Dacă întrebi majoritatea oamenilor să numească componentele unui sistem de energie solară, vei primi două răspunsuri: panouri și baterii. Dacă insiști puțin mai mult, poate vei auzi și „invertor”. Cu toate acestea, un sistem fotovoltaic funcțional conține o duzină de componente distincte, iar cele pe care nimeni nu le menționează sunt tocmai cele care decid dacă sistemul va rezista primului sezon de fulgere. Fiecare componentă majoră a unui sistem fotovoltaic merită o analiză mai atentă: ce rol are fiecare piesă și pe care dintre ele nu-ți poți permite să le cumperi la preț redus.
Prezentare generală a componentelor sistemului fotovoltaic: cum circulă energia prin componente
Cea mai simplă modalitate de a reține componentele este să urmărești fluxul de curent electric. Lumina soarelui lovește modulele solare și produce curent continuu (CC). Acest curent continuu circulă prin cablurile fotovoltaice și conectori către o cutie de combinare, care unește șirurile paralele într-un singur circuit. Într-un sistem independent de rețea, acesta trece printr-un regulator de încărcare către un banc de baterii. În orice sistem, curentul ajunge în cele din urmă la invertor, care transformă curentul continuu (CC) în curent alternativ (CA) utilizat de locuința dumneavoastră și de rețea. Dispozitivele de protecție – dispozitive de protecție împotriva supratensiunii, întrerupătoare de deconectare, siguranțe, împământări – sunt amplasate în diferite puncte de-a lungul acestui traseu, rămânând inactive până când apare o defecțiune.
Această componentă lipsită de farmec reprezintă, de obicei, 40 50% din costul sistemului. Conform estimărilor de lungă durată ale distribuitorilor, panourile reprezintă 55 65% din costul echipamentului, invertoarele 10 20%, structurile de susținere 5 15%, iar componentele electrice și de protecție 3 8%. Componentele de care aveți nevoie efectiv depind de modul în care sistemul se conectează la rețea:
| Tipul sistemului | Componente necesare | Componente opționale |
|---|---|---|
| Conectat la rețea | Panouri, invertor, sistem de montare, cablaj, cutie de combinare, întrerupătoare de deconectare, întrerupătoare automate, protecție împotriva supratensiunii (c.c. + c.a.), împământare, contor | Baterie, regulator de încărcare, intrare generator |
| Off-grid | Panouri solare, regulator de încărcare, baterie, invertor autonom, sistem de montare, cablaj, întrerupătoare, siguranțe, împământare | Generator de rezervă, monitorizare |
| Hibrid | Panouri, invertor hibrid, baterie, sistem de montare, cablaj, întrerupătoare de separare, întrerupătoare de circuit, protecție împotriva supratensiunii, împământare, contor | Baterie cu capacitate mai mare, generator de rezervă |
Generația Core: panouri, sisteme de montare și invertoare
Trei componente reprezintă cea mai mare parte a costului echipamentului și aproape toate diferențele de performanță într-un sistem fotovoltaic solar. Dacă le alegi corect pe aceste trei, restul ține de punerea în practică; dacă le alegi greșit, niciun accesoriu din aval nu poate remedia situația.
Panouri solare: cele trei tehnologii și compromisurile pe care le implică
Un modul fotovoltaic este singura componentă a sistemului care produce energie electrică: celule de siliciu laminate între sticlă și o folie de protecție din polimer, încadrate într-un cadru din aluminiu. Panourile sunt disponibile în trei variante tehnologice, iar alegerea se rezumă la un compromis simplu între randament, aspect și preț. Panourile monocristaline sunt astăzi opțiunea standard pentru locuințe, cu un randament cuprins între 15% și 24% și un aspect elegant, de culoare neagră. Panourile policristaline sunt mai ieftine, dar au un randament mai scăzut și pierd mai mult din puterea de ieșire la temperaturi ridicate. Panourile cu film subțire sunt flexibile și ieftine, dar necesită o suprafață mult mai mare a acoperișului, ceea ce rareori merită pentru locuințe. Ca echipamente de bază, modulele rezidențiale și comerciale de mari dimensiuni costă de obicei între $0,30 și $0,50 pe watt nominal, în timp ce prețurile sistemelor complet instalate se situează în medie între $2,20 și $3,40 pe watt.
