Načrtovanje sistemov
Zahtevnost načrtovanja PV-sistemov narašča z velikostjo sistema in za skrajšanje odplačilne dobe naložbe v PV-sistem priporočamo ne glede na njegovo velikost skrbno analizo pred naročilom posameznih komponent sistema. Načrtovanje omrežnih PV-sistemov je manj kompleksno kot načrtovanje samostojnih PV-sistemov. Pri omrežnih je cilj čim večja učinkovitost pri oddaji električne energije v omrežje na letni ravni, pri samostojnih pa je treba analizirati razmerje med proizvodnjo in rabo za dneve, ko je sončnega obsevanja najmanj (načrtovanje po načelu najslabšega primera). Vsekakor je smiselno načrtovanje PV-sistemov prepustiti strokovnjakom, kajti naložba v PV-sistem lahko hitro izgubi ekonomsko upravičenost. Strošek načrtovanja je sestavni del naložbe.
Določanje velikosti PV-sistema je odvisno od: želene izhodne moči, geografske lokacije, orientacije PV­modulov, razpoložljive površine, senčenja na kraju samem, velikosti razpoložljivih sredstev … Ponazorimo le najpomembnejše vidike načrtovanja hišnih sončnih elektrarn.

Lega PV-generatorja

Najugodnejši kot naklona sončnega generatorja je odvisen od določenih pogojev, pod katerimi sistem deluje. Treba je jasno razlikovati med samostojnimi in omrežnimi sistemi. Omrežni sistemi so običajno optimirani za največji možni letni donos. Ker se uporabi vsa izhodna energija sončnega generatorja v neposredni potrošnji ali se jo pošilja v javno električno omrežje, ima donos sistema enako odvisnost od orientacije in kota naklona kot vpadno sončno sevanje od sončnega generatorja. V osrednji Evropi dosežemo največji letni izkoristek sončnega modula s 30° kotom nagiba in pri azimutu -5°. Odstopanja naklona in orientacije do 20° vodijo do zgolj petodstotnih izgub. Navpične površine, ki so usmerjene proti jugu (južne fasade) omogočajo izkoristke do 70% optimalne vrednosti. Takšna porazdelitev je značilna za celotno osrednjo Evropo. Optimalen kot naklona znaša v Sloveniji okoli 32° in je manjši, kot je povprečen sončni zenit (enakovreden 90° - zemljepisna širina), ker največji delež sončnega sevanja v srednjeevropskem podnebju vpada med toplejšimi šestimi meseci. PV-generatorje lahko postavimo na samostojne konstrukcije na tleh ali jih vgradimo v stavbe. Slika 10 prikazuje možne načine vgradnje v stavbah. Ob tem pa lahko PV-moduli prevzamejo še dodatne funkcije: tvorijo zunanjo lupino stavbe, delujejo kot senčilo za preprečevanje čezmernega segrevanja stavbe in vpada direktne sončne svetlobe in hkrati omogočajo uresničitev zanimivih arhitektonskih oblik stavbe.

Senčenje

Če je le možno, se je senčenju smiselno popolnoma izogniti. Problem senčenja, predvsem delnega senčenja zaradi okoliških objektov, je mnogokrat podcenjen. Najslabše je delno senčenje zaradi drogov ali dimnikov v neposredni bližini PV-generatorja. Sončna celica z najmanjšim tokom določa količino elektrike, ki lahko teče skozi množico zaporedno vezanih celic. To pomeni, da se izhodna moč zmanjša enako, če je delno senčena ena sama celica oziroma celotna vrsta zaporedno vezanih celic ali celo modulov. Senčenje, ki ga povzročijo drevesa in sosednje zgradbe kot tudi držala za ventilatorje, dimniki in podobno, omejuje in v najslabšem primeru celo ustavi proizvodnjo celotne verige zaporedno vezanih modulov.
Analizo senčenja lahko opravimo ročno z indikatorjem sončne poti ali digitalnim posnetkom. S simulatorji senčenja je mogoče vpliv takšnega senčenja energijsko ovrednotiti. Posledice senčenja lahko zmanjšamo z uporabo vzporedno vezanih (“bypass”) diod oziroma načrtovanjem generatorja, ki bo imel več vzporedno vezanih modulov oziroma celic.

