Fotovoltaické a Solárne systémy 1a - Kontrolné otázky :)

Odpovede na niektoré z otázok 

10.iČo znamená, že udržateľné zdroje sú nevyčerpateľné, šetrné k prírode a bezpečné pre budúce generácie? Uveďte príklady.

Nevyčerpateľnými zdrojmi sú napríklad slnečné svetlo, vietor alebo voda. Sú dostupné stále, každý deň. Nepotrebujeme ich ťažiť ani spaľovať.

Šetrné k prírode sú zdroje, pri ktorých využívaní nevzniká veľa škodlivých plynov, odpadu ani znečistenia.

Bezpečnosť pre budúce generácie znamená, že ak budeme využívať udržateľné zdroje, zostanú dostupné aj pre našich potomkov. 

Príklad nevyčerpateľného zdroja, solárnej energie

Na strechu domu sa namontujú solárne panely, ktoré zachytávajú slnečné svetlo a premieňajú ho na elektrickú energiu. Táto energia sa potom môže použiť na svietenie, ohrev vody alebo napájanie domácich spotrebičov. Pri tomto procese nevzniká žiadne znečistenie, a slnko ako zdroj sa nevyčerpá. Svieti každý deň. 

Príklad zdroja šetrného k prírode, veternej energie

Na otvorených miestach, kde často fúka vietor, sa stavajú veterné turbíny. Keď vietor roztočí ich lopatky, pohyb sa premieňa na elektrickú energiu pomocou generátora. Tento spôsob výroby energie neprodukuje škodlivé plyny ani odpad, a vietor je nevyčerpateľný prírodný zdroj. 

Príklad zdroje energie bezpečného aj pre budúce generácie, geotermálnej energie

Geotermálna energia využíva teplo zo zemského vnútra. V niektorých oblastiach sveta, kde je zemská kôra tenšia alebo sú tam sopky, sa dá toto teplo využiť na výrobu elektriny alebo na vykurovanie budov. Voda sa vháňa do hlbokých vrtov, kde sa zohreje, a vzniknutá para poháňa turbíny.

 

20.iKto vlastní energy meter? Majiteľ fotovoltického systému alebo elektrárne?

V oblasti fotovoltiky je dôležité rozlíšiť, o akom type merača sa bavíme, pretože v systéme sa bežne nachádzajú dva rôzne prístroje, pričom každý má iného vlastníka.

Merač sa nachádza v hlavnom rozvádzači alebo v elektromerovom pilieri na hranici pozemku.

• Vlastník - distribučná spoločnosť (Západoslovenská distribučná, Stredoslovenská distribučná...), ľudovo nazývaná „elektrárne“.
• Účel - slúži na oficiálne meranie odberu zo siete a dodávky (prebytkov) do siete. Je to úradne overené meradlo, na základe ktorého sa platia faktúry.
• Prístup - my doň nesmiete zasahovať, je zabezpečený plombou.

Merač sa inštaluje spolu s fotovoltikou (zvyčajne do domového rozvádzača) a je prepojený so striedačom.

• Vlastník - majiteľ fotovoltického systému (teda my).
• Účel - slúži na vnútornú inteligenciu systému. Hovorí striedaču, koľko energie dom práve spotrebováva, aby striedač vedel, či má nabíjať batérie, alebo obmedziť výkon (Zero Export).
• Prístup - je to naše zariadenie, údaje z neho vidíte vo svojej mobilnej aplikácii.

Zhrnutie vlastníctva v tabuľke

Typ merača	xxx	Kto ho vlastní?	xxx	Čo meria?
Fakturačný elektromer		Distribúcia		Celkový nákup a predaj elektriny.
Smart Meter (Energy Meter)		Majiteľ domu		Vnútornú spotrebu domu a riadenie výroby.

Pozor na terminológiu! Ak vám niekto povie „elektrárne mi prišli vymeniť elektromer“, ide o vlastníctvo distribúcie. Ak nám montážna firma povie „do ceny sme započítali aj energy meter“, ide o naše vlastníctvo.

 

30.iJe spotreba elektrického prúdu fyzikálna veličina?

Nie, spotreba elektrického prúdu nie je fyzikálna veličina v presnom zmysle slova.

Prečo?

• Elektrický prúd je fyzikálna veličina. Má značku a jednotku, t.j.  značka I, jednotka ampér (A).
• Spotreba vyjadruje množstvo energie, ktoré zariadenie využije za určitý čas. Fyzikálna veličina je elektrická energia. Značka E, jednotka kilowatthodina (kWh) alebo joule (J). Fyzikálna veličina je čas... 

