STANDARDIZACIJA NA PODROČJU SONČNIH ELEKTRARN · STANDARDIZACIJA NA PODROČJU SONČNIH ELEKTRARN Ključne besede: sončne elektrarne, standardizacija, obnovljivi viri energije,

Anţe Vidrih

STANDARDIZACIJA NA PODROČJU

SONČNIH ELEKTRARN

Diplomsko delo

Maribor, september 2011

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa

STANDARDIZACIJA NA PODROČJU SONČNIH ELEKTRARN

Študent: Anţe Vidrih

Študijski program: Univerzitetni študijski program ( 1. bolonjska stopnja)

Smer: Elektrotehnika

Mentor: red. prof. dr. Joţe Pihler

Somentor red. prof. dr. Joţe Voršič

Somentor iz prakse: dr. Sebastijan Seme

Lektorica: prof. Irena Ţunko

Maribor, september 2011

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju prof. dr. Joţetu Pihlerju za

pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.

Prav tako se zahvaljujem somentorju prof. dr. Joţetu

Voršiču.

Posebna zahvala gre somentorju iz prakse dr.

Sebastijanu Semetu, ki mi je pomagal z nasvetu pri

izdelovanju diplomskega dela.

Zahvala tudi staršem, ki so mi omogočili študij in

prijateljem za vzpodbudo.

STANDARDIZACIJA NA PODROČJU SONČNIH

ELEKTRARN

Ključne besede: sončne elektrarne, standardizacija, obnovljivi viri energije, sončna

energija

UDK: 621.311.243(043.2)

Povzetek

Diplomsko delo predstavlja standardizacijo s področja sončnih elektrarn. Standardi

predstavljeni v diplomski nalogi zajemajo standardizacijo sončnih elektrarn kot celoto,

posamezne gradnike in sončne celice. Prav tako so predstavljeni standardi s področja

elektrotehnike, ki so posredno povezani s sončnimi elektrarnami. Vsa oprema in sončni

moduli morajo zadostiti določenim pogojem, ki jih predpisujejo v Mednarodni elektrotehniški

komisiji (IEC). Pri tem so pogoji določeni tako, da posamezni element sončne elektrarne

deluje brezhibno, v skladu z zakoni in standardi. Cilj diplomskega dela je zbrati standarde s

področja sončnih elektrarn in jih predstaviti na enem mestu. Tako je v diplomskem delu

predstavljenih preko 40 standardov s kratkimi opisi glavnih značilnosti. Za lažje razumevanje

standardov s področja sončnih elektrarn so v uvodnih poglavjih predstavljeni tudi obnovljivi

viri, sončno sevanje in sončne celice.

PHOTOVOLTAIC SYSTEMS STANDARDIZATION

Keywords: photovoltaic systems, standardization, renewable energy sources, photovoltaic

energy

UDK: 621.311.243(043.2)

Abstract

This thesis represents the standardization in the field of solar power plants. The standards

presented in the thesis cover the standardization of solar power plants as a whole, the

individual parts and the solar cells. It also sets out the standards in the field of electrical

engineering, which are indirectly related to solar power stations. All equipment and solar

modules must meet the specified conditions, prescribed in the International Electrotehnical

Commission (IEC). The conditions are laid down, if the solar power plant is functioning

correctly, in accordance with the laws and standards. The objective of this thesis work is to

collect the standards in the field of solar power plants and present them in one place. That is

why there are over 40 standards with short descriptions of their main features presented in

my thesis. In order to facilitate understanding on the standards in the field of solar power

plants, the introductory chapters also present information on renewable sources, solar

radiation, and solar cells.

….

VSEBINA

1 Uvod ...............................................................................................................................1

2 Energetika in energija sonca v Sloveniji, Evropi in svetu .................................................3

2.1 Energetika ................................................................................................................3

2.2 Energetika v Sloveniji ..............................................................................................3

2.3 Energetika v Evropi ..................................................................................................4

2.4 Energetika v svetu ....................................................................................................5

2.5 Energija sonca in obnovljivi viri energije ..................................................................5

3 Sončno sevanje ................................................................................................................7

3.1 Podnebje ..................................................................................................................7

3.2 Moč in energija ........................................................................................................8

3.3 Solarna geometrija .................................................................................................. 11

4 Sončne elektrarne in sončne celice ................................................................................. 13

4.1 Lastnosti sončne celice ........................................................................................... 13

4.2 Vrste sončnih celic ................................................................................................. 14

4.3 Ostali gradniki sončne elektrarne ............................................................................ 17

5 Standardizacija na področju sončnih elektrarn ............................................................... 19

5.1 Splošni standardi .................................................................................................... 19

5.2 Standardi za sončne celice ...................................................................................... 30

5.3 Standardi za opremo ............................................................................................... 37

5.4 Standardi za fotonapetostne sisteme kot celoto ....................................................... 42

6 Sklep ............................................................................................................................. 47

7 Literatura ....................................................................................................................... 48

Kratek ţivljenjepis ................................................................................................................ 50

Kazalo slik

Slika 2.1: Moč sončnih elektrarn v Sloveniji na dan 20. 08. 2011 [4] ......................................4

Slika 3.1: Sončno obsevanje Evrope [9]..................................................................................8

Slika 3.2: Povprečno sončno sevanje ......................................................................................9

Slika 3.3: Solarni geometrijski koti ....................................................................................... 11

Slika 4.1: Polprevodniški spoj .............................................................................................. 13

Slika 4.2: PN-spoj pri osvetlitvi ............................................................................................ 14

Slika 4.3: Monokristalni sončni modul [7] ............................................................................ 15

Slika 4.4: Polikristalna sončna celica [7] ............................................................................. 16

Slika 4.5: Tankoplastne sončne celice [13] ........................................................................... 16

Slika 4.6: Amorfni sončni modul [14] ................................................................................... 17

Slika 4.7: Shematski prikaz sončnega sistema [14] ............................................................... 18

Slika 5.1: Tokovno-napetostna karakteristika ....................................................................... 31

Slika 5.2: PVPGS-ozemljitev................................................................................................. 33

Slika 5.3: Vodoodporen vtič .................................................................................................. 38

Slika 5.4: Fotonapetostni sistem generiranja moči ................................................................ 43

Slika 5.5: Parametri merjeni na mestu postavitve ................................................................. 44

Slika 5.6: Diagram testa uspešnosti ...................................................................................... 45

Kazalo tabel

Tabela 3.1: Sončno sevanje pri različnih vremenskih pogojih [8] ......................................... 10

Tabela 4.1: Vrste sončnih celic iz silicija .............................................................................. 14

Tabela 5.1: Veličine od 1 do 7 .............................................................................................. 22

Tabela 5.2: Enote od 1 do 7 .................................................................................................. 22

Uporabljene kratice

ETC – ekvivalent temperature celice

PV – fotonapetostni sistemi

SIST – Slovenski inštitut za standardizacijo

AM – faktor zračne mase

EMC – elektromagnetna zdruţljivost

UV – ultravijolično sevanje

IEC – Mednarodna elektrotehniška komisija

CENELEC – Evropski komite za elektrotehniko

CEN – Evropski komite za standardizacijo

ETSI – Evropski inštitut za telekomunikacijske standarde

ZDA – Zdruţene drţave Amerike

TC – tehnični komite

AC – izmenični tok

DC – enosmerni tok

ISO – Mednarodna organizacija za standardizacijo

NOVE – neobnovljivi viri energije

OVE – obnovljivi viri energije

EU – Evropska unija

HE – hidroelektrarna

TE – termoelektrarna

SE – sončna elektrarna

IAE – Mednarodna agencija za energijo

MCCB – modularni odklopnik

RCCB – zaščitna stikala za diferenčni tok

STC – standardni testni pogoji

ATC – spremenljivi testni pogoji

Uporabljeni simboli

α [°] – kotna višina sonca

AM – faktor zračne mase

L [°] – zemljepisna dolţina

l [°] – zemljepisna širina

δ [°] – deklinacija

Ф [°] – azimut sonca

β [°] – naklon ploskve

Ψ [°] – azimut ploskve

i [°] – vpadni kot

h [°] – urni kot

U [V] – napetost

I [A] – tok

ISC [A] – tok kratkega stika

UOC [V] – napetost odprtih sponk

Pmax [kW] – največja moč

IL [A] – bremenski tok

G [ -2Wm ] – sončno sevanje

maxG [-2Wm ] – maksimalno obsevanje, ko je sonce pravokotno nad površino

t [h] – čas dneva

0t [h] – polovica dnevnega sevanja

s – faktor profila modula

R [%] – nazivni izhodni izkoristek

0P [kW] – izhodna moč iz pretvornika moči

iP [kW] – vhodna moč v pretvornik moči kot izhodna moč

par [%] – delni izhodni izkoristek

opP [kW] – delna izhodna moč iz pretvornika moči

ipP [kW] – vhodna moč v pretvornik moči kot izhodna moč

E [%] – energijski izkoristek

0W [kW] – izhodna energija na časovno enoto

iW [kW] – vhodna energija na časovno enoto

Anţe Vidrih: Diplomska naloga

Stran 1

1 UVOD

Nekje 100 let nazaj je gospod po imenu Frank Shuman dejal: ''To je najbolj racionalen vir

energije!'' Seveda je mislil sončno energijo, ki je ţe takrat zanimala veliko znanstvenikov. Ţe

v začetku 19. stoletja, natančneje 1839, je Alexandre Edmond Bequerel (1821-1891), kot

devetnajstletni deček, v očetovem muzeju odkril fotonapetostni pojav. S tem je dal povod in

začetek, v zadnjem času zelo aktualne, pretvorbe energije sonca v električno energijo ali

krajše fotovoltaike. Z njo so se skozi stoletja ukvarjali tudi Charles Fritts, ki je izdelal prvo

selensko foto celico, Nobelov nagrajenec Albert Einstein, Poljak Jan Czohralski, ki je razvil

metodo za pridobivanje monokristalnega silicija in drugi. Tako kot je napredoval razvoj

sončnih elektrarn, je vzporedno rastla tudi pomembnost obnovljivih virov energije (OVE).

Obnovljivi viri energije so tisti, ki vključujejo vse vire energije, ki jih zajemamo iz stalnih

naravnih oziroma neizčrpnih procesov in so s stališča ekonomičnosti zelo pomemben vir, kar

pa je dandanes primarna stvar. V tem času še zato toliko bolj strmimo k čedalje cenejši

energij. Primat fosilnih goriv je še vedno prisoten v vsakdanjem ţivljenju ljudi, saj ne vedo

izkoristiti energij, ki jih ponujajo sonce, veter, voda, les itd. In prav zaradi fosilni goriv je

človeštvo in ekosistem zelo ogroţen, vendar večina razvoja in industrije temelji na prav teh

virih energije, kar pa ni mogoče zaustaviti. Zato znanstveniki in tisti, ki se ukvarjajo z

okoljsko problematiko postavljajo čedalje višje standarde in tehnološke zahteve pri razvoju in

uvajanju novih tehnologij.

Znanstveniki na tem področju ţe dolgo iščejo zamenjavo za fosilna goriva. Premog, ki je bil

včasih glavni vir za ogrevanje, se ne uporablja več. Tako je zdaj čas, da bi poskrbeli za t. i.

