Instalacja fotowoltaiczna off – grid na działce – jak wybrać optymalne rozwiązanie?

Tradycyjne rozwiązania fotowoltaiczne napotykają na istotne ograniczenia. Nawet z zastosowaniem dodatkowych akumulatorów, nie są w stanie funkcjonować w pełnej izolacji od sieci energetycznej. W przypadku awarii sieci, konwencjonalna instalacja PV musi natychmiastowo odłączyć się, celem zminimalizowania ryzyka dla osób przeprowadzających prace naprawcze. To ograniczenie wynika z braku możliwości standardowych inwerterów do autonomicznego generowania prądu przemiennego o wymaganych parametrach, gdy brak dostępu do sieci.

 

Fotowoltaika off-grid – niezależne od sieci energetycznej rozwiązania, oparte na energii słonecznej

 

Inwestycja w zaawansowane systemy energetyczne stanowi uzasadniony krok, zwłaszcza w przypadku małych, autonomicznych instalacji pracujących przez cały rok, takich jak systemy monitoringu czy oświetlenie. Wykazują one doskonałą efektywność również w sezonowych zastosowaniach, typu domki letniskowe bądź kampery, gwarantując nieprzerwaną dostępność energii niezależnie od warunków lokalnych czy sezonowych zmian.

 

Natomiast hybrydowe systemy energetyczne stają się rozsądnym wyborem, gdy priorytetem jest zabezpieczenie domu lub firmy przed potencjalnymi długotrwałymi przerwami w dostawie prądu. Dzięki połączeniu energii odnawialnej z tradycyjną siecią, takie inteligentne instalacje nie tylko zapewniają niezależność, ale również gwarantują ciągłość zasilania, nawet w przypadku awaryjnych sytuacji.

 

Z czego składa się zestaw fotowoltaiki off-grid?

 

Pośród składników kompletnego zestawu fotowoltaicznego off-grid, które współpracują harmonijnie, tworząc niezależne źródło energii możemy wymienić:

 

• Moduły fotowoltaiczne – serce instalacji, generują prąd stały dzięki konwersji energii słonecznej.
• Akumulatory stanowiące magazyn prądu stałego, niezbędny do zapewnienia nieprzerwanego źródła energii. Ich rola jest kluczowa, ponieważ moduły PV same w sobie nie są urządzeniem stabilizującym napięcie czy prąd.
• Regulator ładowania, który pełni kontrolę nad procesem ładowania akumulatorów z energii słonecznej oraz zasilaniem urządzeń na prąd stały. Jego obecność wpływa istotnie na żywotność akumulatora.
• Przetwornica DC / AC – konieczna do przekształcania prądu stałego na prąd przemienny, zgodny z domowymi urządzeniami elektrycznymi.
• Inwerter wyspowy lub inwerter hybrydowy – odgrywa rolę regulatora ładowania oraz przetwornicy DC / AC. W instalacjach hybrydowych preferuje się inwertery hybrydowe.

 

W zależności od konkretnych potrzeb i odbiorników, instalacje fotowoltaiczne mogą obejmować część lub wszystkie z wymienionych komponentów.

 

Wybór urządzeń do instalacji off grid

 

Wybór odpowiednich urządzeń do instalacji off-grid jest kluczowy dla efektywnego i niezależnego źródła energii. W pierwszej kolejności, warto zainwestować w wysokiej jakości panele słoneczne, które efektywnie konwertują energię słoneczną na elektryczność.

 

Panele słoneczne są skutecznym rozwiązaniem do zasilania domów, firm czy instalacji off-grid, zapewniając niezależność energetyczną. Wraz z postępem technologii, rozwijają się różne typy paneli, takie jak monokrystaliczne, polikrystaliczne czy cienkowarstwowe, oferując różne poziomy efektywności i elastyczność w zastosowaniach. Ich rosnąca popularność wynika z korzyści dla środowiska i długotrwałego obniżenia kosztów energii elektrycznej.

 

Panele słoneczne w off-grid mają ogromne znaczenie jako zrównoważone i ekologiczne źródło energii, umożliwiające niezależność od tradycyjnych sieci elektroenergetycznych.

 

Wybór odpowiedniego napięcia dla akumulatorów i instalacji energetycznej

 

Napięcie odgrywa kluczową rolę w efektywności systemów fotowoltaicznych. Panel słoneczny generuje prąd stały (DC), a jego moc jest zazwyczaj określana w watach. Przy wyborze napięcia paneli należy brać pod uwagę zarówno optymalne warunki działania, jak i specyfikę instalacji.

 

Dobór napięcia akumulatorów powinien być ściśle związany z oczekiwanym zapotrzebowaniem energetycznym instalacji. W przypadku systemów off-grid, gdzie akumulatory są kluczowym elementem przechowywania energii, napięcie powinno być dostosowane do specyfiki urządzeń i aplikacji.

 

Odpowiednie napięcie jest nie tylko kwestią techniczną, ale także wpływa na efektywne zarządzanie energią. Dostosowanie parametrów systemu do specyfiki instalacji pozwala na optymalne wykorzystanie energii słonecznej, redukując jednocześnie straty i zwiększając niezawodność.

