Solární energie funguje tak, že přeměňuje energii ze slunce na energii. Existují dvě formy energie generované ze slunce pro naše využití – elektřina a teplo.
Oba jsou generovány pomocí solárních panelů, jejichž velikost se pohybuje od obytných střech až po „solární farmy“ táhnoucí se přes akry venkovské půdy.
Je solární energie čistým zdrojem energie?
Ano, solární energie je obnovitelný a nekonečný zdroj energie, který nevytváří žádné škodlivé látky Emise skleníkových plynů – dokud bude slunce svítit, bude se uvolňovat energie.
Uhlíková stopa solárních panelů je již poměrně malá, protože vydrží více než 25 let. Navíc materiály použité v panelech jsou stále více recyklovány, takže uhlíková stopa se bude i nadále zmenšovat.
Kdy byla objevena sluneční energie?
Sluneční energii využívali lidé již v 7. století před naším letopočtem. kdy lidé používali sluneční světlo k zapalování ohňů odrážením slunečních paprsků na lesklé předměty. Později, ve 3. století před naším letopočtem, Řekové a Římané využili sluneční energii se zrcadly k zapálení pochodní pro náboženské obřady.
V roce 1839, ve věku pouhých 19 let, francouzský fyzik Edmond Becquerel objevil fotovoltaický (PV) efekt, když experimentoval s článkem vyrobeným z kovových elektrod ve vodivém roztoku. Poznamenal, že článek produkoval více elektřiny, když byl vystaven světlu – byl to fotovoltaický článek.
V roce 1954 se zrodila fotovoltaická technologie, když Daryl Chapin, Calvin Fuller a Gerald Pearson v roce 1954 v Bellových laboratořích vyvinuli křemíkový fotovoltaický článek – první solární článek schopný absorbovat a přeměnit dostatek sluneční energie na energii pro provoz každodenních elektrických zařízení.
Dnes jsou satelity, kosmické lodě obíhající kolem Země, poháněny sluneční energií.
Jak přesně se vyrábí elektřina ze sluneční energie?
Solární panely jsou obvykle vyrobeny z křemíku nebo jiného polovodičového materiálu instalovaného v rámu kovového panelu se skleněným pláštěm. Když je tento materiál vystaven fotonům slunečního světla (velmi malé balíčky energie), uvolňuje elektrony a vytváří elektrický náboj.
Tento FV náboj vytváří elektrický proud (konkrétně stejnosměrný proud nebo stejnosměrný proud), který je zachycován elektroinstalací v solárních panelech. Tato stejnosměrná elektřina je poté měničem přeměněna na střídavý proud (AC). Střídavý proud je typ elektrického proudu, který se používá při zapojování spotřebičů do běžných nástěnných zásuvek.
Jaký je rozdíl mezi solárními PV panely a solárními termálními panely?
Solární FV panely generují elektřinu, jak je popsáno výše, zatímco solární tepelné panely generují teplo. Zatímco zdroj energie je stejný – slunce – technologie v každém systému je jiná.
Solární FV je založeno na fotovoltaickém jevu, při kterém foton (základní jednotka světla) dopadá na povrch polovodiče jako křemík a generuje uvolnění elektronu. Solární termální je méně sofistikované a jednoduše přímý ohřev vody (nebo jiných tekutin) slunečním zářením. Pro domácí použití jsou solární tepelné panely instalovány také na střeše obrácené ke slunci, ohřívají vodu uloženou v zásobníku teplé vody a zajišťují tak teplou vodu a vytápění. Ve větším měřítku lze solární termiku využít i v elektrárnách.
Co jsou solární farmy?
Solární farmy, také známé jako solární parky nebo solární pole, jsou velké plochy půdy obsahující vzájemně propojené solární panely umístěné pohromadě na mnoha akrech, aby sklízely velké množství sluneční energie ve stejnou dobu. Solární farmy jsou navrženy pro rozsáhlou výrobu solární energie, která se dodává přímo do sítě, na rozdíl od jednotlivých solárních panelů, které obvykle napájejí jeden dům nebo budovu.
