Fotovoltaické panely: Základní vlastnosti

*

Fotovoltaické panely z hlediska využití různých typů fotočlánků
Nebudeme se zde zdržovat žádnými dlouhými pasážemi o tom, jak se vyrábí fotovoltaické panely, ani Vás nebudu zatěžovat principem přeměny „slunečního světla“ na elektrickou energii ve fotovoltaickém panelu. Informačních stránek podobného typu je plný internet, kde dle mého soudu „zbytečně zabírají místo“
fotovoltaické panely
Fotovoltaické panelyTakže ve stručnosti: Běžně používané fotovoltaické panely se dělí na “monokrystalické“ a “polykrystalické“. Monokrystalické panely mají lepší účinnost pokud jsou “naklopeny“ přímo na slunce a při přímém slunečním svitu. Polykrystalické panely jsou zase schopny lépe zpracovat sluneční svit i pokud mají větší odklon od optimální pozice a sluneční svit je relativně malý. Pokud Vás nyní napadlo, proč vlastně používat polykrystalické fotovoltaické panely, když si můžete monokrystalický panel nastavit do optimální polohy a získat tak více energie, než z polykrystalického panelu, tak je třeba upozornit na to, že v případě instalace panelů např. na střechu domu, není obvykle jednoduché otočit celý dům tak, aby panely směřovaly k jihu a současně ještě snížit sklon sedlové střechy, aby byl optimální pro polohu panelů vzhledem ke slunci.
Každopádně pokud budete fotovoltaické panely využívat po celý rok a jejich umístění bude stabilní, dostanete se na základě mnoha zkušeností na zhruba stejný výsledek produkce elektrické energie za kalendářní rok jak z polykrystalických, tak i z monokrystalických panelů, protože výška slunce, se vzhledem k horizontu v průběhu roku mění, a v naší zeměpisné oblasti se zásadně mění v průběhu roku i intenzita slunečního svitu.
Pokud tedy využijete monokrystalické fotovoltaické panely a nastavíte optimální náklon pro letní období, získáte v létě relativně velké množství el. energie, ale v zimě to bude podstatně méně. Pokud stejným způsobem umístíte polykrystalický panel, budou jeho “letní výsledky“ produkce energie horší, ale zase se bude více „snažit“ v období s nižší intenzitou slunečního záření (zimní období).
Nelze tedy jednoznačně říci, který typ fotovoltaického panelu je z hlediska produkce elektrické energie lepší, každopádně, pokud se jedná o sezónní použití od jara do podzimu na chatě či chalupě, bude pravděpodobně vhodnější monokrystalický panel (pokud bude dostatek přímého slunečního svitu).
Pro úplnost ještě zmíním, že existují i amorfní fotovoltaické panely, které jsou levné, ale jejich účinnost je malá, takže pro dosažení stejného výkonu jako u polykrystalických, nebo monokrystalických panelů potřebujete asi 2x až 2,5x větší plochu amorfního fotovoltaického panelu.

Fotovoltaické panely z hlediska napětí systému

Fotovoltaický panel a měřákFotovoltaické solární panely, lze ale dělit na různé typy nejen podle toho, zda jsou jejich fotočlánky polykrystalické, nebo monokrystalické. Důležitým parametrem je také výstupní napětí fotovoltaického panelu, které se odvíjí od vnitřního zapojení fotočlánků v solárním panelu. Výstupní napětí fotovoltaických panelů je samozřejmě stejnosměrné. Nejběžnějším nominálním výstupním napětím fotovoltaických panelů je napětí 12V, 24V a 48V. Pro běžné použití v malých ostrovních systémech se solárním regulátorem je vhodné použít panely 12V, nebo 24V protože zpracování tohoto napětí je nejjednodušší. Největší výběr měničů napětí a dalších komponent na trhu je právě pro napětí 12V a stejně se to týká i spotřebičů. Výběr svítidel na napětí 12V bude možná několikanásobný oproti výběru svítidel na napětí 24V.
Pokud použijete v ostrovní fotovoltaické elektrárně namísto solárního regulátoru kvalitní MPPT měnič, který je schopný „transformovat výkon“, pak bude možné zapojit panely do série i na napětí vyšší než 48V (podle typu MPPT měniče i např. až na 150V), ale v nastavení MPPT měniče budete moci zvolit, zda na výstupu tohoto měniče bude systémové napětí na 12V, 24V ev. i 48V. Využití vyšších napětí ze solárních panelů je zvláště výhodné tehdy, pokud jsou panely ve velké vzdálenosti od MPPT měniče (vysoké napětí = menší proud a tím menší ztráty ve vedení).
Proč se využívají i fotovoltaické systémy s vyšším napětím než 12V?
Čím vyšší napětí má solární systém, tím menší proud teče z panelů do solárního regulátoru a tím menší může být průřez přívodních vodičů ze solárního panelu do solárního regulátoru, a také ze solárního regulátoru k akumulátorům a měniči napětí (střídači). Z 24V panelu poteče zhruba 2x menší proud, než z 12V panelu. Nicméně pokud chcete výstupní napětí systému 24V a máte dva stejné fotovoltaické panely 12V, spojíte panely do série a na výstupu máte 24V. Pokud připojujete třeba 8 panelů které mají nominální napětí 12V, zase není problém vhodným sérioparalelním spojením vytvořit výstupní nominální napětí 24V, nebo při paralelním spojení těchto panelů napětí 12V. Variabilita a možnosti použití jsou tedy u 12V panelů vždy větší, než u panelů s vyšším napětím.
U větších fotovoltaických systémů, je ještě jeden důvod, proč využít fotovoltaické panely zapojené tak, aby na výstupu bylo vysoké napětí: Při zpracování vyšších napětí MPPT měničem je provoz ostrovní fotovoltaické elektrárny efektivnější (regulace MPPT pracuje efektivněji)
Jaké tedy zvolit výstupní napětí z fotovoltaických panelů?
Volba nominálního výstupního napětí jaké budou mít použité fotovoltaické panely, se odvíjí od celkového výkonu panelů. Osobně se domnívám, že je zbytečné dlouho přemýšlet o tom zda zvolit 12V, nebo 24V výstupní napětí u systému s jedním, nebo několika málo panely, pokud nejsou fotovoltaické panely vzdáleny desítky metrů od solárního regulátoru. Tady bude vhodnější přiklonit se k tomu napětí, které je z hlediska praktičnosti výhodnější na výstupu ze solárního regulátoru (a to je obvykle 12V).
Pokud se ale bude jednat o ostrovní fotvoltaickou elektrárnu, kde budou instalovány fotovoltaické panely s výkonem od cca 1000Wp výše, potečou již systémem velké proudy. Navíc u takového výkonu by již bylo vhodné zvolit raději MPPT měnič, než solární regulátor klasického typu a jak jsem již zmínil u kvalitního MPPT měniče je možné nastavit výstupní napětí, takže zde bych již volil takové zapojení panelů aby výstupní napětí z panelů bylo 24V, 48V, nebo ještě vyšší. Také již bylo zmíněno, že MPPT měnič pracuje s vyšším vstupním napětím efektivněji.
POZNÁMKA: Moderní typ solárního regulátoru s DC/DC měničem, tzv. MPPT měnič, dokáže optimalizovat výstupní napětí a proud z panelů a to v závislosti na zatížení systému (aktuálním potřebném odběru proudu) tak, aby výkon, který je možné dostat z panelů, byl vždy co nejvyšší. MPPT měniče (MPPT solární regulátory) jsou samozřejmě mnohonásobně dražší, než „klasické“ typy solárních regulátorů, se stejným výkonem a blíže se s nimi seznámíte v kapitole (pod odkazem) Jaký solární regulátor. MPPT měniče pracují s průměrnou účinností asi 95% (ztráty tedy asi 5%).
Jaké napětí naměříme na 12V fotovoltaickém panelu?
Zbývá ještě zmínit něco o hodnotách napětí fotovoltaických panelů, které je možné naměřit na výstupu z fotovoltaického panelu: Řekněme, že máme k dispozici fotovoltaický panel s nominálním napětím 12V, který má na výstupu (v optimálních podmínkách) napětí naprázdno, tedy bez jakéhokoli zatížení 21,96V. Toto napětí je dáno počtem a skladbou jednotlivých fotočlánků, které panel obsahuje. Z toho vyplývá, že fotovoltaický panel není možné připojit přímo ke spotřebiči, který má napájecí napětí 12V. K tomu, aby se výstupní napětí panelu dostalo na takovou hodnotu, která je optimální pro nabíjení akumulátoru slouží solární regulátor, který napětí fotovoltaického panelu „umravňuje“ na požadovanou hodnotu. Při plném zatížení příkladného fotovoltaického panelu s napětím naprázdno 21,96V, může jeho výstupní napětí klesnout někde k 17voltům a to při optimálních světelných podmínkách.

