Kolejny podręcznik tematycznie związany z instalacjami fotowoltaicznymi i elektrycznymi powstał na bazie poprzedniej książki wydanej przez nas w roku 2013.

Dynamiczne zmiany, jakie dokonują się na naszych oczach w zakresie zagadnień technicznych związanych z instalacjami fotowoltaicznymi, aktami prawnymi w tej dziedzinie techniki, wymusiły na nas napisanie książki uwzględniającej w/w zagadnienia.

Podręcznik kierujemy do uczniów, studentów, słuchaczy, instalatorów, Inwestorów, pragnących pogłębić swą wiedzę z zakresu instalacji fotowoltaicznych i elektrycznych. Dedykujemy ją również Inwestorom (prosumentom) zamierzającym montować instalacje fotowoltaiczne.

Informacje zawarte w podręczniku oparte są na bogatym doświadczeniu naukowym, technicznym autorów tej pracy. Treść książki pozwoli odpowiedzieć na wiele pytań dotyczących budowy, montażu, eksploatacji instalacji fotowoltaicznych. Szeroki przekrój zagadnień podany przejrzyście i w nowoczesnym układzie, powinien ułatwić orzystanie z podręcznika. W poszczególnych rozdziałach książki usystematyzowaliśmy aktualną wiedzę dotyczącą fotowoltaiki i instalacji elektrycznych, popartą własnymi badaniami.

Mamy nadzieję, że nasza i Państwa praca przyczyni się do większego niż dotychczas wykorzystania „darmowej energii ze słońca” w naszym kraju, powstania nowych miejsc pracy. Życzymy sukcesów firmom, osobom prywatnym, zajmującym się produkcją, dystrybucją, montażem instalacji fotowoltaicznych.

Rozdziały:

Od autorów. 11
Perspektywy rozwoju fotowoltaiki w Polsce. 15
Struktura nakładów inwestycyjnych kosztów eksploatacyjnych dla elektrowni fotowoltaicznych. 19
Wybrane zagadnienia z ustawy Prawo energetyczne dotyczące fotowoltaiki . 21
Wykaz wybranych oznaczeń, wielkości i ich jednostek. 33
Symbole graficzne wg PN-EN 60617 stosowane w schematach elektrycznych. 37

MODUŁ I Bezpieczeństwo i higiena pracy. Ochrona przeciwpożarowa . 49
1. Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP). 49
2. Instrukcje BHP. 49
3. BHP a ergonomia. 49
4. Stanowisko pracy. 50
5. Elementy stanowiska pracy. 50
6. Zadania służb BHP. 51
7. Pierwsza pomoc. 51
8. Bezpieczeństwo wykonywania prac przy urządzeniach elektrycznych. 52
9. Sprzęt ochronny. 53
10. Sposoby ratowania porażonych prądem elektrycznym. 54
11. Ochrona przeciwpożarowa. 56
12. Prewencja pożarowa. 56
14. Sposoby ratowania osoby poszkodowanej w pożarze. 57
15. Czynności ratujące. 58

MODUŁ II Rysunek techniczny. 59
1. Znaczenie rysunku w przekazywaniu informacji. 59
2. Rodzaje rysunków technicznych. 60
3. Wymiary i kształt arkuszy rysunkowych. 60
4. Obramowanie. 61
5. Tabliczka rysunkowa. 61
6. Podziałki rysunków. 62
7. Rodzaje linii rysunkowych. 62
8. Rodzaje rzutów aksonometrycznych i ich zastosowanie. 63
9. Rzutowanie prostokątne. 63
10. Układ trzech rzutni . 64
11. Wymiarowanie. 66
12. Podstawowe zasady wymiarowania. 68
13. Wymiarowanie wg układu współrzędnych. 69
14. Przekroje. 70
15. Oznaczanie przekrojów. 71
16. Pismo techniczne. 71
17. Rysunki schematyczne. 71
18. Wykresy i odczytywanie wykresów. 72