Lze solární energii vyrábět za zamračeného dne?
Ano, může – solární energie vyžaduje pouze určitou úroveň denního světla, aby mohla využít sluneční energii. To znamená, že rychlost, jakou solární panely vyrábějí elektřinu, se liší v závislosti na množství přímého slunečního záření a kvalitě, velikosti, počtu a umístění používaných panelů.
Kdo jsou největší výrobci solární energie na světě?
Od roku 2022 je Čína největším výrobcem elektřiny na solární energii na světě. Na druhém místě jsou USA, následované Japonskem, Německem a Indií. 1
Jak se do našich elektrických systémů dostává více solární energie?
Vlády Spojeného království i USA mají za cíl dekarbonizovat své elektrické systémy do roku 2035, v čemž mají hrát hlavní roli obnovitelné zdroje energie, jako je solární energie.
Solární energie ve Velké Británii
První solární farma ve Spojeném království připojená k přenosu energie byla uvedena do provozu v květnu 2023. Jednalo se o první fotovoltaické solární pole, které dodávalo elektřinu přímo do přepravní síť Spojeného království , umožňující jeho přepravu na větší vzdálenosti. Dříve byly solární farmy ve Spojeném království připojeny k distribučním sítím země – nízkonapěťovým regionálním sítím, které přenášejí energii z vysokonapěťové přenosové sítě do domácností a podniků.
Tato solární elektrárna se nachází poblíž Bristolu a očekává se, že bude generovat přes 73,000 17,300 megawatthodin (MWh) ročně – dost na napájení ekvivalentu více než 20,500 XNUMX domácností – a vytlačí XNUMX XNUMX tun CO.2 každý rok ve srovnání s tradiční výrobou energie.
Vláda Spojeného království Posilování Británie Zpráva znovu potvrdila své ambice pětinásobně zvýšit využívání solární energie do roku 2035 s instalovaným výkonem až 70 gigawattů (GW), což je dost na napájení přibližně 20 milionů domácností.
Solární energie v USA
Projekt Studie solární budoucnosti , vydané americkým ministerstvem energetiky (DoE) v roce 2021, diskutuje o jejich plánu pro bezuhlíkovou síť a významnou roli, kterou bude solární energie hrát při dekarbonizaci energetické sítě země. Podle studie má 40 % elektrické energie v zemi potenciál být do roku 2035 poháněno solární energií.
V dubnu 2023, administrativa Biden-Harris oznámila investici 82 milionů dolarů na financování technologií, které pomohou integrovat solární energii do sítě. Investice zvýší domácí solární výrobu a recyklaci, což pomůže posílit síť čisté energie v USA.
Poslední aktualizace: 16. května 2023
Informace v tomto článku jsou zamýšleny jako faktické vysvětlení a nemusí nutně odrážet strategické směřování National Grid nebo aktuální obchodní aktivity.
Všechny solární systémy fungují na stejných základních principech. Solární panely nejprve přeměňte sluneční energii nebo sluneční světlo na stejnosměrný proud pomocí toho, co je známé jako fotovoltaický (PV) efekt. Stejnosměrný proud pak může být uložen v a baterie nebo přeměněny na střídavý proud solárním invertorem, který lze použít k provozu domácích spotřebičů. V závislosti na typu systému může být přebytečná solární energie dodávána do elektrické sítě za kredity nebo uložena v různých bateriových úložných systémech.
Solární panely
Moderní solární panely, také známé jako solární moduly, jsou vyrobeny z mnoha křemíkových materiálů fotovoltaické buňky (PV buňky), které generují stejnosměrný proud (DC) elektřinu ze slunečního záření. FV články jsou propojeny uvnitř solárního panelu a připojeny k sousedním panelům pomocí kabelů. Poznámka: Sluneční světlo, nikoli teplo, vyrábí elektřinu v solárních článcích. Množství generované sluneční energie závisí na několika faktorech, včetně orientace a úhlu naklonění solárních panelů, účinnosti solárního panelu plus případných ztrát způsobených zastíněním, nečistotami a dokonce i okolní teplotou. Existují stovky různých výrobců solárních panelů, takže stojí za to pochopit, jak vybrat ty nejlepší solární panely.
