Osnovni gradniki PV sistemov
Polnilni regulator prilagaja vhodno točko maksimalni moči PV-generatorja in regulira polnjenje ter v splošnem vsebuje tudi zaščitno diodo, ki ščiti akumulator pred izpraznitvijo skozi fotonapetostni generator čez noč.
Regulator napetosti pretvarja in prilagaja spreminjajočo se napetost fotonapetostnega generatorja (napetost pri trenutni maksimalni moči) na napetost porabnika. Običajno je del polnilnega regulatorja.
Akumulator shranjuje energijo, ki jo proizvede fotonapetostni generator, in deluje kot generator ob slabem vremenu ali ponoči. Za shranjevanje energije največkrat uporabljamo nikelj-kadmijeve, nikelj-metal¬hidridne, svinčeve ali litij-ionske akumulatorje. V majhnih sistemih, ki so napajani s fotonapetostnimi generatorji, navadno uporabljamo svinčeve akumulatorje. Za mobilne aplikacije, na primer za napajanje porabnikov v kampih, na čolnih in v vikendih, uporabljamo posebne izvedbe avtomobilskih akumulatorjev z zelo debelimi svinčevimi ploščami (imenujemo jih tudi sončne baterije). V fotonapetostnih sistemih, ki oskrbujejo domove s stalnimi prebivalci in se akumulatorji dnevno polnijo in praznijo, uporabljamo akumulatorje s cevastimi elektrodami. Ti omogočajo globoke cikle in imajo daljšo življenjsko dobo. Včasih se uporabljajo v samostojnih PV-sistemih kar navadni avtomobilski akumulatorji, ker so laže dobavljivi in cenejši. Za nekatere aplikacije so primernejši svinčevi akumulatorji, kjer je elektrolit v obliki gela ali pa je med elektrodami filc ali drug primeren material, ki je prepojen z elektrolitom.
Razsmernik pretvarja enosmerno električno moč, ki jo dobimo iz fotonapetostnega generatorja ali akumulatorja, v izmenično električno moč. Prek njih lahko PV-sistemi pošiljajo energijo v javno električno omrežje in delujejo kot sončne elektrarne (SE).
Dimenzioniranje razsmernika
Območje delovanja PV-generatorja je zelo raznoliko. Večinoma ni možno zagotoviti, da bi razsmernik pokrival vsa območja delovanja PV generatorja. Vhodna karakteristika razsmernika je glede na PV-module dokaj preprosta. Razsmernik deluje v določenem napetostnem območju (minimalna in maksimalna napetost) in do neke maksimalne vhodne moči.
Za določanje usklajenosti PV-generatorja in razsmernika definiramo tri karakteristične točke na karakteristiki odvisnosti moči od napetosti (slika 1). Območje spreminjanja točke maksimalne moči (MPP) med celotnim letom je prikazano na sliki 1 kot senčeno področje. Območje normirane MPP napetosti je omejeno med 80 % vrednosti MPP napetosti pri 25 °C pri visokih temperaturah (70 °C) in 115 % pri nizkih temperaturah (-10 °C). Napetostno območje razsmernika naj torej zajema interval od 80 % do 115% MPP napetosti PV-generatorja pod standardnimi testnimi pogoji.
Slika 1: Karakteristične točke načrtovanja v karakteristiki moči od napetosti. Senčeno območje pomeni statistično porazdelitev točk maksimalne moči v obdobju enega leta.
Za primerjavo razsmernikov ni dovolj samo podatek o maksimalnem izkoristku pri dani vhodni moči, saj v realnih sistemih razsmerniki ne delujejo samo v tem optimalnem območju. Zato uporabljamo evropski uteženi izkoristek ("European weighted efficiency"), ki je veliko bolj primeren za primerjavo različnih razsmernikov in ga proizvajalci na zahtevo tudi podajo. Sestavljen je iz vsote uteženih izkoristkov pri različnih vhodnih močeh, ki so tipične za osrednjo Evropo. Poleg izkoristka je pomembna lastnost razsmernika tudi njegova zanesljivost. Izkušnje kažejo, da se izplača izbirati tiste razsmernike s čim daljšo garancijsko dobo oziroma je smiselno doplačati za podaljšano garancijsko dobo.
Slika 2: Verižna izvedba vezave razmernikov
Zelo pogosta konfiguracija vezave razsmernikov je verižna izvedba, kjer je vsaka posamezna veriga serijsko povezanih PV-modulov priključena na svoj tako imenovani verižni razsmernik ("string inverter", slika 2) tipične moči od 200 vatov do tri kilovate. Tako je za vsako verigo poskrbljeno, da so moduli v MPP načinu obratovanja. S tem so izgube zaradi medsebojnih odstopanj modulov zmanjšane. Posamezni razsmerniki so med seboj povezani na izhodni (AC) strani in navzven lahko tvorijo večjo sončno elektrarno. Pogoste so izvedbe večvhodnih razsmernikov ("multi-string inverters"), ki omogočajo priključitev več verig na vhod in zagotavljajo neodvisno iskanje MPP posamezne verige. Ker so na DC strani tokovi porazdeljeni na več kablov, ohmske izgube niso tako velike. Pri dovolj velikih vhodnih močeh se izkoristki razsmernikov gibljejo v območju 93–96 odstotkov.