MODUŁ III Podstawy elektrotechniki. 73
1. Prąd stały. 73
1.1. Prąd elektryczny. 73
1.2. Napięcie elektryczne. 74
1.3. Obwody elektryczne. 74
1.4. Prawo Ohma. 75
1.5. Obliczanie rezystancji . 75
1.6. Łączenie rezystorów. 75
1.7. Zależność rezystancji od temperatury. 76
1.8. Źródła prądu stałego. 76
1.9. Prawa obwodu elektrycznego. 77
1.9.1. Pierwsze prawo Kirchhoffa. 77
1.9.2. Drugie prawo Kirchhoffa. 78
1.10. Stany pracy źródeł energii elektrycznej. 78
1.11. Moc prądu stałego. 78
1.12. Energia prądu stałego. 79
1.13. Prawo Joule’a – Lenza. 80
2. Prąd przemienny jednofazowy. 80
2.1. Analiza obwodów zawierających elementy R, L, C.. 81
2.1.1. Obwód elektryczny z rezystancją. 81
2.1.2. Obwód elektryczny z cewką o indukcyjności L (reaktancją indukcyjną)               82
2.1.3. Obwód elektryczny z kondensatorem o pojemności C (reaktancją pojemnościową). 83
2.1.4. Obwód elektryczny szeregowy z elementami R, L, C. 84
2.1.5. Obwód elektryczny równoległy z elementami R, L, C. 85
3. Kondensatory. 87
3.1. Pojemność kondensatora. 87
3.2. Łączenie kondensatorów. 88
4. Moc prądu przemiennego jednofazowego. 88
4.1. Moc czynna. 88
4.2. Moc bierna . 89
4.3. Moc pozorna                       90
5. Układy trójfazowe. 90
5.1. Układ połączeń odbiorników w gwiazdę. 90
5.2. Układ odbiorników połączonych w trójkąt . 91
6. Pomiar mocy w układach 3 fazowych. 92
7. Pomiar energii w obwodach trójfazowych. 93
8. Zdjęcia przedstawiające autorów podręcznika w czasie zajęć laboratoryjnych z podstaw elektrotechniki z uczniami, studentami, słuchaczami w pracowni elektrycznej. 95

MODUŁ IV Urządzenia i instalacje elektryczne . 97
1. Oznaczenia przewodów i zacisków. 97
1.1. Wybrane oznaczenia kabli i przewodów według normy PN: 60446. 99
1.2. Przekroje przewodów. 100
1.3. Wybrane przykłady oznaczeń przewodów. 100
1.4. Podział przewodów ze względu na pełnioną funkcję . 101
1.5. Oznaczenia przewodów i zacisków odbiorników. 101
2. Łączenie przewodów. 102
3. Wybrane zagadnienia ochrony przeciwporażeniowej w instalacjach elektrycznych do 1 kV. 103
3.1. Oddziaływanie prądu elektrycznego na organizm ludzki. 103
3.2. Warunki środowiskowe. 104
3.3. Stopnie ochrony obudów urządzeń elektrycznych. 105
3.4. Klasy ochronności urządzeń elektrycznych i elektronicznych. 106
3.5. Napięcia i układy sieciowe. 106
3.6. Układy sieci. 107
3.7. Charakterystyka układów sieciowych. 108
4. Środki ochrony przed porażeniem prądem elektrycznym przy eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych. 110
4.1. Rodzaje ochron przeciwporażeniowych. 110
4.1.1. Równoczesna ochrona przed dotykiem bezpośrednim i pośrednim. 110
4.1.2. Ochrona przed dotykiem bezpośrednim (ochrona podstawowa). 112
4.2. Ochrona przed dotykiem pośrednim (ochrona dodatkowa). 113
4.2.1. Ochrona przez zastosowanie samoczynnego wyłączenia zasilania. 113
4.2.2. Wyłączniki nadmiarowo-prądowe. 114
4.3. Urządzenia ochronne różnicowoprądowe. 117
4.4. Ochrona przed dotykiem pośrednim przez samoczynne wyłączenie zasilania w układzie sieciowym TN. 124
4.5. Ochrona przez zastosowanie urządzenia II klasy ochronności. 126
4.6. Ochrona przez zastosowanie izolowania stanowiska. 127
4.7. Ochrona przez zastosowanie separacji elektrycznej. 127
4.8. Ochrona przez zastosowanie nieuziemionych połączeń wyrównawczych miejscowych. 129
4.9. Połączenia wyrównawcze. 130
5. Przewody ochronne, ochronno-neutralne i wyrównawcze. 132
6. Uziomy i przewody uziemiające. 133
6.1. Uziomy naturalne. 134
6.2. Uziomy sztuczne. 134
7. Ochrona przed przepięciami atmosferycznymi lub łączeniowymi. 137
8. Przyłączanie urządzeń elektrycznych. 140
9. Zasilanie budynku. 141
10. Instalacje elektryczne w mieszkaniach i budynkach mieszkalnych. 141
11. Wybrane zasady wykonania instalacji elektrycznej w budynku . 146
12. Eksploatacja instalacji elektrycznych . 147
13. Pomiar ciągłości przewodów . 149
14. Pomiar rezystancji izolacji instalacji elektrycznej. 149
15. Pomiar rezystancji izolacji podłóg i ścian. 151
16. Pomiar rezystancji uziomu. 152
17. Sprawdzenie skuteczności ochrony przed dotykiem pośrednim przez samoczynne wyłączenie zasilania. 152
18. Sprawdzanie działania urządzeń ochronnych różnicowoprądowych. 155
19. Protokół odbiorczy. 155
20. Ogólne zasady eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych. 156
21. Dokumentacja techniczna. 157
22. Przyjmowanie urządzeń do eksploatacji. 158
23. Prowadzenie eksploatacji urządzeń elektroenergetycznych. 158
24. Kontrola eksploatacji. 159
25. Zdjęcia przedstawiające autorów podręcznika w czasie zajęć laboratoryjnych z urządzeń elektrycznych z uczniami, studentami, słuchaczami w pracowni urządzeń. 159

