Cum funcționează panourile solare: de la lumină la priza din casă

Un panou solar transformă lumina în curent electric fără piese în mișcare, fără zgomot și fără combustibil. Sună simplu, dar între fotonul care lovește sticla și becul care se aprinde sunt cinci pași și cel puțin șase componente, iar de fiecare dintre ele depinde câtă energie ajunge efectiv în casă.

Mai jos explicăm mecanismul pas cu pas și, spre deosebire de textele generale, punem cifre pentru Republica Moldova: cât produce un kilowat instalat la Chișinău, la Bălți și la Cahul, cât se pierde dacă acoperișul nu este spre sud și de ce iarna producția scade de aproape patru ori.

Pe scurt: drumul energiei în cinci pași

1. Panourile captează lumina. Celulele de siliciu produc curent continuu (DC) atâta timp cât cade lumină pe ele — inclusiv pe timp înnorat, doar că mai puțin.
2. Invertorul transformă curentul. Curentul continuu devine curent alternativ (AC) la 230 V sau 400 V, sincronizat cu rețeaua.
3. Consumul propriu are prioritate. Frigiderul, pompa, aerul condiționat iau energia direct de la soare, în momentul producerii.
4. Surplusul pleacă mai departe. Ce nu se consumă pe loc intră în rețea prin contorul bidirecțional sau se încarcă în acumulator, dacă sistemul are unul.
5. Deficitul se acoperă din altă parte. Noaptea și pe vreme închisă casa ia energie din rețea sau din acumulator.

Tot ce urmează detaliază acești cinci pași.

Efectul fotovoltaic: de ce siliciul produce curent

Panoul nu „acumulează căldură” și nu are legătură cu panourile solare termice care încălzesc apa. El funcționează pe efectul fotovoltaic: lumina eliberează sarcini electrice într-un material semiconductor.

O celulă fotovoltaică este o felie subțire de siliciu formată din două straturi cu proprietăți diferite:

• stratul de tip N — cu exces de electroni;
• stratul de tip P — cu deficit de electroni, adică cu „goluri”;
• joncțiunea p-n — granița dintre ele, unde se formează un câmp electric permanent.

Când un foton lovește celula, el cedează energie unui electron și îl scoate din legătura sa. Câmpul electric de la joncțiune nu îi lasă pe electroni să se întoarcă haotic: îi împinge într-o singură direcție. Deplasarea ordonată a electronilor este curentul electric. Atât timp cât cade lumină, curentul curge; se face întuneric — curentul se oprește instantaneu. Panoul nu are ce să „consume” și nu are piese care se uzează prin mișcare.

Un panou conține zeci de astfel de celule legate în serie, iar tensiunea lor se adună. De aceea la ieșirea unui panou nu sunt fracțiuni de volt, ci zeci de volți.

Celule de tip P și de tip N: ce contează cu adevărat

Pe piață există panouri cu celule de tip P și de tip N. Cele de tip N au de regulă randament mai mare și degradare mai lentă în timp. Dar tipul celulei este un singur criteriu din cinci, iar în practică ceilalți patru cântăresc mai mult: garanția reală a producătorului, condițiile de montaj, comportamentul la umbră parțială și raportul dintre preț și producție pe durata de viață.

Invertorul: piesa de care depinde mai mult decât de panouri

Panourile produc curent continuu. Rețeaua și aparatele din casă lucrează cu curent alternativ. Invertorul face această conversie — și încă trei lucruri pe care le observă doar cine se uită la cifre:

• urmărește punctul de putere maximă (MPPT). Tensiunea optimă a unui șir de panouri se schimbă cu lumina și cu temperatura de mai multe ori pe minut. Invertorul o caută continuu. Un invertor cu mai multe intrări MPPT permite montarea panourilor pe pante cu orientări diferite fără ca cea mai slabă să tragă în jos întregul șir;
• sincronizează faza cu rețeaua și se deconectează automat la dispariția tensiunii, ca electricianul care lucrează pe linie să nu fie pus în pericol;
• raportează producția — de aici vin cifrele din aplicația de monitorizare.

