Fotowoltaika. Projektowanie i instalacja dla bystrzaków - ebook

W prostocie tkwi siła

Projektowanie i instalowanie fotowoltaiki dla bystrzaków

Projektuj i instaluj systemy fotowoltaiczne

Poznaj wymogi prawne i przeprowadź proces pierwszego uruchomienia

Poszerz swoje kompetencje w zielonych branżach

Wejdź w świat energii solarnej

Szukasz pracy w ekscytującej i dynamicznej branży projektowania i instalowania systemów fotowoltaicznych? Oto książka, która pomoże Ci zrozumieć działanie komponentów stosowanych we wszystkich rodzajach systemów PV, od modułów i akumulatorów po regulatory ładowania i inwertery. Ten podręczny i przystępny przewodnik, opisujący pracę z systemami domowymi i niewielkimi systemami komercyjnymi, zapewni Ci fundamenty pozwalające na prawidłowe i bezpieczne stworzenie systemu od początku do końca.

W książce:

• Podstawy wyłuszczone prostym językiem
• Wybór systemu odpowiadającego potrzebom
• Miejsce montażu modułów
• Zasada działania modułów
• Dobór wielkości systemu PV
• Wskazówki dotyczące bezpieczeństwa
• Uzyskiwanie pozwoleń
• Pierwsze uruchomienie

O autorze 15

Podziękowania 17

Wprowadzenie 19

• O książce 19
• Konwencje zastosowane w książce 20
• Czego nie czytać 21
• Naiwne założenia 21
• Jak podzielona jest ta książka 21
  
  • Część I: Niech stanie się światłość, czyli wstępne rozjaśnienie tematu systemów PV 21
  • Część II: Szczegóły kompletnego systemu fotowoltaicznego 22
  • Część III: Dobór wielkości systemu PV 22
  • Część IV: Instalowanie systemu PV 22
  • Część V: Dekalogi 22
  • Ikony wykorzystane w książce 23
  • Co dalej? 23

CZĘŚĆ I: NIECH STANIE SIĘ ŚWIATŁOŚĆ, CZYLI WSTĘPNE WYJAŚNIENIE TEMATU SYSTEMÓW PV 25

Rozdział 1: Fotowoltaiczna rewolucja 27

• Krótko o przeszłości, teraźniejszości i przyszłości instalacji PV 27
  
  • Typowe zastosowania fotowoltaiki 28
  • Zalety i wady fotowoltaiki 28
  • Przyszłość fotowoltaiki 29
• Komponenty systemów PV 29
• Elektryczne ABC 30
• ABC zasobów energii słonecznej 31
• Analiza miejsca montażu modułów 31
• Bardziej szczegółowo o komponentach systemów PV 32
  
  • Moduły PV 32
  • Akumulatory 32
  • Regulatory ładowania 33
  • Inwertery (falowniki) 33
  • Przewody i urządzenia zabezpieczające 33
• Dobór wielkości systemu PV 34
  
  • Systemy on-grid 34
  • Systemy akumulatorowe 34
  • Przewody i zabezpieczenia 35
• Uruchomienie systemu PV 35
  
  • Pozwolenia 35
  • Bezpieczeństwo 35
  • Montaż elementów mechanicznych 36
  • Montaż elementów elektrycznych 36
  • Pierwsze uruchomienie, przegląd systemu i jego konserwacja 37
• Wstępne wskazówki dotyczące wymogów elektrycznych 38

Rozdział 2: Przegląd komponentów systemu PV oraz rodzajów systemów 39

• Komponenty systemów PV 40
  
  • Moduły PV i konstrukcje nośne 40
  • Zespół akumulatorów 41
  • Regulator ładowania 42
  • Inwerter (falownik) 42
  • Odbiorniki 43
  • Rozdzielnice napięcia 44
  • Rozłączniki i zabezpieczenia nadprądowe 45
  • Podłączenie do sieci elektrycznej 45
• Rodzaje systemów PV 47
  
  • Systemy zależne od sieci 47
  • Systemy akumulatorowe 49
• Dobór właściwego systemu w zależności od sytuacji 51
  