MODUŁ V Technologia wykonania i logistyka robot instalacyjnych . 161
1. Kosztorysy – rodzaje i sposoby obliczeń. 161
1.1. Kosztorys inwestorski. 162
1.2. Kosztorys ofertowy. 162
1.3. Kosztorys zamienny. 164
1.4. Kosztorys powykonawczy. 164
1.5. Rodzaje kalkulacji kosztorysowej . 165
1.5.1. Kalkulacja uproszczona. 165
1.5.2. Kalkulacja szczegółowa. 166
2. Oferty w postępowaniu o udzielenie zamówienia publicznego. 167
2.1. Treść projektu oferty. 167
3. Specyfikacja Istotnych Warunków Zamówienia (SIWZ). 168
4. Przekazywanie SIWZ dla wykonawców. 169
5. Przykładowa specyfikacja wykonania i odbioru robót i materiałów instalacyjnych . 169
5.1. Przedmiot zamówienia. 170
5.2. Przedmiot i zakres robót instalacyjnych. 170
5.3. Prace towarzyszące i roboty tymczasowe. 170
5.4. Teren budowy. 170
5.4.1. Organizacja robót. 170
5.4.2. Harmonogram robót. 170
5.4.3. Wprowadzenie na budowę. 171
5.4.4. Koordynacja robót. 171
5.4.5. Zabezpieczenie interesów osób trzecich. 172
5.4.6. Ochrona środowiska i zdrowia ludzi. 172
5.4.7. Bezpieczeństwo i higiena pracy. 173
5.4.8. Zaplecze budowy. 173
5.4.9. Organizacja ruchu. 174
5.4.10. Ogrodzenie. 174
5.4.11. Zabezpieczenie chodników i jezdni. 174
6. Wymagania dotyczące wyrobów instalacyjnych . 174
7. Wymagania dotyczące sprzętu i maszyn . 175
8. Wymagania dotyczące środków transportu . 175
9. Sposób wykonania robót instalacyjnych . 176
10. Kontrola oraz odbiór robót instalacyjnych. 176
11. Wymagania dotyczące przedmiaru i obmiaru robót . 178
12. Odbiór robót i przekazanie do użytku . 180
13. Sposób rozliczenia robót tymczasowych i prac towarzyszących . 181
14. Dokumenty, normy i przepisy . 181

MODUŁ VI Energetyka słoneczna . 183
1. Energia słoneczna. 183
2. Atmosfera Ziemi. 184
3. Oddziaływanie atmosfery z promieniowaniem. 184
4. Wielkość energii słonecznej na Ziemi. 185
5. Nasłonecznienie w Polsce. 186
6. Zalety promieniowania słonecznego jako źródła energii. 186
7. Wady promieniowania słonecznego jako źródła energii. 186
8. Sposoby produkcji energii elektrycznej z wykorzystaniem energii słonecznej. 187
8.1. Metoda heliotermiczna. 187
8.2. Metoda helioelektryczna. 188
9. Wiadomości wstępne z optoelektroniki. 189