Funguje sluneční záření při zatažené obloze?
Solární panely budou stále generovat energii během zataženého a zataženého počasí, ale množství energie závisí na „tloušťce“ a výšce mraků, což určuje, kolik světla může projít skrz. Vysoké mraky často propouštějí hodně světla, zatímco nízké, husté bouřkové mraky mohou téměř blokovat veškeré sluneční světlo. Množství světelné energie je známé jako sluneční záření a může se značně lišit v závislosti na vaší poloze a ročním období. Účinnější panely budou obecně fungovat lépe za špatného počasí.
Solární invertory
Solární panely generují stejnosměrnou elektřinu, která se pro použití v našich domovech a podnicích musí přeměnit na střídavý proud (AC). To je primární role solárního invertoru. V „řetězcovém“ invertorovém systému jsou solární panely propojeny do série a stejnosměrná elektřina se přivádí do střídače, který převádí stejnosměrný proud na střídavý. V mikroinvertorovém systému má každý panel svůj vlastní mikro-invertor připojený k zadní straně panelu. Panel stále vyrábí stejnosměrný proud, ale na střeše se převádí na střídavý a je napájen přímo do elektrického rozvaděče.
Existují také pokročilejší systémy stringových invertorů, které používají malé optimalizátory výkonu připojené k zadní části každého solárního panelu. Optimalizátory výkonu jsou schopni monitorovat a ovládat každý panel samostatně a zajistit, aby každý panel pracoval s maximální účinností za všech podmínek.
Baterie
Baterie používané pro skladování solární energie jsou k dispozici ve dvou hlavních typech: olověné (AGM & Gel) a lithium-iontové. K dispozici je několik dalších typů, jako jsou redoxní průtokové baterie a sodíkové ionty, ale my se zaměříme na nejběžnější dva. Většina moderních systémů pro ukládání energie používá dobíjecí lithium-iontové baterie a jsou k dispozici v mnoha tvarech a velikostech, které lze nakonfigurovat několika způsoby, které jsou podrobněji vysvětleny zde.
Kapacita baterie se obecně měří buď jako ampérhodiny (Ah) pro olovo-kyselinu nebo kilowatthodiny (kWh) pro lithium-iontové. Ne celá kapacita je však k dispozici pro využití. Lithium-iontové baterie mohou obvykle dodávat až 90 % své dostupné kapacity za den. Pro srovnání, olověné baterie obecně dodávají pouze 30 % až 40 % své celkové kapacity za den, aby se zvýšila životnost baterie. Olověné baterie lze zcela vybít, ale to by mělo být provedeno pouze v nouzových záložních situacích.
Off-grid solární systémy vyžadují specializované off-grid střídače a bateriové systémy dostatečně velké na to, aby uchovaly energii na 2 nebo více dní. Hybridní systémy připojené k síti používají levnější hybridní (bateriové) střídače a vyžadují pouze dostatečně velkou baterii, aby dodávala energii po dobu 5 až 10 hodin (přes noc), v závislosti na aplikaci. Více o bateriích se dozvíte v našem kompletní recenze solární baterie.
Rozvaděč elektřiny
Ve standardním solárním systému s připojením k síti se střídavá elektřina ze solárního invertoru posílá do rozvaděče, který se používá k napájení různých obvodů a spotřebičů vašeho domova. Toto je známé jako Čisté měření, kde je veškerá přebytečná elektřina generovaná solárním systémem posílána do elektrické sítě prostřednictvím elektroměru nebo uložena v bateriovém úložném systému, pokud máte hybridní systém. Některé země však používají „Hrubé měření“, kde je veškerá solární energie exportována do elektrické sítě.
