Fotonapetostni (PV) sistemi neposredno pretvarjajo sončno energijo v električno. Delimo jih na:
o samostojne PV-sisteme, ki oskrbujejo z električno energijo porabnike znotraj lokalnega
električnega omrežja. Med njimi ločimo:
• PV sisteme brez ali z akumulatorjem (slika 1),
• PV sistemi z enosmernimi porabniki ali izmeničnimi porabniki,
• čiste ali hibridne PV-sisteme (v kombinaciji z drugimi generatorji električne energije).
o omrežne PV-sisteme, ki so oddajajo električno energijo v električno omrežje in jih zato
imenujemo sončne elektrarne. Med njimi ločimo:
• razpršene sisteme (hišne sončne elektrarne) in
• centralne sisteme (velike sončne elektrarne z močjo nad 100kWp)
Samostojni PV-sistemi
Samostojni fotonapetostni sistemi za napajanje naprav ali majhnih porabnikov so v splošnem sestavljeni iz fotonapetostnega generatorja, polnilnega regulatorja, akumulatorja in regulatorja napetosti. Lahko oskrbujejo enosmerno breme (slika 1). Fotonapetostni generator je sestavljen iz medsebojno povezanih fotonapetostnih (PV) modulov, ki so najmanjše celote med seboj povezanih sončnih celic (običajno zaporedno vezanih), znotraj katerih poteka fotonapetostna pretvorba. Poleg majhnih PV-modulov za napajanje specifičnih izdelkov (na primer v kalkulatorju) se izdelujejo predvsem standardni PV-moduli za vršne moči od nekaj vatov do nekaj sto vatov. Vršna moč PV-modula se določa pod standardnimi testnimi pogoji (AM1.5, 1000 Wm-2, 25 °C). Standardni moduli so dimenzionirani za nominalne napetosti okrog od 15 do 17 voltov in so primerni za polnjenje 12-voltnih akumulatorjev. Mehanska konstrukcija modulov mora biti takšna, da so moduli dolgoročno odporni proti vplivom okolja. Predvidena življenjska doba fotonapetostnih modulov presega garancijsko dobo, ki trenutno dosega 20 ali celo 25 let. PV-generator kot glavna komponenta mora vzdržati tako dolgo tudi pod ekstremnimi vremenskimi razmerami, kot so na primer ekstremne temperature, nevihte in toča. Vso življenjsko dobo mora biti zagotovljena popolna električna varnost, prav tako mora sončni generator do konca nominalne življenjske dobe obdržati 80 odstotkov nominalne moči. Vsak tip modula mora pred uporabo prestati zahtevne tipske teste. Za silicijeve kristalne PV-module (90-odstotni tržni delež) so opisani v standardu IEC 61215.
Slika 1: Shematski prikaz osnovnega PV-sistema za napajanje enosmernih porabnikov.
Za zaščito akumulatorjev pred prenapolnitvijo ali preizpraznitvijo uporabljamo med fotonapetostnim generatorjem, baterijo in bremenom polnilni regulator.
Slika 2 prikazuje koncept hibridnega sistema, ki poleg PV-generatorja vključuje še vetrni in motorni generator. Za pogon motornega generatorja pogosto uporabljamo dizelsko gorivo. Običajno je hišno omrežje izvedeno kot nizkonapetostno omrežje z izmeničnimi porabniki. Primer takega hibridnega sistema najdemo v planinski koči na Kredarici ali turistični kmetiji Abram na Nanosu. Ta tip samostojnega PV sistema velja v Sloveniji za najbolj razširjenega.
Slika 2: Shematski prikaz hibridnega sistema za izmenične porabnike
Omrežni PV-sistemi
Konfiguracij omrežnih PV-sistemov je mnogo, vsem pa je značilno, da poleg PV-generatorja potrebujejo razsmernik. Med omrežnimi PV-sistemi so najbolj perspektivni razpršeni omrežni PV-sistemi (slika 3), ki zahtevajo le PV-generator, razsmernik, dodatni števec električne energije in zaščitne komponente.
Slika 3: Shematski prikaz omrežnega PV-sistema, tako imenovane sončne elektrarne.
Prednost omrežnih PV-sistemov je, da ne potrebujejo akumulatorjev za shranjevanje energije, trenutna moč se troši kjerkoli na območju omrežja. Trenutno je delež sončne energije, ki se po fotonapetostni pretvorbi pošilja v omrežje, še razmeroma majhen (sploh v Sloveniji, kjer obratujejo le tri sončne elektrarne), po napovedih evropskega strokovnega telesa PV-TRAC pa naj bi elektrika iz sončnih elektrarn v prihodnje igrala pomembno vlogo, saj ocenjujejo, da se bo leta 2030 njen letni delež dvignil na štiri odstotke.
Slika 4: Polje PV-modulov kot PV-generator in priključno ohišje na hrbtni strani PV modula.