Kako radi solarna elektrana - On-Grid, Off-Grid i hibridni sustavi

Većina modernih solarnih panela sastoji se od mnogih fotonaponskih ćelija na bazi silicija (PV ćelija) koje generiraju istosmjernu struju (DC) iz sunčeve svjetlosti. PV ćelije su međusobno povezane unutar solarnog panela i spojene na susjedne panele pomoću kabela. Napomena: Sunčeva svjetlost ili zračenje, a ne toplina, proizvodi električnu energiju u fotonaponskim ćelijama. Solarni paneli, također poznati kao solarni moduli, općenito su povezani zajedno kako bi stvorili ono što je poznato kao solarni string. Količina proizvedene solarne energije ovisi onekoliko čimbenika uključujući orijentaciju i kut nagiba solarnih panela, učinkovitost solarnog panela, plus sve gubitke zbog zasjenjenja, prljavštine, pa čak i temperature okoline. Postoji mnogo različitih proizvođača solarnih panela na tržištu, stoga vrijedi znati koji su najbolji solarni paneli i zašto. Solarni paneli mogu generirati energiju tijekom oblačnog i oblačnog vremena, no količina energije ovisi o "debljini" i visini oblaka, što određuje koliko svjetlosti može proći. Količina svjetlosne energije poznata je kao sunčevo zračenje i obično se izračunava u prosjeku tijekom cijelog dana koristeći izraz Peak Sun Hours (PSH). PSH ili prosječni dnevni sunčani sati koji uglavnom ovise o lokaciji i dobu godine.

Solarni paneli generiraju istosmjernu struju koja se mora pretvoriti u električnu energiju izmjenične struje (AC) za korištenje u našim domovima i tvrtkama. Ovo je primarna uloga solarnog pretvarača. U "string" inverterskom sustavu, solarni paneli povezani su zajedno u seriju, aistosmjerna struja dovodi se do pretvarača koji pretvara istosmjernu struju u izmjeničnu struju. U sustavu mikro invertera, svaka ploča ima svoj mikro inverter pričvršćen na stražnju stranu ploče. Ploča i dalje proizvodi istosmjernu struju, ali se na krovu pretvara u izmjeničnu struju i dovodi ravno do električne razvodne ploče. Postoje i napredniji sustavi pretvarača nizova koji koriste optimizatore snage pričvršćene na stražnju stranu svake solarne ploče. Optimizatori snage mogu nadzirati i kontrolirati svaki panel pojedinačno i osigurati da svaki panel radi maksimalno učinkovito u svim uvjetima. Uz sustave sa string inverterima postoje mikroinverterski sustavi, gdje ne postoji centralni invererter, već se ispod panela nalazi mikroinverter koji vrši i pretvorbu iz DC u AC i optimizaciju (pretvarač i optimizator u jednom uređaju). Obično na jedan panel dolazi jedan mikroinverter, ali može biti više panela na jednom mikroinverteru. Prvi mikroinverter patentirala je američka tvrtka Enphase prije 15 godina, te je i danas lider u ovom segmentu.

Baterije koje se koriste za skladištenje solarne energije dostupne su u dvije glavne vrste, olovno- kisele (AGM & Gel) i litij-ionske. Dostupno je nekoliko drugih tipova kao što su redoks protočne baterije i natrij-ionske baterije, ali mi ćemo se usredotočiti na dvije najčešće. Većina modernih sustava za pohranu energije koristi punjive litij-ionske baterije i dostupni su u mnogim oblicima i veličinama koji se mogu konfigurirati na nekoliko načina. Kapacitet baterije općenito se mjeri ili u amper satima (Ah) za olovno-kiselinske baterije ili u kilovat satima (kWh) za litij-ionske. Međutim, nije sav kapacitet dostupan za korištenje. Litij- ionske baterije obično mogu isporučiti do 90% svog raspoloživog kapaciteta po danu, dok olovne baterije općenito isporučuju samo 30% do 40% svog ukupnog kapaciteta po danu kako bi se produžio vijek trajanja baterije. Olovne baterije mogu se u potpunosti isprazniti, ali to treba učiniti samo u hitnim situacijama. Izvanmrežni solarni sustavi zahtijevaju specijalizirane izvanmrežne pretvarače i baterijske sustave dovoljno velike da pohrane energiju 2 ili više dana. Hibridni sustavi povezani s mrežom koriste jeftinije hibridne (baterijske) pretvarače i zahtijevaju samo dovoljno veliku bateriju za opskrbu energijom 5 do 10 sati (preko noći), ovisno o primjeni. U uobičajenom mrežnom solarnom sustavu, izmjenična struja iz solarnog pretvarača šalje se u instalaciju korisnika i napaja različite potrošače. Ovo je poznato kao Net metering, gdje se sav višak električne energije proizveden solarnim sustavom šalje u električnu mrežu kroz mjerač energije ili se pohranjuje u sustav za pohranu baterija ako imate hibridni sustav. Međutim, neke zemlje koriste "bruto mjerenje" gdje se sva solarna energija izvozi u električnu mrežu. Hibridni sustavi mogu izvoziti višak električne energije i pohraniti višak energije u bateriju. Neki hibridni pretvarači također se mogu spojiti na namjensku pričuvnu sklopnu ploču koja omogućuje napajanje nekih "bitnih krugova" ili kritičnih opterećenja tijekom nestanka mreže ili nestanka struje. Mrežni solarni sustavi daleko su najčešći i najčešće ih koriste domovi i tvrtke. Ovi sustavi ne trebaju baterije i koriste solarne pretvarače ili mikroinvertere te su spojeni na javnu električnu mrežu. Svaki višak solarne energije koji proizvedete izvozi se u električnu mrežu i obično vam se plaća feed-in tarifa (FiT) ili naknada za energiju koju izvozite u mrežu. Za razliku od hibridnih sustava, solarni sustavi na mreži ne mogu funkcionirati niti proizvoditi električnu energiju tijekom nestanka struje zbog sigurnosnih razloga. Budući da do nestanka struje obično dolazi kada je električna mreža oštećena; ako bi solarni pretvarač još uvijek opskrbljivao električnom energijom oštećenu mrežu, to bi ugrozilo sigurnost ljudi koji popravljaju kvar/ove na mreži. Većina hibridnih solarnih sustava s baterijskim skladištenjemmože se automatski izolirati od mreže (poznato kao islanding) i nastaviti opskrbljivati nešto energije tijekom nestanka struje.

‍