Hybridní systémy mohou přebytečnou elektřinu exportovat a přebytečnou energii ukládat do baterie. Některé hybridní střídače lze také připojit k vyhrazenému záložnímu rozvaděči, který umožňuje napájet některé „základní obvody“ nebo kritické zátěže během výpadku sítě nebo výpadku sítě.
Tři hlavní typy solárních systémů
1. On-grid systém — také známý jako grid-tie nebo grid-feed solární systém
2. Off-grid systém — také známý jako samostatný napájecí systém (SAPS)
3. Hybridní systém — solární systém připojený k síti s bateriovým úložištěm
1. Systém On-Grid
Solární systémy on-grid nebo připojené k síti jsou nejběžnějším systémem používaným v domácnostech a firmách. Tyto systémy využívají buď solární invertory nebo mikroinvertory a jsou připojeny k veřejné elektrické síti. V závislosti na typu použitého měření se solární energie, kterou vygenerujete, obvykle používá k napájení vašeho domova. Jakákoli přebytečná solární energie, kterou vyrobíte, je exportována do elektrické sítě a za energii, kterou vyvezete do sítě, obvykle dostanete zaplaceno výkupní tarif (FiT) nebo kredity.
Na rozdíl od většiny hybridních nebo bateriových systémů nemohou on-grid solární systémy během výpadku z bezpečnostních důvodů fungovat ani vyrábět elektřinu. Protože k výpadkům proudu obvykle dochází při poškození elektrické sítě. Pokud by solární střídač stále dodával elektřinu do poškozené sítě, riskoval by bezpečnost lidí opravujících závadu/y v síti. Většina hybridních solárních systémů s bateriovým úložištěm se může automaticky izolovat od sítě (známé jako ostrovní provoz) a nadále dodávat určitou energii během výpadku proudu.
Baterie lze v případě potřeby později přidat do systémů on-grid. Tesla Powerwall 2 je oblíbený AC bateriový systém, který lze přidat do téměř jakéhokoli stávajícího solárního systému.
Co se stane, když elektřina dorazí do rozvaděče?
- Měřič. Přebytečná solární energie prochází měřičem, který vypočítá, kolik energie buď vyvážíte nebo dovážíte (nakupujete).
- Dávkovací systémy fungují jinak v mnoha státech a zemích po celém světě. V následujícím scénáři předpokládám, že měřič měří pouze elektřinu exportovanou do sítě, jako je tomu ve většině Austrálie. V některých státech měří elektroměry veškerou solární elektřinu vyrobenou vaším systémem, a proto vaše elektřina proteče vaším elektroměrem před dosažení rozvaděče, ne po něm. USA mají několik různých systémů měření v závislosti na vašem státě. V Kalifornii byla pravidla měření nedávno změněna na nový systém čistého měření s názvem Net Billing Tariff (NBT).. Tento nový systém, který byl zaveden v dubnu 2023, měří čistou exportovanou solární energii a spotřebiteli se připisuje kredit za exportovanou elektřinu.
- Elektrická síť. Elektřinu odeslanou do sítě z vašeho solárního systému využívají jiní spotřebitelé v síti, například vaši sousedé. Když váš solární systém nefunguje nebo spotřebováváte více elektřiny, než váš systém vyrobí, začnete elektřinu dovážet nebo spotřebovávat ze sítě.
2. Systém Off-Grid
Systém off-grid není připojen k elektrické síti, a proto vyžaduje bateriové úložiště. Off-grid solární systémy musí být vhodně navrženy tak, aby generovaly dostatek energie po celý rok a měly dostatečnou kapacitu baterie pro splnění požadavků domácnosti, a to i v hluboké zimě, kdy je obecně mnohem méně slunečního světla.
Vysoká cena baterií a off-grid invertorů znamená, že off-grid systémy jsou mnohem dražší než systémy on-grid, a tak jsou obvykle potřeba pouze ve vzdálenějších oblastech, které jsou daleko od elektrické sítě. Náklady na baterie však klesají, takže trh solárních bateriových systémů mimo síť roste, a to i ve městech a obcích. Přečtěte si více o výběru nejlepšího solárního systému mimo síť zde.
