PV a 20 stopień zasilania
Kompleksowa realizacja systemu fotowoltaicznego obejmuje projekt sporządzony przez wykwalifikowanych projektantów w oparciu o podstawy prawne z zakresu m.in. prawa energetycznego i budowlanego. Kompletny projekt złożony jest z opisu rozwiązań projektowych, opracowanych na podstawie analizy technicznej budowy elektrowni fotowoltaicznej; dobranych urządzeń i elementów niezbędnych do powstania elektrowni oraz analizy zacienienia i produkcji energii elektrycznej. Uzupełnieniem dokumentacji technicznej danej elektrowni fotowoltaicznej jest schemat połączeń elektrycznych, konstrukcji wsporczej oraz dokumentacja techniczna modułów fotowoltaicznych i falownika.
Moduły fotowoltaiczne bezpośrednio konwertują energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną, w postaci prądu i napięcia stałego. Każdy moduł zbudowany jest z ogniw fotowoltaicznych łączonych przede wszystkim szeregowo oraz częściowo równolegle. Moduły zabezpiecza się diodami bocznikującymi z polaryzacją przeciwną do polaryzacji ogniw. Taki zabieg pozwala chronić instalację fotowoltaiczną przed skutkami zacienienia takimi jak przegrzewanie się ogniw w wyniku przepływu prądu wstecznego czy znaczne straty mocy w całej instalacji. W efekcie konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną w panelach fotowoltaicznych na wyjściu otrzymuje się prąd stały (DC). W sieciach elektroenergetycznych wykorzystywany jest prąd zmienny (AC) konieczne jest zastosowanie falownika (inwertera). Falownik to urządzenie, które konwertuje energię elektryczną z modułu fotowoltaicznego, w postaci prądu i napięcia stałego, na prąd i napięcie przemienne o parametrach zgodnych z siecią elektryczną niskiego napięcia (230/400V 50 Hz). Dobrze dobrany falownik z układem śledzenia mocy maksymalnej (MPPT) pozwala na ograniczenie strat mocy w instalacji spowodowanych zmianami warunków atmosferycznych czy występowania zacienienia. W celu uniknięcia uszkodzenia falownika oraz w celu uniknięcia strat wydajności jego pracy, parametry łańcuchów modułów fotowoltaicznych po stronie napięcia stałego powinny być precyzyjnie dobrane, żeby nie przekraczały w żadnych warunkach dopuszczalnych parametrów wejściowych falowników. Najczęściej montowanymi elektrowniami fotowoltaicznymi są elektrownie podłączone do wewnętrznej instalacji elektrycznej danego budynku, a wyprodukowana energia elektryczna bezpośrednio wykorzystywana jest na potrzeby budynku. W sytuacji, gdy instalacja wyprodukuje więcej energii niż wynosi zapotrzebowanie na prąd danego obiektu nadwyżka jest przekazywana do zakładu energetycznego (jest to tzw. system on-grid). W przypadku zaniku zasilania sieciowego falownik automatycznie przełącza się na tryb „uśpienia”, do czasu powrotu napięcia sieciowego, co uniemożliwia dostarczenie energii elektrycznej do sieci dystrybucyjnej. W rzadziej spotykanych systemach wyspowych (tzw. off-grid) cała wyprodukowana energia jest zużywana na potrzeby własne budynku lub jest ona magazynowa – nie ma przyłączenia do sieci elektroenergetycznej.
Uproszczony schemat systemu fotowoltaicznego on-grid.
W przypadku awarii zasilania w zakładzie energetycznym, przedsiębiorstwo posiadające elektrownie fotowoltaiczną przyłączoną do sieci elektroenergetycznej (on-grid) nie może korzystać z energii produkowanej przez fotowoltaikę. Może to mieć miejsce wyłącznie w przypadku elektrowni fotowoltaicznej nieprzyłączonej do sieci (off-grid), która jest dodatkowo wyposażona w magazyny energii elektrycznej. W przypadku elektrowni przyłączonej do sieci (on-grid) nie ma takiej możliwości, ponieważ każda awaria lub wyłączenie sieci powoduje automatyczne wyłączenie falownika (przejście w tryb „uśpienia”) co podyktowane jest względami bezpieczeństwa sieci i ludzi.
Konstrukcja wsporcza jest jednym z niezbędnych elementów do powstania systemu fotowoltaicznego. Przykładowo konstrukcja na dachu płaskim, na których posadowione są moduły fotowoltaiczne składa się z trójkątów i profili aluminiowych oraz elementów montażowych, tj. śrub, nakrętek, podkładek, klem zaciskowych środkowych i bocznych, wykonanych ze stali nierdzewnej i aluminium. Zazwyczaj wsporniki aluminiowe przykręca się na połaci dachowej, a pomiędzy nimi a dachem umieszcza się gumowe uszczelki. Najbardziej optymalną pozycją ułożenia modułów fotowoltaicznych jest pozycja pod kątem 30-35° względem płaszczyzny poziomej w zależności od szerokości geograficznej. Kolejną, niezbędną częścią każdego systemu fotowoltaicznego jest okablowanie. W części stałoprądowej (DC) połączenia poszczególnych modułów oraz połączenie łańcuchów modułów do falownika wykonuje się za pomocą przewodu jednożyłowego o odpowiednio dobranym przekroju. Energia elektryczna produkowana przez elektrownie fotowoltaiczną jest doprowadzona do rozdzielni niskiego napięcia. W rozdzielnicy na przyłączu systemu fotowoltaicznego instaluje się zabezpieczenia o prądach znamionowych dobranych do warunków pracy. Przewody stosowane na drodze od falowników podłącza się do zacisków zabezpieczeń znajdujących się w rozdzielnicy obiektu. Natomiast przekrój przewodu dobiera się do warunków obciążenia długotrwałego, spadku napięcia i warunków zwarciowych.