Fotovoltaické panely – konstrukce a odolnost

Vrstvy fotovoltaického paneluKonstrukce, odolnost a životnost fotovoltaických panelů
Kvalita, odolnost a životnost různých typů solárních panelů od různých výrobců je samozřejmě různá, proto se zde přidržím technických parametrů panelů z naší nabídky našeho eshopu www.deramax.cz. Fotovoltaické panely z naší nabídky jsou vybaveny ochranným hliníkovým rámem a tvrzeným solárním sklem, které je schopné ochránit panel i při „útoku“ kroupami do velikosti 2,5cm. Mezi tvrzeným sklem a vlastními křemíkovými fotočlánky leží EVA. EVA je zkratka pro etylen-vinyl-acetát, jedná se o speciální materiál, který vyvinula firma Specialized Technology Resources, Inc. a který slouží k tomu, aby odddělila sklo od fotočlánků a zajistila tak jejich bezpečnost proti mechanickému poškození. Aplikace vrstvy EVA je poměrně komplikovaná, vrstva se nanáší ve vakuu a při vysokých teplotách. Zjednodušeně řečeno je EVA speciální vysoce světlopropustný gel. Panely z naší nabídky jsou samozřejmě chráněny i ze zadní strany a to odolnou laminátovou deskou.
Z hlediska odolnosti je důležitým parametrem také životnost panelů, a to nejen životnost mechanická, ale také životnost z hlediska výkonu fotovoltaického panelu. Fotovoltaické panely, které dodáváme mají garantovanou životnost 25let, s minimální ztrátou výkonu v průběhu garantované životnosti.
Doufám, že jste ve zdraví přežili chvilku s reklamou na naše fotovoltaické panely, ale z něčeho je nutné vycházet a osobně jsem přesvědčený, že za fotovoltaické panely, které u nás najdete se nemusíme stydět.

Umístění fotovoltaických panelů

Fotovoltaická ostrovní elektrárnaOptimální orientace panelů vzhledem ke světovým stranám
Fotovoltaické panely je samozřejmě nutné vhodným způsobem nasměrovat tak, aby mohly pojmout co největší množství slunečního svitu. Ideální je směrovat panely přímo na jih. Směrování panelů není žádná složitá alchymie, prostě potřebujete, aby sluníčko svítilo co nejdelší dobu pokud možno kolmo na panel. Optimální směrování panelu přímo na jih je myslím zcela jasné a asi nikoho by nenapadlo směrovat panel na sever.
Ne každý má možnost směrovat panely přímo na jih a je nucený umístit fotovoltaické panely tak, že jsou natočené více na západ, nebo na východ. Orientace panelů na jiho-západ, nebo jiho-východ (namísto na jih) sníží v zimě výkon fotovoltaických panelů asi o 10%, v létě asi o 3%.
Optimální sklon fotovoltaických panelů
Optimální sklon panelů se pohybuje mezi 35° až 49°. Co se týče sklonu panelů, tedy proč je vhodné volit různý sklon, to je myslím celkem jasné. V letním období je slunce výše nad úrovní horizontu, než v zimě. Takže pokud budete používat fotovoltaické panely v odbobí od cca března do cca října bude vhodné zvolit sklon od vodorovné osy kolem 35° (panely budou více „naplocho“) a pokud budou panely používány celoročně, nebo pouze v zimě, pak je vhodné panely „zvednout“ na vyšší úhel, tedy třeba až 49°, aby se nízko položenému zimnímu sluníčku „dívaly panely přímo do očí“ a aby bylo možné ve špatných zimních podmínkách získat ze systému o trochu více el. energie. V následujícím textu Vám poskytnu některé konkrétní údaje pro Vaši volbu ohledně náklonu fotovoltaických panelů.
Pokud vezmu jako výchozí hodnotu pro naklopení panelů úhel 35°, který je optimální pro období březen-říjen, pak naklopením panelů na 45° získáte v létě asi o 1% nižší výkon, a v zimě získáte asi 1% navíc.
Naklopením panelů na 49° získáte v létě asi o 4% nižší výkon, a v zimě získáte asi 5% navíc.
Naklopení panelů na vyšší úhel než 49°, nebo naopak nižší, než 35° je již kontraproduktivní nejen pro léto, ale i pro zimní období. Jinak řečeno: Naklopením panelů na úhel vyšší než 49°, nebo nižší než 35° již nezískáte nic navíc, pouze ztrácíte na výkonu, a to jak v létě, tak i v zimě.
Fotovoltaické panely umístěné vodorovně a svisle
A na závěr odstavce ještě jedna orientační informace: Fotovoltaické panely je samozřejmě možné osadit také vodorovně, nebo kolmo. Při vodorovné montáži panelu počítejte se ztrátou výkonu oproti poloze na jih a sklonu 35° asi v následujících hodnotách: V období březen až říjen budou ztráty v průměru asi 13% ale v zimě až 35%! Při montáži panelu kolmo jsou pak ztráty v zimním období zcela zanedbatelné oproti náklonu 35°, ale v období březen-říjen budou ztráty dosahovat až 30%!
Závislost výkonu fotovoltaických panelů na intenzitě slunečního svitu
K častým dotazům, které mi zákazníci pokládají, patří také dotaz jak se projevuje snížení intenzity slunečního svitu na výkonu panelů, již jsem to uváděl v kapitole (pod odkazem)Fotovoltaické elektrárny – složení, takže zhruba: Při oblačném počasí poklesne výkon fotovoltaických panelů na cca 30% a při úplně zatažené obloze se může výkon panelů snížit až na pouhých 10% deklarovaného maximálního výkonu fotovoltaických panelů.
Sledovací zařízení (trackery)
K dispozici jsou i tzv. sledovací zařízení (tracker), které panely natáčejí za sluncem a to buď pouze horizontálně, nebo i ve dvou osách. Velmi optimistické tvrzení výrobců o zvýšení výroby elektrické energie až o 35% bych asi bral s rezervou. Každopádně je nutné si uvědomit, že také tyto zařízení jsou spotřebiči, které si ukrojí ze systému svůj díl el. energie. Navíc se jedná o pohyblivé mechanické prvky, které mají určitou životnost, potřebují určitou údržbu, jsou zdrojem potencionálních poruch a stojí nemalé částky.

Vnitřní ztráty výkonu fotovoltaických panelů a ztráty v důsledku jejich znečištění

Ztráty vzniklé ohřevem panelů
Teplotní koeficient výkonu fotovoltaického panelu (přesněji teplotní koeficient solárních článků v panelu): Teplotní koeficient výkonu udává pokles výkonu fotovoltaického panelu v závislosti na rostoucí teplotě fotočlánků ze kterých jsou složeny fotovoltaické panely. Maximální výkon panelů, totiž klesá s jejich rostoucí teplotou. Běžná hodnota teplotního koeficientu je okolo 0,47%/°C. Při změně teploty o 25°C dojde ke změně výkonu až o 10%. Nižší výkon panelů, je možné zaznamenat při vysokých letních teplotách, kdy se panely ohřívají na vysoké teploty.
Ztráty vzniklé úhlovou odrazivostí
Ztráty způsobené úhlovou odrazovostí světla od povrchu panelů: Jedná se o ztráty způsobené odrazem světla od skleněného povrchu fotovoltaického panelu, tyto ztráty tvoří asi 3% z celkového výkonu solárních panelů.
Co se týče v předchozím odstavci popsaných vnitřních ztrát fovoltaických panelů, v našem příkladném výpočtu s nimi nemusíme počítat, protože jsou již zahrnuty ve výsledcích hodnot denní výroby elektrické energie v tabulce vygenerované na webové stránce: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php kterou budeme využívat v rámci výpočtů potřebného výkonu fotovoltaických panelů pro „náš“ modelový ostrovní systém
Ztráty výkonu fotovoltaických panelů v důsledku jejich znečištění a sníh na panelech
Před časem jsem nalezl studii, která vychází ze zkušeností společnosti Google, která věnuje mj. velké sumy do fotovoltaiky a z této studie vyplývalo, že fotovoltaické panely ponechané několik let svému osudu (tedy bez čištění) začaly po vyčistění generovat výkon o 10% vyšší (platí pro naklopené panely) a o 25%! vyšší výkon pokud byly panely umístěny vodorovně. Samozřejmě záleží na tom v jaké oblasti (s jakou prašností a průmyslovým spadem) byly panely umístěny. U nás nepředpokládám takovou ztrátu výkonu, každopádně je ale vhodné čas od času panely očistit wapkou, nebo smetákem a hadicí s vodou. Jinak je logické, že naklopené panely mají větší schopnost „samočištění deštěm“, než panely umístěné vodorovně („naplocho“).
Co se týče sněhu: Ten musí samozřejmě z panelů pryč, ale obvykle není nutné mu pomáhat, protože vrstva sněhu brzy sklouzne sama. Protože to může ale nějaký čas trvat, není od věci v zimě panely od sněhu očistit „ručně“. Skutečnost je taková, že panely mají velmi hladký povrch, ze kterého (pokud se jedná o naklopený panel a ne vodorovně položený) sníh sám sklouzává. Další věcí je to, že povrch panelů se vlivem slunečního záření ohřívá. I pokud je pod mrakem, má obvykle povrch panelů vyšší teplotu, než okolní vzduch, takže se sníh na panelech obvykle dlouho neudrží. Větší sněhová vrstva obvykle trochu sklouzne a obnaží se horní část panelu, tato je slunečním svitem ohřívaná, tím se v podstatě ohřívá celý panel na teplotu vyšší, než má sníh takže sníh postupně klouže po panelu až celá vrstva skončí pod panelem.