''črno zlato''. Na področju ogrevanja je ţe zelo konkurenčna biomasa, ki predstavlja 7–10 %

svetovne energije in z visokim izkoristkom kotla prekaša marsikatero oljno peč. Druga

zgodba se dogaja na področju avtomobilske industrije, kjer poleg plinskega in električnega

pogona čedalje bolj v ospredje prihajajo motorji na vodik. Pridobivanje le-tega pa je s

pomočjo elektrolize, ki se jo posluţujemo tudi pri fotonapetostnih sistemih.

Pustimo času čas, dejstvo je, da po naročilu Evropske unije mora vsaka drţava članica do leta

2020 doseči 20 % deleţ energije iz OVE. Slovenija ima ta deleţ okoli 16–17 % [1]. V

pristopnih pogajanjih je bil za Slovenijo določen indikativen cilj, ki pa je sprava imel letnico

2010. Na podlagi tega se je v zadnjih dveh letih povečala izgradnja sončnih elektrarn, ki so se

tudi tehnološko dopolnila, predvsem na področju večjih izkoristkov, daljše ţivljenjske dobe

vseh gradnikov sončne elektrarne. Vse to pa mora zadostovati načelom Mednarodni

elektrotehniški komisiji (IEC – International electrotehnical comminion), ki izdaja pravila in

standarde na področju elektrotehnike. Pojem standardizacija oziroma poenotenje je metoda,

katero bistvo tiči v odstranjevanju raznovrstnosti in določanju izenačenosti na področjih

kakovosti, oblike, materiala, varnosti zanesljivosti ter ţivljenjske dobe izdelka. Večina drţav

zraven mednarodnih standardov še upošteva lastne standarde. Omenjeno vlogo v Sloveniji


Stran 2

opravlja Slovenski inštitut za standardizacijo (SIST). SIST je slovenski nacionalni organ, ki

skrbi za področje priprave in sprejemanja neobveznih standardizacijskih dokumentov in

zastopa interese Slovenije v mednarodnih (ISO in IEC) in evropskih organizacijah (CEN,

CENELEC, ETSI), katerih polnopravni član je. SIST je pričel delovati leta 2001, ko je

prevzel naloge, povezane s pripravo in sprejemanjem slovenskih nacionalnih standardov od

takratnega Urada za standardizacijo in meroslovje [2].

Cilj diplomskega dela je zbrati standarde s področja sončnih elektrarn in jih predstaviti na

enem mestu.

V diplomskem delu bomo najprej podali nekaj osnovnih podatkov o energetiki v Sloveniji,

Evropi in svetu, kjer se bomo dotaknili, koliko električne energije se pridobi iz sončnih

elektrarn. Povedali bomo tudi, kako je s porabo električne energije v Sloveniji in

pridobivanjem električne energije iz obnovljivih virov drugod po svetu. Na koncu poglavja

bomo namenili pomembnosti obnovljivih virov energije, predvsem sonca oziroma energije

sončnega sevanja, pri pridobivanju električne energije. Podali bomo nekaj podatkov, kako je

izkoriščena sončna energija v Sloveniji.

V tretjem poglavju pa bomo predstavili sončno sevanje v različnih letnih časih, kako na moč

sonca vpliva podnebje in ozračje in nekaj pomembnih geometrijskih relacij med Soncem in

Zemljo, ki so pomembne za razumevanje sončnega sevanja.

Sončne elektrarne in fotoefekt bomo s kratkim opisom strnili v začetku četrtega poglavja.

Nadaljevali bomo s predstavitvijo različnih vrst sončnih celic ter z opisom ostalih gradnikov

fotonapetostnega sistema in končali z opisom fotonapetostnih modulov.

Peto, glavno poglavje, predstavlja standarde na področju sončnih elektrarn. Celotno

standardizacijo bomo razdelili v štiri večje skupine: splošni standardi, standardi za sončne

celice, standardi za opremo in standardi za fotonapetostne sisteme kot celoto.

Diplomsko nalogo bomo zaključili s sklepom v šestem poglavju.


Stran 3

2 ENERGETIKA IN ENERGIJA SONCA V SLOVENIJI, EVROPI

IN SVETU

V tem poglavju bo najprej predstavljen splošen pomen energetike v svetu. Nadaljevali bomo z

opisom energetske učinkovitosti in porabe električne energije v Sloveniji v preteklih letih.

Sledil bo opis energetike v Evropi ter odredbe EU pri ohranjevanju okolja z večjo proizvodnjo

električne energije iz obnovljivih virov energije in energetike v svetu.

2.1 Energetika

Energetika je sistematično področje človekovih dejavnosti, ki obsega pridobivanje, trgovanje,

prenos, dobavo in rabo energije, razen energije, ki jo človek zajema in uporablja v obliki

hrane zase ali za druga ţiva bitja. Energetika se zato pojavlja na različnih področjih industrije,

prometa, gospodinjstva ipd. Nas predvsem zanima energetika na področju koriščenja

električne energije, ki je v sedanjem svetu med pomembnejšimi dejavniki, zato jo je treba

nadgrajevati in dopolnjevati v bolj energetsko učinkovito. Učinkovitost, na področju

pridobivanja električne energije se odraţa v izkoristkih elektrarn. Le-ti so v sončnih

elektrarnah še razmeroma majhni, največ nekje do 18 % odvisno od vrste sončne celice. S

trenutnim hitrim razvojem tehnologije pa bodo izkoristki kmalu narastli in s tem dodali v

prihodnosti še večjo teţnjo po izkoriščenosti sončne energije.

2.2 Energetika v Sloveniji

Potrebe po električni energiji iz dneva v dan naraščajo. Leta 2000 smo imeli proizvedene

električne energije 12,145 GWh, porabljene pa 12,817 GWh [3]. Razlike je bilo 0,672 GWh,

ki jih je bilo treba uvoziti. Še večja razlika porabe je vidna leta 2007, ko je dosegla številko

13,496 GWh. Proizvodnja je bila tistega leta le 10,341 GWh, kar je posledično pomenilo

3,155 GWh uvoza. Vendar se število porabljenih GWh še vedno povečuje in sedaj porabimo v

Sloveniji okoli 13,900 GWh [2]. Energetska odvisnost Slovenije je tako 53-odstotna, leta

2009 pa je bila ţe 55-odstotna. Rezerve so še predvsem v obnovljivih virih energije, kjer je

deleţ proizvedene energije iz leta 2009 znašal 16,7 odstotkov, leto poprej pa 15,1 odstotkov.

Lansko leto (2010) je deleţ, zaradi visokega porasta sončnih elektrarn, ţe presegel 18 %. V

omreţje se je namreč vključilo preko 590 sončnih elektrarn [4]. Vendar izgradnja se tudi

letošnje leto ni zaustavila. Po podatkih povzetih iz registra deklaracij za proizvodne naprave

električne energije iz obnovljivih virov je bilo v Sloveniji konec marca leta 2011 927 sončnih

elektrarn, ki so skupno inštalirale 52,3 MW moči [4].


Stran 4

Slika 2.1: Moč sončnih elektrarn v Sloveniji na dan 20. 08. 2011 [4]

Tako lahko ugotovimo, da poraba električne energiji v Sloveniji iz dneva v dan raste. Krivec

za to je tudi nedvomno slovensko gospodarstvo. V Sloveniji imamo kar nekaj panog, podjetij

z visoko energetsko porabo, vendar relativno nizko ceno električne energije, kar pomeni, da

ljudje niso stimulirani k varčevanju energije. Ali je tudi v Evropi tako, bomo videli v

naslednjem poglavju.

2.3 Energetika v Evropi

Potreba po energiji ne narašča samo v naši drţavi, tudi v Evropi. V naslednjih 20 letih bo

potrebno samo v Evropi nameniti okoli tisoč milijard evrov sredstev za pokritje

pričakovanega povpraševanja po energiji in zamenjavo zastarele infrastrukture. To priča o

tem, da je prišel čas za spremembe.

V EU so se cene nafte in njenih derivatov ter zemeljskega plina v zadnjih dveh letih skoraj

podvojile, temu sledijo tudi cene električne energije. Glede na naraščajoče svetovno

povpraševanje po fosilnih gorivih, preobremenjene dobavne verige in naraščajočo odvisnost

od uvoza se visoke cene nafte in plina po vsej verjetnosti ne bodo zniţale. Po drugi,

pozitivnejši strani lahko prisilijo porabnike, tako industrijo kot gospodinjstva, v večjo

energetsko učinkovitost in inovativnost. A dandanes EU ostaja občutljiva na nestanovitnost

cen in njihovo rast na mednarodnih energetskih trgih. Tako vidimo, da se cene ''črnega zlata''

še dolgo ne bodo ustalile. Toda v zadnjem času daje EU velik poudarek na varovanju okolja

in zmanjšanju emisij CO2 in izpustov toplogrednih plinov. In tako smo zopet pri OVE, ki jih

EU ţeli vključiti, v čim večji meri, v gospodarstvo, proizvodnjo elektrike, ogrevanje in


Stran 5

promet. Na tem področju so zlasti dejavne Avstrija, Nemčija, Latvija, Švedska, Portugalska,

Danska, Finska, Španija, ki imajo največje deleţe OVE v EU. Seveda tukaj lahko štejemo tudi

Slovenijo, ki dobro uresničuje sklep EU o 20 % deleţu energije iz obnovljivih virov.

2.4 Energetika v svetu

Mednarodna agencija za energijo (IAE), ki vsako leto pripravi ocene prihodnje porabe

energije, v svojem zadnjem poročilu ugotavlja, da se bo svetovna poraba energije v naslednjih

dvajsetih letih močno povečala, kar se bo odraţalo v podraţitvi energentov, hkrati pa bodo

narasli tudi izpusti toplogrednih plinov. Zato IAE z opozarjanjem na problematiko fosilnih

goriv drţave poziva k sprejetju novega podnebnega sporazuma, ki bi omejil izpuste.

Svetovna poraba energije še naprej vztrajno narašča. V letu 2007 je skupna svetovna poraba

energije iz primarnih virov (nafta, zemeljski plin, premog, jedrska in hidro električna energija)

porasla za 2,4 %. V obdobju 2000–2007 se je svetovna poraba primarne energije povečala za

19,4 %, najbolj poraba premoga (za 36 %) in zemeljskega plina (za 20 %), najmanj pa poraba

jedrske energije (za dobrih 6 %) [4]. Deleţ porabe premoga v strukturi skupne porabe se je v

tem obdobju povečal za 3,4 odstotne točke (na 28,6 %), deleţ porabe nafte se je zmanjšal za

2,7 odstotnih točk (na 35,6 %), medtem ko so deleţi ostalih energentov ostali stabilni [5].