  • Klient jest podłączony do sieci 51
  • Klient nie jest podłączony do sieci 52

Rozdział 3: Podstawy elektryczności 55

• O tym, co płynie, czyli o prądzie 56
  
  • Ampery 56
  • Różnica między prądem stałym a prądem zmiennym 56
  • Pomiar prądu miernikiem 57
• Niech siła elektromotoryczna będzie z Tobą: napięcie 60
  
  • O koncepcji napięcia 61
  • Napięcie znamionowe a napięcie robocze 61
  • Pomiar napięcia 62
• Wszelki opór jest daremny, czyli o rezystancji 64
  
  • Omy 64
  • Pomiar rezystancji 65
• Zależność między prądem, napięciem i rezystancją, czyli prawo Ohma 67
• Moc kontra energia 67
  
  • Na czym polega różnica między mocą a energią 67
  • Zależność między mocą, prądem, napięciem i rezystancją, czyli wzór na moc 68
  • Obliczanie energii w watogodzinach 70
  • Amperogodziny, bliskie koleżanki watogodzin 71
• Zależność między prądem, napięciem, rezystancją, mocą i energią 71
• Elektryczność od innej strony: konfiguracje obwodów 72
  
  • Połączenie szeregowe 73
  • Połączenie równoległe 74
  • Połączenie szeregowo-równoległe 75

Rozdział 4: Zasoby energii słonecznej 77

• Wysoka (lub niska) energia: promieniowanie słoneczne 78
  
  • Różnica między promieniowaniem bezpośrednim a rozproszonym 78
  • Determinowanie intensywności promieniowania słonecznego: irradiancja 79
  • Obliczanie energii promieniowania: napromieniowanie 82
  • Chwytaj dzień: godziny szczytowego nasłonecznienia 84
• Prześledzenie wpływu ścieżki słońca na nasłonecznienie 87
  
  • Wpływ pór roku 88
  • Wyjaśnienie wpływu położenia Słońca względem Twojej lokalizacji: wysokość i azymut 90
  • Odmierzanie czasu słonecznego 91
  • Interpretacja wykresów solarnych 92
  • Otwieramy się na okno słoneczne 93
• Pozycjonowanie modułów fotowoltaicznych w celu maksymalizacji produkcji energii 94
  
  • Kąt nachylenia 94
  • Zorientowanie modułów względem północy właściwej 97

Rozdział 5: Wybór właściwego miejsca montażu 99

• Przygotowanie do oględzin miejsca montażu 100
  
  • Zarezerwowanie odpowiedniej ilości czasu 100
  • Stworzenie standardowego formularza oględzin 101
  • Torba z ekwipunkiem na oględziny 102
• Obraz jest wart tysiąca słów: dokumentacja oględzin za pomocą fotografii 103
• Zbieranie podstawowych informacji podczas oględzin miejsca montażu 104
  
  • Ogólne informacje o miejscu montażu 104
  • Informacje strukturalne i mechaniczne 105
  • Informacje elektryczne 107
• Informacje w stopniach 109
  
  • Deklinacja magnetyczna 109
  • Ustalanie kąta nachylenia i kąta azymutalnego modułów 111
• Przegląd narzędzi do analizy zacienienia 113
• Interpretacja danych i zebranie wszystkiego w całość 116
  
  • Analiza raportów z narzędzia do analizy zacienienia 116
  • Uwzględnienie mnożnika całkowitych zasobów energii słonecznej 117
  • Wykorzystywanie innych zebranych informacji w planowaniu systemu i jego instalacji 118

CZĘŚĆ II: SZCZEGÓŁY KOMPLETNEGO SYSTEMU FOTOWOLTAICZNEGO 121

Rozdział 6: Moduły fotowoltaiczne: od piasku do elektryczności 123

• Tworzenie elektryczności solarnej: wszystko zaczyna się od ogniwa 124
  
  • Ogniwo: budowa i proces produkcji 124
  • Budowa ogniwa a efekt fotowoltaiczny 125
• Przegląd popularnych rodzajów modułów PV 126
  