Jaký výkon ve Wattech a elektrickou práci ve Watthodinách může poskytnout fotovoltaický panel(y)

Starý wattmetrJaký skutečný výkon ve wattech a kolik el.energie (elektrické práce) ve watthodinách poskytnou fotovoltaické panely? Výkon fotovoltaických panelů, jak již bylo řečeno se udavá v jednotce Wp. Wp je jednotkou maximálního okamžitého výkonu solárního systému (fotovoltaických panelů) za ideálních podmínek. Vezměme si např. solární panel s výkonem 100Wp. Uvedený výkon 100W je možné u tohoto panelu dosáhnout při zcela bezoblačném dni a optimální poloze a náklonu směrem ke slunci. A jaký výkon poskytne stejný panel, pokud se zatáhne celý obzor „hustými“ mraky? Bude to pouhých 10 – 15W. To znamená, že rozdíl mezi slunečným a oblačným počasím je z hlediska výkonu fotovoltaických panelů zcela zásadní. Pro lepší orientaci o průměrném výkonu fotovoltaických panelů, resp. o množství elektr. energie, kterou jsou fotovoltaické panely denně poskytnout je vhodné použít veličinu Elektrická práce, nebo chcete-li Elektr. energie ve Watthodinách (nebo kilowathodinách), kterou jsou panely schopny poskytnout průměrně za jeden den. Pokud jste četli kapitolu (odkaz) Jaké spotřebiče v rámci těchto webových stránek, tak je Vám již jasné, že jste se oklikou dostali opět k veličině „Elektrická práce“ (Wh). V kapitole jaké spotřebiče jsme ale elektrickou práci probírali jako spotřebu některých spotřebičů, které se používají v rámci ostrovní fotovoltaické elektrárny. V této kapitole jsme se tedy s jednotkou „elektrická práce“ setkali opět, ale jako s elektrickou prací (elektrickou energií) ve watthodinách, kterou jsou schopné dodat fotovoltaické panely. Některé z Vás, asi už napadlo, že pokud spotřebiče v rámci solárního systému spotřebovávají určitou el. energii, pak je nutné stejnou energii do systému také dodávat a to byl také hlavní důvod, proč jsme se na příkladu, v kapitole (po odkazem) Jaké spotřebiče, zabývali nejprve výpočtem celkové denní spotřeby elektr. energie všech spotřebičů napájených ze solárního systému, potom jsme v kapitole (pod odkazem) Jaké jsou ztráty probrali ztráty v ostrovním systému.
Pro představu, jaké množství el. energie je schopný vyprodukovat fotovoltaický panel o výkonu 100Wp denně, v jednotlivých měsících roku, doporučuji nahlednout do následující tabulky:
Tabulka fotovoltaiky
Údaje byly vygenerované v aplikaci, která „sídlí“ na vynikajících webových stránkách http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php. Tato profesionální aplikace, kterou mj. běžně využívají i firmy, které staví velké fotovoltaické elektrárny, nám v příkladech výpočtů značně usnadní práci, takže nebudeme muset pracně vypočítávat výkon fotovoltaických panelů v jednotlivých měsících a přepočítávat jej na denní produkci elektr. energie na 1Wp výkonu panelů a ještě počítat s několika druhy ztrát v samotných fotovoltaických panelech.
Tabulka byla získaná po dosazení základních hodnot pro výpočet hodnoty vygenerované el. energie pomocí fotovoltaických panelů. Dosazené údaje jsou:
Země: Česká republika
Město: Olomouc
Fotovoltaický panel – výkon: 100Wp (0,1kWp)
Orientace panelů: jižně
Sklon panelů: 35°
Předpokládaná účinnost panelů: 16%
Pro orientaci ve „skocích“ v produkci za jednotlivé měsíce v roce, předkládám ještě grafické zobrazení celkové měsíční produkce elektrické energie panelu o výkonu 100Wp.
graf fotovoltaiky

Fotovoltaické panely – poznámky ke způsobu výpočtu výkonu

Proč jsou na této stránce použity dva základní typy výpočtů, kterým by měly disponovat fotovoltaické panely

Pokud bychom podrobněji vyhodnotili údaje v grafu a tabulce, které se týkají průměrné denní výroby elektr. energie v jednotlivých měsících, dospěli bychom k závěru, že produkce el. energie počínaje měsícem březen a konče měsícem říjen je nadprůměrná, viz.červená čára v grafu a produkce v ostatních měsících, tedy listopad, prosinec, leden a únor je z hlediska produkce elektrické energie pomocí fotovoltaických panelů podprůměrná. Nejedná se jen o prostý nadprůměr a podprůměr, ale všimněte si, že hodnoty v grafu pod červenou čarou (podprůměr) jsou výrazně nižší, než je průměr za rok, který je právě na červené čáře a to jsou součástí průměru i měsíce s nejhorší produkcí!
Pokud bych vzal v potaz všechny nadprůměrné hodnoty a udělal průměr pouze z těchto hodnot, dostal bych se u fotovoltaického panelu o výkonu 100Wp na hodnotu průměrné denní produkce el. energie 0,36kWh (360Wh) v období březen až říjen. A pokud bych udělal průměr jen z hodnot, které jsou v grafu pod červenou čarou (leden, únor, listopad, prosinec), dostal bych se na hodnotu pouhých 0,13kWh (130Wh) denně!!! Z uvedených údajů, je zřejmé, že fotovoltaické panely produkují v období listopad-únor asi pouhou 1/3 celkové energie oproti průměru z období zbytku roku, tedy březen-říjen.
Nicméně musím upozornit, na jednu okolnost, a to: že optimálně spočítané fotovoltaické panely pro konkrétní denní odběr energie v rámci období březen-říjen, poskytnou v období listopad-únor celkově asi 1/2 potřebné energie. Nejedná se ale o rozpor s předchozím údajem, kde jsem uvedl: „Fotovoltaické panely produkují v období listopad-únor asi pouhou 1/3 celkové energie oproti průměru z období zbytku roku, tedy březen-říjen“. Potřebný výkon panelů se totiž při „plně fotovoltaickém provozu“ (bez využití elektrocentrály) stanovuje na základě produkce v nejhorším měsíci z období využití panelů a nikoli z průměru za všechny měsíce! A protože pro výpočet optimálního výkonu panelů pro období březen-říjen byl samozřejmě vybrán „nejslabší“ měsíc říjen, pak jsou samozřejmě panely pro všechny ostatní měsíce z období březen-říjen naddimenzované a jsou tak schopné poskytnout celkově 1/2 potřebné energie i v období listopad-únor.
Jenže! pokud bychom chtěli fotovoltaické panely dimenzovat bez využití elektrocentrály i pro měsíce listopad-únor, museli bychom jako výchozí nejhorší měsíc z období vybrat prosinec, kdy ale fotovoltaické panely produkují asi 1/3 elektrické energie oproti říjnu!
Výhoda využití elektrocentrály spočívá tedy v tom, že panely (pokud jsou využity v zimě) není nutné dimenzovat pro měsíc prosinec, ale můžeme je dimenzovat pro měsíc říjen (ev. s dalším navýšením kvůli menšímu využití elektrocentrály) a v období listopad-únor můžeme počítat s denním průměrem výroby za celé období listopad-únor! Elektrocentrála náš fotovoltaický systém tedy v podstatě vytáhne z té nejhorší bryndy zejména v prosinci a v části listopadu a části února a zajistí, že fotovoltaický systém nebude optimalizovaný pro (z hlediska produkce el. energie z fotovoltaiky) „katastrofální“ prosinec a část listopadu a února.
Průměrná denní výroba elektr. energie z fotovoltaických panelů v měsíci prosinec, je tedy asi na úrovni 1/3 výroby v měsíci říjnu ale denní průměr za CELÉ! období listopad-únor je na úrovni 1/2 denního průměru v měsíci říjnu. Jak jsem již ale uvedl s denním průměrem za celé období můžeme počítat pouze pokud je využitá elektrocentrála, protože jinak bychom neměli dostatek energie.
Je zcela evidentní, že navýšit výkon fotovoltaických panelů, kvůli 4 zimním měsícům v roce na trojnásobek výkonu, oproti optimálnímu výkonu ostatních 8 měsíců, by bylo finančně velmi náročné. 3x vyšší výkon panelů = 3x vyšší výdaje za fotovoltaické panely a samozřejmě také výrazně vyšší výdaje na akumulátory a výkonnější solární regulátor. Pokud tedy hodláte panely využívat celoročně, nebo zčásti v zimním období, anebo pouze v zimním období) a současně budete v zimním období požadovat stejnou denní průměrnou dodávku elektr. energie, jako získáte z panelů pro období březen-říjen, počítejte s využitím „přídavného“ zdroje el.energie. Tímto zdrojem je obvykle elektrocentrála.
Především z výše uvedených důvodů, budou výpočty vhodných výkonů fotovoltaických panelů rozděleny na 2 základní způsoby výpočtu a to pro „plně fotovoltaický provoz“ a provoz s využitím přídavného zdroje elektrické energie – elektrocentrály.
POZNÁMKA: V dalších textech budu používat termín „zimní období“ v rámci ostrovní fotvoltaické elektrárny pro období od počátku listopadu, do konce února. Jedná se v podstatě o jakési období „zimního spánku“ fotovoltaických panelů.