| Tehnologie | Eficiență | Aspect | Cel mai potrivit pentru |
|---|---|---|---|
| Monocristalin | 15 24% | Culoare închisă uniformă | Acoperișuri cu spațiu limitat, valoare pe termen lung |
| Policristalin | ~15% sau mai puțin | Albastru cu pete | Proiecte de locuințe la prețuri accesibile, cu spațiu generos |
| Film subțire | Mai jos | De o culoare închisă uniformă, flexibilă | Forme speciale, suprafețe utilitare de mari dimensiuni |
Invertoare: de tip string, micro, hibride și autonome – care se potrivește cu fiecare sistem
Invertorul transformă curentul continuu (CC) provenit de la panourile dvs. în curent alternativ (CA) și reprezintă componenta cu cea mai mare complexitate tehnică din sistem. Cele patru tipuri comune corespund la patru situații. Invertoarele de șir deservesc centralizat un singur șir de panouri și sunt cele mai ieftine. Microinvertoarele sunt amplasate sub fiecare panou, astfel încât un panou umbrit să nu afecteze performanța celor învecinate, și beneficiază, de obicei, de garanții de 25 de ani, care corespund duratei de viață a panourilor. Invertoarele hibride includ funcția de gestionare a bateriilor, iar invertoarele off-grid funcționează fără nicio legătură cu rețeaua electrică. Un aspect surprinde adesea noii proprietari: un invertor conectat la rețea se oprește atunci când rețeaua electrică se întrerupe. Acest lucru este intenționat, pentru a împiedica sistemul să alimenteze cu energie liniile de distribuție în timp ce tehnicienii le repară.
| Tip | Unde se află | Cel mai potrivit pentru | Ai grijă! |
|---|---|---|---|
| Șir | Unitate centrală montată pe perete | Acoperișuri simple, expuse la soare | Un singur panou umbrit afectează întregul șir |
| Microinvertor | Sub fiecare panou | Acoperișuri parțial umbrite sau cu orientare variabilă | Costuri inițiale mai mari |
| Hibrid | Central, cu port pentru baterie | Proprietarii de locuințe care își planifică spațiul de depozitare | Preț premium |
| Off-grid | Central, cu referință la baterie | Cabine și sisteme autonome | Nu există o soluție de rezervă în cazul întreruperii alimentării cu energie electrică |
Structuri de susținere: ce asigură funcționarea parcului fotovoltaic timp de 25 de ani
Sistemul de montare este elementul cel mai puțin spectaculos, dar și cel care determină dacă panourile vor rezista la vânt, zăpadă și căldură timp de zeci de ani. Suporturile de acoperiș și cele de la sol, din aluminiu sau oțel zincat, susțin modulele la o înclinație aproximativ egală cu latitudinea locației dvs., orientate spre sud în emisfera nordică. Spațiul dintre panou și acoperiș nu este doar estetic: fluxul de aer de dedesubt menține celulele reci, iar panourile solare funcționează cel mai bine la aproximativ 25 °C, nu în căldură toridă.
Componentele electrice ale sistemului auxiliar: cablaje, cutii de distribuție și contoare
Între cele trei componente principale se află o rețea de componente electrice mai mici, care asigură transportul în condiții de siguranță al energiei electrice de la panouri la cutia de distribuție. Aceste componente ale sistemelor fotovoltaice solare sunt rareori subiectul unor articole dedicate, însă tocmai ele sunt sursa erorilor de instalare și a incendiilor domestice.
| Componentă | Ce face | Unde se încadrează în flux |
|---|---|---|
| Cablu fotovoltaic și conectori MC4 | Alimentează cu curent continuu modulele | De la modul la modul și de la șir la invertor |
| Cutie de combinare | Unește șiruri de caractere paralele, stochează fuziunile de șiruri de caractere | Partea cu panouri, în aer liber |
| Deconectori și întrerupătoare | Izolează și întrerupe circuitele | Atât partea de curent continuu, cât și cea de curent alternativ (a se vedea secțiunea privind protecția) |
| Regulator de încărcare (autonom) | Reglează încărcarea bateriei (PWM sau MPPT) | Între panou și baterie |
| Contorizare și monitorizare | Urmărește producția și consumul | La punctul de racordare la rețea |
Dimensionarea cablajului se face în funcție de curent și de căderea de tensiune; instalatorii urmăresc să mențină căderea de tensiune sub aproximativ 3%, iar utilizarea unui cablu cu secțiune prea mică reprezintă una dintre cele mai evidente greșeli din industrie. Cutiile de combinare unesc mai multe șiruri într-un singur traseu către invertor și conțin siguranțele de șir; o unitate de bază are o capacitate de $80 $140. Pentru locuințele conectate la rețea, contorul bidirecțional este cel care face posibilă contorizarea netă. În sistemele independente de rețea, regulatorul de încărcare este indispensabil: acesta împiedică panourile solare să supraîncarce bateriile, iar regulatoarele MPPT recuperează cu 10 25% mai multă energie decât vechile unități PWM.