Dolgoročni trendi kaţejo, da bodo zaradi visoke gospodarske rasti ter naraščajoče ravni

razvitosti (predvsem v azijski regiji) ob omejeni ponudbi primarnih virov cene energentov še

naprej ostale na visoki ravni. Glede na to, da so cene energentov zaradi medsebojne

nadomestljivosti med seboj močno korelirane, ima ta dolgoročna dinamika cen energentov

pomembne implikacije tako za dolgoročno prilagajanje povpraševanja (bolj energetsko varčne

tehnologije, zmanjšanje porabe zaradi večje varčnosti potrošnikov) kot tudi dolgoročne

ponudbe energentov. Na strani ponudbe je zaradi visokih cen energentov pričakovati

povečane izdatke za odkrivanje novih fosilnih nahajališč, ter da bodo ponudniki začeli

izkoriščati tudi tiste fosilne vire energije, katerih izkoriščanje pri nizkih cenah ni bilo

ekonomsko upravičeno. Hkrati je mogoče pričakovati povečana vlaganja v obnovljive vire

energije, k čemur dodatno zaradi klimatskih sprememb spodbuja večina razvitih drţav.

2.5 Energija sonca in obnovljivi viri energije

Energija in energetika sta bistvena dejavnika človekovega okolja, od katerih je odvisen naš

ţivljenjski in kulturni standard ter gospodarski razvoj. Čeprav se vsi zavedamo, da brez

energije, tako kot brez vode, zraka ali hrane, ni ţivljenja in ne gospodarstva, dopuščamo, da jo

nesmotrno izkoriščamo. Ker je energetsko gospodarstvo podlaga napredka, Slovenija pa tri

četrtine energije uvaţa, je nujno zelo preudarno in gospodarno ravnanje pri vseh porabnikih

energije.

Domači hidroenergetski viri so omejeni, enako tudi viri premoga, ki niti ni kakovosten, zato je

naša prihodnost v obnovljivih virih energije. Poleg tega smo na pragu nove energetske dobe

21. stoletja: obdobja uporabe obnovljivih virov energije, predvsem sončne energije v vseh


Stran 6

njenih pojavnih oblikah. Zakaj pojavnih oblikah? Fosilna goriva in biomasa so oblika

uskladiščene sončne energije, kjer so zaloge omejene. Njihovo izkoriščanje, predvsem

fosilnih goriv, bomo omejevali zaradi klimatskih posledic na Zemlji.

Sonce krmili podnebne razmere, te pa vplivajo na rabo energije. Sončna energija prihaja na

Zemljo v obliki elektromagnetnega valovanja in je del naravnih energetskih tokov, ki

ohranjajo ravnovesje na našem planetu. Brez nje ţivljenje na Zemlji ne bi bilo moţno. Sončno

sevanje se spreminja po času (letni časi) in po jakosti, zaradi tega na zemeljski površini ni

mogoče (trenutno) pridobivati poljubno velike ali pa konstantne količine sončne energije.

Problem nastaja pri skladiščenju, zaradi tega iščemo načine, kako bi lahko uskladiščili

energijo sonca.

Celotni potencial sončnega sevanja za Slovenijo znaša več kot 300-kratnik porabe primarne

energije. Na področju celotne Slovenije je potencial sončne energije dokaj enakomeren in

razmeroma visok. Na letnem nivoju je razlika med najbolj osončeno Primorsko in najmanj

osončenimi področji le 15 %. V povprečju je npr. za 10 % višji od Nemčije. Danes

izkoriščamo manj kot 3 % ocenjenega tehničnega potenciala, zato imamo še veliko rezerve na

področju proizvodnje sončne energije [6].


Stran 7

3 SONČNO SEVANJE

Sonce je neizčrpen vir energije sevanja, ki je nastalo nekaj pred 4,6 milijarde let. Je nekje na

polovici svoje ţivljenjske dobe. Sonce spada med manjše zvezde, njegova srednja oddaljenost

od Zemlje je ena astronomska enota (1 AU), ki znaša 149.597.870 km [7].

Sonce je bilo pomembno ţe v stari Grčiji, kjer so ga imenovali Helios. Tako so imenovali tudi

grškega boga Sonca, sina Hiperiona in Teje. Pomembnost sonca je rastla premosorazmerno s

tehnologijo in znanostjo in je v zadnjem času prišla na visoko raven. Neizčrpen vir sevanja (še

nekje 5 milijard let) nenehno oddaja ogromne količine energije, vendar je le del pride na

Zemljo. Del sončne energije, svetlobe se absorbira v zemeljsko atmosfero, del pa se odbije

nazaj v vesolje. Sonce noč in dan seva z gostoto moči 263 MW/m . Količina, ki pride na vrh

atmosfere, je nekje 21367 MW/m , to je –t. i. solarna konstanta [7]. Moč sončnega sevanja se

v atmosferi zmanjšuje, zaradi prisotnosti ozona, vlage, ogljikovega dioksida ipd. Za

zmanjšanje je krivo tudi onesnaţenje zraka, ki v zadnjem času povzroča velik problem v

ozračju. Skozi atmosfero se izgubi okoli tretjina sončnega sevanja. Ostali dve tretjini doseţejo

zemljino površino, to je okoli 21000 MW/m . [4]

3.1 Podnebje

V zadnjem času prevladujejo sončne elektrarne, ki so pogojene s sončnim sevanjem.

Pretvorba v električno energijo je neposredna in tako slabo vreme vpliva na zmanjšanje

proizvodnje. Zato je treba zaradi ekonomičnosti in izkoristka elektrarne postaviti na področja,

kjer je sončno sevanje prisotno večji del leta. Vendar lahko z inovativnimi tehnološkimi

prijemi rešimo marsikatero teţavo. Dober primer je Nemčija, ki ima zelo neugodno

zemljepisno širino in je kljub temu med vodilnimi drţavami v svetu po številu inštaliranih

sončnih elektrarn.

V meteorologiji je referenčno obdobje 30 let. Potrebno je ločiti dnevni globalni obsev in

povprečni dnevni globalni obsev. Na dnevni globalni obsev vplivajo:

• oblačnost (kakšna je oblačnost, struktura oblakov),

• poloţaj sonca (odvisen od geološke širine in letnega časa),

• čistost ozračja,

• vpadni kot sončnih ţarkov na sprejemno površino,

• deleţ vidnega neba [8].


Stran 8

Slika 3.1: Sončno obsevanje Evrope [9]

Na sliki 4.1 je prikazano sončno sevanje za Evropo in del Azije ter severne Afrike. Vidimo,

da ima največjo gostoto sevanja juţna Evropa, kjer prednjačita Španija in Portugalska.

Najmanjše sevanje opazimo v Skandinaviji in Islandiji. Slovenija je s 1000 kWh/letno nekje

na sredini in ima velike moţnosti za razvoj solarne energije. Največje sevanje opazimo v

severni Afriki, vendar je politika in tehnologija brez posluha za razvoj trga na tem področju.

3.2 Moč in energija

Sončno sevanje seveda lahko merimo. V slovenskem prevodu standarda ISO 31-6, Veličine

in enote – 6. del: Svetloba in sorodna elektromagnetna sevanja je uporabljen izraz sončno

sevanje, G [W/m2] in bo v prihodnje nadomestil izraz sončno obsevanje. Sončno obsevanje v

splošnem pomeni gostoto moči sončnega sevanja na enoto površine. Glede na vir sevanja, kot

ga Zemljina površina sprejema, ločimo:

• direktno (sevanje sončnih ţarkov),

• difuzno sevanje (razpršeno sevanje neba) in

• odbito sevanje (sevanje, ki se odbija od okolice in se odbija na opazovano telo).


Stran 9

Slika 3.2: Povprečno sončno sevanje

Na celotno globalno sevanje vplivajo razni plini, prah ipd. Difuzijsko sevanje prispeva k

sončnemu sevanju precej manj, če je vreme lepo, jasno in sončno. V nasprotnem primeru, ko

je oblačno, se deleţ difuznega sevanja poveča. Difuzno sevanje dobimo s sipanjem direktnega

in odbitega sevanja na molekulah, aerosolih in kristalčkih v zraku. Pri globalnem sončnem

obsevanju na vodoravno ploskev predstavlja osnovo za izračun potenciala sončne energije. To

je energija, ki jo določena površina ob povprečnih realnih atmosferskih pogojih prejme v

določenem časovnem intervalu. Glede na časovni interval največkrat podajamo povprečne

vrednosti. Glede na površino ločimo obsevanje na vodoravne ploskve in obsevanje na

poljubno usmerjene ploskve. Vendar tudi tukaj ločimo direktno, difuzno in odbito obsevanje.

Najpomembnejše je seveda direktno obsevanje, saj sončni ţarki padajo direktno na površino

in zato je pravilna usmerjenost sončnih modulov ključnega pomena. Difuznega obsevanja ne

smemo izključiti, saj prispeva tudi del energije. Vse vrednosti najpogosteje navajamo v

povprečju, saj so časovni intervali največkrat dolgi. Sonce oddaja največ energije med 9 uro

dopoldan in 16 uro popoldan. Takrat morajo biti moduli nameščeni tako, da so najmanj

osenčeni [8].

Opazimo lahko, da vreme primarno vpliva na proizvedeno količino sončne energije. Količina

sončnega sevanja se med letnimi časi še močno spreminja. Pozimi skozi oblake ne pride

toliko sončnih ţarkov kot poleti, ko imamo na zemeljski površini v povprečju 30 °C.


Stran 10

Tabela 3.1: Sončno sevanje pri različnih vremenskih pogojih [8]

Vreme Celotno sevanje [W/m2] Difuzni delež [%]

jasno 600–1000 10–20

megleno/oblačno 200–400 20–80

oblačno 50–150 80–100

Tabela 4.1 prikazuje odvisnost celotnega sevanja in difuznega deleţa na vrsto vremena.

Referenčno obdobje je v Sloveniji 30 let, zato je število sončnih ur v posameznih letnih časih

enako skozi celotno obdobje:

• v pomladnih mesecih 480–520 ur,

• poleti med 780 in 820 urami; na Primorskem je številka preko 860 ur,

• jeseni se število sončnih ur zmanjša na 400–420; Ljubljana ima v tem letnem času

manj kot 360 ur sončnega obsevanja,

• zima je najmanj obsijan s soncem, v poprečju 30 let 240–320 ur.

Sončno obsevanje H, je energija na enoto površine, ki jo določena površina na zemlji ne glede

na usmerjenost v določenem časovnem intervalu (dan, mesec...) prejme od sonca. Osnovna

enota je J/m2, vendar se v tehniški stroki in praksi uporablja enota kWh/m

2. Pretvorba 1 kWh

je tako 3,6*10–3 MJ [8].

Pomemben podatek pri izrabi sončne energije je tudi količina in tip sevanja na zemeljsko

površino oziroma faktor zračne mase (air mass AM). Jakost sončnega sevanja se stalno

spreminja ne glede na vreme, čas in letni čas. Faktor zračne mase AM je merilo višine sonca

nad obzorjem. Faktor AM=1 pomeni višino sonca 90°, torej je sonce v zenitu. Pot sončnega

sevanja čez atmosfero je najkrajša, zato sta odboj in absorpcija najmanjša, gostota moči

sevanja na zemlji pa največja. Torej je faktor zračne mase vedno večji od 1, saj pri nas sonce

nikoli ne doseţe zenita. To se zgodi le v bliţini ekvatorja. Povezavo med faktorjem zračne

mase in kotno višino sonca pa vidimo iz (4.1). Točna definicija faktorja zračne mase je

navedena pod točko 5.1.3, kjer je predstavljen standard SIST EN 61836: 2009, Sončni sistemi

– Izrazi, definicije in simboli.

sin

1AM (4.1)

Kjer je α [°] kotna višina sonca.