On-grid sau hibrid: decizia care nu se mai poate schimba

Aceasta este cea mai scumpă greșeală posibilă la etapa de proiect.

Invertorul on-grid lucrează doar cu rețeaua. Este mai ieftin și mai simplu. La el nu se poate conecta fizic un acumulator — nici acum, nici peste trei ani.

Гибридный инвертор poate lucra și cu acumulator, și cu rețeaua. Costă mai mult la început, dar lasă ușa deschisă.

Consecința practică: dacă la avarie în rețea vreți ca lumina să rămână aprinsă, iar sistemul a fost făcut pe invertor on-grid, singura soluție este demontarea aparatului și cumpărarea altuia. Nu există modernizare. De aceea, chiar și cu buget limitat, proiectăm de la început pe invertor hibrid și lăsăm acumulatorii pentru mai târziu — se plătește o singură dată pentru aceeași lucrare.

Din ce este alcătuită o stație

Cât produce un kilowat în Moldova: cifre, nu promisiuni

Acesta este locul unde majoritatea textelor de pe internet se opresc la „depinde”. Nu depinde chiar de orice: se calculează.

Datele de mai jos sunt din PVGIS, instrumentul deschis al Centrului Comun de Cercetare al Comisiei Europene, pentru 1 kW instalat, panouri cristaline, înclinare 35°, orientare sud, pierderi de sistem 14 % (valoarea implicită, care include cabluri, invertor, murdărie și temperatură).

Adică o stație de 10 kW la Chișinău produce în jur de 11 700 kWh pe an în aceste condiții. Cifra se verifică: aceleași date sunt confirmate de un al doilea set, independent — NASA POWER dă pentru Chișinău 1 307 kWh/m² pe an pe plan orizontal, față de 1 336 la PVGIS, o diferență de 2,2 %.

De ce iarna se produce de aproape patru ori mai puțin

Producția lunară la Chișinău, tot pentru 1 kW instalat:

Între iulie și decembrie diferența este de 3,7 ori. Motivele sunt ziua mai scurtă, soarele mai jos pe cer și nebulozitatea. De aceea o stație corect dimensionată nu se proiectează după consumul din iulie: se proiectează după consumul anual, iar sezonul se echilibrează prin mecanismul de compensare cu rețeaua.

Cine promite „independență totală în decembrie” fără acumulator și fără rețea vinde altceva decât fizică.

Cât pierdeți dacă acoperișul nu este spre sud

Aceleași condiții, Chișinău, doar orientarea și înclinarea se schimbă:

Concluzia practică: un acoperiș spre sud-est sau sud-vest pierde doar 5–6 % — nu este un motiv de renunțare. Est și vest costă o cincime din producție, dar rămân utilizabile, mai ales dacă consumul este dimineața sau seara. Nordul se ia în calcul doar când nu există altă suprafață.

Ce limitează puterea în Moldova

Fizica este aceeași peste tot, rețeaua nu. Aici sunt două limite despre care se află de obicei prea târziu.

Pe o singură fază — maximum 8 kW

Dacă locuința are branșament monofazat (220 V), operatorul limitează puterea invertorului la 8 кВт. Cererile de calcul pentru stații de 10 sau 15 kW pe o singură fază sunt frecvente și se lovesc de această limită.

Trecerea la trifazat (380 V) se solicită printr-o autorizație separată și presupune înlocuirea cablului de intrare și modificarea tabloului de distribuție. Este un proiect distinct, iar Avizul de Racordare pentru puterea finală se cere abia după realizarea lui.

Soluția corectă din punct de vedere tehnic pentru un invertor de 8 kW este încărcarea lui cu 10–15 kW de panouri: astfel invertorul lucrează la nivelul său maxim mai multe ore pe zi.

Dezechilibrul fazelor în casele vechi

O rețea trifazată ideală în interiorul unei case vechi practic nu există. În practică, în bucătărie este trasă o singură linie pe care stau plita, cuptorul, hota și prizele de blat, iar celelalte faze duc doar iluminat.

