Saulės modulio veikimo principas

Saulės modulis – iš pirmo žvilgsnio tai gana paprastas įrenginys, sudarytas iš mažesnių saulės modulio plokštelių (celių), įterptų tarp priekinės stiklo plokštės ir galinio plastikinio viršutinio sluoksnio, bei įrėmintų į aliumininį rėmą. Pirmieji saulės moduliai buvo sukurti praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje ir pagrindinis jų veikimo principas išlieka tas pats iki šiol. Tačiau per pastarąjį dešimtmetį, dėl technologinio progreso bei atsinaujinančios energetikos temos aktualumo, modulių efektyvumo augimas įgavo paspirtį, šiai dienai siekdamas net iki 25%.

Saulės baterijų plokštės gamina elektros energiją tiesiai iš saulės šviesos naudodamos fotovoltinį efektą. Tai yra reiškinys, kuriame tam tikros medžiagos – saulės modulių atžvilgiu priemaišas turintis silicis (papildomai jonais implantuotas) – reaguodamos su saulės spinduliuote (fotonais), išstuma iš savo atominės struktūros elektronus, kurie sukuria elektrinę srovę. Pastaroji tiesiogiai proporcinga saulės spinduliuotės intensyvumui, todėl esant debesuotam orui saulės modulių energijos generavimas sumažėja. Taip pat, dažnai manoma, jog saulės baterijos veikia naudodamos šilumą, kas nėra tiesa. Iš tiesų didėjanti šiluma (modulio temperatūra) turi netgi atvirkštinį efektą ir kenkia elektros energijos generavimui, kadangi su kiekvienu papildomu celsijumi saulės modulio galios generacijos efektyvumas atitinkamai mažėja.

1. Galia ir energija:

• Elektrinė galia - saulės modulių momentiškai pagamina elektros energija.  Šis rodiklis yra matuojamas vatais (W – matavimo matas. 1000 vatų vadinamas kilovatais arba kW). Saulės elektrinės potenciali galia taip pat matuojama kW. Pavyzdžiui, 10 kW saulės elektrinės – tai iš plokščių sudaryta sistemos visuma, galinti momentiškai pagaminti iki 10 kW elektrinės galios. Pasitaiko, jog saulės moduliai turi šiek tiek kitą galios žymėjimo matą – Wp. Papildoma raidė – p, indikuoja, jog saulės modulis maksimaliai generuos nurodytą galios dydį, esant atitinkamoms sąlygoms.
• Elektros energija matuojama vatvalandėmis (Wh – matavimo matas. 1000 Wh yra lygu 1,0 kWh). Jūsų sąskaitoje už elektrą vartojamos elektros energijos kiekis matuojamas kWh. Elektros kiekis, kurį Jūsų saulės elektrinė pagamina arba gali pagaminti per tam tikrą laikotarpį, taip pat matuojamas kWh. Pavyzdžiui 10kW saulės elektrinė dirbdama optimaliausiomis sąlygomis 1h sugeneruos – 10kWh, dirbdama 2h sugeneruos – 20kWh energijos.

Energijos kiekis, kurį gali pagaminti bet kuri saulės baterijų plokštė, priklauso nuo saulės elektrinės lokacijos, o ypač nuo tą vietą apšviečiančios saulės spinduliuotės intensyvumo. Pavyzdžiui, profesionaliai įrengta 10 kW galios saulės elektrinė pietų Australijoje arba šiaurinėje JAV dalyje gali pagaminti vidutiniškai apie 35 kWh energijos per dieną ištisus metus. Tačiau šiaurės Australijoje arba pietinėje JAV dalyje 10 kW elektrinė gali pagaminti iki vidutiniškai 55 kWh per dieną ištisus metus.

2. Pagrindiniai veiksniai, turintys įtakos saulės modulio generuojamai galiai:

Tam, kad fotovoltinės plokštės galėtų gaminti energiją, joms reikalinga saulės spinduliuotė, kurios absorbcijai trukdo sekantys veiksniai:

• Nešvarumai. Saulės šviesa (fotonai) negali prasibrauti pro saulės modulio plokšteles dengiantį nešvarumų sluoksnį, todėl mažėja saulės modulio veiksmingumas.
• Pavėsis / šešėlis. Tarp saulės šviesos ir saulės elektrinės plokščių negali būti medžių arba pastatų, kadangi bus sutrikdomas fotovoltinis efektas.
• Šiluma. Manoma, kad šiluma padeda gaminti saulės energiją, nors iš tikrųjų dėl šilumos galia mažėja. Geriausios sąlygos yra intensyvi saulės apšvita ir neaukšta temperatūra.
• Saulės baterijų plokščių padėtis. Kampas saulės spindulių kelio atžvilgiu ir azimutas (kryptis, į kurią nukreiptos plokštės) yra svarbus veiksnys, lemiantis plokščių gebėjimą gaminti energiją.

3. Kaip gaminamos saulės baterijų plokštės?

Pagrindinė saulės modulių konstrukcija susideda iš mažesnių, nuosekliai sujungtų saulės elementų, kurie sudaro elektros srovės grandinę.