Stran 11

Standardni pogoji za največjo moč sončne celice so določeni pri 1000 W/m sončnega sevanja,

25°C temperature okolice in AM = 1,5. To pomeni, da so idealni pogoji sevanja sonca pri

kotu 41,8° [8].

3.3 Solarna geometrija

V sončnih elektrarnah je pomembno poznavanje geometrije med Soncem in Zemljo, saj lahko

s tem povečamo izkoristke sončnih celic. Zemljepisna dolţina L [°], zemljepisna širina l [°] in

deklinacija δ [°] opisujejo poloţaj Zemlje glede na Sonce. Poleg teh treh podatkov moramo

poznati še kotno višino sonca α [°], azimut sonca Ф [°], naklon ploskve β [°], azimut ploskve

Ψ [°] in vpadni kot i [°].

Slika 3.3: Solarni geometrijski koti

Na sliki so prikazani različni koti, od katerih ima vsak svoj pomen. V nadaljevanju bom

vsakega na kratko predstavil, podrobnejši opis in definicija pa so podani v poglavju 6.1.3 v

SIST EN 61836: 2009, Sončni fotonapetostni sistemi – Izrazi, definicije in simboli [7].


Stran 12

• Kotna višina sonca α [°]

Kotna višina sonca nam predstavlja kot med ţarkom direktnega sončnega sevanja

in vodoravnico.

• Azimut sonca Ф [°]

Kot med preslikavo sončnega ţarka na vodoravno ravnino in navpično juţno

ravnino je azimut sonca. Izhodišče je v smeri juga 0°; v smeri urinega kazalca je

pozitivna smer v obratni smeri urinega kazalca pa negativna.

• Naklon ploskve β [°]

Opazovana ploskev je glede na vodoravno ravnino postavljena pod kotom,

naklonom ploskve. Slednji podatek je treba optimalno poiskati, saj se glede na

fiksno (večinoma) postavitev fotonapetostnih modulov le-tega čez leto ne da

spreminjati. V Sloveniji je ta kot od 35° do 40°.

• Azimut ploskve Ψ [°]

Azimut ploskve je kot med normalo opazovane ploskve na vodoravno ravnino in

juţno smerjo. Pozitivna smer je enako kot pri azimutu sonca določena v smeri

urinega kazalca.

• Vpadni kot i [°]

Ţe samo ime pove, da gre za kot med sončnimi ţarki in normalo opazovane

ploskve. Vedno teţimo k temu, da je ta kot minimalen, saj s povečevanjem le-tega

pada izkoriščenost sončnih ţarkov. Maksimalno izkoristimo sončne ţarke, ko je

vpadni kot nič; ţarki padajo pravokotno na ploskev.

• Urni kot h [°]

Urni kot nam predstavlja odmaknjenost poldnevnika, na katerem leţi točka od

zveznice središča Zemlje in Sonca. Določeno je, da sončno poldne predstavlja

izhodišče in se z vsako uro spremeni za 15°. Popoldne se stopinje prištevajo,

dopoldne pa odštevajo od izhodišča.

h=± 15°

• Deklinacija δ [°]

Deklinacija predstavlja kot med ekvatorialno ravnino in zveznico središč Zemlje in

Sonca. Vsak dan v letu ima svojo deklinacijo.


Stran 13

4 SONČNE ELEKTRARNE IN SONČNE CELICE

Beseda fotonapetostni pojav ali sončne elektrarne ne pomeni nekaj novega v našem prostoru,

čeprav jo bolj pogosto srečujemo zadnjih sedem let. Izvira iz dveh grških besed ''Phos''

svetloba in ''voltich'' napetost. Z zdruţitvijo tako dobimo besedo ''svetlobna napetost'' oz.

fotonapetost. Pojav so skozi čas znanstveniki dopolnjevali do končnega izdelka leta 1954, ko

je bila v Bellovem laboratoriju razvita prva sončna celica s silicijevim polprevodnikom. Nekaj

let za tem, 1976, so v ZDA izdelali prvo amorfno silicijevo sončno celico. Tako se je začel

razvoj sončnih celic. Vendar pa vsaka naprava zahteva določene normative in predpise, po

katerih se ravna, tako imenovane standarde. Mednarodna elektrotehnična zveza je v ta namen

ustanovila tehnični komite – TC 82, ki se ukvarja s solarno energijo. Pri hitrem razvoju novih

tehnologij na področju sončnih elektrarn (kristalne silicijeve celice, tankoslojne celice,

nanostruktuirane celice) je tako potreba po standardizaciji še toliko večja [10].

4.1 Lastnosti sončne celice

Glavna značilnost sončnih celic je fotoefekt ali fotoelektrični pojav. Pojav temelji na izbijanju

elektronov iz kovinske površine, na katero sveti sonce. Pri tem je potrebna zadostna frekvenca

(svetloba je elektromagnetno valovanje) oz. valovna dolţina svetlobe. Ta frekvenca pa mora

biti večja od mejne frekvence, da lahko priteka svetlobna energija, imenovana fotoni. Elektron

tako pri zbitju in trku s fotonom prevzame energijo fotona in preide v višje stanje. Tako večja

gostota svetlobnega toka izbije več elektronov in dobimo posledično več energije.

Sončne celice so v osnovi narejene tako, da svetloba zbija elektrone. Zato princip delovanja

celice temelji na polprevodniški plasti – PN-spoj. Polprevodnik tipa p ima preseţek

elektronov, tip n pa vsebuje preseţek vrzeli. Polprevodniški spoj se zaradi štirivalentnosti

najbolje obnese pri siliciju [9].

Slika 4.1: Polprevodniški spoj

PN-spoj deluje tako, da elektroni tipa n pričnejo prodirati v tip p, hkrati pa vrzeli tipa p

prodirajo v tip n. Zaradi gibanja delcev nastane na robu spojev prostorski naboj, ki povzroči

električno polje, napetost (pri siliciju je zaporna napetost okoli 0,6 V). Ob priključitvi zunanje


Stran 14

napetosti na PN-spoj lahko skozi diodo teče električni tok le v eni smeri. PN-spoj postane

polprevodniška dioda [9].

Slika 4.2: PN-spoj pri osvetlitvi

Pri osvetljeni sončni celici se generirajo pari elektron-vrzel. Polje, ki nastane zaradi

prostorskega naboja, loči in povleče elektrone v tip n, vrzeli pa v tip p [10].

4.2 Vrste sončnih celic

Najbolj uporabljene sončne celice so sestavljene iz silicija, kot sem ţe omenil zaradi same

zgradbe atoma, prednjačijo celice s kristalno in amorfno strukturo. Vendar razvoj prinaša

nove in nove celice z večjimi izkoristki.

V tabeli 4.1 so prikazane vrste sončnih celic glede na njeno debelino, izkoristek in obliko

[11].

Tabela 4.1: Vrste sončnih celic iz silicija

Material: silicij Debelina (mm) Izkoristek (%) Oblika/ barva

monokristalne 0,3 14-20

kvadratne, kvadratne

s prisekanimi

robovi/ temno

modra, črna z AR-

plastjo, siva brez

AR-plasti

polikristalne 0,3 13–15

kvadratne / modra z

AR-plastjo, srebrno

siva brez AR-plasti


Stran 15

tankoplastne 0,13 8 kvadratne/ modra z

AR-plastjo

amorfne 0,0001–3 10 oblika po izboru/

črno-modra, črna

hibridne 0,2 18 kvadratne/ temno

modra do črne

4.2.1 Monokristalne silicijeve sončne celice

Monokristalne celice proizvajalci masovno uporabljajo v fotonapetostnih sistemih zaradi

dobrega izkoristka (14–20 %), cene in dolge ţivljenjske dobe (30 let). Monokristal se

pridobiva iz raztaljenega kremenčevega peska pri temperaturi 1300 °C. Pridobivanje temelji

na izredno visoki porabi energije, zato je postopek izdelave drag in zahteven, če hočemo

dobiti čisto talino. Monokristalne celice imajo tudi drugačno obliko od ostalih, saj imajo

prisekane robove. Njihov donos je visok tudi ob manjšem sevanju sonca. Močno teţo jim daje

tudi podatek, da po 20 letih obratovanja izgubijo samo 10 % doseganja nazivne moči. Visok

izkoristek nam pomaga z manj moduli dobiti višjo izhodno moč. Torej je izhodna moč na

enoto površine velika, zato jih uporabljamo tam, kjer je treba zagotoviti več energije z manj

prostora (promet, navtika...) [12].

Slika 4.3: Monokristalni sončni modul [7]

4.2.2 Polikristalne silicijeve sončne celice

Polikristalne celice so v primerjavi z monokristalnimi cenejše, zaradi laţjega proizvodnega

postopka, vendar imajo manjši izkoristek (13–15 %). Ţivljenjska doba je podobna kot pri

monokristalnih celicah, le da proizvajalci jamčijo po 10 letih obratovanja 85 % nazivne moči.


Stran 16

Primerne so za večje površine na strehi, kot pa na prostem. Zaradi cenovne ugodnosti se

polikristalne celice največ uporabljajo v praksi [12].

Slika 4.4: Polikristalna sončna celica [7]

4.2.3 Tankoplastne sončne celice

Te vrste sončnih celic so tehnologija, ki se bo v prihodnosti zelo razvijala, saj so manjše

(debelina ne presega debeline lista papirja) in proizvedene kar v celotne module. S tem bo

potrebno manj silicija in energije v proizvodnji, zato bo cena sorazmerno nizka. Tankoplastne

celice bodo potrebovale manjše površine fotonapetostnih modulov, manjšo porabo materiala,

hitrejšo produkcijo, manj odpadnega materiala med proizvodnjo ipd.

Slika 4.5: Tankoplastne sončne celice [13]

4.2.4 Amorfne silicijeve sončne celice

Amorfne sončne celice izdelujejo podobno kot integrirana vezja –steklen substrat očistijo,

nanesejo spodnjo kontaktno plast, površino razdelijo v trakove, v vakumu pod vplivom

visokofrekvenčnega električnega polja nanesejo plast amorfnega silicija, ponovno razdelijo


Stran 17

površino v trakove, nanesejo zgornje kovinske elektrode. Izkoristki teh celic so do 10 %, hitro

se starajo, ţivljenjska doba je 20 let. Zaradi majhnega izkoristka potrebujejo dvakrat tolikšno

površino kot moduli s kristalnimi celicami. Proizvajalci jamčijo doseganje 80 % nazivne moči

po 20-letih obratovanja.

Uporablja se za ţepne računalnike, vrtne svetilke, polnilce navadnih baterij ipd [12].