Nivelul de protecție pe care majoritatea articolelor îl omit: protecția împotriva supratensiunilor, întrerupătoarele și împământarea
Iată partea pe care majoritatea ghidurilor de componente o rezumă într-un singur punct. Componentele de protecție nu produc niciun watt de putere. Ele există pentru ziua în care ceva nu merge bine, tocmai de aceea sunt primele elemente omise dintr-o ofertă și primele lucruri de care ne pare rău după o furtună. Evaluează fiecare componentă de protecție pe baza a două întrebări: ce protejează și cum se desfășoară lanțul de defecțiuni fără ea?
Dispozitive de protecție împotriva supratensiunii: De ce atât partea de curent continuu, cât și cea de curent alternativ au nevoie de propriile dispozitive
Nu este nevoie ca fulgerul să lovească acoperișul pentru a vă avaria sistemul. O descărcare în apropierea liniilor aeriene sau a panourilor solare induce o supratensiune tranzitorie care se propagă de-a lungul conductorilor direct în echipamentul dumneavoastră. Fără un dispozitiv de protecție împotriva supratensiunilor (SPD) pe partea de curent continuu (CC), un impuls de supratensiune tipic de 8/20 µs ajunge la bornele de intrare CC ale invertorului, iar etapa de intrare a invertorului nu este proiectată să îl absoarbă.
De aceea, instalațiile profesionale protejează ambele părți, așa cum arată discuțiile din comunitatea de specialitate. Dispozitivele SPD de pe partea de curent continuu (DC) protejează traseul dintre panouri și invertor, în timp ce dispozitivele SPD de pe partea de curent alternativ (AC) protejează împotriva supratensiunilor provenite din partea de rețea a invertorului. Amenințările diferite necesită clase diferite de dispozitive. Dispozitivele SPD de tip 1 gestionează energia masivă de 10/350 µs generată de loviturile directe de fulger; dispozitivele SPD de tip 2 gestionează supratensiunile induse de 8/20 µs, mult mai frecvente. Pentru sistemele fotovoltaice, standardul relevant este IEC 61643-31, care se referă la dispozitivele de protecție împotriva supratensiunilor destinate în mod specific instalațiilor fotovoltaice.
Deconectări, întrerupătoare și oprire rapidă: regulile care salvează vieți
Aceste componente sunt destinate oamenilor, nu echipamentelor. Disconectatoarele de curent continuu (DC) și alternativ (AC) permit personalului de service și pompierilor să deconecteze invertorul de la ambele părți; nu uitați niciodată că condensatoarele invertorului pot reține o încărcătură letală timp de câteva minute după oprire. Întrerupătoarele și siguranțele întrerup suprasarcinile și scurtcircuitele înainte ca cablajul să se supraîncălzească. Iar oprirea rapidă (RSD) există pentru o singură persoană anume: pompierul de pe acoperișul dumneavoastră. Conform NEC 690.12, sistemele fotovoltaice instalate pe clădiri trebuie să poată reduce tensiunea de curent continuu la niveluri sigure în câteva secunde. Un acoperiș acoperit de curent continuu de înaltă tensiune sub tensiune reprezintă un pericol de electrocutare pentru personalul de intervenție în situații de urgență (Se conformă cu standardul ICC / NEC 690.12). Este unul dintre elementele care sunt cel mai des omise atunci când cumpărătorii care optează pentru „fă-o singur” își alcătuiesc lista de componente.
Legarea la pământ și legarea echipotențială: soluția de ultimă instanță
Împământarea este cel mai greșit înțeles element din listă; este un sistem, nu o tijă. Sistemul de împământare oferă curentului de defect o cale cu rezistență redusă către pământ. Împământarea echipamentelor leagă fiecare carcasă metalică, rack și cutie de combinare la același potențial, astfel încât nimeni să nu poată atinge două suprafețe cu tensiuni diferite. Împământarea și dispozitivele de protecție împotriva supratensiunilor (SPD) sunt complementare, nu alternative: un dispozitiv de protecție împotriva supratensiunilor deviază impulsul, iar sistemul de împământare disipă energia deviată. Standarde precum BS EN 62305 impun, de asemenea, menținerea panourilor fotovoltaice la o distanță de separare adecvată față de paratrăsnete și conductoarele lor de descărcare.