Upřesnění všech příkladů výpočtů

Příklady výpočtu potřebného výkonu fotovoltaických panelů budou jak jsem již uvedl rozděleny na dva základní způsoby výpočtu, podle toho zda bude, či nebude využitý přídavný zdroj el.energie (elektrocentrála).
Zvolil jsem tedy dva příklady pro využití panelů v rozmezí od března do října a to
1.Celé toto období, tedy březen až říjen.
2.Využití v rámci části tohoto období, konkrétně od července do srpna.
V těchto dvou příkladech není počítáno s využitím elektrocentrály, protože březen až říjen je obdobím s nadprůměrnou intenzitou slunečního svitu a tím i s nadprůměrnou produkcí elektrické energie z fotovoltaických panelů, takže je vhodné zvolit „plně fotovoltaický ostrovní systém“, bez dopomoci elektrocentrály.
Ve třetím příkladu výpočtu se již počítá s využitím elektrocentrály, a to jednak z důvodu, že do období využití spadá celé zimní období a dimenzovat fotovoltaické panely pro zimní období na plně fotovoltaický provoz ostrovní fotovoltaické elektrárny (pokud pro to nejsou skutečně závažné důvody) je vysoce neekonomické a v praxi se takto běžně nepostupuje.
Druhým důvodem, proč využívat elektrocentrálu, může být třeba to, že s tímto zdrojem budoucí majitel ostrovní fotovoltaické elektrárny prostě počítá jako s jedním ze dvou zdrojů el.energie, a to třeba i v letním období. Může za tím stát třeba omezený rozpočet pro fotovoltaické panely, velmi rozkolísaná spotřeba elektrické energie, láska k benzínovým motorům, nebo jiné důvody.
Jako příklad výpočtu výkonu fotovoltaických panelů při současném využití elektrocentrály, jsem zvolil pouze jedno období a to: Celoroční využití fotovoltaických panelů.
POZNÁMKA: Omlouvám se za pouze jeden příklad výpočtu při využití elektrocentrály. Příklady zde měly být původně 3, a přesto, že již byly hotové, nakonec jsem je zde nepoužil, protože tato stránka se stala díky množství příkladů natolik nepřehledná, že jsem měl problém se v ní zorientovat i já sám.

Výchozí tabulka pro použití s výpočty výkonu panelů s hodnotami výroby elektrické energie z fotovoltaického panelu o výkonu 100Wp

Abychom nemuseli velmi pracně vypočítávat výkon fotovoltaických panelů v jednotlivých měsících a přepočítávat jej na denní produkci el. energie a ještě počítat s několika druhy ztrát v samotných fotovoltaických panelech, použijeme již vygenerovanou tabulku z webových stránek http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php, která již obsahuje základní údaje pro naše další výpočty. S touto tabulkou jste se již na této stránce seznámili.
Tabulka, kterou jsem použil pro naše další výpočty, obsahuje samozřejmě zcela reálné údaje a a ve vygenerovaných hodnotách vyrobené el.energie jsou již zahrnuty vnitřní ztráty fotovoltaických panelů (ztráty ohřevem panelů a úhlovou odrazivostí), takže se jimi nemusíme dále zabývat, což nám ulehčí práci.

Příklady výpočtu výkonu solárních panelů bez nutnosti využití přídavného zdroje energie (elektrocentrály) – „Plně fotovoltaický provoz“

Pokud budeme počítat s tím, že naším jediným zdrojem energie budou fotovoltaické panely, musíme jako výchozí měsíc pro dosazení do výpočtů vybrat takový měsíc z našeho rozsahu využití, ve kterém je vygenerované množství elektrické energie z fotovoltaického panelu nejmenší. Výkon panelů pak bude optimalizován právě pro tento „nejhorší“ měsíc a vzhledem k tomu, že v ostatních měsicích z období použití, budou fotovoltaické panely generovat větší množství energie, než je nutné, měli bychom (alespoň z hlediska statistiky) mít v celém období využítí solárních panelů dostatek energie pro „naše“ spotřebiče. Pokud bychom vzali jako výchozí hodnotu průměrně vygenerovanou denní hodnotu elektrické energie za všechny měsíce v období využití (v tomto případě průměr za březen-říjen), pak bychom v měsících s podprůměrnou hodnotou vyrobené energie, trpěli jejím nedostatkem.

Konkrétní příklad výpočtu výkonu, jaký by měly mít fotovoltaické panely v rámci využití ostrovního systému v období březen-říjen

Výpočet výkonu fotovoltaických panelůZ tabulky s přehledem průměrné denní výroby el.energie v jednotlivých měsících v roce, kterou vyrobí fotovoltaický panel o výkonu 100Wp vybereme měsíc z rozsahu březen-říjen (v tabulce je to Mar – Okt) s nejnižší denní průměrnou výrobou. Ano, je to měsíc říjen s hodnotou 0,26kWh (260Wh).
Hodnotu 260Wh budeme považovat za výchozí, protože jakákoli jiná hodnota z rozsahu je vyšší a pokud bychom místo nejnižší hodnoty použili např. druhou nejnižší hodnotu (měsíc březen a 0,29kWh), pak bychom ze systému v měsíci říjnu pravděpodobně nedostali potřebné množství elektrické energie.
Na základě výchozího údaje o množství vyrobené energie za jeden den (260Wh) v měsíci říjnu, můžeme stanovit koeficient pro zjednodušení dalších, i tak velmi jednoduchých početních úkonů. Pokud tedy fotovoltaické panely o výkonu 100Wp vyrobí za jeden den 260Wh el. energie, potom 1Wp instalovaného výkonu fotovoltaického solárního panelu vyrobí 2,6Wh. A zde pěkně přehledně:
1Wp výkonu fotovoltaického panelu = 2,6Wh vyrobené elektrické energie denně (platí pro nejslabší měsíc z období březen-říjen)
Ještě jednou zde zdůrazním, že hodnota 260Wh získané elektrické energie denně, není průměrnou hodnotou denní vyrobené energie za období březen-říjen, ale průměrnou denní výrobou elektrické energie v nejslabším měsíci z období březen-říjen, tedy v měsíci říjnu !!!
POZNÁMKA: Pro ty, kteří začali s čtením tohoto webu na této stránce připomínám, že dosazené hodnoty: spotřeby, ztrát a spotřeby včetně ztrát, byly získány na základě příkladného výpočtu ostrovního fotovoltaického systému v kapitolách (pod odkazy): Jaké spotřebiče a Jaké jsou ztráty
Potřebný výkon fotovoltaických panelů, v případě, že budeme využívat „klasický“ solární regulátor:
Dosud získané hodnoty:
Spotřeba elektrické energie všech spotřebičů za 1 den: 945Wh
Ztráty všech částí solárního systému (mimo fotovoltaických panelů): 30%
Potřebná dodávka elektrické energie z panelů (se započítáním ztrát): 1345Wh
Denní výroba elektrické energie z 1Wp výkonu panelu: 2,6Wh (pro období březen-říjen)
A teď konečný výpočet potřebného výkonu fotovoltaických panelů:
1345/2,6 = 517Wp
Potřebnou denní dodávku elektrické energie do systému (1345Wh) jsme podělili hodnotou 2,6Wh, což je denní výroba z 1Wp výkonu panelu a tím jsme se dostali na konečnou hodnotu potřebného výkonu fotovoltaických panelů 517Wp.
Potřebný výkon fotovoltaických panelů, v případě, že budeme využívat MPPT měnič:
Dosud získané hodnoty:
Spotřeba elektrické energie všech spotřebičů za 1 den: 945Wh
Ztráty všech částí solárního systému (mimo fotovoltaických panelů): 17%
Potřebná dodávka elektrické energie z panelů (se započítáním ztrát): 1135Wh
Denní výroba elektrické energie z 1Wp výkonu panelu: 2,6Wh (pro období březen-říjen)
A teď konečný výpočet potřebného výkonu fotovoltaických panelů:
1135/2,6 = 436Wp
Potřebnou denní dodávku elektrické energie do systému (1135Wh) jsme podělili hodnotou 2,6Wh, což je denní výroba z 1Wp výkonu panelu a tím jsme se dostali na konečnou hodnotu potřebného výkonu fotovoltaických panelů 436Wp.
Březen až říjen – chalupářské období a období prázdnin
Období březen-říjen a listopad-únor (nadprůměrná hodnota intenzity slunečního svitu a podprůměrná hodnota intenzity slunečního svitu), jsou nejen dvě období se zcela odlišnými podmínkami pro provoz fotovoltaických panelů, ale také dvě období z hlediska sezónního využití chat a chalup.
Dům se solárními panelyMyslím, že se dá říci, a je to logické, že panely začnou produkovat nadprůměrný výkon tehdy, když se lidé houfně rozjedou na svoje chaty a chalupy. Zvýšená intenzita slunečního svitu, „probudí“ k nadprůměrným výkonům nejen fotovoltaické panely, ale také chataře a chalupáře, tedy ty, kteří pobývají na svých chatách a chalupách v době od jara do podzimu.
Pro příklad výpočtu „plně fotovoltaického“ ostrovního systému jsem tedy použil dvě období a to celé období, kdy má význam volit takový výkon panelů, který umožnuje provoz bez využití elektrocentrály (březen-říjen) a z tohoto období, jsem pro další příklad zvolil podmnožinu z období březen až říjen a to červenec až srpen, protože se jedná o období letních prázdnin
Vy si samozřejmě můžete zvolit své vlastní období využití z rozsahu březen-říjen a pokud budete postupovat podle předešlých příkladů výpočtu, měli byste dostat také korektní hodnoty pro Vámi zvolené období
DŮLEŽITÁ POZNÁMKA!
Samozřejmě, že nemusíte ani v období březen-říjen dimenzovat fotovoltaické panely pro „plně fotovoltaický provoz“. Jestli se rozhodnete tak, že využijete zčásti elektrocentrálu (nebo v případě víkendového provozu a při malém ostrovním systému záložní akumulátor, který si budete vozit z domova) nemusíte při výpočtu potřebného výkonu fotovoltaických panelů postupovat podle předchozích příkladů. V tomto případě můžete využít příklad výpočtů s využitím „přídavného“ zdroje energie a spočítat si např. „jak by to vypadalo“, kdybyste ostrovní fotovoltaickou elektrárnu využívali třeba od května do září a z elektrocentrály byste měli k dispozici např. 30% elektrické energie!