Fotovoltiniai saulės elementai yra gaminami naudojant kristalinio silicio plokšteles, panašias į tas plokšteles, kurios yra naudojamos kompiuterių procesoriams gaminti. Silicio plokštelės gali būti polikristalinės arba monokristalinės ir gaminamos naudojant kelis skirtingus gamybos būdus. Našiausios yra monokristalinės plokštelės, gaminamos naudojant gerai žinomą Czochralskio procesą. Šis procesas reikalauja daug energijos, palyginti su polikristaliniu metodu, todėl tokių plokštelių gamyba yra brangesnė. Polikristalinės plokštelės yra šiek tiek mažiau našios ir gaminamos atliekant kelis gryninimo procesus, po kurių taikomas paprastesnis ir pigesnis liejimo būdas. Lieti monokristaliniai elementai taip pat populiarėja dėl pigesnio liejimo proceso, naudojamo lietiems monoelementams gaminti. Tačiau lietos monokristalinės plokštelės nėra tokios našios ir grynos kaip monokristalinės plokštelės, pagamintos naudojant Czochralskio procesą.

• Monokristaliniai silicio elementai. Didžiausias našumas ir didžiausia kaina.
• Lieti monokristaliniai elementai. Didelis našumas ir mažesnė kaina.
• Polikristaliniai silicio elementai. Mažesnis našumas ir mažiausia kaina.

4. Ar ant mano stogo galima įrengti saulės modulių plokštes?

Norėdami nustatyti, ar jūsų stogas tinkamas saulės baterijų plokštėms (moduliams) įrengti, pirmiausia turite įvertinti keletą pagrindinių veiksnių:

• Ar jūsų stogas jums priklauso (t.y., ar turite teisę ant jo įrengti konstrukcijas)?
• Ar dalis jūsų stogo pietiniame pusrutulyje yra nukreipta į šiaurę, vakarus ar rytus, o šiauriniame pusrutulyje – į pietus, vakarus ar rytus? Ar didžiąją dienos dalį ir didžiąją metų dalį ši stogo vieta nėra pavėsyje?
• Ar yra pakankamai ne pavėsyje esančio ploto, kad tilptų ne mažiau kaip 8 saulės baterijų plokštės? (maždaug 12 kv. metrų).

Jeigu į visus aukščiau pateiktus klausimus atsakėte teigiamai, tikriausiai galite savo namuose įrengti produktyvią saulės elektrinę. Tačiau yra ir keletas kitų veiksnių, galinčių turėti įtakos rentabilumui arba įrengimo kainai. 

4.1. Stogo orientacija

Stogo dydis, kampas ir saulės baterijų plokščių orientacija yra svarbūs aspektai.

Pietiniame pusrutulyje į šiaurę nukreiptas stogas yra tinkamiausias variantas, kad saulės energija būtų gaminama visą dieną (šiauriniame pusrutulyje – į pietus nukreiptas stogas). Atsižvelgiant į stogo nuolydį, į vakarus arba į rytus nukreiptas stogas sumažins jūsų saulės energijos dienos generavimo galią maždaug 15 proc., palyginti su optimaliausiu variantu. Saulės elektrinės įrengimas ant į rytus arba vakarus nukreipto stogo nėra idealus variantas, jei visą dieną esate namuose ir naudojatės saulės energija arba, jeigu jums taikomas geras supirkimo tarifas. Tačiau, jeigu jūsų stogas nukreiptas tik į rytus arba vakarus, tai taip pat nėra priežastis atsisakyti saulės elektrinės, nes 15 proc. nėra didžiulė vertė, be to, saulės baterijų plokštės šiais laikais yra gana pigios, todėl prarastą galios generavimą galima atpirkti didesniu saulės modulių kiekiu.

4.2. Koks yra geriausias saulės baterijų plokščių pasvirimo kampas?

Saulės baterijų plokščių įrengimo kampas vaidina svarbų vaidmenį saulės elektrinės eksploatacinių savybių atžvilgiu. Paprastai saulės baterijų plokštės įrengiamos viename lygyje su stogu, todėl plokščių kampą lemia stogo kampas. Įprastai to pakanka, jei stogas nukreiptas maždaug teisinga kryptimi, kaip paaiškinta ankstesniame skyriuje. Tačiau, jei jūsų stogas gana plokščias, plokštes reikėtų įrengti ant pasvirusių rėmų. Paprastai mažiausiasis saulės baterijų plokštės pasvirimo kampas turėtų būti 15 laipsnių nuo horizontalės, kad galėtų nutekėti vanduo, kuris taip pat padeda nuplauti dulkes, nešvarumus arba ir lapus.