Dimenzioniranje razsmernika

Pojasnili smo že, da je območje delovanja PV-generatorja zelo raznoliko. Večinoma ni možno zagotoviti, da bi razsmernik pokrival vsa območja delovanja PV generatorja. Vhodna karakteristika razsmernika je glede na PV-module dokaj preprosta. Razsmernik deluje v določenem napetostnem območju (minimalna in maksimalna napetost) in do neke maksimalne vhodne moči. Za določanje usklajenosti PV-generatorja in razsmernika definiramo tri karakteristične točke na karakteristiki odvisnosti moči od napetosti. Območje normirane MPP napetosti je omejeno med 80 % vrednosti MPP napetosti pri 25 °C pri visokih temperaturah (70 °C) in 115 % pri nizkih temperaturah (-10 °C). Napetostno območje razsmernika naj torej zajema interval od 80 % do 115% MPP napetosti PV-generatorja pod standardnimi testnimi pogoji. Za primerjavo razsmernikov ni dovolj samo podatek o maksimalnem izkoristku pri dani vhodni moči, saj v realnih sistemih razsmerniki ne delujejo samo v tem optimalnem območju. Zato uporabljamo evropski uteženi izkoristek ("European weighted efficiency"), ki je veliko bolj primeren za primerjavo različnih razsmernikov in ga proizvajalci na zahtevo tudi podajo. Sestavljen je iz vsote uteženih izkoristkov pri različnih vhodnih močeh, ki so tipične za osrednjo Evropo. Poleg izkoristka je pomembna lastnost razsmernika tudi njegova zanesljivost. Izkušnje kažejo, da se izplača izbirati tiste razsmernike s čim daljšo garancijsko dobo oziroma je smiselno doplačati za podaljšano garancijsko dobo.

Zelo pogosta konfiguracija vezave razsmernikov je verižna izvedba, kjer je vsaka posamezna veriga serijsko povezanih PV-modulov priključena na svoj tako imenovani verižni razsmernik ("string inverter") tipične moči od 200 vatov do tri kilovate. Tako je za vsako verigo poskrbljeno, da so moduli v MPP načinu obratovanja. S tem so izgube zaradi medsebojnih odstopanj modulov zmanjšane. Posamezni razsmerniki so med seboj povezani na izhodni (AC) strani in navzven lahko tvorijo večjo sončno elektrarno. Pogoste so izvedbe večvhodnih razsmernikov ("multi-string inverters"), ki omogočajo priključitev več verig na vhod in zagotavljajo neodvisno iskanje MPP posamezne verige [3]. Ker so na DC strani tokovi porazdeljeni na več kablov, ohmske izgube niso tako velike. Pri dovolj velikih vhodnih močeh se izkoristki razsmernikov gibljejo v območju 93–96 odstotkov.

Smernice načrtovanja omrežnih PV-sistemov

V sledečih točkah navajamo nekaj osnovnih smernic za načrtovanje omrežne sončne elektrarne, ki velja za območje osrednje Evrope, kamor sodi celotna Slovenija:

- zagotoviti je potrebno čim boljše medsebojno ujemanje PV-modulov v PV-generatorju (zaporedna vezava - tokovno ujemanje, vzporedna vezava - napetostno ujemanje),
- izogniti se je treba senčenju PV-generatorja (zlasti delnemu senčenju, ki je bolj škodljivo, saj lahko pride do pregrevanja posameznih senčenih sončnih celic in tokovnega omejevanja celotne verige),
- napetost PV-generatorja v točki maksimalne moči – (MPP napetost) in temperaturi +70 °C (slika 13) naj bo večja od spodnje meje vhodne napetosti razsmernika,
- napetost odprtih sponk PV-generatorja pri temperaturi -10 °C (slika 13) naj bo manjša kot zgornja meja vhodne napetosti razsmernika,
- vhodna moč razsmernika naj bo med 80 in 100 % skupne nazivne moči PV modulov

 Da bi lahko primerjali PV-sisteme z različnimi izhodnimi močmi, absolutno število kWh uravnotežimo z nominalno močjo sistema (kWp). Tako količino proizvedene energije posameznega sistema podajamo v kWh/kWp in jo običajno primerjamo za obdobje enega leta z enoto kWh/leto/kWp. Dobro načrtovane sončne elektrarne v osrednji Evropi proizvajajo med 850 do 950 kWh/leto/kWp, seveda pa je količina odvisna od klimatskih razmer posameznega leta.

Vir: LPVO