Konkrétní příklad výpočtu výkonu, jaký by měly mít fotovoltaické panely v rámci využití ostrovního systému v období červenec-srpen

Výpočet výkonu fotovoltaických panelůPokud budete fotovoltaické panely využívat např. pouze v období červenec-srpen, můžete do příkladu výpočtu dosadit jinou hodnotu z tabulky přehledu „Elektřiny vyrobené FV systémem“, v tomto případě údaj o „výrobě“ elektřiny za jeden průměrný den v měsíci srpnu, což je: 0,41kWh (410Wh) z „tabulkového“ fotovoltaického panelu s výkonem 100Wp.
Takže 410Wh/100Wp = 4,1 což znamená 1Wp výkonu fotovoltaického panelu = 4,1Wh získané el.energie denně v měsíci srpnu. (srpen, protože je to měsíc s nejnižší průměrnou denní výrobou elektrické energie v období červenec-srpen).
Potřebný výkon fotovoltaických panelů, v případě, že budeme využívat „klasický“ solární regulátor:
Dosud získané hodnoty:
Spotřeba elektrické energie všech spotřebičů za 1 den: 945Wh
Ztráty všech částí solárního systému (mimo fotovoltaických panelů): 30%
Potřebná dodávka elektrické energie z panelů (se započítáním ztrát): 1345Wh
Denní výroba elektrické energie z 1Wp výkonu panelu: 4,1Wh (pro období červenec-srpen)
A teď konečný výpočet potřebného výkonu fotovoltaických panelů:
1345/4,1 = 328Wp
Potřebnou denní dodávku elektrické energie do systému (1345Wh) jsme podělili hodnotou 4,1Wh, což je denní výroba z 1Wp výkonu panelu a tím jsme se dostali na konečnou hodnotu potřebného výkonu fotovoltaických panelů 328Wp.
Potřebný výkon fotovoltaických panelů, v případě, že budeme využívat MPPT měnič:
Dosud získané hodnoty:
Spotřeba elektrické energie všech spotřebičů za 1 den: 945Wh
Ztráty všech částí solárního systému (mimo fotovoltaických panelů): 17%
Potřebná dodávka elektrické energie z panelů (se započítáním ztrát): 1135Wh
Denní výroba elektrické energie z 1Wp výkonu panelu: 4,1Wh (pro období červenec-srpen)
A teď konečný výpočet potřebného výkonu fotovoltaických panelů:
1135/4,1 = 277Wp
Potřebnou denní dodávku elektrické energie do systému (1135Wh) jsme podělili hodnotou 4,1Wh, což je denní výroba z 1Wp výkonu panelu a tím jsme se dostali na konečnou hodnotu potřebného výkonu fotovoltaických panelů 277Wp.

Příklady výpočtu výkonu solárních panelů s využitím přídavného zdroje energie (elektrocentrály) – hybridní ostrovní systém

centrála a solární panelAby vůbec bylo co počítat, je nutné, aby se budoucí majitel fotovoltaické resp. v tomto případě hybridní ostrovní elektrárny, rozhodl, jak ji bude využívat, tedy v jakém poměru bude energie ze solárních panelů a z elektrocentrály „namíchaná“. Dosadit je možné hodnotu vyrobené energie pomocí elektrocentrály v procentech z celkové denní potřebné energie. Samozřejmě je možné si stanovit kolik má elektrocentrála denně v průměru vyrobit el.energie přimo ve Wh (Watthodinách).
Dalším rozhodnutím je: Kdy bude elektrocentrála využívaná, tedy v kterých měsících z celého rozsahu využití.
V příkladném výpočtu výkonu fotovoltaických panelů s využitím pomocného zdroje el. energie, budeme do výpočtu také dosazovat denní výrobu elektrické energie z 1Wp výkonu, ALE POZOR! Jako průměr za celé období využití elektrocentrály. Z tabulky tedy vybereme hodnoty denní výroby za všechny měsíce z období našeho využití elektrocentrály, tyto hodnoty sečteme a vydělíme počtem měsíců využití elektrocentrály !!! Pokud bychom do výpočtu průměru započítali i období, kdy nehodláme využívat elektrocentrálu, mohli bychom výpočet zcela znehodnotit. Připomínám, že při návrhu plně fotovoltaického ostrovního systému (bez využití elektrocentrály) jsme dosazovali do výpočtu denní výrobu v „nejslabším“ měsíci z období využití!

Konkrétní příklad výpočtu výkonu, jaký by měly mít fotovoltaické panely při celoročním využití ostrovního systému