Keď hovoríme „spotreba prúdu“, ide skôr o bežný jazykový výraz, ale fyzikálne správne je hovoriť:

• „Odber prúdu“ (v ampéroch),
• alebo „spotreba elektrickej energie“ (v kWh).

 

40.iČo majú spoločné a v čom sa odlišujú Irradiometer a Pyranometer? 

Pyranometer aj iradiometer sú kľúčovými prístrojmi na meranie slnečného žiarenia, hoci sa líšia svojou presnosťou a spôsobom použitia. Zatiaľ čo pyranometer je vysoko presný stacionárny prístroj umiestnený na streche alebo meteostanici pre dlhodobý monitoring, iradiometer je prenosný prístroj v brašne montéra.

 

41.iAké meracie prístroje by mal vedieť používať montér fotovoltaických panelov?

Montér fotovoltaických panelov by mal ovládať viacero meracích prístrojov, ktoré zabezpečujú bezpečnú a efektívnu inštaláciu:

• digitálny multimeter slúži na meranie napätia, prúdu, odporu a test spojitosti, čo je nevyhnutné na kontrolu správneho zapojenia a napätia na paneloch,
• clamp meter (prúdové kliešte) umožňuje merať prúd bez rozpojenia obvodu, čo je dôležité pri diagnostike prúdov v jednotlivých stringoch,
• I-V tester (string tester) meria prúdovo-napäťovú charakteristiku panelov alebo stringov, čím pomáha overiť výkon a odhaliť problémy, ako je degradácia alebo tieňovanie,
• izolačný tester (megger) kontroluje izolačný odpor vodičov, čo je kľúčové pre bezpečnosť a prevenciu úniku prúdu,
• solárny irradiometer meria intenzitu slnečného žiarenia, aby bolo možné porovnať výkon panelov s očakávanými hodnotami podľa aktuálnych podmienok,
• termokamera slúži na detekciu horúcich miest (hot spots), ktoré môžu signalizovať poškodené články alebo chybné spoje,
• tester polarity overuje správnu polaritu vodičov pred zapojením, čím zabraňuje chybnému zapojeniu, ktoré by mohlo poškodiť menič,
• tester uzemnenia kontroluje kvalitu uzemnenia systému, čo je zásadné pre ochranu pred úrazom elektrickým prúdom a prepätím.

 

42.iAký je rozdiel medzi pojmami wattmeter a energetický merač siete?

V praxi sa tieto pojmy často zamieňajú, ale z odborného hľadiska je medzi nimi rozdiel v tom, čo merajú a ako sa v systéme využívajú. 

Wattmeter (merač okamžitého výkonu) 

Wattmeter meria okamžitý elektrický výkon v jednotkách Watt (W) alebo kilowatt (kW). 

• Čo hovorí: „Práve teraz systém vyrába 3,5 kW.“
• Funkcia - zameriava sa na aktuálny stav v danom zlomku sekundy. Vo fotovoltike sa často používa na rýchlu reguláciu striedača, aby nedochádzalo k pretokom do siete. 

Energetický merač siete (elektromer, energy meter) 

Energetický merač meria množstvo spotrebovanej alebo vyrobenej energie v čase v jednotkách watthodina (Wh) alebo kilowatthodina (kWh). 

• Čo hovorí: „Dnes systém vyrobil celkovo 15 kWh energie.“
• Funkcia - ide o kumulatívny (súčtový) údaj. Sleduje históriu a celkovú bilanciu systému za určité obdobie (deň, mesiac, rok). 

Porovnanie v tabuľke

Vlastnosť	xxx	Wattmeter	xxx	Energetický merač siete
Jednotka		watt (W) alebo kilowatt (kW)		kilowatthodina (kWh)
Veličina		okamžitý výkon (fyzikálna sila)		práca alebo energia (množstvo v čase)
Analógia		tachometer v aute (rýchlosť v km/h)		počítadlo kilometrov (prejdená dráha)
Využitie		riadenie striedača a ochrana siete		vyúčtovanie elektriny a štatistiky

Prečo sa pletú? 

Moderné inteligentné zariadenia, ktoré si montujeme do rozvádzačov (tzv. Smart Metre), sú v skutočnosti kombinované prístroje. Dokážu na displeji alebo v aplikácii zobraziť oboje: ako aktuálny výkon (W), tak aj celkovú energiu (kWh).