Când pe faza încărcată se pornesc simultan mai mulți consumatori mari — sau se pune la încărcat o mașină electrică — tensiunea pe ea coboară până la 180 V, iar pe fazele libere urcă compensatoriu la 230–250 V. Invertorul detectează eroarea și intră în protecție, deconectând energia în toată casa. Stabilizatoarele obișnuite nu ajută, pentru că nu elimină cauza.

De aceea, înainte de a depune documentele, facem un audit energetic preliminar al obiectivului. Dacă găsim dezechilibru, cerem redistribuirea sarcinilor pe faze — abia după aceea stația lucrează fără întreruperi.

Unde se duce surplusul

Ziua, o stație corect dimensionată produce mai mult decât consumă casa în acel moment. Surplusul are două destinații posibile:

• rețeaua, prin contorul bidirecțional, în cadrul mecanismului de compensare. Rețeaua devine un fel de „rezervor virtual”: vara se dă, iarna se ia. Aceasta este schema on-grid, cea mai ieftină și cea mai rapid amortizabilă;
• acumulatorul, dacă sistemul este hibrid. Costă mai mult, dar oferă energie seara și la avarii în rețea.

Alegerea între cele două nu este o chestiune de gust, ci de profil de consum și de buget — și, cum am arătat mai sus, se face o singură dată, la etapa de proiect.

Cum arată asta pe obiectele noastre

Teoria de mai sus se vede pe stații reale, montate și puse în funcțiune:

• Stație fotovoltaică 3 kW la Pîrlița
• Centrală fotovoltaică 6 kW la Chișinău, str. Muncești
• 8 kW pentru un market la Basarabeasca
• Centrală fotovoltaică 15 kW la Durlești
• 30 kW pentru EVK International
• 50 kW la Amialex-AN

Вопросы и ответы

Panourile funcționează iarna și pe vreme înnorată?

Da, dar produc mai puțin. La Chișinău, un kilowat instalat dă 144 kWh în iulie și 39 kWh în decembrie — o diferență de 3,7 ori. Pe vreme înnorată producția scade, dar nu se oprește: celula lucrează cu lumina difuză.

Se poate monta o stație de 15 kW dacă am o singură fază?

Nu. Pe branșament monofazat operatorul limitează invertorul la 8 kW. Pentru mai mult este nevoie de trecerea la trifazat, care se solicită printr-o autorizație separată și presupune înlocuirea cablului de intrare și modificarea tabloului.

Pot adăuga acumulatori peste câțiva ani?

Doar dacă invertorul este hibrid de la început. La un invertor on-grid acumulatorul nu se poate conecta fizic, iar modernizarea nu există — se înlocuiește aparatul.

Acoperișul meu este spre est. Are sens?

Are. La Chișinău, o pantă spre est produce 80 % din cât ar produce aceeași putere orientată spre sud. Sud-estul și sud-vestul pierd doar 5–6 %.

Zăpada de pe panouri trebuie curățată?

Panourile sunt montate înclinat și în cele mai multe cazuri zăpada alunecă singură. Curățarea forțată cu unelte dure riscă să zgârie sticla. Producția din decembrie și ianuarie este oricum cea mai mică din an și nu determină rentabilitatea.

Panourile trebuie întreținute?

O stație corect proiectată cere verificări periodice și curățare sezonieră. Nu are piese în mișcare, deci nu are consumabile ca un generator.

De ce se face audit înainte de proiect?

Ca să nu se instaleze echipament pe o rețea interioară care nu îl poate susține. Dezechilibrul fazelor într-o casă veche duce la oprirea în protecție a invertorului, iar problema nu se rezolvă cu stabilizatoare.

Vreți să știți ce putere este potrivită pentru casa sau afacerea dumneavoastră? Analizăm consumul din ultimele 12 luni, verificăm acoperișul și tipul de branșament și propunem o configurație realistă, cu producția estimată lună de lună. Solicitați calculul.