Výpočet výkonu fotovoltaických panelůBudu vycházet z toho, že v našem příkladu se jedná o průměrně velký ostrovní systém a aby nebyly fotovoltaické panely zbytečně předimenzované, budu počítat s dodávkou energie z elektrocentrály ve výši 20% z celkově potřebné energie.
V jakém období bude elektrocentrála využitá? Budu počítat s využitím centrály pouze pro (z hlediska produkce energie ze solárních panelů) kritické období od začátku listopadu do konce února.
Průměrná denní výroba energie za měsíce listopad+prosinec+leden+únor: 0,12 + 0,08 + 0,12 + 0,2 = 0,52 / 4 = 0,13kWh tj. 130Wh (z panelu 100Wp podle tabulky).
Nyní přepočítáme vygenerovanou elektrickou energii ze 100Wp panelu na 1Wp výkonu panelu: 130Wh / 100Wp = 1,3Wh.
Což znamená 1Wp výkonu fotovoltaického panelu = 1,3Wh získané el.energie denně jako průměr za celé období listopad-únor.
Potřebný výkon fotovoltaických panelů, v případě, že budeme využívat „klasický“ solární regulátor:
Dosud získané hodnoty:
Spotřeba elektrické energie všech spotřebičů za 1 den: 945Wh
Ztráty všech částí solárního systému (mimo fotovoltaických panelů): 30%
Potřebná dodávka elektrické energie z panelů (se započítáním ztrát): 1345Wh
Ztráty při akumulaci elektrické energie do akumulátoru: 10%
Denní výroba elektrické energie z 1Wp výkonu panelu: 1,3Wh (pro období listopad-únor) PRŮMĚR ZA CELÉ OBDOBÍ!
PŘI VÝPOČTU POTŘEBNÉ ENERGIE Z ELEKTROCENTRÁLY NEMŮŽEME VYCHÁZET Z HODNOTY CELKOVÉ POTŘEBNÉ DODÁVKY SE ZAPOČÍTANÝMI VNITŘNÍMI ZTRÁTAMI FOTOVOLTAICKÉHO SYSTÉMU (1345Wh)! Protože energie získaná z elektrocentrály nepodléhá ztrátám v solárním regulátoru. Jako výchozí musíme použít denní spotřebu beze ztrát v systému (945Wh) a ztráty je nutné dopočítat BEZ ZAHRNUTÍ ZTRÁT V SOLÁRNÍM REGULÁTORU!. V rámci ztrát energie dodané z elektrocentrály budeme tedy počítat pouze se ztrátami při akumulaci energie v akumulátoru + ztráty na měniči napětí (střídači).
1.Jakou průměrnou denní výrobu bude muset produkovat elektrocentrála pokud bude vyrábět v zimě 20% spotřebované energie?
20% z hodnoty 945Wh (celková denní spotřeba beze ztrát v systému) je 189Wh (945 x 0,2).
V kapitole (pod odkazem) Jaké jsou ztráty, jsem uvedl, že tyto ztráty při akumulaci energie v akumulátoru činí 10%. Budu počítat s tím, že veškerá energie z elektrocentrály se ukládá do akumulátorů, takže ztráty budou plných 10%. Elektrocentrála nám tedy bude muset dodat včetně ztrát na akumulaci průměrně o 10% energie navíc, takže 189 / 0,9 = 210Wh.
Další ztráty vznikají při využití energie z elektrocentrály na měniči napětí, zde budu počítat ztráty obdobně jako v kapitole (pod odkazem) Jaké jsou ztráty, kde jsem počítal s tím, že polovina spotřebované energie „projde“ měničem a polovina energie bude spotřebovaná mimo měnič. Při ztrátách v měniči ve výši 10%, můžeme tedy počítat s „průměrnými ztrátami“ na měniči ve výši 5%. Takže: 210 / 0,95 = 221Wh.
221Wh je tedy celková hodnota elektrické energie, kterou budeme potřebovat vygenerovat centrálou a to v průměru za každý den v období listopad-únor.
2.Jaký výkon musí mít fotovoltaické panely, aby pokryly zbylých 80% energie v období listopad-únor?
Nejdříve dodávka se ztrátami očištěná od 20% pomoci elektrocentrály: 1345 x 0,8 = 1076Wh
A nyní potřebný výkon panelů pro spotřebu 1076Wh: 1076 / 1,3 = 828Wp
Potřebnou denní dodávku elektrické energie do systému (1076Wh) jsme podělili hodnotou 1,3Wh, což je denní výroba z 1Wp výkonu panelu a tím jsme se dostali na konečnou hodnotu potřebného výkonu fotovoltaických panelů 828Wp.
Potřebný výkon fotovoltaických panelů, v případě, že budeme využívat MPPT měnič:
Dosud získané hodnoty:
Spotřeba elektrické energie všech spotřebičů za 1 den: 945Wh
Ztráty všech částí solárního systému (mimo fotovoltaických panelů): 17%
Potřebná dodávka elektrické energie z panelů (se započítáním ztrát): 1135Wh
Ztráty při akumulaci elektrické energie do akumulátoru: 10%
Denní výroba elektrické energie z 1Wp výkonu panelu: 1,3Wh (pro období listopad-únor) PRŮMĚR ZA CELÉ OBDOBÍ!
PŘI VÝPOČTU POTŘEBNÉ ENERGIE Z ELEKTROCENTRÁLY NEMŮŽEME VYCHÁZET Z HODNOTY CELKOVÉ POTŘEBNÉ DODÁVKY SE ZAPOČÍTANÝMI VNITŘNÍMI ZTRÁTAMI FOTOVOLTAICKÉHO SYSTÉMU (1345Wh)! Protože energie získaná z elektrocentrály nepodléhá ztrátám v solárním regulátoru. Jako výchozí musíme použít denní spotřebu beze ztrát v systému (945Wh) a ztráty je nutné dopočítat BEZ ZAHRNUTÍ ZTRÁT V SOLÁRNÍM REGULÁTORU!. V rámci ztrát energie dodané z elektrocentrály budeme tedy počítat pouze se ztrátami při akumulaci energie v akumulátoru + ztráty na měniči napětí (střídači).
1.Jakou průměrnou denní výrobu bude muset produkovat elektrocentrála pokud bude vyrábět v zimě 20% spotřebované energie?
20% z hodnoty 945Wh (celková denní spotřeba beze ztrát v systému) je 189Wh (945 x 0,2).
V kapitole (pod odkazem) Jaké jsou ztráty, jsem uvedl, že tyto ztráty při akumulaci energie v akumulátoru činí 10%. Budu počítat s tím, že veškerá energie z elektrocentrály se ukládá do akumulátorů, takže ztráty budou plných 10%. Elektrocentrála nám tedy bude muset dodat včetně ztrát na akumulaci průměrně o 10% energie navíc, takže 189 / 0,9 = 210Wh.
Další ztráty vznikají při využití energie z elektrocentrály na měniči napětí, zde budu počítat ztráty obdobně jako v kapitole (pod odkazem) Jaké jsou ztráty, kde jsem počítal s tím, že polovina spotřebované energie „projde“ měničem a polovina energie bude spotřebovaná mimo měnič. Při ztrátách v měniči ve výši 10%, můžeme tedy počítat s „průměrnými ztrátami“ na měniči ve výši 5%. Takže: 210 / 0,95 = 221Wh.
221Wh je tedy celková hodnota elektrické energie, kterou budeme potřebovat vygenerovat centrálou a to v průměru za každý den v období listopad-únor.
2.Jaký výkon musí mít fotovoltaické panely, aby pokryly zbylých 80% energie v období listopad-únor?
Nejdříve dodávka se ztrátami očištěná od 20% pomoci elektrocentrály: 1135 x 0,8 = 908Wh
A nyní potřebný výkon panelů pro spotřebu 908Wh: 908 / 1,3 = 698Wp
Potřebnou denní dodávku elektrické energie do systému (908Wh) jsme podělili hodnotou 1,3Wh, což je denní výroba z 1Wp výkonu panelu a tím jsme se dostali na konečnou hodnotu potřebného výkonu fotovoltaických panelů 698Wp.
POZNÁMKA
Pro úplnost dodám, že jsem do výpočtu ztrát u energie z elektrocentrály nezapočítal ztráty v kabeláži. Vzhledem k tomu, že budete využívat pro nabíječku výstup 230V z centrály, budou ztráty na kabelech a svorkách až k nabíječce minimální, a nabíječka bude předpokládám umístěna u akumulátorů, takže ztráty na kabelech od nabíječky k akumulátorům budou také zanedbatelné.
Kontrola dostatečného výkonu panelů pro období bez plánovaného využití elektrocentrály
Zbývá nám ještě zkontrolovat, zda vypočítané hodnoty výkonu fotovoltaických panelů 828Wp (se solárním regulátorem) a 698Wp (s MPPT měničem), budou dostačující pro využití ostrovního systému v období březen-říjen (bez využití elektrocentrály). Pokud bychom totiž zvolili výrazně vyšší pomoc ve výrobě el. energie od elektrocentrály, mohlo by se nám stát, že panely nebudou dostačující pro provoz bez elektrocentrály v období březen-říjen. Samozřejmě můžete využívat elektrocentrálu i v tomto období, nicméně já jsem s využitím elektrocentrály v příkladu výpočtu počítal pouze pro období listopad-únor. Z praktického hlediska je vhodné volit pro období březen-říjen „plně fotovoltaický provoz“bez dodatečného zdroje energie.
Takže:
Ve výpočtech potřebného výkonu panelů v období březen-říjen jsme došli k tomu, že: 1Wp instalovaného výkonu fotovoltaického solárního panelu vyrobí 2,6Wh (platí pro nejslabší měsíc z období – říjen). Z toho vyplývá, že:
Pokud použijeme v systému „klasický“ solární regulátor byl vypočítaný výkon panelů pro celoroční využití s pomocí 20% z elektrocentrály v období listopad-únor 828Wp. Tyto panely vyrobí v říjnu 828 x 2,6 = 2153Wh. Po odečtení ztrát (30% s „klasickým“ solárním regulátorem) ve fotovoltaickém systému dostaneme z těchto panelů v říjnu „čistých“ 1507Wh (2153 x 0,7).
Pokud použijeme v systému MPPT měnič, byl vypočítaný výkon panelů pro celoroční využití s pomocí 20% z elektrocentrály v období listopad-únor 698Wp. Tyto panely vyrobí v říjnu 698 x 2,6 = 1815Wh. Po odečtení ztrát (17% s MPPT měničem) ve fotovoltaickém systému dostaneme z těchto panelů v říjnu „čistých“ 1507Wh (1815 x 0,83).
Výsledky denní produkce elektr. energie (1507Wh) musí být samozřejmě stejné jak při použití „běžného“ solárního regulátoru v systému, tak i při využití MPPT měniče. Oba typy systémů musí produkovat (po odečtení ztrát v systému) stejné množství el.energie. Výkon panelů je ale samozřejmě při využití MPPT měniče (vzhledem k menším ztrátám na MPPT měniči oproti „klasickému“ solárnímu regulátoru) menší.
Protože fotovoltaické panely vygenerují v říjnu (tedy nejslabším měsíci v období březen-říjen) 1507Wh denně (i se započítáním ztrát ve fotovoltaickém systému) a my budeme potřebovat minimálně 945Wh denně je vše v pořádku. Fotovoltaické panely nám vygenerují i v nejslabším měsíci (říjen) v rámci období „plně fotovoltaického režimu“ (březen-říjen) denně větší množství elektr. energie, než je nutné.
Možná jste se teď zarazili, když jsme došli k tomu, že naše denní spotřeba el.energie je 945Wh a panely nám i v tom nejhorším měsíci z období březen-říjen poskytnou plných 1507Wh (už po odečtení ztrát). Je třeba si ale uvědomit, že pokud chcete získat určitý komfort i v zimním období a nestát se „otrokem elektrocentrály“, bude muset být výkon fotovoltaických panelů dostatečně dimenzovaný. V tomto případě jsme počítali s dodávkou průměrné denní pomoci od elektrocentrály, ve výši 20%. Pokud pro Vás bude přijatelné používat centrálu ve větším rozsahu, můžete samozřejmě zmenšit výkon a tím i plochu a cenu panelů. Můžete počítat s pomocí od elektrocentrály ve výši třeba 30%. Vždy si ale ověřte, zda bude výkon panelů dostatečný pro „zbytek roku“, kdy nebudete chtít využívat elektrocentrálu. Některé detaily, které se týkají provozu elektrocentrály najdete v kapitole (pod odkazem) Elektrocentrála.