  • Moduły z krystalicznego krzemu 127
  • Moduły cienkowarstwowe 129
• Parametry elektryczne modułów fotowoltaicznych 131
  
  • Parametry prądowe 131
  • Parametry napięciowe 133
  • Punkt mocy maksymalnej 134
  • Współczynnik napięcia i temperatury 135
  • Tolerancja mocy 135
  • Bezpiecznik połączenia szeregowego 136
• Przyglądamy się warunkom testowania modułów 136
  
  • Standardowe warunki testowania 136
  • Wpływ otoczenia na uzyskiwane parametry 137
• Relacja prądu i napięcia na wykresie IV 139
  
  • Wykres IV dla różnych temperatur 140
  • Wykres IV dla różnych irradiancji 141

Rozdział 7: Akumulatory od podstaw 143

• Budowa i zasada działania akumulatora 144
  
  • Jak zbudować baterię: od ogniwa do zespołu akumulatorów 144
  • W jaki sposób akumulator się ładuje i rozładowywuje 146
• Porównanie różnych rodzajów akumulatorów 148
  
  • Akumulatory kwasowo-ołowiowe 149
  • Akumulatory wapniowo-ołowiowe 151
  • Akumulatory niklowo-kadmowe (NiCd) 152
• Pojemność akumulatora 152
  
  • Współczynnik C jako miara pojemności 153
  • Czynniki wpływające na pojemność 154
• Wybór akumulatorów 156
  
  • Ustalanie rodzaju potrzebnych akumulatorów 156
  • Ustalanie wielkości zespołu akumulatorów 157

Rozdział 8: Okiełznać napięcie i prąd: regulatory ładowania 161

• Podstawowe informacje o regulatorach 162
  
  • Fazy pracy regulatora ładowania 162
  • Przegląd dodatkowych funkcji oferowanych przez niektóre regulatory 165
• Technologia śledzenia punktu mocy maksymalnej (MPPT) 166
  
  • Zasada działania 167
  • Zalety i wady regulatorów MPPT 168
• Technologia modulowania szerokości impulsu 168
  
  • Zasada działania 169
  • Zalety i wady regulatorów PWM 169
• Wybór regulatora ładowania 170

Rozdział 9: Inwertery: AC (z) DC 171

• Inwertery zależne od sieci 172
  
  • Zasada działania 172
  • Standardowe funkcje 173
  • Moc 175
  • Istotność transformatorów 176
• Przegląd inwerterów akumulatorowych 177
  
  • Zasada działania inwertera współpracującego z siecią 178
  • Działanie inwertera wyspowego 179
  • Standardowe funkcje wszystkich inwerterów współpracujących z akumulatorami 180
  • Moc 181
  • Technologia niskiej częstotliwości transformatora 181
• Wybór inwertera 181
  
  • Inwertery zależne od sieci 181
  • Inwertery współpracujące z akumulatorami 183

Rozdział 10: Bezpieczeństwo: okablowanie i komponenty zabezpieczające 185

• Rodzaje obwodów w systemie PV 186
• Przegląd rodzajów przewodów 187
  
  • Przewody między modułami 188
  • Przewód (kabel) solarny 189
  • Przewody do stosowania w budynkach 189
  • Okablowanie akumulatorów 190
  • Uziemienie 190
• Rodzaje rur na okablowanie 191
  
  • Rury metaliczne 192
  • Rury niemetaliczne 192
• Rozłączniki 193
• Zabezpieczenia nadprądowe 194
  
  • Wyłączniki nadprądowe 194
  • Bezpieczniki 195
• Zabezpieczenie przed zwarciem doziemnym 196
• Podstawowe oznaczenia fotowoltaiki 197

CZĘŚĆ III: DOBÓR WIELKOŚCI SYSTEMU PV 199

Rozdział 11: Dobór wielkości systemu zależnego od sieci 201

• Kwestie zasadnicze: budżet i dostępne miejsce na moduły 202
• Szacowanie rocznej produkcji energii 203
• Dobór mocy modułów do zapotrzebowania klienta na energię elektryczną 204
  
