Fotowoltaika to w ostatnich latach temat niezwykle popularny. Coraz więcej budynków mieści na swoich dachach pokaźne ilości paneli słonecznych. Jak jednak ze światła słonecznego wytwarzany jest prąd i gdzie jeszcze, poza dachami, można zainstalować ogniwa, żeby były efektywne? Wyjaśnimy to w tym poradniku.

Fotowoltaika – jak działa system paneli słonecznych?

Każdy, kto rozważa montaż instalacji fotowoltaicznej na własnej posesji, zadaje sobie najważniejsze pytanie: czy naprawdę mi się to opłaci? Możemy odpowiedzieć krótko: najczęściej tak. Oczywiście takie wyjaśnienie z pewnością ci nie wystarczy, jednak kiedy dowiesz się, jak działa system fotowoltaiczny, wiele Twoich wątpliwości zniknie. A po przeczytaniu dodatkowo artykułu Ogniwa fotowoltaiczne – czy warto, nabędziesz wręcz pewności, że w fotowoltaikę opłaca się zainwestować.

Ogniwa fotowoltaiczne vs. kolektory słoneczne

Zanim przejdziemy do najważniejszych kwestii związanych z fotowoltaiką, warto podkreślić, że ogniwa fotowoltaiczne zamieniają energię słoneczną na elektryczną. Jest to o tyle ważne, że na rynku nabyć można również bardzo podobne do ogniw kolektory słoneczne. Te jednak służą nie do wytwarzania energii elektrycznej, lecz cieplnej. Co to oznacza? Kolektory słoneczne produkują z promieni słonecznych tylko i wyłącznie ciepło. Są przydatne, jeśli chcemy podgrzać wodę do użytku domowego czy zakładzie przemysłowym dla potrzeb technologiczny. Nie uzyskamy z nich jednak prądu, który są w stanie wyprodukować jedynie ogniwa fotowoltaiczne.

Z czego składa się zestaw fotowoltaiczny?

Żeby skorzystać z energii słonecznej i przetworzyć ją na elektryczną, potrzebny jest nam system, czyli instalacja fotowoltaiczna, która składa się z:

  • paneli fotowoltaicznych zbudowanych z ogniw fotowoltaicznych, które przekształcają energię słoneczną na prąd elektryczny stały,
  • inwertera (falownika) zamieniającego prąd stały na prąd przemienny, którym zasilane są odbiorniki energii elektrycznej (czyli wszystkie typowe urządzenia elektryczne, które mamy w mieszkaniu),
  • oprzewodowania,
  • liczników zużycia i produkcji energii (jeśli instalacja połączona jest z siecią energetyczną,
  • akumulatora z regulatorem ładowania (jeśli instalacja nie jest połączona z siecią energetyczną).

Fotowoltaika  – jak przekształcić energię słońca w prąd?

Podstawowy element każdej instalacji elektrycznej to panel słoneczny, który zbudowany jest najczęściej z krzemu. Nie jest to jednak regułą, ponieważ do budowy paneli używa się również inne materiały (np. tellurek kadmu czy miedź, ind, gal oraz selen), wytwarza się je także w rozmaitych technologiach. Panele słoneczne instaluje się zwykle na dachach budynków, choć popularny jest również montaż na gruncie na specjalnych stelażach.

Jak ogniwo fotowoltaiczne wytwarza prąd? W ogniwach zachodzi tzw. zjawisko fotoelektryczne, które polega na zmianie właściwości elektrycznych ogniwa (półprzewodnika) pod wpływem promieniowania słonecznego (elektromagnetycznego). Wyjaśnijmy to na przykładzie płytki krzemowej. Jest ona zbudowana z dwóch warstw oddzielonych od siebie tzw. barierą potencjału. Warstwa górna (skierowana w stronę światła) jest domieszkowana ujemnie (ma nadmiar elektronów), a dolna – dodatnio (ma niedobór elektronów). Dzięki tej różnicy w obszarze granicznym (bariera potencjału) tworzy się pole elektryczne. Energia fotonu (czyli najmniejszej jednostki światła) padającego na ogniwo uwalnia dodatkowe elektrony i powoduje ich przemieszczanie się. W ten sposób powstaje napięcie elektryczne (różnica potencjałów). Po zamknięciu obwodu odbiornikiem energii elektrycznej pomiędzy płytkami następuje przepływ prądu.

Prąd wytwarzany przez ogniwo jest stały, a nasze instalacje elektryczne dostosowane są do prądu przemiennego. Dlatego wewnątrz budynku, pomiędzy zespołem paneli a rozdzielnicą elektryczną, do której doprowadza się energię pochodzącą z ogniw, montuje się inwerter, którego zadaniem jest zamiana prądu stałego na przemienny.

Fotowoltaika w Polsce – czy montaż paneli naprawdę się opłaca?