Slika 4.6: Amorfni sončni modul [14]

4.3 Ostali gradniki sončne elektrarne

V nadaljevanju je podan še opis ostalih gradnikov sončne elektrarne, ki so prikazani na sliki

5.7. V sistemu sončne elektrarne je poleg osnovnih gradnikov sončnih modulov še veliko

ostalih elementov, brez katerih sistem ne bi deloval. V nadaljevanju bom predstavil nekaj

najpomembnejših [14]:

PV-moduli;

podporne strukture in zaščitna ohišja skrbijo za zaščito vseh elementov fotonapetostne

inštalacije pred vremenskimi in ostalimi vplivi okolice;

nizkonapetostni ločilniki, navadno v kombinaciji s taljivimi varovalkami z njimi

odklopimo posamezne dele inštalacije npr. en modul ali celotno enosmerno vejo;

razsmerniki konvertirajo enosmerni tok (DC) v izmeničnega (AC);

kabli povezujejo elemente sistema;

razdelilne omare;

varovalke;

ločilniki;

stikala;

prenapetostna zaščita;

ločilni transformatorji;

kontrolniki napetosti in frekvence;

števci


Stran 18

modularni odklopniki MCCB;

zaščitna stikala na diferenčni tok RCCB;

akumulatorji skrbijo za shranjevanje energije za čas, ko jo potrebujemo (samostojni

fotonapetostni sistemi);

zaščitno–kontrolne enote preprečujejo preveliko prenapolnjenost akumulatorjev

(samostojni fotonapetostni sistemi).

Slika 4.7: Shematski prikaz sončnega sistema [14]

Na sliki 4.7 je prikazana električna shema tipičnega fotonapetostnega sistema, ki je priključen

na elektroenergetsko omreţje.


Stran 19

5 STANDARDIZACIJA NA PODROČJU SONČNIH ELEKTRARN

V okviru izdelovanja in delovanja vsake naprave je del projekta namenjen standardizaciji, ki

določa normative na področju vsake naprave. Nič drugače ni na področju sončnih elektrarn,

kjer za tehnične lastnosti, preskušanje in certificiranje elementov obstaja vrsta standardov. V

začetku razvoja sončne energije so se standardi neodvisno razvili v posameznih drţavah oz.

so nanje vplivali različni proizvajalci sončnih sistemov. Različni izvajalci v različnih

industrijsko razvitih drţavah so tako vsak po svojih zmoţnostih razvijali sončne sisteme.

Neenotnost in razpršenost smeri razvoja uporabljenih elementov sončnega sistema je kmalu

opazil IEC. Mednarodna elektrotehnična komisija pripravlja standarde v različnih TC

(tehničnih komitejih). Za potrebe sončnih elektrarn je bil leta 1981 ustanovljen TC82; polno

ime TC82 Solar photovoltaic energy systrems. Namen je bil, da komite pripravi mednarodne

standarde za sisteme pretvarjanja sončne energije v električno. Pomeni, da obravnavajo

celoten sistem od vstopa svetlobe v sončno celico do konca, ko pridobljeno električno

energijo oddamo v omreţje ali jo porabimo za lastne potrebe.

Celotno standardizacijo na področju sončnih elektrarn bomo razdelili v štiri večje skupine:

splošni standardi, standardi za sončne celice, standardi za opremo in standardi za

fotonapetostne sisteme kot celoto. Predstavili bomo pomembnejše standarde, ki zahtevajo

večjo pozornost.

Naj omenimo, da večino standardov ni prevedenih v slovenščino oziroma je preveden le

naslov standarda. Primer: IEC 61836 → SIST EN 61836, pri čemer kratice pomenijo sledeče;

IEC predstavlja Mednarodno elektrotehniško komisijo (International electrical kommision),

SIST je Slovenski inštitut za standardizacijo, EN pomeni evropski standard, prva številka

pove, da gre za sklop 6xxxx, kjer so obravnavane sončne elektrarne.

Standarde smo v nadaljevanju razdelili v štiri skupine, in sicer v splošne, standarde za sončne

celice, standarde za opremo in celotno sončno elektrarno.

5.1 Splošni standardi

V skupini splošni standardi bom predstavil standarde, ki se uporabljajo pri zaščiti sončnih

sistemov in elementov sistema, elektromagnetnem sevanju sistema, porazdelitvi energije

sončnega sevanja, vseh simbolih in kraticah na področju sončnih sistemov, tako bodo

predstavljeni standardi:

ISO 9845-1,

SIST ISO 31-6,

SIST EN 50160,

SIST EN 61836,

SIST EN 61725,

SIST EN 61643,


Stran 20

SIST EN 62305,

SIST EN 50380,

SIST EN 60891,

SIST EN 60904-1,

SIST EN 60904-2,

SIST EN 60904-3,

SIST EN 60904-5,

IEC 61173,

SIST EN 61194,

SIST EN 61215,

SIST EN 61345,

SIST EN 61646,

SIST EN 61730-1,

SIST EN 61730-2,

SIST EN 61829,

SIST EN 60216-1,

IEC 60228,

SIST EN 60309-1,

SIST EN 60332-1-1,

SIST EN 60332-1-2,

SIST EN 60332-1-3,

SIST EN 60364-7-712,

SIST EN 60512-1-100,

IEC 60811-1-1: 1995,

IEC 60898-2,

SIST EN 61000-3-3,

SIST EN 61000-3-5,

SIST EN 61427,

SIST EN 61727,

SIST EN 62116,

SIST EN 50438,

SIST EN 61140,

SIST EN 61277,

SIST EN 61683,


Stran 21

SIST EN 61702,

SIST EN 61724,

SIST EN 61275,

SIST EN 62124.

V nadaljnjih poglavjih so zgoraj omenjeni standardi predstavljeni in na kratko opisani.

5.1.1 ISO 9845-1: Solar energy – Reference solar spectral irradiance at the ground at diferent

receiving conditions – Part 1 : Direct normal and hemispherical solar irradience for air

mass 1,5.

Standard ISO 9845-1 opisuje referenčni model spektralne porazdelitve energije sončnega

sevanja pri tleh glede na različne pogoje – 1. del: Direktno in hemisferično vpadno sončno

sevanje pri AM=1,5.

5.1.2 SIST ISO 31-6: 2008, Veličine in enote – 6. del: Svetloba in sorodna elektromagnetna

sevanja (ISO 31-6: 1998, Quantities and units -- Part 6: Light and related

electromagnetic radiations).

Standard SIST ISO 31-6 podaja imena in simbole za veličine in enote svetlobe in sorodnih

elektromagnetnih sevanj. V standardu je navedenih 46 standardiziranih veličin. V

nadaljevanju bomo podali zgolj najbolj pomembne.

SVETLOBA IN SORODNA ELEKTROMAGNETNA SEVANJA Veličine

Zap. št. Veličina Simbol Definicija Opombe

1 frekvenca f, v Število ciklusov deljeno s časom.

2 kroţna frekvenca

ω Ω= 2πv

3 valovna dolţina

λ Razdalja med zaporednima točkama z isto fazo

v danem času v

smeri širjenja vala.

Valovna dolţina v mediju je

enaka valovni dolţini v vakuumu, deljeni z lomnim

količnikom.

4 valovno število,

repetenca

ζ ζ = 1/ λ V molekulski spektroskopiji se uporablja v za vlc.

5 kotno valovno število

k k = 2π ζ Vektorski veličini ζ in k, ki ustrezata valovnemu številu oziroma kotnemu valovnemu

številu, se imenujeta valovni

vektor oz. vektor razširjanja.

6 hitrost elektrom.

valov v

vakuumu

c, co c = 299 792 458 m/s Če je treba razlikovati med

fazno hitrostjo v mediju in

fazno hitrostjo v vakuumu, se


Stran 22

Tabe

la 5.1:

Veli

čine od 1 do 7

Tabela 5.2: Enote od 1 do 7

SVETLOBA IN SORODNA ELEKTROMAGNETNA SEVANJA Enote

Zap. št. Ime enote Med. simbol enote Definicija Pretvorniki in opombe

1 hertz, herc Hz 1 Hz = 1 s-1

2 radian na sekundo

sekunda na minus ena

rad/s

s-1

3 meter m angström(A), 1 A = 10

-10 m

4 meter na minus ena m-1

pogosto se uporablja večkratnik

cm-1

= 100 m-1

5 radian na meter meter na minus ena

rad/m

m-1

6 meter na sekundo m/s

7 joule, dţul J 1 J = 1 Nm

Tabela 5.1 predstavlja veličine, njihov simbol, definicijo in razne opombe prvih sedmih

elementov standarda, tabela 5.2 pa njihova imena enote, mednarodni simbol enote, definicijo

enote ter pretvorbe, ki se uporabljajo v praksi. Opomba: predstavil sem le sedem (od skupno

46) veličin.

5.1.3 SIST EN 50160: 2011, Značilnosti napetosti v javnih razdelilnih omrežjih (EN 50160:

2008, Voltage characteristics of elecrticity supplied by public distibution systems)

V tem standardu so podane glavne značilnosti napetosti pri napajalnih mestih uporabnikov

omreţja v javnem nizkonapetostnem, srednjenapetostnem in visokonapetostnem razdelilnem

omreţju. Standard opisuje vrednosti, v okviru katerih lahko pričakujemo, da bodo značilnosti

napetosti ostale na katerem koli napajalnem terminalu v javnih električnih omreţjih, in ne

opisuje povprečnega stanja, ki ga običajno občuti posamezen mreţni uporabnik. Standard se

zato uporablja zgolj za normalna obratovanja stanja, kjer ni vključeno:

začasni dobavni reţim; mreţnim uporabnikom, ki so na področju okvar,

vzdrţevanja ali gradbenih del, zagotovimo dobavo električne energije v kratkem

časovnem intervalu;

uporablja c za prvo in c0 za

drugo.

7 energija sevanja, izsev

Q, W Energija, oddana, prenesena ali

prejeta kot sevanje.


Stran 23

pri neskladnosti inštalacije ali opreme mreţnih uporabnikov s pomembnimi

standardi ali s tehničnimi zahtevami za povezavo, ki jo vzpostavijo drţavni organi ali

omreţni operater, vključno z mejami za emisije opravljenih motenj;

izredne razmere na katere distributer ne more vplivati ( vremenske razmere,

motnje tretje osebe, ukrepi drţavnih organov, višja sila…).

Značilnosti napetosti, podane v tem standardu, niso namenjene uporabi kot stopnje

elektromagnetne skladnosti (EMC) ali meje emisij uporabnikov za izvedene motnje v javnih

električnih omreţjih. Značilnosti napetosti, podane v tem standardu, niso namenjene

določevanju zahtev proizvodnih standardov za opremo in standardov za inštalacijo. Namen

standarda je določiti predvsem lastnosti napajalne napetosti (frekvence, velikosti, obliko vala,

simetrije trifaznega sistema). Te lastnosti se spreminjajo predvsem zaradi motenj, ki jih

pošiljajo naprave v omreţje, sprememb obremenitev in okvar.

Standard je povezan z nekaterimi drugimi standardi SIST EN 50065: 2011, Signalizacija po

nizkonapetostnih električnih napeljavah v frekvenčnem območju od 3 kHz do 148,5 kHz – 1.

del: Splošne zahteve, frekvenčna območja in elektromagnetne motnje, SIST EN 60555: 1995,

Motnje v napajalnih sistemih, ki jih povzročajo gospodinjske naprave in podobna električna

oprema – 1. del: Definicije, EN 61000-4-7: 2009, Electromagnetic compatibility (EMC) –

Part 4–7: Testing and measurement techniques. General guide on harmonics and

interharmonics measurements and instrumentation, for power supply systems and equipment

connected thereto.

5.1.4 SIST EN 61836: 2009, Sončni fotonapetostni sistemi - Izrazi, definicije in simboli (IEC/

TS 61836: 2007, Solar photovoltaic energy systems - Terms, definitions and symbols).