MODUŁ VII Budowa, zasada działania fotoogniw (PV). 191
1. Budowa i zasada działania ogniw krzemowych . 191
2. Podział ogniw PV . 192
3. Ogniwa z krzemu monolitycznego . 192
3.1. Budowa fotoogniwa . 192
3.2. Technologia wytwarzania fotoogniwa . 193
3.3. Przykłady krzemowych modułów fotowoltaicznych . 194
4. Ogniwa polikrystaliczne . 198
4.1. Budowa fotoogniwa . 198
4.2. Rozwiązania konstrukcyjne fotomodułów płaskich polikrystalicznych . 199
5. Ogniwa polikrystaliczne cienkowarstwowe . 201
5.1. Budowa fotoogniwa . 201
5.2. Technologia wytwarzania ogniwa PV . 201
6. Ogniwa z krzemu amorfi cznego . 202
6.1. Budowa i technologia wytwarzania fotoogniwa . 202
7. Ogniwa cienkowarstwowe jedno- i wielozłączowe z arsenku galu . 203
7.1. Budowa i technologia wytwarzania . 203
7.2. Przykład rozwiązania konstrukcyjnego . 204
8. Ogniwa fotowoltaiczne z materiałów organicznych . 205
8.1. Budowa i technologia wytwarzania . 205
8.2. Przykładowe rozwiązania konstrukcyjne ogniw PV, na podłożu polimerowym . 206
8.3. Sposoby produkcji . 207
8.4. Parametry polimerowych ogniw PV . 208
9. Ogniwa fotowoltaiczne uczulane barwnikiem . 209
9.1. Zasada działania . 209
9.2. Budowa, parametry ogniwa . 209
10. Hybrydowe panele słoneczne . 209
10.1. Zasada działania . 209
10.2. Budowa urządzenia . 211
11. Dwustronne baterie słoneczne . 213
12. Utrata mocy fotoogniw funkcji czasu pracy. 213
12.1. Dioda bocznikująca fotoogniwo (by-pass). 213
13. Gorący punkt (hot spot). 215
13.1. Napięcie indukowane w module PID (Potential Induced Degradation). 216

MODUŁ VIII Analiza pracy fotoogniwa. 217
1. Podstawowe zależności. 217
2. Wpływ temperatury na parametry fotoogniwa . 220
3. Sposoby połączeń modułów PV . 222
4. Wpływ promieniowania słonecznego na parametry modułu fotowoltaicznego. 223
4.1. Współczynnik wypełnienia FF. 224
5. Wybrane wyniki badań modułów fotowoltaicznych. 224
6. Wybrane wyniki badań instalacji fotowoltaicznej „podążającej za słońcem”. 232
7. Zdjęcia przedstawiające autorów podręcznika w czasie zajęć laboratoryjnych z uczniami, studentami, słuchaczami. 234

MODUŁ IX Parametry osprzętu instalacji PV. 241
1. Regulatory ładowania. 241
2. Przetwornice napięcia. 242
2.1. Przykładowe rozwiązanie                  .248
2.2. Parametry elektryczne pracy falownika 1-fazowego. 248
2.3. Falowniki 3-fazowe. 249
3. MPP traker . 253
4. Modem komunikacyjny. 254
4.1. Zasada działania. 254
4.2. Charakterystyka urządzeń. 254
5. Sposób łączenia przewodów po stronie DC. 255
6. Dobór przewodów w instalacji fotowoltaicznej. 256
7. Dobór akumulatorów do instalacji off-grid. 262
8. Mierniki instalacji fotowoltaicznych. 262

MODUŁ X Dobór parametrów instalacji fotowoltaicznych. 265
1. Rodzaje instalacji PV. 265
2. Mała instalacja fotowoltaiczna . 265
3. Wybrane układy połączeń fotoogniw. 268
3.1. Sieć autonomiczna off-grid (wydzielona). 268
3.2. Praca elektrowni PV na sieć „sztywną” (on-grid). 273

MODUŁ XI Wytyczne montażowe. 275
1. Etapy realizacji inwestycji. 275
2. Projekt techniczny. 275
3. Etapy budowy. 275
4. Zagadnienia techniczne montażu instalacji . 276
5. Sposób montażu ogniw PV w rzędach. 278
6. Systemy zabezpieczeń w instalacjach fotowoltaicznych. 280
6.1. Rodzaje zabezpieczeń instalacji fotowoltaicznej. 280
7. Ochrona odgromowa instalacji fotowoltaicznych. 280
7.1. Ochrona odgromowa – rodzaje ochrony. 282
7.2. Ochrona odgromowa – ochrona zewnętrzna. 282
7.3. Ochrona odgromowa farm fotowoltaicznych – ochrona zewnętrzna. 286
7.4. System ochronny instalacji PV bez zewnętrznej ochrony odgromowej (zwodów pionowych) – ochrona wewnętrzna . 286
7.5. Ogólne zasady doboru ograniczników po stronie DC      288
7.6. Ochrona przetężeniowa i zwarciowa. 291
7.5. Ochrona przeciwporażeniowa w systemach fotowoltaicznych. 292
8. Odbiór instalacji. 293