  • Ustalenie rocznego zużycia energii 205
  • Przegląd dostępnych umów z dostawcą 205
  • Ustalenie potrzebnej mocy modułów na podstawie zużycia energii i dostępnych opcji umowy z siecią 206
• Przygotowania do dopasowania inwertera do modułów 207
• Dobieranie mocy inwertera do modułów 208
• Ustalenie poziomów napięć zespołu modułów i inwertera 210
  
  • Ustalenie napięcia AC 211
  • Ustalenie okna napięć DC inwertera 211
  • Obliczanie maksymalnego napięcia DC na modułach 212
  • Obliczanie minimalnego napięcia DC na modułach 218
• Zbieramy wszystko w całość: podsumowanie informacji mocowych i napięciowych 223
• Ostatnia kwestia: maksymalny prąd wejściowy inwertera 224

Rozdział 12: Dobór wielkości systemu akumulatorowego 225

• Zużycie: przegląd odbiorników w systemie akumulatorowym 226
  
  • Szacowanie zapotrzebowania odbiorników, które muszą być obsłużone przez akumulatory 227
  • Obliczanie zapotrzebowania na energię podczas zaniku napięcia w sieci w systemach z nią współpracujących 229
  • Obliczanie średniego dziennego zużycia energii w systemach wyspowych 229
• Dobór pojemności zespołu akumulatorów 231
  
  • Sprawność inwertera 232
  • Dni autonomii 232
  • Temperatura robocza akumulatorów 233
  • Głębokość rozładowania 233
  • Napięcia nominalne 234
  • Ustalenie wymaganej pojemności akumulatorów 235
  • Łączenie akumulatorów w zespole 236
• Dobieranie mocy zespołu modułów 238
  
  • Dobieranie mocy modułów w systemie współpracującym z siecią 238
  • Dobór mocy modułów w systemie wyspowym 238
• Dobór regulatora ładowania 241
  
  • Parametry napięciowe 242
  • Parametry mocowe lub prądowe 243
  • Zanim podążymy dalej: porównanie mocy zespołu modułów z pojemnością akumulatorów 244
• Dobieranie inwertera 245
  
  • Napięcie wyjściowe 245
  • Obliczanie poboru mocy 246
  • Tylko mi się nie rozładuj 246
  • Rzut oka na skokowy pobór prądu 247
  • Ocena mocy wyjściowej inwertera i modułów 247
• Agregat prądotwórczy 248
  
  • Parametry agregatów 248
  • Moc agregatu 249

Rozdział 13: Dobór przewodów, rur i komponentów zabezpieczających 251

• ABC doboru grubości przewodów 252
  
  • Ustalanie prądu maksymalnego i ciągłego w obwodach systemu PV 253
  • Obliczanie maksymalnego prądu w obwodach niefotowoltaicznych 254
  • Uwzględnienie warunków użytkowania za pomocą kilku poręcznych tabel 255
  • Zbieramy wszystkie informacje i ustalamy grubość przewodów 258
  • Uwzględnianie spadków napięcia po dobraniu grubości przewodów 260
• Dobór rur 265
• Dobór zabezpieczeń nadprądowych i rozłączników 266
  
  • Zacznijmy od podstaw 266
  • Umiejscowienie zabezpieczeń w obwodach PV 267
  • Zabezpieczenia obwodów inwertera 268

CZĘŚĆ IV: INSTALOWANIE SYSTEMU PV 269

Rozdział 14: Bezpieczeństwo w pracy z systemem PV 271

• Ogólne bezpieczeństwo na placach budowy 272
  
  • Identyfikowanie przeszkód w miejscu pracy i niezwłoczne zakładanie sprzętu ochronnego 272
  • Bezpieczna praca w pojedynkę i z innymi 273
  • Wskazówki dotyczące bezpieczeństwa z narzędziami 274
  • Ograniczenie ekspozycji na skrajne warunki 274
  • Apteczka w miejscu pracy 275
• Bezpieczeństwo na drabinie 275
  
  • Wybór drabin do swojego zestawu 275
  • Właściwe ustawienie drabiny 277
• Kwestia bezpieczeństwa na dachu 278
  