 

43.iAký je rozdiel medzi wattmetrom pre fotovoltiku a výkonovým analyzátorom? 

Rozdiel medzi wattmetrom pre fotovoltiku a výkonovým analyzátorom je hlavne v rozsahu meraní, presnosti a detailnosti dát. 

Wattmeter pre fotovoltiku

Zjednodušený merací prístroj určený hlavne na:

• meranie činného výkonu (W),
• meranie energie (kWh),
• základné hodnoty napätia (V) a prúdu (A).

Používa sa najmä:

• v rozvádzači na DIN lište,
• ako podružné meranie výroby FVE,
• na monitoring cez Modbus[1].

Typické vlastnosti:

• presnosť triedy 1 alebo 0,5,
• meria väčšinou činný výkon,
• základný účinník (cos φ),
• nie vždy meria harmonické,
• ide skôr o monitorovací ako diagnostický nástroj.

Používa sa hlavne na sledovanie výroby a spotreby.

 

Výkonový analyzátor

Profesionálne meracie zariadenie[2] na detailnú analýzu:

• činného, jalového a zdanlivého výkonu (P, Q, S),
• účinníka (PF),
• harmonických (THD),
• fázového posunu,
• nesymetrie medzi fázami,
• kvality napätia (poklesy, špičky, flicker).

Typické vlastnosti:

• veľmi vysoká presnosť (trieda 0,1-0,2),
• meranie harmonických až do 50. rádu,
• záznam priebehov (waveform capture),
• datalogger,
• používa sa na revízie, diagnostiku a riešenie problémov.

Používa sa pri:

• problémoch s meničom,
• preťažovaní siete,
• reklamáciách kvality napätia,
• profesionálnych energetických auditoch.

Hlavné rozdiely v tabuľke

	xxx	Wattmeter	xxx	Výkonový analyzátor
Účel		Monitoring výroby		Diagnostika a analýza
Presnosť		Bežná		Veľmi vysoká
Harmonické		Väčšinou nie		Áno
Cena		Nízka		Vysoká
Vhodné pre		Bežná FVE inštalácia		Riešenie problémov

 

Praktický príklad z fotovoltiky

Ak máme FVE a chceme:

• vedieť koľko vyrába, postačuje wattmeter,
• zistiť prečo menič hlási chybu siete alebo prečo padá ochrana  potrebujeme výkonový analyzátor.

[1] Napríklad pri meničoch ako Fronius, Huawei alebo Victron Energy.
[2] Jeho typickí výrobcovia sú: Fluke, Hioki a Chauvin Arnoux.

 

50.iSú pojmy solárne systémy a termálne systémy synonymum?

Nie, solárne a termálne systémy nie sú úplne to isté, aj keď sa oba týkajú využívania slnečnej energie.

Stručné vysvetlenie rozdielov:

• solárne systémy - tento pojem sa používa všeobecne pre technológie, ktoré využívajú slnečné žiarenie. Delia sa na dva hlavné typy:
  • fotovoltaické (PV) systémy, ktoré premieňajú slnečné svetlo priamo na elektrickú energiu pomocou solárnych panelov,
  • solárne termálne systémy, ktoré využívajú slnečné žiarenie na ohrev vody alebo vzduchu, napríklad na kúrenie alebo prípravu teplej vody,
• termálne systémy - tento pojem sa zvyčajne vzťahuje na systémy na ohrev, ktoré môžu využívať rôzne zdroje tepla – nielen slnko. Môžu byť:
  • solárne termálne (ako vyššie),
  • geotermálne - využívajú teplo zo zeme,
  • tepelné čerpadlá - získavajú teplo zo vzduchu, vody alebo zeme.

 

51.iPorovnaj Slnečný panel a Fotovoltaický panel. Prečo dochádza k ich zámene?

Slnečný panel (solárny termálny kolektor):

• premieňa slnečné žiarenie na tepelnú energiu,
• používa sa na ohrev vody alebo vykurovanie,
• funguje tak, že zachytáva slnečné lúče a ohrieva kvapalinu, napríklad vodu alebo nemrznúcu zmes, ktorá cirkuluje v systéme.

Príklad: Solárne kolektory na strechách domov na ohrev úžitkovej vody.

Fotovoltaický panel (solárny elektrický panel):

• premieňa slnečné žiarenie na elektrickú energiu pomocou fotovoltického javu,
• obsahuje polovodičové články, najčastejšie z kremíka, ktoré generujú elektrický prúd, keď na ne dopadá svetlo.