Standard se ukvarja s pogoji in simboli iz nacionalnih in mednarodnih fotonapetostnih

standardov in ustreznih dokumentov, ki se uporabljajo na področju solarnih fotonapetostnih

(PV) energetskih sistemov. Vključuje pogoje in simbole vzete iz IEC 82–standardov,

predhodno objavljene kot tehnično poročilo IEC 61836:1997. Poudarek te tehnične

specifikacije je "kaj pomenijo besede" in ne "pod katerimi pogoji se izrazi uporabljajo". V

nadaljevanju bom prestavil celotno vsebino standarda.

Najprej bom navedel izraz v slovenščini in angleščini nato še definicijo.

Odobritveni preskusni pogoji (ATC), acceptance test conditions (ATC) Referenčne vrednosti temperature okolice, spektralne porazdelitve in jakosti okolice sevanja

pravokotno na ploskev, specificirane za določitev moči fotonapetostnega polja.( IEC 61829)

Faktor zračne mase (AM), air mass (AM) Dolţina poti ţarka direktnega sončnega sevanja skozi ozračje, izraţena kot večkratnih poti do

točke na nadmorski višini 0 m, ko bi bilo sonce v zenitu.

Za katerikoli točko je vrednost podana kot:

0

1 sinP

AMP


Stran 24

Kjer so P lokalni zračni tlak (Pa), P0 referenčni zračni tlak. 5

0 1,013 10P , θ kotna višina

sonca.

Temperatura okolice (Tamb), ambient temperature (Tamb) Temperatura zraka v okolici fotonapetostnega. generatorja, merjena v prezračevanem

ograjenem prostoru, zaščitenem pred direktnim, razpršenim in odbitim sevanjem. (IEC 60904-

3)

Vpadni kot, angle of incidence Kot med ţarkom direktnega sevanja in normalo na opazovano ploskev. (IEC 60904-3)

Polje, array Mehansko zaključena celota modulov skupaj z nosilno strukturo, vendar brez temeljev,

sledilnih mehanizmov, elementov termičnega nadzora in drugih podobnih elementov, ki

tvorijo enoto za proizvodnjo enosmerne električne energije. (IEC 61277)

Skupek polj, array field Skupek vseh polj modulov danega sistema. (IEC 61277)

Azimut (α), azimuth (α) Kot med projekcijo zveznice trenutnega poloţaja sonca in opazovane točke na vodoravno

ravnino in smeri juga, merjeno od smeri juga na severni polobli in od smeri severa na juţni

polobli. Koti so po dogovoru negativni v smeri proti vzhodu in pozitivni v smeri proti zahodu.

(IEC 61194)

Temperatura celice (Tj), cell temperature (Tj) Temperatura sončne celice, merjena s temperaturnim tipalom v stiku s celico ali izpeljana iz

meritve napetosti odprtih sponk oziroma iz enačbe toplotnega ravnovesja. (IEC 60904-3)

Učinkovitost pretvorbe, conversion efficiency Razmerje med največjo generirano električno močjo in zmnoţkom površine sončnega

generatorja in gostote vpadnega sončnega sevanja, merjeno pri določenih preskusnih pogojih

in izraţeno v odstotkih. (IEC 60904-3)

Temperaturni koeficient kratkostičnega toka (α), current-temperature coefficient (α)

Sprememba kratkostičnega toka fotonapetostne naprave na enoto spremembe temperature

sončne celice. Enota o -1A C .

Tokovna napetostna karakteristika ( I=f(U)), current-voltage characteristic ( I=f(V))

Izhodni tok fotonapetostnega generatorja kot funkcija izhodne napetosti pri določeni

temperaturi in sončnem sevanju na površino generatorja. (IEC 60904-3)

Difuzno sevanje, diffuse irradiance Gostota moči celotnega sončnega sevanja na enoto površine brez direktnega sončnega

sevanja. Enota -2Wm .

Difuzno obsevanje, diffuse irradiation

Integral difuznega sevanja v določenem časovnem intervalu. Enota -2Jm .

Direktno sevanje, direct irradiance Gostota moči sevanja, vpadajočega na enoto površine, ki ga oddajata sončni disk in

cirkumsolarno področje neba znotraj prostorskega kota 8,7 × 10-2

rad (5°). Enota -2Wm .

Direktno obsevanje, direct irradiation

Integral direktnega sevanja v določenem časovnem intervalu. Enota -2Jm .

Javno električno podjetje, electric utility Pravna oseba, odgovorna za namestitev delovanja in vzdrţevanje elektroenergetskih sistemov

za oskrbo z električno energijo ter za razdeljevanje električne energije. (IEC 61277)


Stran 25

Ekvivalentna temperatura sončne celice (ECT), equivalent cell temperaturer (ECT)

Temperatura sončne celice, pri kateri bi bila moč fotonapetostnega generatorja enaka, kot če

bi vsi delovali pri enaki temperaturi. (IEC 60904-5) Enota o C .

Faktor polnjenja (FF), fill factor (FF) Razmerje med največjo močjo in zmnoţkom napetosti odprtih sponk in kratkostičnega toka:

max OC SCFF P I U I .

Globalno sevanje na vodoravno ploskev, global irradiance Skupna gostota moči sončnega sevanja na enoto površine vodoravne ploskve= direktno +

difuzno sevanje. (IEC 60904-3) Enota -2Wm .

Globalno obsevanje na vodoravno ploskev, global irradiation

Integral globalnega sevanja v določenem časovnem intervalu. Enota -2Jm .

Razsmernik, inverter Naprava, ki enosmerno električno moč pretvarja v izmenično. (IEC 61277)

Učinkovitost razsmernika, inverter efficiency Razmerje med koristno izhodno izmenično močjo razsmernika in enosmerno vhodno močjo.

(IEC 61277)

Sevanje (G), irradiance (G)

Gostota moči sončnega sevanja, ki vpada na enoto površine. (IEC 60904-3) Enota -2Wm .

Obsevanje (H), irradiation (H)

Integral sevanja v določenem časovnem intervalu. Enota -2Jm .

Tok bremena (IL), load current (IL) Tok, ki ga sončni fotonapetostni generator dovaja bremenu pri določeni temperaturi in

vrednosti sevanja, merjen na priključnih sponkah bremena. (IEC 60904-3) Enota A .

Moč bremena (PL), load power (PL) Moč, ki jo sončni fotonapetostni generator dovaja bremenu ob določeni temperaturi in

vrednosti sevanja, merjen na priključnih sponkah bremena. L L LP U I (IEC 60904-3) Enota

W .

Napetost bremena (UL), load voltage (UL) Napetost, ki jo sončni fotonapetostni generator dovaja bremenu ob določeni temperaturi in

vrednosti sevanja, merjen na priključnih sponkah bremena. (IEC 60904-3) Enota V .

Največja moč (Pmax), maximum power (Pmax) Moč v točki tokovno-napetostne karakteristike, kjer je zmnoţek toka in napetosti največji.

(IEC 60904-3) Enota W .

Tok pri največji moči (IPmax), maximum power current (IPmax) Tok pri največji moči. (IEC 60904-3) Enota A .

Napetost pri največji moči (UPmax), maximum power voltage (VPmax) Napetost pri največji moči. (IEC 60904-3) Enota V .

Modul, module Najmanjša, pred vplivi okolja zaščitena celota med seboj povezanih sončnih celic. (IEC

60904-3; IEC 61277)

Temperatura površine modula, module surface temperature

Povprečna temperatura površine na zadnji strani modula. Enota o C .

Nadzorni in krmilni podsistem, monitor and control subsystem Logična in nadzorna vezja, ki regulirajo celotno delovanje sistema z nadzorom medsebojnih

vplivov vseh podsistemov. (IEC 61277)


Stran 26

Nazivna delovna temperatura sončne celice (NOCT), nominal operatin cell temperature (NOCT)

Ravnovesna srednja temperatura sončne celice v modulu pri referenčnih pogojih – gostota

moči sevanja -2800 Wm , temperatura zraka v okolici o20 C , hitrost vetra 11 ms – odprtih

sponkah in namestitvi na prostem pri pravokotno vpadnem sevanju ob sončnem poldnevu.

(IEC 60904-3) Enota o C .

Napetost odprtih sponk (UOC), open-current voltage (VOC) Napetost na sponkah neobremenjenega sončnega fotonapetostnega generatorja pri določeni

temperaturi in gostoti moči sevanja. (IEC 60904-3) Enota V .

Dodatni preskusni pogoji, optional test conditions

Gostota moči preskusnega sevanja, ki je enaka -2Wm , merjena z referenčno napravo, in

temperatura celice pri poljubnih ustrezno merjenih pogojih okolice. (IEC 60904-3)

Vsebnost ozona, ozone content

Količina ozona v navpičnem stolpcu atmosfere s površino preseka 4 21 10 m pri standardni

temperaturi in tlaku, izraţena kot višina ustreznega stolpca ozona. (IEC 60904-3) Enota m .

Panel, panel Skupina med seboj električno in mehansko povezanih modulov, ki tvorijo električno in

mehansko zaključeno celoto, namenjena kot inštalacijska enota polja in/ali podpolja. (IEC

61277)

Fotonapetostni pojav, photovoltaic effect Neposredna pretvorba sončne energije v električno energijo. (IEC 61277)

Pretvornik moči, power conditioner Električna naprava za pretvarjanje električne moči v obliko, primerno za nadaljevalno

uporabo. (IEC 61277)

Oborljiva vsebnost vodne pare, precipitable water vapour content

Količina izločljive vodne pare v navpičnem stolpcu atmosfere s površino preseka 4 21 10 m ,

izraţena kot višina ustreznega stolpca vode. (IEC 60904-3) Enota m .

Primarna referenčna sončna celica, primary reference solar cell Referenčna celica, umerjena z radiometrom ali s standardnim detektorjem, skladnim z

zahtevami ''World Radiometric Reference'' (WRR). (IEC 60904-2)

Piranometer, pyranometer Radiometer, ki se navadno uporablja ta merjenje globalnega sevanja na vodoravno ploskev.

Pod naklonom se lahko uporablja tudi za merjenje skupnega sevanja na nagnjeno ploskev.

Skupno sevanje v tem primeru vsebuje tudi od tal odbito komponento. (IEC 60904-3)

Pirheliometer, pyrheliometer Radiometer, ki se skupaj s merilnikom vzporednosti (kolimatorjem) uporablja za merjenje

direktnega sevanja (včasih se uporablja tudi izraz NIP – normal incidence pirheliometer).

(IEC 60904-3)

Naznačeni tok (IR), rated current (IR) Določen tok sončnega fotonapetostnega generatorja pri naznačeni napetosti in pri določenih

obratovalnih pogojih. (IEC 60904-3) Enota A .

Naznačena moč (PR), rated power (PR) Določena moč sončnega fotonapetostnega generatorja pri naznačeni napetosti in pri določenih

obratovalnih pogojih. (IEC 60904-3) Enota W .

Naznačena napetost (UR), rated voltage (VR) Določena napetost sončnega fotonapetostnega generatorja, pri kateri le-ta deluje v območju

največje moči pri določenih obratovalnih pogojih. (IEC 60904-3) Enota V .