  • Zabezpieczenie przed upadkiem z wysokości 279
  • Przechowywanie narzędzi 280
  • Zachowanie bezpiecznych przejść 280
• O bezpieczeństwie elektrycznym 281
  
  • Ogólne ryzyko porażeń 281
  • Praca z obwodami 282
• Bezpieczeństwo w pracy z akumulatorami 285

Rozdział 15: Montaż elementów mechanicznych 287

• Przegląd metod montażu modułów PV 288
  
  • Montaż na dachu 289
  • Montaż naziemny 293
  • Montaż na słupku 295
  • Montaż zintegrowany z budynkiem 297
• Rozważenie obciążenia w przypadku montażu na dachu 298
  
  • Wymogi budowlane 298
  • Uwzględnienie dodatkowych obciążeń stałych 299
  • Obciążenia zmienne 301
• Właściwe przytwierdzenie zespołu modułów do dachu 302
  
  • Przytwierdzanie wkrętami z łbem sześciokątnym 302
  • Uszczelnianie otworów w dachu 304
• Fundamenty w montażu na ziemi i na słupku 306

Rozdział 16: Integracja elementów elektrycznych 309

• Umiejscowienie poszczególnych komponentów 310
  
  • Wymogi producentów odnośnie do rozlokowania komponentów 310
  • Lokalizacja urządzeń rozłączających 311
  • Skrzynki przyłączeniowe i przewody 313
• Praca z przewodami 313
  
  • Zielono mi (i czerwono, i biało): kod kolorystyczny 313
  • Układanie przewodów wychodzących z modułów 315
  • Zabezpieczenie przewodów rurami 316
• Nawiązujemy łączność z ziemią: uziemienie 317
  
  • Uziemienie sprzętu 317
  • Uziemienie systemu 320
• Podłączenie do sieci 323
  
  • Ustalenie wymagań dostawcy prądu 323

Rozdział 17: Pierwsze uruchomienie, przegląd i konserwacja systemu PV 329

• Lista rzeczy do dwukrotnego sprawdzenia: przygotowanie do pierwszego uruchomienia 330
  
  • Elementy mechaniczne? Sprawdzone! 330
  • Elementy elektryczne? Sprawdzone! 331
• Ceremonię czas zacząć: proces pierwszego uruchomienia 335
  
  • Przede wszystkim bezpieczeństwo 335
  • Zbieranie potrzebnego sprzętu 336
  • Pierwsze uruchomienie w zależności od rodzaju systemu 337
  • Sprawdzenie działania systemu 341
• Konserwacja systemu 342
  
  • Konserwacja elementów mechanicznych 343
  • Konserwacja elementów elektrycznych 343
  • Wyższy poziom konserwacji: dbanie o akumulatory 344

CZĘŚĆ V: DEKALOGI 347

Rozdział 18: Dziesięć sposobów na uniknięcie problemów z przepisami 349

• Zapewnienie odpowiedniego dostępu roboczego 350
• Zapewnienie odpowiedniej konstrukcji wsporczej 350
• Ochrona budynku przed przenikaniem wody 351
• Dbałość o odpowiednie parametry wszystkich przewodów 351
• Zabezpieczenie przewodów przy modułach 352
• Wybór właściwej rury 353
• Lokalizacja rozłączników 353
• Uziemienie sprzętów 353
• Uziemienie systemu 354
• Odpowiednie oznakowanie systemu 354

Rozdział 19: Dziesięć sposobów na maksymalizację produkcji energii przez systemy Twoich klientów 355

• Wybierz właściwe miejsce 356
• Dobrze zorientuj moduły 356
• Dobrze skonfiguruj moduły 356
• Zmieść się w oknie napięcia AC 357
• Wybierz właściwy inwerter 357
• Dobierz odpowiednią grubość przewodów 358
• Dbaj o niską temperaturę komponentów 358
• Doradź klientowi, by monitorował swój system 359
• Regularnie oczyszczaj moduły 359
• Dokonuj corocznej inspekcji modułów 360