MODUŁ XII BHP przy montażu instalacji fotowoltaicznej. 295
1. Zasady BHP przy montażu instalacji fotowoltaicznych. 295
2. Kompletność dostawy materiałów i urządzeń . 296
3. Transport i składowanie. 296
4. Dokumentacja techniczna. 297
5. Narzędzia i sprzęt dodatkowy. 297
6. Informacje ogólne. 297
7. Przepisy bezpieczeństwa. 297
8. Ochrona przeciwporażeniowa. 298
9. Ochrona przeciwpożarowa. 298
10. Bezpieczeństwo wykonywania prac przy urządzeniach elektrycznych. 298
11. Oznaczenia i symbole. 299

MODUŁ XIII Montaż instalacji fotowoltaicznej. 301
1. Systemy montażowe dla modułów skrzynkowych         301
1.1. Montaż na dachu spadzistym. 301
1.2. Montaż ogniw PV na dachu płaskim lub płaszczyźnie poziomej . 303
1.3. Sposób montażu modułów. 304
1.4. Eliminacja prądów upływu i szczątkowego. 305
1.5. Sposoby montażu fotoogniw polimerowych elastycznych na dachu płaskim. 305
1.6. Dachy pokryte dachówką w formie paneli fotowoltaicznych. 307
1.7. Montaż fotoogniw „podążających za słońcem”. 309
1.8. Inne rozwiązania techniczne montażu instalacji fotowoltaicznych. 310
2. Przykłady nieprawidłowego montażu modułów fotowoltaicznych. 311
3. Zdjęcia przedstawiające montaż modułów fotowoltaicznych na płaszczyźnie poziomej. 311
4. Przykład montażu modułu fotowoltaicznego na konstrukcji drewnianej w warunkach laboratoryjnych. 313
5. Zdjęcia przedstawiające autorów podręcznika z uczniami ZSE nr 1 w czasie wykonywania pomiarów parametrów energetycznych modułów fotowoltaicznych . 314
6. Montaż instalacji fotowoltaicznej na konstrukcji aluminiowej  na dachu płaskim. 315
7. Montaż instalacji fotowoltaicznej na dachu spadzistym pokrytym dachówką betonową. 318
8. Montaż instalacji fotowoltaicznej na konstrukcji aluminiowej na dachu płaskim pokrytym blachą falistą. 321
9. Montaż instalacji fotowoltaicznej na dachu spadzistym pokrytym blachodachówką . 322

MODUŁ XIV Eksploatacja instalacji fotowoltaicznych. 323
1. Wymiana uszkodzonego modułu. 323
2. Mycie instalacji fotowoltaicznej                323
3. Sprawdzenie mocowania paneli. 323
4. Usuwanie śniegu. 324
5. Stan przewodów zasilających w instalacji prądu stałego (DC). 324
6. Sprawdzenie stanu technicznego falownika. 325
7. Czynniki wpływające ujemnie na produkcję energii z elektrowni fotowoltaicznej . 325
8. Uruchamianie systemu fotowoltaicznego             .325

MODUŁ XV Przykładowy projekt budowlano-wykonawczy. 329

MODUŁ XVI Przykładowy scenariusz zajęć praktycznych. 379

MODUŁ XVII Egzamin teoretyczny dla instalatorów instalacji fotowoltaicznych. 385
1. Przebieg testowania. 385
2. Przykładowy test wielokrotnego wyboru z jedną poprawną odpowiedzią, standaryzowany. 386
3. Przykładowa karta odpowiedzi                 .396

MODUŁ XVIII Przykładowe zadania obliczeniowe. 397

MODUŁ XIX Zadanie kontrolne. 411

MODUŁ XX Egzamin praktyczny dla instalatorów instalacji fotowoltaicznych. 417
1. Przebieg testowania. 417
2. Przykładowe tematy zadań praktycznych dotyczących montażu i eksploatacji instalacji fotowoltaicznych                  418
3. Przykładowa karta odpowiedzi                 .421

MODUŁ XXI Projekt wstępny budynku jednorodzinnego o niskim zapotrzebowaniu na energię