Projektowanie PV: metody wykorzystywane wcześniej a teraz

Projektowanie PV: metody wykorzystywane wcześniej a teraz

Projektowanie PV czyli instalacji fotowoltaicznych pozwalających uzyskać energię elektryczną na skutek przetworzenia promieniowania słonecznego stało się, szczególnie w Polsce, popularne dopiero od całkiem niedawna. Większe zainteresowanie naszych rodaków tym tematem wzbudziła dopiero długotrwała dyskusja na temat ustawy o odnawialnych źródłach energii (OZE) oraz związana z tym możliwość uzyskania dofinansowania na małe (do 10 kW), przydomowe instalacje PV.

Wprawdzie moduły słoneczne na dachach domów w naszym kraju można zaobserwować coraz częściej, a potencjał elektrowni słonecznych w Polsce na koniec 2015r. osiągnął 71 MW, jednak jest to u nas wciąż młoda dziedzina wiedzy, przynajmniej z użytkowego punktu widzenia. Przy tym pewnie niewiele osób zdaje sobie sprawę, że o „sztucznych liściach”, które mogłyby zamieniać światło słoneczne na prąd elektryczny pomyślano już w 1839r. (Tak właśnie! W XIX wieku!), a w 1883r. Charles Fitts zbudował pierwsze selenowe ogniwo słoneczne, niestety o sprawności wynoszącej zaledwie 1%. 

Na długoletniej drodze do uzyskania współczesnych efektów związanych z projektowaniem PV o osiąganych obecnie mocach pojawił się między innymi:
– w 1911r. pierwszy kolektor słoneczny przeznaczony do podgrzewania wody, a opatentowany przez Williama J, Bailley`a;

– w 1918r. – Polak Jan Czochralski, zwany ojcem rewolucji elektronicznej, który wymyślił metodę wytwarzania monokryształów metali i ich stopów; metoda ta znalazła później zastosowanie przy wytwarzaniu monokryształów krzemu przydatnych w produkcji modułów pv;

– w 1921r. – Albert Einstein otrzymał nagrodę Nobla za wyjaśnienie zjawiska fotoelektrycznego;

– dopiero w 1960r. w firmie Hoffmann Electronics powstało ogniwo o sprawności 14%, a w 1992r. naukowcy z uniwersytetu na Florydzie zbudowali ogniwo osiągające sprawność 15,9%;

Dzięki usprawnieniu oraz potanieniu ogniw fotowoltaicznych można było między innymi zbudować samolot, który napędzany energią słoneczną poleciał na wysokość 26 km (w 1998r.), albo z ogniw umieszczonych na ścianach 5 pięter drapacza chmur w Nowym Jorku zaopatrywać ten budynek w energię elektryczną (1999r.).

Pierwszą elektrownią słoneczną, która osiągnęła moc 1 MW była – powstała w Stanach Zjednoczonych w 1982r. – elektrownia Lugo. Natomiast w 2013r. rozpoczęto w Kalifornii budowę elektrowni Topaz, której moc docelowa planowana jest na 500 MW.

Ta przedstawiona bardzo pobieżnie, długoletnia i ciekawa historia fotowoltaiki wymagała niewątpliwie do wszelkich prac związanych z projektowaniem mniejszych lub większych instalacji słonecznych generujących prąd, znacznej wiedzy inżynierskiej oraz wielu żmudnych obliczeń.

Koncepcja każdej nowej instalacji PV zależy od dwóch zasadniczych parametrów:
• od stopnia nasłonecznienia/zacienienia miejsca gdzie ma być ona zbudowana,
• od planowanej mocy docelowej.

Dopiero w oparciu o te wielkości można było przejść do projektu elektrycznego, potem wykonawczego oraz do stworzenia pełnej dokumentacji technicznej.

Z pewnością nie tylko w Polsce konieczne jest dodatkowo uzyskanie wszelkich niezbędnych pozwoleń od odpowiednich organów administracji. Ponadto inwestor zwykle zainteresowany jest informacją na temat przyszłej opłacalności inwestycji, a w Polsce dodatkowo możliwością uzyskania dofinansowania albo osiągnięciem potencjalnych korzyści z odsprzedaży nadwyżek energii po podłączeniu się do wspólnej sieci energetycznej.

Stopień skomplikowania takiego projektu powodował, że zwykle zlecało się go wyspecjalizowanej firmie, która posiadała odpowiednich fachowców i przygotowywała tzw. projekt „pod klucz”. Potem zwykle oferowała dodatkowo serwis oraz monitorowanie prawidłowości działania powstałej instalacji fotowoltaicznej. Do prac projektowych wykorzystywane były komputery w celu ułatwienia obliczeń, jednak nie było jednej kompleksowej aplikacji, która byłaby w stanie obsłużyć wszystkie etapy projektu.

Odkąd powstało oprogramowanie BlueSol przeznaczone do projektowania instalacji PV, wszystkie wyżej wymienione etapy można znacznie uprościć. Dzięki wbudowanym bazom danych zawierających np. komponenty elektryczne czy stopnie nasłonecznienia w różnych miejscach globu, wiele obliczeń można wykonać automatycznie po wprowadzeniu odpowiednich parametrów.

Podczas obliczeń można korzystać z własnych lub wbudowanych baz danych. Po sporządzeniu projektu istnieje możliwość przeprowadzenia symulacji, która wykryje wszelkie „szwankujące” punkty działania instalacji. Trójwymiarowa wizualizacja da klientowi wyobrażenie o efekcie końcowym projektu. Oprócz części technicznej, aplikacja BlueSol obsługuje również analizę opłacalności instalacji czy podpowiada wzory dokumentów potrzebnych na etapie załatwiania formalności. Oczywiście jako efekt końcowy umożliwia też wygenerowanie pełnej dokumentacji. Osoby zainteresowane mogą przez 30 dni wypróbować program za darmo.