Tinkamiausias pasvirimo kampas, užtikrinantis didžiausią našumą visus metus, paprastai nustatomas pagal Jūsų vietos platumą. Pavyzdžiui, Australijos Sidnėjaus platuma yra apie 34º, todėl optimalus pasvirimo kampas yra maždaug nuo 30º iki 35º. Kuo toliau nuo pusiaujo, tuo didesnis optimalus pasvirimo kampas. Didesnėje kaip 40º platumoje tai tampa vis svarbiau, nes žiemą saulės šviesos kiekis smarkiai sumažėja, ir saulė yra daug arčiau horizonto, net ir vidury dienos, todėl kuo didesnis pasvirimo kampas, tuo geresnės eksploatavimo savybės žiemą.

4.3. Kaip pavėsis veikia saulės baterijų plokštes?

Iš dalies arba visiškame pavėsyje esančios plokštės gali pastebimai sumažinti elektrinės našumą.

Apie pavėsį galima pasakoti daug, tačiau svarbiausias veiksnys, kurį reikia žinoti, yra tai, kad Jūsų saulės baterijų energijos generavimas ženkliai sumažės, kai jos bus pavėsyje. Jei jūsų namus supa aukšti medžiai, kurie vasarą suteikia daug pavėsio, neoptimizuotos saulės elektrinės pirkimas gali padidinti jos atsiperkamumo lygį. Jei yra dalinis pavėsis, yra keletas sumanių papildomų įrenginių, kurie gali padėti išspręsti visas su tuo susijusias našumo problemas. Skaičiavimai yra per sudėtingi, kad būtų galima įsigilinti, ar jūsų namą supantis pavėsis gali būti priežastis neįrengti saulės elektrinės. Pakanka pasakyti, kad jei didžiąją metų dalį ant kurio nors stogo bus pakankamai saulės, tada tikriausiai verta įsigyti saulės elektrinę. Bet kuri save gerbianti saulės energijos įmonė turėtų Jums tiksliai pasakyti, kiek energijos gamins Jūsų elektrinė ir kiek ją paveiks pavėsis. Jei yra dalinis pavėsis / šešėlis, yra keletas sumanių papildomų įrenginių, kurie gali padėti išspręsti visas su tuo susijusias našumo problemas. Daugumoje saulės elektrinių, modulių plokštės yra tarpusavyje sujungtos į nuoseklią eilę. O pačių saulės baterijų plokščių eilės, jeigu jų yra daugiau, veikia kartu, nepriklausomai viena nuo kitos. Tačiau, dėl saulės elementų elektrinių charakteristikų, jeigu bent vienas iš nuosekliai sujungtų modulių atsidurs pavėsyje, jis stabdys visos modulių eilės darbą, šitaip kritiškai mažindamas visą energijos generavimo procesą.  Laimei, yra keletas būdų, kaip išspręsti šią problemą. Labiausiai paplitęs būdas yra naudoti įrenginį, žinomą kaip galios optimizatorių. Tai nedidelis papildomas įrenginys, pritvirtinamas prie galinės saulės baterijų plokštės pusės ir pasirūpina, jog pavėsyje esantis arba nešvarumais padengtas saulės modulis nebetrukdys į nuoseklią grandinę sujungtų modulių eilei generuoti elektros energiją.

Jei pavėsis užima didesnį plotą, galima montuoti kiekvienam iš modulių po galios optimizatorių, norint išvengti energijos generavimo trukdžių. Be to, šiuolaikiniai moduliai dažnai savo struktūroje būna skelti į dvi ar daugiau dalių, kurios veikia nepriklausomai viena nuo kitos, nepaisant to, jog visos dalys yra viename vientisume. Šitoks modulių gamybos principas leidžia sumažinti šešėlio ar nešvarumo poveikį saulės modulio efektyvumui.

4.4. Stogo tipas

Profesionalūs montuotojai gali įrengti saulės elektrinę ant daugelio stogo tipų, tačiau kai kurie stogai vis dėlto yra netinkami. Pavyzdžiui, įrengti plokštes ant skalūnais kloto stogo gali būti labai sudėtinga, o ant stogo iš stiklo pluošto paprastai tai iš viso neįmanoma. Yra specialių tvirtinimo gembių ir tvirtinimo sistemų, kurios specialiai sukurtos daugeliui skirtingų stogo dangų tipų ir konstrukcijų. Jūsų stogo nuolydis taip pat gali būti papildomų įrengimo išlaidų priežastis. Jei stogo nuolydis labai didelis, įrengimo procesas gali būti pavojingas. Tai reiškia, kad montuotojams gali prireikti specialios prieigos ir saugos įrangos (dėl to įrengimo kaina gali padidėti šimtais eurų). Taip pat, jei stogas sunkiai pasiekiamas, montuotojams gali prireikti specialios prieigos, įrangos ar kranų. Jei stogas yra plokščias arba beveik plokščias, jums gali prireikti papildomo pakreipiamojo rėmo, kad plokštės būtų nukreiptos saulės kryptimi.

Daugiau naudingos informacijos apie SAULĖS ELEKTRINES rasite ČIA >>>

Informaciją kopijuoti ir platinti be UAB "SPgrupe"  sutikimo griežtai draudžiama! | © statybapigiau.lt 2022