Fotonaponski sustav je skup opreme pomoću koje pretvaramo solarnu energiju sunca u električnu energiju. Sastoji se on nosača modula,fotonaponskog modula, DC/AC izmjenjivač, regulatora punjenja, baterijskog sustava i ostalih dijelova.
Fotonaponski modul sastoji se od solarnih ćelija koje su međusobno spojene u paralelno – serijskoj kombinaciji kako bi se dobila određena snaga modula. U solarnoj ćeliji sunčeva energija pretvara se u električnu energiju na principu fotonaponskog efekta.
Fotonaponski efekt otkrio je francuski fizičar Alexandre-Edmond Becquerel (1820-1891) 1839 godine. Fotonaponske ćelije izgrađene su od dva sloja – pozitivnog i negativnog, a razlika potencijala između ta dva sloja ovisi o intenzitetu solarnog zračenja. Solarna energija stiže na Zemlju u obliku fotona. Prilikom pada na površinu solarne ćelije ti fotoni predaju svoju energiju panelu i na taj način izbijaju negativno nabijene elektrone iz atoma. Izbijeni elektroni kreću se prema drugoj (negativnoj) strani panela i na taj način dolazi do razlike potencijala, tj. generira se električna energija. Fotonaponske ćelije grade se od silicija, a silicij je jedan od najzastupljenijih elemenata na Zemlji.
Solarna ćelija kao izvor električne energije (fotonaponski efekt)
Da bi se dobila određena snaga fotonaponskog sustava treba spojiti više fotonaponskih modula. Njihovim serijskim spajanjem, napon između pozitivnog i negativnog pola jednak je zbroju napona pojedinih modula. Paralelnim spajanjem fotonaponskih modula ukupni napon jednak je naponu pojedinog modula, a ukupna struja jednaka je zbroju pojedinih modula.
Primjeri serijskog i paralelnog spoja fotonaponskih modula
Regulatori punjenja imaju funkciju kontrole punjenja akumulatora, kontrolu pražnjenja akumulatora i cikličko punjenje akumulatora.
Akumulatori služe za pohranu električne energije, kako bi se mogla koristiti noću kada nema sunčeve svjetlosti. Svaki akumulator ima svoj kapacitet izražen u Ah – umnožak vremena pražnjenja akumulatora s prosječnom jakošću struje pražnjenja. Najčešće vrste akumulatora su: olovni, olovni suhopunjeni (gel), NiCd, NiMh.
Izmjenjivači pretvaraju istosmjernu struju DC, iz akumulatora u izmjeničnu struju AC, za trošila 230 V i 50 Hz.
Ovisno o načinu rada fotonaponski sustavi mogu biti:
• Samostojeći (autonomni) fotonaponski sustavi (engl. off grid, stand alone)
• Mrežni (umreženi) fotonaponski sustavi (engl. on grid, grid connected)Samostojeći fotonaponski sustavi su oni sustavi koji svoje potrošače opskrbljuju električnom energijom neovisno o mreži. Njihova je zadaća u potpunosti pokriti potrebu potrošača. Zbog navedenih razloga takvi sustavi moraju imati pohranu. Pohrana služi kako bi primila višak električne energije za vrijeme sunčanih dana, a opskrbljivala energijom potrošače za vrijeme oblačnih, tmurnih dana ili kad bi zahtjevi potrošača bili veći od proizvedene električne energije.
Karakterističan primjer samostojećeg fotonaponskog sustava
Mrežni fotonaponski sustavi su oni sustavi koji su direktno spojeni na mrežu. U slučaju veće proizvodnje električne energije nego što zahtjeva potrošač, višak se energije predaje u mrežu i obrnuto, ukoliko je potreba za električnom energijom veća od proizvedene električne energije sustava, tada će se potrošači opskrbiti iz električne mreže.
Karakterističan primjer mrežnog fotonaponskog sustava
Elementi fotonaponskog sunčevog sustava najvećim su dijelom određeni karakteristikama građevine (položaj, orijentacija, dimenzije) na kojoj će sustav biti ugrađen. Što se tiče položaja, prvo uzimamo u obzir ima li u blizini izgrađen elektroenergetski sustav. Ako ona nije izgrađena, ili je priključna točka uglavnom daleko, a time priključak skup, tada možemo razmotriti izgradnju otočnog sustava, čije troškove možemo usporediti s troškovima priključka na električnu mrežu. Ako su ti troškovi slični, ili je otočni sustav čak malo skuplji od priključka na električnu mrežu, izgradnja se isplati jer će proizvedena električna energija biti besplatna.
U naseljenim mjestima električna mreža je svugdje izgrađena. Na tim lokacijama moguće je izgraditi mrežni sustav, jer su stvoreni zakonski okviri za tu mogućnost. Tada još uvijek imamo mogućnost izbora otočnog sustava, ali u ovom slučaju su znatne ekonomske prednosti na strani mrežnih sustava.