W jaki sposób fotowoltaika wytwarza energię elektryczną?

Jeszcze kilka lat temu wykorzystywanie energii słonecznej na własne potrzeby było trudnodostępne ze względu na wysokie koszty. Dziś jednak coraz częściej można spotkać się z prywatnymi instalacjami PV i niemal każdy może sobie na nie pozwolić. Jak jednak wytwarzana jest energia z fotowoltaiki?

W dzisiejszych czasach korzystnie z energii słonecznej już nikogo nie dziwi, a wiele osób chce zainwestować we własną instalację. Fotowoltaika jest procesem wytwarzania energii elektrycznej z promieniowania słonecznego, które jest darmowe i dostępne dla każdego. Przedstawiamy, jak działa instalacja, jak wytwarzana jest energia z fotowoltaiki oraz jaką drogę muszą przebyć promienie słoneczne, aby mogły zasilać domowe sprzęty elektryczne.

Jak działa system fotowoltaiczny słoneczny?

Podstawowym elementem każdego systemu fotowoltaicznego są panele fotowoltaiczne – słoneczne. Przekształcają one energię fotonów – cząstek światła – w energię. Proces ten nosi nazwę efektu fotowoltaicznego. W momencie, gdy foton uderza w urządzenie fotowoltaiczne (PV), jego energia przenosi się do znajdujących się w materiale lokalnych elektronów. Wzbudzone elektrony zaczynają z kolei płynąć i w ten sposób wytwarzają prąd elektryczny.

Ogniwa słoneczne, które znajdują się w panelach słonecznych, wytwarzają prąd stały (DC). Ten jest następnie przetwarzany na prąd przemienny (AC). Za tę przemianę odpowiada falownik. Z prądu zmiennego korzystają sieci elektryczne, co oznacza, że wykorzystuje się go do zasilania domowych urządzeń. Jeśli domowy system fotowoltaiczny wytwarza więcej energii, niż wynosi zapotrzebowanie gospodarstwa domowego, prąd jest odsyłany do ogólnej sieci elektrycznej.

Energia z fotowoltaiki: co się dzieje z wytworzonym prądem?

Może się zdarzyć, że nasza mikroelektrownia wytworzy za dużo lub za mało energii w stosunku do naszego zapotrzebowania. Z pomocą przychodzi tu licznik dwukierunkowy – urządzenie, które dokonuje pomiarów dwukierunkowego przepływu prądu. Oznacza to, że zlicza on zarówno energię elektryczną wyprodukowaną przez naszą instalację, jak również tę pobraną z zewnętrznej sieci energetycznej.

Nadmiar energii wyprodukowanej przez naszą mikroelektrownię zostanie przekazany do sieci energetycznej. Tym samym staniemy się prosumentami, czyli jednocześnie producentami i konsumentami energii elektrycznej. Za każdą wysłaną 1 kWh do zewnętrznej sieci elektrycznej prosument otrzymuje:

• 0,7 kWh darmowej energii elektrycznej pochodzącej z zewnętrznej sieci, w przypadku instalacji od 10 do 50 kWp,
• 0,8 kWh darmowej energii elektrycznej pochodzącej z zewnętrznej sieci, w przypadku instalacji do 10 kWp.

Tę energię można wykorzystać w sytuacji, gdy nasza instalacja fotowoltaiczna nie da rady pobierać energii solarnej lub dostęp do tej energii jest ograniczony (np. zimie, w dni pochmurne czy w nocy).

Jakie są części systemu fotowoltaicznego?

System fotowoltaiczny czy mikroelektrownia słoneczna to nie tylko panele i falownik czy mikrofalowniki. Oto poszczególne elementy, z jakich składa się instalacja:

• panele fotowoltaiczne (słoneczne) – to główny i kluczowy element systemu fotowoltaicznego, dzięki którym można pozyskiwać prąd z promieniowania słonecznego. Zamieniają one promieniowanie słoneczne na energię elektryczną o napięciu stałym. Budowa takiego panelu opiera się na szeregowo połączonych ze sobą ogniwach fotowoltaicznych.
• inwerter (falownik) lub mikroiwertery – przekształcają prąd o napięciu stałym w prąd o napięciu zmiennym, używany do zasilania elektrycznych urządzeń domowych,
• przewody łączeniowe – służą do połączenia ze sobą paneli fotowoltaicznych i inwertera, a także do podłączenia falownika do rozdzielnicy,
• zabezpieczenia – zarówno po stronie DC (prądu stałego), jak i AC (prądu zmiennego),
• zestawy montażowe – na nich panele są mocowane na dachu.

Co wpływa na wydajność systemu fotowoltaicznego?

System fotowoltaiczny nigdy nie będzie wydajny w 100%. Mają na to wpływ zarówno czynniki środowiskowe, jak i straty w komponentach elektrycznych:

• temperatura – wydajność systemu fotowoltaicznego zmienia się w zależności od temperatury, bardzo wysokie temperatury mają negatywny wpływ na wydajność systemu,
• zanieczyszczenia – materiał gromadzący się na powierzchni paneli blokuje dopływ światła do ogniw słonecznych,
• zacienienie – mogą je powodować drzewa, budynki, pofałdowany teren i inne obiekty w otoczeniu,
• okablowanie i połączenia – rezystancja w połączeniach elektrycznych zazwyczaj powoduje straty energii o kilka procent,
• niedopasowanie – ze względu na różne warianty produkcyjne moduły tego samego typu mogą mieć nieco inne właściwości elektryczne. Ich niedopasowanie może prowadzić do utraty wydajności instalacji.
• wydajność falownika – wydajność falowników zazwyczaj wynosi w przedziale około 96–97%. Wydajność jest zazwyczaj wyższa, jeśli moc wejściowa prądu stałego jest wyższa,
• wiek – panele fotowoltaiczne tracą swoją wydajność z czasem, zakłada się, że spadek ich wydajności wynosi około 0,5% rocznie.

Domowe systemy fotowoltaiczne – małe prywatne elektrownie słoneczne – jeszcze do niedawna były trudno dostępne dla statystycznego Kowalskiego. Jednak współcześnie to ekologiczne i ekonomiczne rozwiązanie zyskuje coraz więcej zwolenników i stają się coraz bardziej dostępne.

Warto jednak skontaktować się z profesjonalistami, którzy mają doświadczenie w instalacjach na różnych dachach, jak na przykład eksperci Stilo Energy. Aby zachować nienaruszone pokrycie dachowe, konieczna jest precyzja i wysoka jakość instalacji. Gdy panele są dobrze zamontowane, stają się one wtedy integralną częścią budynku i są bezpieczne nawet podczas ekstremalnych warunków pogodowych.