Kontrukční systémy se dají rozdělit podle typu instalace na:

Konstrukce pro sedlové střechy. Vhodná pro malé instalace na rodinné domy se sedlovou střechou se sklonem přibližně 35° a orientací k jihu nebo jihozápadu. Nosným prvkem zde jsou hliníkové profily přichycené speciálními háky ke konstrukci střechy. K profilům jsou připevněny fotovoltaické panely. Tato konstrukce je snad vůbec nejpoužívanější zejména pro její jednoduchost, snadnou montáž a nízkou cenu.
Konstrukce pro ploché střechy. Tyto konstrukce jsou většinou tvořeny ocelovými pozinkovanými profily trojúhelníkového tvaru, které jsou vzájemně „zavětrované“ a podélně spojené hlíníkovým profilem pro uchycení fotovoltaických panelů. Konstrukce se ke střeše připevňuje buď napevno chemickými kotvami, nebo se zatíží betonovými bloky či dlaždicemi. Toto řešení je pracnější a nákladnější než konstrukce na sedlové střeše.
Konstrukce pro volná prostranství. Stejné řešení jako u plochých střech se používá u větších elektráren postavených na volných prostranstvích s tím rozdílem, že konstrukce se spojuje pevně se zemí a to buď závrtnými šrouby, pozinkovanými profily zatlačenými do země, nebo betonovými základy. Tyto konstrukce bývají komplikované a nákladné, protože musejí odolávat mnohem tvrdším povětrnostním podmínkám a vlivům, zejména pak silnému větru.
Polohovatelné systémy. Dalším možným, a co do výtěžnosti, nejlepším způsobem pro uchycení fotovoltaických panelů jsou polohovatelné systémy tzv. trackery. Tracker automaticky otáčí a naklání panely ke slunci dle jeho astronomické dráhy a umožňuje tedy maximální výtěžnost z fotovoltaického systému. Zkušenosti hovoří o 30-35% nárůstu výtěžnosti oproti běžným pevným instalacím. Nevýhodou ovšem zůstávají zvýšené počáteční náklady, vlastní spotřeba elektrického proudu a nutná údržba.