Kako deluje sončna elektrarna?

Sonce je eden izmed najčistejših obnovljivih virov energije, ki ga s sončno elektrarno prida izkoriščamo. Verjetno ste se kdaj vprašali, kako deluje sončna elektrarna in kako pravzaprav proizvede električno energijo. V nadaljevanju si lahko preberete, kako deluje in katere so komponente, ki to omogočajo.

Kaj je sončna elektrarna?

Sončna elektrarna je sistem, ki pretvarja sončno energijo v električno energijo. Je okolju prijazen obnovljivi vir energije, ki postaja vse bolj popularen zaradi naraščajočih tržnih cen električne energije.

Fotovoltaika

Kako pa pravzaprav deluje sončna elektrarna kot povezan tehnični sistem? To se zgodi s pomočjo tehnologije imenovane fotovoltaika, ki pretvarja sevanje sonca s pomočjo fotonapetostnih celic v električno energijo. Proces pretvorbe sončne energije v električno se vrši v raznovrstnih sončnih celicah, ki so povezane v fotonapetostni modul kot celota.

Kako sončna elektrarna proizvaja električno energijo?

Sončna elektrarna proizvaja električno energijo s pomočjo fotonapetostnih (PV) modulov, znanih tudi kot sončni paneli. Sestavljajo jih fotonapetostne celice, ki pretvarjajo sončno svetlobo neposredno v elektriko.

Fotoni svetlobe zadenejo fotonapetostni panel in med fotovoltaičnim učinkom osvobodijo dovolj prostih elektronov, ki se nato usmerijo in ustvarijo električni tok. To je enosmerni tok (DC), ki ga nato razsmernik pretvori v izmenični (AC), ki je primeren za uporabo v gospodinjstvih in industriji.

Usmerjenost in naklon

Za zagotovitev najboljšega izkoristka pri proizvodnji električne energije s sončno elektrarno je bistveno, kako je sončna elektrarna usmerjena in pod kakšnim kotom padajo na module sončni žarki.

V Sloveniji je najbolj idealna usmerjenost proti jugu in naklon med 20 in 40 stopinjami. Če je naklon poševen, je sončna elektrarna izpostavljena zelo močnemu sončnemu obsevanju podnevi. Takšna postavitev elektrarne omogoča največji izkoristek sončne energije skozi vse leto.

Razna odstopanja od idealne usmeritve in naklona so možna, ampak zmanjšujejo učinkovitost. Če ima vaša hiša ali objekt ravno streho, se pri montaži naredi dodaten naklon z nosilno konstrukcijo.

Vrste sončnih elektrarn

Vrste sončnih elektrarn se razlikujejo glede na način namestitve in način uporabe. Poznamo več različnih vrst in sicer klasične na strehi, integrirane v kritino, prostostoječe in otočne sončne elektrarne.

Sončna elektrarna na strehi

Najpogosteje je sončna elektrarna nameščena na streho stanovanjske ali poslovne stavbe. Sončni paneli so pritrjeni na kovinsko podkonstrukcijo, ta pa na strešno kritino. Sončne celice so običajno obrnjene proti jugu z naklonom med 20 in 40 stopinjami za optimalno izrabo sonca.

Integrirana sončna elektrarna

Integrirani sistemi so tisti, ki so vgrajeni neposredno v zgradbo oz. nadomeščajo kritino. Z namenom, da strešne plošče generirajo energijo, ki nam jo sonce ponuja med tem, ko opravljajo funkcijo strešne kritine.

Prostostoječe sončne elektrarne

So večji fotovoltaični sistem, ki je običajno nameščen na tleh večjih površin, kot so degradirana območja, travniki ali polja. Prostostoječe elektrarne so priklopljene na visoko napetostno omrežje in so namenjena večji proizvodnji energije.

Otočne sončne elektrarne

Otočna elektrarna je samostojni sistem, ki ni priključen na elektro omrežje. Otočni sistemi pretvarjajo enosmerno napetost in tok v izmenično napetost in tok ter zagotavljajo napajanje objekta. Na otočni sistem lahko namestimo tudi baterijski hranilnik energije, ki shrani neporabljeno proizvedeno energijo za kasnejšo porabo.

Osnovni elementi sončne elektrarne

Sončno elektrarno sestavlja več različnih elementov, ki tvorijo enotno fotovoltaično napravo. Osnovne komponente so fotonapetostni moduli, optimizatorji moči, razsmernik ter števec električne energije.

Sončni paneli – fotonapetostni moduli

Fotonapetostni (PV) moduli so ključni elementi sončnih elektrarn. Sestavljeni so iz več fotonapetostnih celic, ki pretvarjajo sončno svetlobo neposredno v električno energijo. Sončna svetloba vzbudi elektrone v fotonapetostni celici, nato vgrajeno električno polje usmeri te elektrone, kar ustvari enosmerni tok. Razsmernik ga nato pretvori v izmenični tok za uporabo električne energije.