 

Wybór regulatora ładowania

 

W erze rosnącej popularności systemów off-grid, wybór odpowiedniego regulatora ładowania staje się kluczowym elementem skuteczności i trwałości instalacji fotowoltaicznych. Na rynku dostępne są różne typy regulatorów ładowania, z których każdy posiada swoje unikalne cechy. Regulatory PWM (Pulse Width Modulation) są bardziej konwencjonalne, podczas gdy MPPT (Maximum Power Point Tracking) oferują wyższą efektywność w ekstremalnych warunkach, co czyni je atrakcyjnym wyborem w bardziej wymagających instalacjach off-grid.

 

Regulatory MPPT, choć często droższe, charakteryzują się większą efektywnością, co może prowadzić do znaczących oszczędności energetycznych w dłuższej perspektywie czasowej. Z kolei regulatory PWM sprawdzają się w prostszych systemach, gdzie koszty energetyczne nie są głównym czynnikiem.

 

Nowoczesne regulatory ładowania często wyposażone są w zaawansowane systemy monitoringu, umożliwiające precyzyjne śledzenie pracy systemu fotowoltaicznego. Funkcje takie jak monitorowanie napięcia, prądu czy temperatury pozwalają na szybką diagnozę ewentualnych problemów, co zwiększa niezawodność i ułatwia konserwację systemu.

 

Wybór odpowiedniej wielkości akumulatora

 

Pierwszym i najważniejszym krokiem w doborze wielkości akumulatora jest precyzyjne oszacowanie zapotrzebowania energetycznego instalacji. Pomiar zużycia energii przez urządzenia oraz prognozowanie codziennego zapotrzebowania pozwala na precyzyjne dostosowanie pojemności akumulatora do rzeczywistych potrzeb.

 

Głębokość rozładowania (DOD – Depth of Discharge) to parametr określający procentową ilość energii, jaką można bezpiecznie wykorzystać z akumulatora. Wybierając wielkość akumulatora, należy uwzględnić preferowaną głębokość rozładowania, co wpływa na żywotność akumulatora i jego trwałość.

 

Decydując się na konkretną wielkość akumulatora, warto także zastanowić się nad rodzajem akumulatora. Akumulatory kwasowe (np. ołowiowo-kwasowe) są bardziej dostępne i ekonomiczne, jednak posiadają ograniczoną liczbę cykli rozładowań. Z kolei akumulatory litowo-jonowe (Li-ion) są bardziej trwałe, mają większą gęstość energii, ale są zazwyczaj droższe. Warunki środowiskowe, takie jak temperatura, mają wpływ na efektywność i trwałość akumulatora. Przy wyborze wielkości akumulatora, konieczne jest uwzględnienie temperatur panujących w danym miejscu oraz dostosowanie parametrów akumulatora do warunków jego eksploatacji.

 

Dobór przetwornicy napięć

 

Ocena mocy przetwornicy jest kluczowa i powinna być dostosowana do rzeczywistego zapotrzebowania instalacji. Przetwornica o zbyt niskiej mocy może prowadzić do problemów z zasilaniem większych urządzeń, podczas gdy przetwornica o zbyt dużej mocy może prowadzić do nadmiernych strat energii. Warto zwrócić uwagę na efektywność przetwornicy, która wpływa na to, ile z energii zgromadzonej w akumulatorach rzeczywiście trafia do urządzeń końcowych. Przetwornice o wyższej efektywności przyczyniają się do zminimalizowania strat energetycznych w procesie konwersji.

 

Bezpieczeństwo instalacji off-grid zależy również od zastosowanych zabezpieczeń przetwornicy. Ochrona przed przepięciami, zwarciami, przegrzewaniem czy nadmiernym obciążeniem to kluczowe funkcje, które mogą chronić zarówno urządzenia, jak i użytkowników systemu. Przetwornica powinna być kompatybilna z rodzajem urządzeń, jakie będą zasilane. Niektóre urządzenia, zwłaszcza te o bardziej zaawansowanej elektronice, mogą wymagać specyficznych warunków napięcia, a więc przetwornica powinna to zapewnić, eliminując ryzyko uszkodzeń.

 

System z inwerterem hybrydowym – instalacja PV działająca niezależnie od sieci, jak i w trybie podłączonym do sieci

 

System hybrydowy może operować zarówno w trybie podłączonym do sieci, jak i w trybie niezależnym od sieci, łącząc korzyści obu rodzajów instalacji fotowoltaicznych. Ważne jest jednak, że nie wszystkie systemy z magazynem energii są automatycznie uznawane za instalacje hybrydowe!

 

Jądrem instalacji hybrydowej jest inwerter hybrydowy, który może pracować niezależnie lub dostosować się do sieci elektrycznej. W niektórych przypadkach funkcje inwertera hybrydowego mogą być realizowane przez dwa oddzielne urządzenia: inwerter solarowy oraz inwerter baterii z możliwością pracy autonomicznej.

 

Podsumowanie

 

Zastosowanie fotowoltaiki off-grid ma sens zarówno w standardowych domach w sytuacjach kryzysowych jako alternatywne źródło zasilania, jak i w domkach letniskowych oraz kamperach. Choć tego typu instalacje, funkcjonujące przez cały rok są również możliwe, w takich przypadkach zaleca się uzupełniać je o agregatory prądotwórcze oraz turbiny wiatrowe dla dodatkowego wsparcia energetycznego.

O autorze