Príklad: Panely na výrobu elektriny pre domácnosti alebo solárne elektrárne.

Dôvody prečo dochádza k zámene oboch pojmov:

• v bežnej reči sa oba typy panelov označujú ako „solárne panely“, čo môže viesť k nejasnostiam.
• niektoré publikácie alebo médiá používajú termín „slnečný panel“ ako všeobecné označenie pre oba typy.

V technickej literatúre sa však odporúča rozlišovať medzi fotovoltaickými panelmi (elektrina) a solárnymi kolektormi (teplo).

 

52.iSú fotovoltický jav a fotovoltaický jav synonymá?

Nie, fotovoltický jav a fotovoltaický jav nie sú úplne synonymá, aj keď sa často zamieňajú.

Rozdiel je jemný, ale technicky významný:

• fotovoltický jav - ide o správny fyzikálny termín pre jav, pri ktorom svetlo dopadajúce na polovodičový materiál spôsobí uvoľnenie elektrónov, čím vzniká elektrické napätie. Je to základný princíp fungovania fotovoltaických článkov,
• fotovoltaický jav - tento výraz sa často používa v bežnej reči ako synonymum, ale z jazykového hľadiska je menej presný. V technickej literatúre sa preferuje fotovoltický jav.

V skratke:

• fotovoltický jav = správny odborný termín,
• fotovoltaický jav = bežne používaný, ale menej presný pojem.

 

53.iAký je rozdiel medzi pojmami fotoelektrický jav a fotovoltický jav?

Fotoelektrický jav („mama“)

Definícia: Uvoľňovanie elektrónov z povrchu kovu alebo iného materiálu, keď naň dopadne svetlo (fotóny).

Podstata: Svetlo dodá elektrónom dostatočnú energiu.

Vonkajší fotoelektrický jav

Výsledok: Elektróny sa uvoľnia do okolitého priestoru (vákuum alebo plyn).

Príklad: Experiment Alberta Einsteina, ktorý vysvetlil kvantovú povahu svetla.

Použitie: fotodiódy, fototranzistory (spolu svetelné senzory), fotonásobiče.

Fotovoltický jav = vnútorný fotoelektrický jav = fotovodivosť 

Definícia: Premena svetelnej energie na elektrickú energiu v polovodičovom materiáli.

Podstata: Fotóny uvoľnia elektróny v polovodiči, ktoré sa pohybujú v elektrickom poli PN prechodu, čím vzniká elektrický prúd.

Výsledok: Elektróny sa neodtrhnú do priestoru, ale sú vedené cez obvod. Výsledkom je výroba elektriny.

Príklad: Solárne (fotovoltaické) panely.

Použitie: Výroba elektriny zo slnečného žiarenia.

Pri vonkajšom jave elektróny materiál opúšťajú, pri fotovoltickom jave v ňom ostávajú a poháňajú spotrebič.

Hlavný rozdiel:

• fotoelektrický jav = uvoľnenie elektrónov z povrchu.
• fotovoltický jav = výroba elektrického prúdu v polovodiči.

 

60.iČím, okrem slnečného žiarenia (slnka) možno osvetliť fotovoltaický panel?

Okrem slnečného žiarenia možno fotovoltický panel osvetliť umelými zdrojmi svetla, ale účinnosť je výrazne nižšia. 

Najčastejšie možnosti:

• LED svetlá - vysoká svietivosť, nízka spotreba. Musia byť nastavené na vhodné spektrum (blízke slnečnému). Používa sa skôr na experimenty alebo malé aplikácie,
• halogénové lampy - produkujú široké spektrum podobné slnečnému. Typická je pre ne veľká spotreba energie, t.j. sú neefektívne pre reálnu výrobu,
• metalhalogenidové alebo sodíkové výbojky - používané sú v skleníkoch, majú vysoký svetelný tok. Spektrum je vhodné pre fotovoltiku, ale opäť energeticky náročné,
• simulátory slnečného žiarenia (tzv. solar simulators) - ide o profesionálne zariadenia  s presne nastaveným spektrom a intenzitou. Používajú sa v laboratóriách na testovanie panelov. 

Mali by vedieť:

• Osvetľovanie panelov umelým svetlom na výrobu elektriny je neefektívne, pretože spotreba zdroja svetla je vyššia než energia získaná z panelu. V praxi sa používa iba na testovanie, výskum alebo špeciálne aplikácie.

 

61.iJe možné použiť na osvetľovanie fotovoltaické panela UV svetlo?

Áno, UV svetlo môže ovplyvniť výkon fotovoltického panelu.