Stran 27

Referenčna sončna celica, reference solar cell Umerjena celica, ki se uporablja za posredno merjenje gostote moči sevanja ali za umerjanje

umetnih sonc glede na referenčno spektralno porazdelitev sončnega sevanja. (IEC 60904-2)

Referenčna spektralna porazdelitev sevanja, reference spectral irradiance distribution

Tabelarični prikaz spektralne gostote sevanja, spektralne gostote pretokov fotonov in seštevek

prispevkov sevanja po valovnih dolţinah, določenih s Tabelo 1 po IEC 60904-3.

Relativni spektralni odziv (S(λ)rel), relative spectral response (S(λ)rel) Spektralni odziv, normiran na vrednost pri valovni dolţini največjega odziva. (IEC 60904-3)

rel max

S S S

Sekundarna referenčna sončna celica, secondary reference solar cell Referenčna sončna celica, umerjena s primarno sončno celico ob pomoči naravne ali umetne

svetlobe. (IEC60904-2)

Kratkostični tok (ISC), short-circuit current (ISC) Izhodni tok sončnega fotonapetostnega generatorja v primeru kratkega stika na izhodnih

sponkah, pri določeni temperaturi in gostoti moči sevanja. (IEC 60904-3) Enota A .

Sončna celica, solar cell Osnovni fotonapetostni element, ki generira električno moč, ko je izpostavljen sončnemu

sevanju. (IEC 60904-3)

Kotna višina sonca (θ), solar elevation (θ) Kot med ţarkom direktnega sončnega sevanja in vodoravno ploskvijo. (IEC 60904-3) Enota

rad .

Spektralna gostota sevanja (Eλ), spectral irradiance (Eλ)

Gostota sevanja na enoto valovne dolţine. (IEC 60904-3) Enota -2 -1Wm μm .

Spektralna porazdelitev gostote sevanja, spectral irradiance distribution Grafični prikaz spektralne gostote sevanja v odvisnosti od valovne dolţine. (IEC 60904-3)

Enota -2 -1Wm μm .

Spektralna gostota pretoka fotonov (Epλ), spectral photon irradiance (Epλ) Gostota pretokov fotonov pri določeni valovni dolţini. (IEC 60904-3)

Enota -2 -1 -1cm s μm . 145,035 10pE E v m

Spektralni odziv S(λ), spectral response S(λ) Gostota kratkostičnega toka, generirana na enoto sevanja pri določeni valovni dolţini,

grafično prikazana v odvisnosti od valovne dolţine. (IEC 60904-3) Enota -1AW .

Standardni preskusni pogoji (STC), standard test conditions (STC) Referenčne preskusne vrednosti temperature celice (25 °C), pravokotnega vpada sončnega

sevanja ( -21000 Wm ) in faktorja zračne mase (AM = 1,5) za preskušanje sončnih celic ali

modulov. (IEC 61829)

Podpolje, subarray Del polja, ki se lahko šteje za celoto in katerega izhodna moč je del izhodne moči polja. (IEC

61829)

Preskusno sevanje (Gt), test irradiance (Gt) Gostota moči sevanja, uporabljena v preskusne namene merjena z referenčno napravo. (IEC

60904-3) Enota -2Wm .

Celotno sevanje na poljubno ploskev (GT), total irradiance (GT)

Celotna gostota moči sevanja na enoto nagnjene ploskve. (IEC 60904-3) Enota -2W m .

Celotno obsevanje na poljubno ploskev (HT), total irradiation (HT)


Stran 28

Integral celotne gostote moči sevanja na nagnjeno ploskev v določenem časovnem intervalu.

(IEC 60904-3) Enota 2J m .

Motnost ozračja (αD,λ), turbidity (αD,λ) Zmanjšana prosojnost ozračja zaradi absorpcije in sipanja sončnega sevanja svetlobe zaradi

trdih ali tekočih delcev, ki niso deli oblakov, v obliki suspenzije. Po Angströmu je motnost

atmosfere odvisna od parametra t, povezanega z absorpcijskim koeficientom valovni dolţini

100nm, in od ε – eksponenta valovne dolţine v enačbi za aerosolno ekstinacijsko funkcijo

(pojemanja): 2,D t

.

Vrednosti parametra t, ki so manjše kot 0,10 pomenijo zelo jasno nebo, vrednosti nad 0,20 pa

pomenijo megleno ali nejasno, soparno nebo. Povprečna vrednost ε je po Angströmu

ocenjena na pribliţno 1,3. (IEC 60904-3) Enota m .

Temperaturni koeficient napetosti (β), voltage temperature coefficient (β) Sprememba napetosti odprtih sponk sončnega fotonapetostnega generatorja na enoto

spremembe temperature celice. (IEC 60904-3) Enota o -1U C .

Ta koeficient se spreminja s sevanjem in temperaturo sončne celice.

5.1.5 SIST EN 61725: 2001, Analitični izrazi za dnevne sončne profile (IEC 61725: 1997,

Analytical expression for daily solar profiles)

Analitični izrazi izhajajo iz normativnih enačb, dobljenih iz podatkovnih točk krivulje

obsevanja v odvisnosti od časa. Koeficienti normativne enačbe za analitično sončne profile

obsevanja se določijo iz izmerjenih ali ocenjenih vrednosti, največjega sončnega obsevanja,

dnevnega sončnega obsevanja in števila ur dnevne svetlobe. Te tri vhodne podatke določi

krivulja analitičnega sončnega obsevanja profilov. Glede na cilje, lahko ti podatki

predstavljajo, npr najbolj mrzel dan zime določenega mesta, ali povprečen poletni dan itd.

5.1.6 SIST EN 61643: 2002, Nizkonapetostne naprave za zaščito pred prenapetostnimi udari -

11. del: Naprave za zaščito pred prenapetostnimi udari za nizkonapetostne napajalne

sisteme - Zahteve in preskusi (IEC 61643: 1998, Low-voltage surge protective devices –

Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power systems -

Requirements and tests)

Standard se uporablja za prenapetostno zaščito naprav pred posrednimi in neposrednimi

učinki strele ali druge prehodne prenapetosti. Preskusni pogoji so narejeni pri napravi

povezani na enosmerno z energetskimi napeljavami in opremo, ocenjeno do 1000 V efektivne

vrednosti ali 1500 V DC. Delovne karakteristike, standardne metode za preskušanje in ocene

so določene za te naprave, ki vsebujejo vsaj eno nelinearno sestavino, ki je namenjen za

omejitev, povečanje napetostni in preusmeritev tokov.


Stran 29

5.1.7 SIST EN 62305-1: 2011, Zaščita pred delovanjem strele – 1. del: Splošna načela (IEC

62305-1: 2009, Protection against lightning – Part 1: General principles)

SIST EN 62305 določa splošna načela, ki jih je treba upoštevati pri zaščiti pred delovanjem

strele:

za zgradbe vključno z njihovimi inštalacijami in opremo (vsebinami) ter za osebe,

oskrbovalne vode, povezane z zgradbo.

Ta standard se ne uporablja v naslednjih primerih:

za ţelezniške sisteme,

za vozila, ladje, letala in morske ploščadi,

za podzemne visokotlačne cevovode,

za cevovode ter energetske in telekomunikacijske vode, ki niso povezani z zgradbo.

Za te sisteme ponavadi veljajo posebni predpisi, ki jih izdajo različne specifične oblasti.

Standard so leta 2009 spremenili, dopolnili in popravili. Vendar preden je slovenski inštitut

sprejel novo spremenjeno verzijo je trajalo dve leti.


Stran 30

5.2 Standardi za sončne celice

V tem podpoglavju bodo predstavljeni standardi vezani na sončne celice, module, panele,

merjenje linearnosti, zahteve za tipsko preizkušanje, prenapetosti, konstrukcijske zahteve

modulov itd.

5.2.1 SIST EN 50380: 2003, Tehnični podatki in podatki za napisane ploščice fotonapetostnih

modulov (IEC 50380: Datasheet and nameplate information for photovoltaic modules)

Standard opisuje posamezne specifikacije in podatke na ploščici za fotonapetostne module.

Namen tega standarda je zagotoviti informacije o minimalnih zahtevah za varno in optimalno

konfiguracijo sistema z uporabo fotonapetostnih modulov, zlasti o specifikaciji tehničnega

opisa posameznih modulov. Napisna ploščica je trajno na modulu.

5.2.2 SIST EN 60891: 2011, Postopki za temperaturno in sevalno korekcijo izmerjenih

karakteristik I-U fotonapetostnih naprav (IEC 60891: 2009, Procedures for temperature

and irradiance corrections to measured I-V characteristics of photovoltaic devices)

Ta standard določa postopke, ki jim je treba slediti za temperaturno in sevalno korekcijo

izmerjenih karakteristik I-U fotonapetostnih naprav. Prav tako določa postopke, uporabljene

za določanje pomembnih faktorjev za te korekcije. Zahteve za meritve fotonapetostnih naprav

I-U so podane v IEC 60904-1.

Prejšnja različica tega standarda je vključevala samo celice iz kristalnega silicija, vendar so

verzijo dve leta 2009 razdelili v več delov, tako se je spremenil tudi naslov samega standarda.

5.2.3 SIST EN 60904-1: Merjenje fotonapetostne tokovno-napetostne karakteristike (IEC

60904-1: 2006, Photovoltaic devices – Part. 1: Measurement of photovoltaic current-

voltage characheristics).

Ta standard opisuje merilne postopke za I-U značilnosti fotonapetostnih naprav iz kristalnega

silicija v naravni ali simulirani sončni svetlobi. Ti postopki se uporabljajo za eno sončno

celico, modul, ali panel. Pri naravni svetlobi posnamemo napetost in tok v odvisnosti od

temperature hkrati s kratkostičnim tokom. Problem nastane pri večanju temperature in

prisotnosti vetra, saj je potrebno celico odstraniti iz sonca in meritev opraviti takoj po ponovni

postavitvi na sonce. Omenjenih problemov se rešimo z ''umetnim soncem''.


Stran 31

5.2.4 SIST EN 60904-2: Zahteve za referenčne PV-celice (IEC 60904-2: 2007, Photovoltaic

devices – Part. 2: Requirements for reference solar devices).

Standard daje zahteve za razvrščanje, izbiro, pakiranje, označevanje, umerjanje in skrb za

referenčne sončne celice iz kristalnega silicija. Vsaka celica ima jasno neizbrisno

indetifikacijsko številko za sklicevanje na podatkovni list. Celice je treba tudi umerjati vsakih

dvanajst mesecev.

5.2.5 SIST EN 60904-3: Merilni postopki z referenčnimi podatki žarenja za PV-celice (IEC

60904-3: 2008, Photovoltaic devices – Part. 3: Measurement principles for terrestrial of

photovoltaic (PV) devices with reference spectral irradiance data).

Ta standard se uporablja za kristalne silicijeve fotonapetostne sisteme:

eno sončno celico (z ali brez zaščite),

modul (sklop sončnih celic),

panele.

Ta standard se ne uporablja za sončne celice, izdelane za delovanje v koncentrirani sončni

svetlobi, niti za hibridne celice, ki lahko poleg proizvodnje električne energije prenašajo

toploto tekočine (uporaba v termalnih sistemih). Opisuje tudi potek merjenja in določa

referenčni spekter obsevanja.