Existují různé typy off-grid systémů, kterým se budeme podrobněji věnovat později, ale zatím to nechám jednoduché. Výše uvedené schéma je pro větší systém se střídavým proudem. V menších systémech se stejnosměrnou vazbou se pro řízení nabíjení baterie používá solární regulátor nabíjení a stejnosměrný proud se převádí na střídavý proud pomocí střídače mimo síť a posílá se do vašich domácích spotřebičů.
- Bateriová banka. V systému mimo síť neexistuje veřejná elektrická síť. Solární energii nejprve využívají vaše spotřebiče (zátěže) a poté je případná přebytečná energie odeslána do vaší bateriové banky. Jakmile je baterie plná, systém automaticky sníží solární energii. Když váš solární systém nefunguje, například v noci, vaše spotřebiče čerpají energii z baterií.
- Záložní generátor. V obdobích roku, kdy jsou baterie vybité a počasí je několik dní velmi zataženo, budete obecně potřebovat záložní zdroj energie, jako je záložní generátor. Velikost generátoru (měřeno v kVA) by měla být adekvátní k zásobování vašeho domu a zároveň nabíjení baterií.
3. Hybridní systém
Moderní hybridní systémy kombinují solární a bateriové úložiště v jednom a jsou nyní dostupné v mnoha různých formách a konfiguracích. Díky klesajícím nákladům na bateriové úložiště mohou systémy již připojené k elektrické síti začít využívat bateriové úložiště. To znamená, že je možné ukládat sluneční energii, která se vytváří během dne, a využívat ji v noci. Když je akumulovaná energie vyčerpána, síť je zálohou, která spotřebitelům umožňuje to nejlepší z obou světů. Mnoho hybridních systémů může také nabíjet baterie pomocí levné elektřiny mimo špičku (obvykle od půlnoci do 6:XNUMX).
Existují také různé způsoby, jak navrhnout hybridní systémy, ale zatím to necháme jednoduché. Chcete-li se dozvědět více o různých hybridních systémech a systémech napájení mimo síť, viz naše podrobné průvodce domácími solárními bateriovými systémy.
- Bateriová banka. V hybridním systému, jakmile je solární energie využita vašimi domácími spotřebiči, bude přebytečná energie odeslána do bateriové banky. Jakmile je baterie plně nabitá, přestane přijímat energii ze solárního systému a veškerý přebytek solární energie je exportován do elektrické sítě. Energii z baterie lze poté vybít a použít k napájení vašeho domova, obvykle během večerní špičky, kdy jsou náklady na elektřinu obvykle nejvyšší.
- Elektroměr a elektrická síť. V závislosti na tom, jak je váš hybridní systém nastaven a zda to vaše elektrárna umožňuje, může být po úplném nabití vašich baterií přebytečná solární energie, kterou vaše zařízení nevyžadují, exportována do sítě prostřednictvím vašeho elektroměru. Když se váš solární systém nepoužívá a pokud jste vyčerpali použitelnou energii z baterií, začnou vaše spotřebiče odebírat energii ze sítě.
Solární energie vs solární energie
( kW vs KWh )
Pokud jste zmatení ohledně wattů, kW, kWh, co znamenají a kdy je použít, podívejte se na náš příspěvek ve fóru Solární energie vs solární energie. Pomůže to vše objasnit. Solární fórum je skvělé místo, kde se můžete zeptat na to, jak solární systém funguje.
Jason Švarc je akreditovaný solární a bateriový specialista, který již více než deset let navrhuje a instaluje solární a bateriové systémy. Je také kvalifikovaným inženýrem a vyučoval kurz solárního designu mimo síť na Swinburne University (Tafe). Poté, co navrhl a uvedl do provozu stovky solárních systémů pro domácnosti a podniky, získal rozsáhlé zkušenosti a znalosti o tom, co je potřeba k vybudování kvalitních, spolehlivých a vysoce výkonných solárních systémů.