Ale:

• Fotovoltické panely (najmä kremíkové) sú navrhnuté tak, aby využívali viditeľné spektrum slnečného žiarenia (približne 400-700 nm).
• UV žiarenie (pod 400 nm) má vyššiu energiu, ale väčšina panelov ho nevyužíva efektívne, pretože kremík absorbuje hlavne viditeľné a infračervené spektrum.
• Nadmerné UV môže dokonca poškodiť povrch panelu. Hrozí degradácia krycieho materiálu. 

Mali by ste vedieť::

• UV svetlo určite nie je efektívne na výrobu elektriny. Jeho účinnosť je veľmi nízka.
• Používa sa skôr na testovanie odolnosti materiálov, tzv. UV aging test, nie na energetickú produkciu.

 

62.iAko chrániť panely pred UV žiarením?

Ochrana fotovoltických panelov pred UV žiarením je dôležitá, pretože nadmerné UV môže degradovať povrchové vrstvy (EVA fólia, krycie sklo, tesnenia) a znížiť životnosť systému.

Hlavné spôsoby:

• kvalitné krycie sklo s UV filtrom - väčšina panelov má tvrdené sklo s UV blokátorom, ktoré prepúšťa viditeľné svetlo, ale obmedzuje škodlivé UV. Toto je základná ochrana už z výroby.
• UV stabilizované materiály - EVA fólia, ktorá zapuzdruje články, obsahuje UV inhibítory. Tesnenia a plastové časti musia byť z UV odolných polymérov, napríklad EPDM, silikón,
• povrchové nátery alebo fólie - antireflexné vrstvy s UV ochranou. Dodatočné UV ochranné fólie. Najmä pri starších paneloch alebo DIY projektoch,
• správna údržba - t.j. pravidelné čistenie a bez agresívnych chemikálií. Kontrola poškodenia skla alebo fólií.

 

Mali by ste vedieť:

• Panely sú navrhnuté tak, aby odolávali UV žiareniu počas celej životnosti (20–30 rokov), ale lacné alebo nekvalitné panely môžu degradovať rýchlejšie.

 

63.iAko súvisí energetický výťažok a insolancia?

Súvislosť medzi týmito dvoma pojmami je priamo úmerná: čím vyššia je insolácia (množstvo dopadajúceho slnečného žiarenia), tým vyšší je energetický výťažok solárneho systému.

Presné vysvetlenie ich vzťahu:

• insolácia (slnečné ožiarenie) - je to celkové množstvo slnečnej energie, ktorá dopadne na určitú plochu, napríklad 1 m², za určitý čas. Udáva sa v jednotkách kWh/m², napríklad za rok. Závisí od geografickej polohy, počasia a ročného obdobia,
• energetický výťažok - je to reálne množstvo elektriny, ktorú náš systém vyrobí a ktorú môžete použiť. Udáva sa v kWh. Vzťah medzi nimi určuje účinnosť systému:

výťažok = insolácia * plocha panelov * účinnosť systému.

 

70.iDá sa bežné UPS (nefotovoltické záložné zdroje) nabíjať pomocou fotofoltiky?

Áno, dá sa, ale nie priamo. Bežné UPS nie sú určené na priame nabíjanie z fotovoltických panelov. Potrebujú stabilné AC napájanie, nie premenlivé DC z panelov.

 

100.iJe meranie IV krivky a meranie izolačného odporu u fotovoltických systémov len iné označenie pre ten istý spôsob diagnostiky porúch?

Nie, ide o dve úplne odlišné metódy, ktoré zisťujú iné typy problémov.

• Meranie izolačného odporu - zameriava sa na bezpečnosť. Zisťuje, či je elektroinštalácia poriadne izolovaná a či nedochádza k úniku prúdu na kostru alebo do zeme. Odhalí poškodené káble, vlhkosť v konektoroch alebo výrobné chyby panelov, ktoré by mohli spôsobiť požiar či úraz[3].
• Meranie IV krivky - zameriava sa na výkon a efektivitu. Mapuje vzťah medzi prúdom a napätím celého stringu alebo panelu. Odhalí technické degradácie, ako sú mikrotrhliny, poškodené bypass diódy, nerovnomerné starnutie (mismatch) alebo vplyv tienenia. 

[3] Zjednodušene: izolačný odpor hovorí, či je systém bezpečný, IV krivka hovorí, či vyrába toľko, koľko by mal.

• Fotovoltaické a Solárne systémy 1b - Kontrolné otázky :) →