Roczna suma energii promieniowania słonecznego w naszym Kraju wynosi około 1000 kWh na 1 m2 powierzchni. Oznacza to, że średnio w ciągu całego roku każdy metr kwadratowy gruntu otrzymuje w przybliżeniu taką samą ilość energii solarnej, jaka powstałaby ze spalenia 100 m3 gazu ziemnego.

Skoro tak, to jeśli zamieszkujemy budynek energooszczędny o powierzchni 150 m2, którego roczne zapotrzebowanie na energię równe jest 40 kWh/m2, otrzymujemy potrzebną ilość 6000 kWh. Czyżby więc wystarczyło zainstalować na gruncie 6 m2 ogniw? Niestety nie. W praktyce, każdy sposób pozyskiwania energii wiąże się ze stratami, a poza tym problemem w przypadku paneli słonecznych jest również nierównomierny rozkład promieniowania w ciągu roku. Oczywiste dla nas jest, że w miesiącach zimowych jest ono mniejsze niż latem. W Polsce od grudnia do lutego odebrać można przeciętnie zaledwie 6% rocznej sumy promieniowania słonecznego, natomiast na całe chłodniejsze półrocze przypada jej 20%. Stąd w czasie, kiedy potrzebujemy jej najwięcej, mamy jej najmniej, a kiedy nie jest nam potrzebna w dużych ilościach – dysponujemy nadwyżkami. Mimo tych wszystkich niedogodności, pozyskiwanie energii ze słońca jest uzasadnione. Wyczerpujące informacje o opłacalności instalacji fotowoltaicznych znajdziesz w artykule Fotowoltaika – opinie ekspertów.

Gdzie zainstalować ogniwa?

Choć w gospodarstwach domowych zwykle spotykamy panele słoneczne zamontowane na dachach, nie jest to oczywiście jedyna możliwość. Ogniwa instaluje się również na odpowiednich stelażach na gruncie, a także na balkonach w budynkach wielorodzinnych, choć ta opcja nie jest w Polsce jeszcze popularna. Duże nadzieje pokłada się również w technologii BIPV, w której produkuje się materiały budowlane stanowiące jednocześnie ogniwa fotowoltaiczne, np. dachówki (te są już dość dobrze znane w naszym Kraju), płytki elewacyjne, balustrady czy nawet tafle okienne. Na uwagę zasługuje również będąca w fazie badań fotowoltaiczna deska tarasowa polskiej firmy ElectroTile.

Fotowoltaika na dachu. Dach to miejsce, na którym ogniwa goszczą najczęściej. Najlepszy dla fotowoltaiki jest dach z wystawą południową, a także południowo-wschodnią i południowo-zachodnią. W naszej szerokości geograficznej panele odznaczają się najlepszą efektywnością, jeśli ustawione są pod kątem 35 stopni w stosunku do powierzchni ziemi.  Oczywiście jeśli nasz dach ma połacie skierowane na wschód i zachód, również uzyskamy wystarczającą ilość energii, jednak zwykle w takiej sytuacji instaluje się panele na obydwu połaciach.

A co, jeśli mieszkamy w domu z płaskim dachem? Nic nie szkodzi – na płaskim dachu z powodzeniem można zamontować panele na stelażu i w ten sposób uzyskać nie tylko odpowiedni kąt nachylenia, ale również kierunek południowy, czyli najbardziej korzystny.

Fotowoltaika na gruncie. Kiedy montaż paneli na dachu naszego domu nie jest możliwy (np. z powodu jego zacienienia przez sąsiednie budynki), a dysponujemy odpowiednią powierzchnią gruntową na naszej posesji w postaci dużego, dobrze nasłonecznionego trawnika, czy niezagospodarowanego obszaru działki, z powodzeniem zainstalować możemy ogniwa na gruncie. Ten sposób rzadziej stosowany jest w domach w mieście ze względu na niewielkie wielkości działek i ich znikomą ekspozycję na słońce, ale rozwiązanie doskonale sprawdza się w obszarach wiejskich i może być idealne dla rolników.

Fotowoltaika na balkonie. Montaż paneli fotowoltaicznych na balkonie to pomysł, który w Polsce jeszcze nie zagościł na dobre, choć warunki ku temu w dużych miastach są idealne. Szczególnie jeśli weźmiemy ogromne popeerelowskie osiedla z wielkiej płyty. Standardem są tam zwykle loggie lub tradycyjne balkony, które doskonale nadają się do montażu paneli.

Lokalizacja ogniw fotowoltaicznych jest kluczowa dla decyzji o zakupie. Dostępność miejsca jest pierwszym krokiem na drodze do własnego prądu. Kolejno oszacować trzeba opłacalność inwestycji i podjąć szereg innych wyborów, takich jak np. ten, czy kupić ogniwa we własnym zakresie, czy jednak zatrudnić firmę, która zajmie się nie tylko montażem systemu, ale również dostarczy materiał.

Fotowoltaika montaż – dowiedz się więcej na https://electrotile.com