Poznámky k hybridní ostrovní elektrárně

Poznámky k výsledkům výpočtů hybridního ostrovního systému

Dům se solárními panely v ziměV příkladech výpočtů potřebného výkonu panelů pro „naši“ denní spotřebu 945Wh, pro období březen-říjen a pro plně fotovoltaický provoz!), jsme došli k výsledkům: 517Wp (solární regulátor) a 436Wp (MPPT měnič).
V příkladu výpočtů výkonu fotovoltaických panelů pro celoroční provoz s využitím centrály pro generování 20% elektr. energie v zimním období (listopad-únor), jsme došli k výsledkům: 828Wp (solární regulátor) a 698Wp (MPPT měnič).
K jakému muselo dojít navýšení výkonu panelů z důvodu rozšíření provozu o zimní období?
Je to asi o 60%. 828Wp / 517Wp = 1,6 a 698 / 436 = 1,6. Navýšení je tedy jak v případě využití solárního regulátoru, tak i MPPT měniče samozřejmě stejné tedy o 60%.
A ještě doplním jednu informaci. Jaký by musely mít výkon fotovoltaické panely, pokud byste je navrhli pro „plně fotovoltaický provoz“ a při využití po dobu celého roku (tedy i v zimě) bez plánovaného využití elektrocentrály? Pokud byste v ostrovní fotovoltaické elektrárně použili „klasický“ solární regulátor pak 1681Wp! a při použití MPPT měniče 1418Wp! Pokud tyto hodnoty porovnáte s hodnotami výkonu panelů při využití elektrocentrály, zjistíte, že pro „plně fotovoltaický ostrov“ při využití po celý rok, byste museli fotovoltaické panely „zvětšit“ na dvojnásobek!!! Ale i přesto by se Vám mohlo stát, že v mimořádně „bídných“ zimních dnech zůstanete občas bez elektřiny. Coč se Vám při využití elektrocentrály stát nemůže.
Shrnutí:
Pokud tedy budete optimálně dimenzovat fotovoltaické panely pro určitý odběr energie pro období využití ostrovní fotovoltaické elektrárny březen-říjen, a budete chtít tyto panely následně využít i v zimním období (listopad-únor), počítejte s tím, že budete muset využít elektrocentrálu, která v zimním období období bude muset dodávat do systému 50% celkově spotřebované energie.
Jestliže budete optimálně dimenzovat fotovoltaické panely pro určitý odběr energie pro období využití ostrovní fotovoltaické elektrárny březen-říjen, a vypočítaný výkon navýšíte na 1,6 násobek. Pak při využití tohoto ostrovního systému v zimním období (listopad-únor), bude muset elektrocentrála, dodávat do systému asi 20% celkově spotřebované energie.

Akumulátor jako doplňkový zdroj energie pro malý ostrovní fotovoltaický systém

solární akumulátorCo se týče velmi malých systémů, kde by se nevyplatilo podporovat fotovoltaické panely elektrocentrálou, je možné řešit ev. výpadky v zimním provozu tím, že si s sebou na chalupu přivezete plně nabitý záložní akumulátor. Pokud bude v systému dost energie, nemusíte jej využít a můžete akumulátor nechat na chalupě. Pokud bude mít ale systém problém s Vašimi požadavky na spotřebu, můžete využít právě záložní akumulátor. Vybitý akumulátor vezmete s sebou domů, nabijete jej a opět vezmete s sebou na chatu, či chalupu. Takto řeší zimní období vcelku dost chatařů a chalupářů. Plně nabitý 12V trakční akumulátor v dobré kondici s kapacitou 50Ah Vám dodá asi 480Wh el.energie! (počítáno s využitelnou kapacitou 80%). Což je při využití o víkendu 240Wh/den a s tím se dá večer dostatečně svítit několik hodin (samozřejmě LED žárovkami, nebo LED zářivkami) a zbyde i na několik hodin provozu úsporného notebooku, nebo malé LCD televize!

K termínu „Ostrovní hybridní systém“

Abych neopoměl jednu „formální“ záležitost, musím připomenout, že pro ostrovní fotovoltaickou elektrárnu, která má ještě další zdroj energie, jako je elektrocentrála, větrná elektrárna, kogenerační jednotka apod. se používá název „Hybridní ostrovní systém“, nebo „hybridní elektrárna“. Tento termín jsem tady již používal. Nicméně, protože zde hovořím především o fotovoltaice, myslím, že nebude velkým problémem když občas použiji pro hybridní systém i název „Ostrovní fotovoltaický systém“, nebo jen „Fotovoltaický systém“, tak jak jsem tyto názvy používal až do přechodu k fotovoltaickému ostrovnímu systému s pomocným zdrojem energie.

ZÁVĚR části o celoročním využití ostrovního systému:

Pokud budete fotovoltaické panely provozovat celoročně (nebo pouze v zimě), v rámci ostrovní fotovoltaické elektrárny, bude vhodné panely naklopit na úhel 49°. Získáte tím v zimním období asi o 5% více el. energie. Touto okolností, jsem se ve výpočtech nezabýval, protože by se výpočty staly již příliš komplikovanými a navíc často není možné tohoto sklonu ani docílit. To se týká především montáže panelů na střechu, protože střechu na RD, chatě, či chalupě se sklonem 49° asi často neuvidíte. Výpočty výkonů fotovoltaických panelů vychází z úhlu náklonu panelů na 35°. Pokud tedy budete využívat fotovoltaické panely i v zimě a naklopíte je na 49° získáte oproti výpočtům na těchto stránkách asi 5% energie z panelů navíc. O tuto hodnotu, bych ale výkon panelů nesnižoval a bral bych ji jako „bonus“ pro zimní období, kdy Vám třeba panely zasype sníh a Vám se nebude chtít jej hned sundávat 🙂
V této souvislosti, je třeba si uvědomit, že v rámci ostrovní fotovoltaické elektrárny pro celoroční provoz nebudete budovat elektrárnu, která má vygenerovat v průběhu roku co největší množství elektr.energie, ale optimálně navržený systém pro smysluplné celoroční využití pro napájení spotřebičů. Naklopením panelů na větší úhel sice v období s vysokou intenzitou slunečního záření (březen-říjen) získáte menší množství el.energie, tu ale předpokládám nebudete příliš postrádat, protože ostrovní fotovoltaická elektrárna navržená pro celoroční provoz bude v tomto období naddimenzovaná. Podstatné tedy pro Vás bude vytěžit z tohoto systému co nejvíce elektrické energie v kritickém zimním období!

Víkendový provoz a fotovoltaické panely

Skládací solární panelPokud využíváte fotovoltaické panely takovým způsobem, že tyto ve všední den pouze dobíjí akumulátory a o víkendu (přijedete na chalupu), čerpáte naakumulovanou energii z větší části z akumulátorů, můžete samozřejmě zmenšit celkový výkon panelů a to tak, že celkový vypočítaný výkon panelů vydělíte 7 (počet dnů v týdnu) a výsledek vynásobíte počtem dnů, které běžně trávíte na chatě, nebo chalupě. Například: Výsledek našeho výpočtu výkonu, který by měly mít fotovoltaické panely při použití v období březen-říjen, pokud bude v solárním systému zařazen „klasický“ solární regulátor byl 517Wp. Pokud budete odebírat ze systému el.energii každý týden pouze v sobotu a v neděli a současně Vaše spotřeba nepřekročí plánovaných 945Wh, s nimiž jsme počítali v příkladech, můžete snížit celkový výkon panelů z 517Wp na pouhých 148Wp !!! (517/7 x 2).
Pokud jste teď zajásali, protože na chatě trávíte většinou jen víkendy a hodláte podle uvedeného příkladu původně vypočítaný výkon panelů razantně snížit, doporučuji Vám si ještě vše v klidu rozmyslet a posoudit, zda chcete být omezováni malým výkonem fotovoltaických panelů v případě, když si budete chtít víkend na chalupě prodloužit, nebo tam strávit v létě třeba celý měsíc.
I v případě, že fotovoltaické panely využíváte celoročně, můžete samozřejmě snížit patřičně výkon panelů, při víkendovém provozu. Ale vzhledem k zimnímu období, s velmi špatnými podmínkami pro „získávání“ elektrické energie ze sluníčka, bych byl se snižováním výkonu panelů ještě opatrnější, než při víkendovém provozu v období březen-říjen.
POZNÁMKA: Pozor při víkendovém provozu v zimě na sníh na panelech. V případě, že jsou panely pod sněhem, neprodukují žádnou energii. Může se Vám tedy stát, že pokud vybijete v neděli akumulátory a v pondělí Vám fotovoltaické panely zasype sníh a zůstane na panelech až do pátku, tak po příjezdu v pátek na chalupu budete muset startovat centrálu!