Cum să deosebești componentele de calitate de cele ieftine
Același nume de componentă poate ascunde o diferență de zece ori în ceea ce privește materialele, deoarece acest aspect nu reiese deloc din prima linie a fișei tehnice. Când utilizatorii forumurilor întreabă care sunt componentele fotovoltaice de cea mai bună calitate, de fapt se întreabă: la ce ar trebui să mă uit? Iată răspunsul pe scurt.
| Componentă | Cum se manifestă calitatea | Cum arată „ieftinul” | De ce este important |
|---|---|---|---|
| Dispozitiv de protecție împotriva supratensiunii (SPD) | Cipuri MOV încapsulate, pini metalici groși, întrerupător mecanic cu fereastră de indicator de stare, garanție de 5 ani | Plăci MOV neizolate, lipite între ele, pini subțiri, fără întrerupător, garanție de 2 ani | SPD-ul trebuie să se defecteze în condiții de siguranță; cele ieftine se arde, se topesc și distrug cutia de distribuție odată cu ele |
| Cabluri și conectori fotovoltaici | Cupru pur de calibru standard, marcaj certificat | Aluminiu subțire placat cu cupru, marcaj neclar | Conductoarele cu secțiune insuficientă se supraîncălzesc sub o sarcină continuă |
| Întrerupătoare și siguranțe | Capacitate reală de rupere, certificare IEC/UL | Nu există dovezi de certificare, evaluări exagerate | Un întrerupător care nu se declanșează poate provoca un incendiu în locuință |
| Rafturi și accesorii | Oțel zincat sau aluminiu anodizat, testat la pulverizare cu soluție salină | Straturi subțiri care ruginesc după o singură transportare pe mare | Suporturile corodate cedează sub acțiunea forței vântului după câteva decenii |
Acest tipar se repetă la fiecare componentă: furnizorii ieftini fac economii tocmai la piesele pe care nu le poți vedea. Într-un SPD, asta înseamnă varistorul de oxid metalic (MOV) – cipul care absoarbe supratensiunea. MOV-urile de calitate sunt încapsulate pentru a împiedica pătrunderea umezelii și sunt testate să reziste la impulsuri repetate de tip 8/20; cele de calitate inferioară se deformează după un singur eveniment. Chiar și pinii contează. Pinii de contact cu lățimea de 8 mm și grosimea de 0,8 mm rămân fixați ferm în bază chiar și sub impulsuri violente. Pinii mai subțiri se desprind, rupând colțul carcasei în timpul unui test de supratensiune.
Care componente se defectează primele și cum arată, de fapt, înlocuirea acestora
Faptul că un sistem are o durată de viață de 25 de ani nu înseamnă că toate componentele sistemului său fotovoltaic vor funcționa timp de 25 de ani. Departamentul Energiei al SUA estimează că invertoarele vor trebui înlocuite cel puțin o dată pe durata de viață a parcului fotovoltaic (Energy.gov), iar SPD-urile pot expira chiar și după o singură furtună. Luați măsuri în acest sens.
| Componentă | Durata de viață tipică | Semnal de eroare | Notă privind înlocuirea |
|---|---|---|---|
| Invertor | 10–15 ani | Coduri de eroare, pierderi de producție | Buget pentru o singură înlocuire pe durata de viață a sistemului |
| Protector de supratensiune | Pe baza evenimentelor, nu pe ani | Fereastra de stare devine roșie | Este ieftin și se înlocuiește rapid, dacă poți vedea fereastra |
| Baterii | Pe cicluri: mii pentru litiu, sute pentru plumb-acid | Scăderea capacității, cădere de tensiune | Adâncimea ciclului influențează în mod direct durata de viață |
| Panouri solare | Peste 25 de ani, o degradare anuală de aproximativ 0,51 TP3T | Producție sub nivelul minim garantat | Nivelul minim al garanției standard: 80 84% la anul 25 |
| Montare și cablare | Zeci de ani de calitate | Coroziune, puncte fierbinți la îmbinări | Verificați după furtuni puternice |
Ce ne spune lista de piese despre industria din spatele acesteia
Când fereastra de stare a unui SPD devine roșie după o furtună, cineva trebuie să-ți vândă un dispozitiv de înlocuire. Prețul pe care îl plătești pentru acesta spune mai multe despre această industrie decât își dau seama majoritatea cumpărătorilor.