Razsmernik – inverter

Razsmernik oziroma inverter je srce sončne elektrarne. Je naprava, ki pretvarja enosmerno napetost (DC), proizvedeno s sončnimi celicami, v izmenično napetost (AC).

Slednja se sprva porabi v gospodinjstvu, viški energije se nato shranijo v hranilnik energije (če ga imate) ali pošljejo v omrežje. Poleg osnovne funkcije, sodobni razsmerniki omogočajo tudi spremljanje delovanja sončne elektrarne, optimizacijo proizvodnje in zagotavljanje varnosti celotnega sistema.

Optimizatorji moči

Optimizatorji moči so naprave, ki se jih namesti pod posamezni modul in omogočajo optimizacijo proizvodnje vsakega modula. Uravnavajo delovanje fotonapetostnega modula in maksimizirajo njegov izkoristek.

To je še posebej koristno v primerih, ko so moduli delno zasenčeni, umazani ali različno usmerjeni, saj optimizatorji moči preprečujejo, da bi slabše delujoči moduli negativno vplivali na celotno proizvodnjo. Z uporabo optimizatorjev moči lahko povečamo izkoristek sončne elektrarne. Niz optimizatorjev je preko razsmernika povezan z omrežjem.

Dvosmerni števec

Dvosmerni števec je posebna vrsta števca, ki se uporablja ob izgradnji sončne elektrarne. Za razliko od klasičnih števcev, ki merijo le porabo iz omrežja, dvosmerni števec beleži tako porabo iz omrežja kot tudi proizvodnjo električne energije iz sončne elektrarne.

To omogoča obračunavanje neto porabe elektrike, kar pomeni, da odšteje elektriko, ki se proizvede in pošlje v omrežje, da jo gospodinjstvo porabi. Tako lahko spremljamo celoten izkoristek našega sistema.

Vrste solarnih modulov

Ker tehnologija v trenutno zelo hitro napreduje se pojavljajo tudi različne vrste solarnih modulov, ki so na voljo za uporabo v praksi. Najbolj pogosto se uporabljajo tri glavne vrste solarnih modulov in sicer monokristalni, polikristalni in tankoplastni oziroma amorfni solarni moduli.

Monokristali solarni moduli

Izdelani so iz enega samega kristala silicija in so najučinkovitejši pri pretvorbi sončne energije med vsemi vrstami sončnih celic. Njihova učinkovitost se običajno giblje med 18 % in 22 %, kar pomeni, da lahko proizvedejo več električne energije na enaki površini kot druge vrste modulov. Monokristalni moduli imajo zato običajno daljšo življenjsko dobo.

Polikristalni solarni moduli

Sestavljeni so iz več kristalov silicija, so nekoliko manj učinkoviti od monokristalnih sončnih celic, vendar tudi cenejši. Njihova učinkovitost se običajno giblje med 15 % in 20 %.

Polikristalni moduli so nekoliko manj občutljivi na visoke temperature kot monokristalni, saj ohranijo svojo učinkovitost tudi v vročih poletnih mesecih. Zaradi svoje strukture so manj občutljivi na napake ali poškodbe, kar lahko podaljša njihovo življenjsko dobo.

Tankoplastni – amorfni solarni moduli

So izdelani iz tankih plasti polprevodniškega materiala, so cenejši, ampak tudi manj učinkoviti. Pogosto se uporabljajo v večjih sistemih ali integracijah v stavbe. Tankoplastni – amorfni solarni moduli so cenovno ugodna alternativa monokristalnim in polikristalnim modulom. Čeprav so manj učinkoviti, so lahko dobra izbira za določene primere, kjer je pomembna fleksibilnost, odpornost na senco ali delovanje pri visokih temperaturah v poletnih mesecih.

Baterijski hranilniki električne energije

Baterijski hranilniki omogočajo shranjevanje presežne energije, ki jo proizvedete čez dan. Uporabite jo lahko ponoči ali ob slabšem vremenu, ko sončna elektrarna ne proizvaja energije. S tem se zmanjša odvisnost od električnega omrežja, kar vam še dodatno zniža stroške elektrike.

Od klasične sončne elektrarne se ta s hranilnikom razlikuje tudi v komponentah, kjer pri namestitvah uporabljamo baterijski hranilnik in hibridni razsmernik namesto klasičnega. Uporaba baterijskih hranilnikov tudi zmanjša obremenitev na omrežje, saj se energija ne oddaja nazaj v omrežje.

Nadzor – vzdrževanje

Nadzor in redno vzdrževanje celotnega sistema je pomembno za optimalno delovanje in dolgo življenjsko dobo elektrarne. Z rednimi pregledi, čiščenjem, meritvami in daljinskim spremljanjem delovanja se zagotavlja zgodnje odkrivanje napak, preprečevanje okvar in podaljševanje življenjske dobe komponent. S tem se poveča izkoristek, kar vodi k višjim prihrankom pri stroških elektrike.