Poznámky k tabulce a grafu, ze kterých byly čerpány základní data pro výpočet potřebného výkonu fotovoltaických panelů

Co se týče našeho příkladu výpočtu potřebného výkonu fotovoltaických panelů, připomenu pro jistotu ještě, že výchozí hodnoty denní výroby elektrické energie z fotovoltaického panelu o výkonu (v našem příkladě) 100Wp v jednotlivých měsících roku byly převzaty z tabulky vygenerované na webové stránce: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
Údaje v grafu a tabulce byly získány po dosazení základních hodnot pro výpočet elektrické energie vyrobené fotovoltaickými panely. Dosazené údaje jsou:
Země: Česká republika
Město: Olomouc
Fotovoltaický panel – výkon: 100Wp (0,1kWp)
Orientace panelů: jižně
Sklon panelů: 35°
Co jsme tedy získali díky vygenerování tabulky?
Vygenerovaná tabulka obsahuje: Průměrnou denní výrobu elektrické energie z panelu 100Wp v jednotlivých měsících roku.
A my z ní potřebujeme získat: Hodnotu denní vygenerované elektrické energie z 1Wp výkonu panelu v nejslabším měsíci z období našeho využití solárních panelů.
Takže: Vybereme v tabulce měsíc, který je z hlediska výroby energie nejslabším z celého období našeho využití fotovoltaických panelů. Hodnotu denní průměrné výroby elektrické energie v tomto měsíci vydělíme 100, protože máme vygenerovanou tabulku pro panel s výkonem 100Wp. Tak dostaneme hodnotu denní vygenerované elektrické energie z 1Wp výkonu panelu v nejslabším měsíci z období našeho využití solárních panelů.
Jakmile máme k dispozici hodnotu denní vygenerované el. energie z 1Wp výkonu panelu v nejslabším měsíci z období využití panelů, dostali jsme do ruky „klíč“ k dalším jednoduchým výpočtům.
Podstatou práce s daty z vygenerované tabulky, je tedy získání údaje o denní vygenerované elektrické energii z 1Wp výkonu panelu v nejslabším měsíci z období využití solárních panelů!
Jak dosazovat údaje na stránce http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php pro vygenerování výchozí tabulky s údaji o denní průměrné produkci el.energie v jednotlivých měsících roku?
Pro přesný výpočet pro danou lokalitu, polohu a sklon panelů je nutné vygenerovat novou tabulku. Pokud se ale nebude výrazně lišit orientace panelů (v našem příkladu přímo na jih), ani jejich náklon budou výsledky zhruba stejné prakticky v rámci celé ČR. Odchylky si můžete zkusit zadat do aplikace pro výpočet tabulky a pak výsledky porovnat s tabulkou, kterou jsem použil pro „naše“ výpočty. Orientační hodnoty poklesu, nebo zvýšení výkonu při různé poloze panelů jsou uvedeny také v odstavci: „Umístění fotovoltaických panelů“ na této stránce.
Do „povinných“ polí na zmíněné webové stránce dosadíte své údaje o místě, kde budou fotovoltaické panely osazeny, jejich polohu a sklon a ztráty v systému. Pro „náš“ příkladný výpočet potřebného výkonu fotovoltaických panelů byl dosazen na stránce http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php výkon panelu 100Wp (hodnoty se zadávají v kWp, takže zadáno bylo 0,1). V zásadě je ale jedno jaký výkon panelů dosadíte, jen je nutné následně provést správně přepočet denní vyrobené energie na 1Wp výkonu panelů
Do políčka „ztráty“, které je nutné před vygenerováním tabulky vyplnit doplňte hodnotu 0%. Jedná se o ztráty na solárním regulátoru, kabelech, akumulaci energie a měniči napětí o které by byl jen „pokrácen“ vypočítaný výkon panelů. Což by v našem případě nikam nevedlo.
Tabulka, kterou dostanete vygenerovanou obsahuje hodnoty vygenerované el. energie již se započítáním ztrát ve fotovoltaických panelech vlivem odrazivosti a ohřevu panelů, takže ztrátami v samotných fotovoltaických panelech se již nemusíte zabývat, tak jak jsme se jimi nezabývali ani v našem příkladu výpočtu!

Fotovoltaické panely – Závěrem

Pokud chcete mít „klid v duši“ nepodceňujte správné dimenzování výkonu, který by měly mít fotovoltaické panely, protože pokud vám dojde energie, zhasnou světla, vypne se lednice, počítač a kdoví co ještě, co budete napájet ze solárních panelů, budete mít sice dost času na přemýšlení, kde se stala chyba, z praktického hlediska bude ale určitě lepší, dimenzovat celý fotovoltaický systém tak, aby k podobné události nedošlo.

Shrnutí dosavadního příkladu výpočtu výkonu panelů pro spotřebiče s celkovým denním příkonem 945Wh

Shrnutí výpočtů solárních panelůV kapitole (pod odkazem) Jaké spotřebiče jsme vypočítali celkovou denní spotřebu elektrické energie všech spotřebičů, pro jejichž napájení budeme využívat fotovoltaické panely.
Vypočítaná denní spotřeba byla 945Wh
————————————————————-
V kapitole (pod odkazem) Jaké jsou ztráty, jsme vypočítali vnitřní ztráty jednotlivých prvků solárního fotovoltaického systému (při popsaném způsobu napájení spotřebičů), tyto jsme „sečetli“ a následně vypočítali potřebnou denní nutnou průměrnou dodávku elektrické energie z fotovoltaických panelů do systému, aby byly „nakrmeny“ všechny spotřebiče s plánovaným denním odběrem „945Wh“ a se zohledněním ztrát v systému.
Celková denní potřebná energie z panelů se započítáním vnitřních ztrát v systému:
1345Wh denní potřebné elektrické energie z panelů při použití „běžného“ solárního regulátoru
1134Wh denní potřebné elektrické energie z panelů při využití MPPT měniče
———————————————————————————————————
V této kapitole jsme vypočítali výkon jaký by měly mít fotovoltaické panely, aby bylo možné je využít pro napájení spotřebičů s denním odběrem 945Wh z našeho příkladu a to i se započítáním ztrát a při využití jak „klasického“ solárního regulátoru, tak i MPPT měniče.
Vypočítané výkony panelů pro spotřebiče s denní průměrnou spotřebou 945Wh i se započítáním ztrát:
517Wp (při provozu panelů od března do října) při využití „běžného“ solárního regulátoru.
436Wp (při provozu panelů od března do října) při využití MPPT měniče.
328Wp (při provozu panelů od července do srpna) při využití „běžného“ solárního regulátoru.
277Wp (při provozu panelů od července do srpna) při využití MPPT měniče.
828Wp (při celoročním, nebo pouze zimním provozu) při využití „běžného“ solárního regulátoru a s využitím elektrocentrály pro doplnění 20% energie do systému v zimním období.
698Wp (při celoročním, nebo pouze zimním provozu) při využití MPPT měniče a s využitím elektrocentrály pro doplnění 20% energie do systému v zimním období.
Pro jistotu ještě připomenu, to co jsem na této stránce již jednou uvedl: Předchozí souhrn obsahuje výpočty výkonu panelů při denním využití fotovoltaického systému v daných obdobích. Pokud budete elektrickou energii ze systému odebírat pouze o víkendech (chaty, chalupy), apod., bude možné výkon panelů adekvátně snížit. Jak, to již bylo uvedeno na této stránce v odstavci „Víkendový provoz a fotovoltaické panely
———————————————————————————————————
Další kapitolou je kapitola (odkaz) Jaký akumulátor, kde bude nejen navržená vhodná kapacita akumulátorů pro „náš“ fotovoltaický ostrovní systém, ale jsou zde uvedeny i mnohé důležité informace které se týkají právě akumulátorů.
Pokud si chcete doplnit informace o dodávkách elektrické energie z elektrocentrály do solárního fotovoltaického systému v zimním období pak bude možná vhodnější ještě před kapitolou „Jaký akumulátor“ přejít na kapitolu (odkaz) Elektrocentrála.

Přehled všech článků ze seriálu OSTROVNÍ FOTOVOLTAICKÁ ELEKTRÁRNA:

1.Úvod k ostrovním fotovoltaickým elektrárnám – 1.díl ze seriálu článků ¦ 2.Složení fotovoltaické elektrárny – 2.díl ze seriálu článků ¦ 3.Jaké spotřebiče pro fotovoltaiku – 3.díl ze seriálu článků ¦ 4.Jaké jsou ztráty ve fotovoltaickém systému – 4.díl ze seriálu článků ¦ 5.Jaké fotovoltaické panely použít – 5.díl ze seriálu článků ¦ 6.Jaký solární regulátor použít – 6.díl ze seriálu článků ¦ 7.Jaké akumulátory použít – 7.díl ze seriálu článků ¦ 8.Jaký měnič napětí použít – 8.díl ze seriálu článků ¦ 9.Jak vše propojit + montáž panelů – 9.díl ze seriálu článků ¦ 10.Elektrocentrála v souvislosti s FV systémem – 10.díl ze seriálu článků ¦ 11.Rekapitulace výpočtů ostrovního FV systému – 11.díl ze seriálu článků

Doporučujeme také článek: Fotovoltaické panely – praktické příklady návrhu

You must be logged in to post a comment.