Lista de componente în sine reprezintă primul semnal al pieței. Cumpărătorii de pe forumurile de bricolaj postează liste complete de $7.000 de componente, punând o singură întrebare: “Îmi lipsește ceva?”, iar răspunsurile menționează aproape întotdeauna elemente de protecție: sisteme de oprire rapidă, diode cu polarizare inversă, întrerupătoare de deconectare. Între timp, subiectele în care se solicită componente de cea mai înaltă calitate arată că cumpărătorii caută activ un criteriu de calitate. Proprietarii de case descriu cum își pierd încrederea în instalatori care nu pot explica de ce sistemul se oprește atunci când rețeaua electrică cedează. Combinând aceste semnale, se conturează un model: cumpărătorii nu sunt motivați în primul rând de preț. Ei sunt motivați de completitudinea listei de verificare, de calitatea verificabilă și de explicațiile pe care și le pot repeta în minte. Aceasta este adevărata cerere. Furnizorii care răspund acestei cereri încheie vânzarea; furnizorii care vând pe baza unor adjective și a unor garanții vagi se confruntă cu neîncredere.
Acum să ne îndreptăm atenția către modelul de afaceri din spatele acestor cumpărători. Selectarea componentelor are loc, de fapt, pe două piețe diferite. Electricienii și distribuitorii achiziționează piese de tip stoc, în loturi mici; pentru ei, ceea ce contează este varietatea ofertei și transparența prețurilor, deoarece clienții lor doresc ca lucrarea să fie finalizată săptămâna aceasta. Companiile EPC și instalatorii achiziționează pachete de tip proiect, care acoperă întregul sistem. Pentru aceștia, ceea ce contează este trasabilitatea certificării, promisiunile de livrare și consistența lotului. Ei suportă costul eșecului atunci când un produs nu trece inspecția sau se defectează în al doilea an, iar inginerii lor aprobă componentele de protecție pe bază de denumire și certificat. În ambele cazuri, certificarea este mai degrabă biletul de intrare decât un argument de vânzare. Iar garanția – durata acesteia, cine plătește transportul în cazul unei reclamații, cât de repede răspunde un reprezentant – face pur și simplu parte din oferta de preț.
De aceea, atunci când un cumpărător întreabă cum poate face diferența între un SPD bun și unul defectuos, răspunsul sincer este: nu dați crezare adjectivelor. Cereți date de testare. Un furnizor serios de dispozitive de protecție împotriva supratensiunii vă va spune la ce valori de tensiune rezistă MOV-urile sale. Cereți cifrele: impulsuri de 20 kA aplicate de cinci ori în fiecare polaritate și un impuls maxim de 40 kA, cu tensiunea reziduală rămânând stabilă după aceea. Furnizorul vă va prezenta, de asemenea, detalii tehnice, cum ar fi pini de contact de 8 mm × 0,8 mm și o garanție de 5 ani, în condițiile în care standardul de referință al industriei este de doi ani. Unul dintre producătorii care publică deschis acest tip de date este LSP, al cărui Dispozitive de protecție împotriva supratensiunii pentru sisteme fotovoltaice de curent continuu sunt specificate tocmai în funcție de acești parametri. Este aceeași listă de verificare pe care acest articol tocmai v-a învățat să o solicitați.
Referințe
- Departamentul Energiei al Statelor Unite. “Noțiuni de bază privind proiectarea sistemelor fotovoltaice solare”.” https://www.energy.gov/cmei/systems/solar-photovoltaic-system-design-basics
- ICC / Codul electric național. “690.12 Oprirea rapidă a sistemelor fotovoltaice instalate pe clădiri.” https://codes.iccsafe.org/s/ISEP2018/national-electrical-code-nec-solar-provisions/ISEP2018-NEC-Sec690.12
- Recenzii privind energia curată. “Explicații privind garanțiile panourilor solare.” https://www.cleanenergyreviews.info/solar-panel-warranty
- LSP. “Dispozitiv de protecție împotriva supratensiunilor de curent continuu (PV)”.” https://lsp.global/dc-surge-protector/
- LSP. “Dispozitiv de protecție împotriva supratensiunilor de curent alternativ”.” https://lsp.global/ac-surge-protector/
- LSP. Pagina principală. https://lsp.global/