Slika 5.1: Tokovno-napetostna karakteristika

Zgornja slika 6.1 prikazuje primer U-I karakteristike, na kateri so označene mejne točke:


Stran 32

tok kratkega stika (ISC); točka A,

napetost odprtih sponk (VOC); točka B,

največja moč (Pmax); točka C, produkt toka in napetosti je največji,

bremenski tok (IL); točka D, tok merjen pri določeni obremenitvi napetosti.

5.2.6 SIST EN 60904-5: Določanje ekvivalentne temperature celice (ETC) PV-celice z metodo

napetosti odprtega vezja (IEC 60904-5: 2011, Photovoltaic devices – Part. 5:

Determination of the equivalent cell tempereature (ETC) of photovoltaic (PV) devices

by the open-circuit voltage method).

Ekvivalentna temperatura celice (ETC), je stičišče temperature, pri kateri je izmerjena

proizvedena električna energija fotonapetostnega sistema. Pri tej temperaturi vse naprave

sistema delujejo brezhibno. Metoda temelji na dejstvu, da se napetost odprtih sponk sončne

celice spreminja s temperaturo. Če sta ta napetost in temperaturni koeficient pod standardnimi

testnimi pogoji znana, lahko dobimo ekvivalentno temperaturo celic. Z napetostjo odprtih

sponk vplivamo tudi malo na obsevanje, zato je kdaj potreben popravek. S to metodo lahko

določimo natančno ekvivalentno temperaturo celice.

5.2.7 SIST EN 61173: 2004, Prenapetostna zaščita fotonapetostnih (PV) sistemov za

proizvodnjo energije – Vodilo (IEC 61173: 2000, Overvoltage protection for photovoltaic

(PV) power generating systems – Guide ).

Iz standarda dobimo napotke o varstvu fotonapetostnih samostojnih in z omreţjem povezanih

sistemov za proizvodnjo električne energije. Določa vire prenapetostnih nevarnosti, vključena

je tudi strela in različne vrste zaščite. Prenapetosti se delijo na zunanji in notranji izvor.

Zunanje prenapetosti se pojavijo predvsem zaradi strele, notranje večinoma zaradi okvar

sestavnih delov in operativnih napak. Tako standard navaja metode zmanjšanja prenapetosti v

odvisnosti od izvora. Ekvipotencialna metoda in ozemljitev za opremo sta predvideni za

notranje izvore. Ozemljitev sistema, ščit, prestrezanje strele in varnostne naprave pa sluţijo za

zunanje metode prenapetosti.


Stran 33

Slika 5.2: PVPGS-ozemljitev

Zgornja slika prikazuje ozemljitev sistema z PVPGS, ki je pomembno za stabiliziranje

napetosti, v primeru okvare pa nudi laţje delovanje obstoječih naprav.

5.2.8 SIST EN 61194: 2001, Značilni parametri samostojnih fotonapetostnih (PV) sistemov

(IEC 61194: 1992, Characteristic parameters of stand-alone photovoltaic (PV) systems).

Slednji standard opisuje električne, mehanske in okoljske parametre za opis in analizo

samostojnih fotonapetostnih sistemov. Namen analize je predstaviti uspešnost z meritvijo

časovnosti in primerjavo predvidene zmogljivosti na kraju postavitve. Podatki sluţijo za

preskuse pod standardnimi testnimi pogoji (STC).

5.2.9 SIST EN 61215: 2005, Kristalno-silicijevi fotonapetostni moduli – Zahteve za

klasifikacijo in tipsko preizkušanje, ter ocena zasnove in odobritev tipa (IEC 61215:

2005, Crystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules - Design qualification and

type approval).

Mednarodni standard določa zahteve za konstruiranje in homologacijo kopenskih

fotonapetostnih modulov, primernih za dolgoročno delovanje v zmernih podnebjih na

prostem, kot je določeno v IEC 721-2-1. To velja samo za celice kristalnega silicija. Standardi

za module iz tankoplastnih celic in v drugih podnebjih, kot so morski ali ekvatorialni pogoji,

so v razvijanju. Cilj preskusa je določiti električne in toplotne lastnosti modula in pokazati,

kolikor je mogoče v razumnih omejitvah stroškov in časa doseči, da modul zdrţi dolgotrajno

izpostavljenost v podnebju. Dejanska pričakovana ţivljenjska doba modulov je kvalificirana v

odvisnosti od njihove zasnove, okolja in pogojev, v katerem se nahajajo.


Stran 34

5.2.10 SIST EN 61345: 2001, UV-preskus za fotonapetostne (PV) module (IEC 61345: 1999, UV

test for photovoltaic (PV) modules).

Omenjeni standard opisuje preskus, ki določa upornost modula ob izpostavljenosti

ultravijoličnemu (UV) sevanju. Z znano upornostjo lahko ocenjujemo UV–odpornost

materialov, kot npr. polimeri, zaščitni premazi itd. Preskus izvajamo pod ultravijoličnim

sevanjem med 280 nm in 400 nm. Pred samim preskusom pa je potrebno poznati zahteve

standardov SIST EN 61215 (predstavljen v točki 6.2.6), SIST EN 61646 (opisan v točki 6.2.8)

ter SIST EN 60904-1 (podan v točki 6.2.3). Cilj preskusa je ugotoviti sposobnost modula, ali

vzdrţi izpostavljenost ultravijoličnega sevanja od 280 nm do 400 nm.

Preskus se izvede v petih točkah. V prvi točki zagotovimo umerjen radiometer, sevanje je

samo med valovnima dolţinama 280 nm in 400 nm, spektralno sevanje je določeno s

standardom AM = 1,5 ter poenotenje ± 15 % glede na testni plan. Po pripravi iz prve točke

postavimo testni modul (s sprednje strani) na ţarek UV–sevanja (druga točka). Če je

temperatura modula v predpisanem razponu, zagotovimo pri valovni dolţi 280–320 nm -27,5 kWh m ; pri 320–400 nm pa -215 kWh m (tretja točka). V četrti točki modul obrnemo

na zadnjo stran, v peti pa ponovimo tretjo točko za 10 % časa obsevanja na sprednji strani.

Maksimalna degradacija izhodne moči pri standardnih testnih pogojih (STC) ne sme presegati

5 % vrednosti izmerjene pred preskusom.

5.2.11 SIST EN 61646: 2008, Tankoplastni prizemni fotonapetostni (PV) moduli – Ocena

zasnove in odobritev tipa (IEC 61646: 2008; Thin-film terrestrial photovoltaic (PV)

modules – Design qualification and type approval).

Ta mednarodni standard določa zahteve za načrtovanje in homologacije fotonapetostnih

tankoplastnih modulov primernih za dolgotrajno delovanje na prostem, kot je določeno v IEC

60721-2-1. Zaporedje preskusov je iz IEC 61215 za oblikovanje PV-modulov iz kristalov silicija. Vendar pa ne gledamo rezultatov na vseh mejah min/max, temveč le na meji

določenega odstotka nazivne moči. Moduli so ţarjeni pred toplotnim ciklom in vlaţnim

testom toplote, da se ne ločijo od vseh učinkov degradacije ţarjenja, ki izhajajo iz teh testov.

Dodan je tudi preskus vodnega puščanja, ker so vse vrste tankoplastnih modulov občutljive na

vlago, kar lahko povzroči korozijo. To odpravlja specifično-tehnološko predkondicioniranje,

potrebno za natančno merjenje sprememb. Cilj tega zaporedja preskusov je določiti električne

in toplotne značilnosti modula in pokazati, koliko je stroškov in časa, da je modul sposoben

prenesti podnebne spremembe. Dejanska ţivljenjska doba modulov bo odvisna od njihove

zasnove, okolja in razmer, v katerih delujejo.


Stran 35

5.2.12 SIST EN 61730-1: 2008, Varnostne zahteve fotonapetostnih (PV) modulov – 1. del:

Konstrukcijske zahteve (IEC 61730-1: 2004, Photovoltaic (PV) module safety

qualification – Part 1: Requirements for construction).

Ta del IEC 61730 opisuje temeljne zahteve za gradnjo fotonapetostnih (PV) modulov, za

zagotovitev varnega električnega in mehanskega delovanja med pričakovano ţivljenjsko

dobo. Posebne teme so za oceno preprečevanja električnega udara, nevarnosti poţara, in

telesne poškodbe zaradi mehanskih in okoljskih obremenitev. Nanaša se tudi na posebne

zahteve gradnje.

5.2.13 SIST EN 61730-2: 2008, Varnostne zahteve fotonapetostnih (PV) modulov – 2. del:

Zahteve za preskušanje (IEC 61730-2: 2007, Photovoltaic (PV) module safety

qualification – Part 2: Requirements for testing).

IEC 61730-2 opisuje zahteve za testiranje. Ta standard poskuša opredeliti osnovne zahteve za

različne razrede uporabnih fotonapetostnih modulov, vendar ga ni mogoče šteti, da zajema

vse nacionalne ali regionalne gradbene predpise. Posebne zahteve so za pomorsko uporabo

vozil, ki niso zajete. Standard še ne uporablja modulov z integriranimi pretvorniki AC (AC

module). Ta standard je zasnovan tako, da test zaporedje uskladijo s tistimi, IEC 61215 in IEC

61646, tako da se lahko vidi samo sklop vzorcev, ki izvaja tako ocenjevanje varnosti in

učinkovitosti fotonapetostnega modula. Cilj standarda je podati osnovne smernice v

potrjevanje temeljev za gradnjo fotonapetostnih modulov, ki so namenjene za odobritev

varnosti po preskušanju.

5.2.14 SIST EN 6129: 2001, Fotonapetostno polje iz kristalnega silicija – Merjenje

karakteristike I-U na mestu vgradnje (IEC 61829: 1995, Crystalline silicon photovoltaic

(PV) array – On-site measurement of I-V characteristics).

Standard opisuje postopek za merjenje lastnosti fotonapetostnih (PV) modulov iz silicijevega

kristala na mestu uporabe in postopek za ekstrapolacijo teh podatkov z vidika standardnih

testnih pogojev (STC), ali druge izbrane vrednosti temperature in sevanja.

Meritev U-I karakteristike fotonapetostnih polj na kraju postavitve (dejanskih razmerah) in

ekstrapolacijo na sprejemljive testne pogoje (ATC) lahko zagotovimo z:

podatki o močeh,

preverjanjem zmogljivosti polja (moči), glede na specifikacije,

odkrivanjem moţnih razlik delovanja modulov ali celotnih panelov na kraju postavitve

od laboratorijskih podatkov,

odkrivanjem moţnega poslabšanja delovanja polja glede na začetne podatke.


Stran 36

Meritve določenega modula na kraju postavitve lahko primerjamo s standardnimi preskusnimi

pogoji (STC) pod pogojem, da je v obeh meritvah referenčne naprave podajajo spektralni in

prostorski odziv, določen s standardom IEC

Documents

STANDARDIZACIJA NA PODROČJU SONČNIH ELEKTRARN · STANDARDIZACIJA NA PODROČJU SONČNIH ELEKTRARN Ključne besede: sončne elektrarne, standardizacija, obnovljivi viri energije,