Jak działa elektrownia fotowoltaiczna?

Elektrownia fotowoltaiczna (zwana skrótowo fotowoltaiką, elektrownią słoneczną) to urządzenie energetyczne, które wytwarza elektryczność ze światła słonecznego.

Fotowoltaika – zasada działania

Jaka jest zasada działania fotowoltaiki? Panele przekształcają promieniowanie słoneczne na prąd stały. Następnie inwerter (nazywany również przekształtnikiem) zamienia go na prąd zmienny, który zasila urządzenia domowe podłączone do sieci. Jeśli wyprodukowano nadwyżkę energii, magazynuje się ją w baterii fotowoltaicznej do późniejszego użycia.

Elektrownia fotowoltaiczna wykorzystuje zasadę znaną jako zjawisko fotoelektryczne, do którego dochodzi w ogniwach fotowoltaicznych gdy pada na nie promieniowanie słoneczne.

• Fotony padające na ogniwo fotowoltaiczne wybijają elektrony z powłoki atomu krzemu. W ten sposób są one wprowadzane w ruch.
• Im szybciej elektrony się poruszają, tym więcej elektryczności panele wytwarzają.
• Całkowita moc panelu zależy od różnicy energii między elektronami w stanie spoczynku a w ruchu.
• Przy niższych temperaturach nieruchome elektrony mają niższą energię. Kiedy są aktywowane przez promieniowanie słoneczne, wzrost ich energii jest wyższy. Dlatego wydajność paneli jest wyższa zimą (o około 0,4% na każdy °C) niż latem. Przy wyższych temperaturach elektrony w stanie spoczynku są bardziej nagrzane, a zatem mają wyższą początkową energię.

Rys. Elektrownia słoneczna i zasada zjawiska fotoelektrycznego

Elementy elektrowni fotowoltaicznej

Elektrownię słoneczną tworzą trzy podstawowe elementy: panele fotowoltaiczne, inwerter i bateria. Teraz opiszemy, jak działa panel słoneczny i inne komponenty całego systemu słonecznego.

Jak działają panele słoneczne?

Panele fotowoltaiczne (inaczej moduły) składają się z ogniw fotowoltaicznych. Są to w zasadzie półprzewodnikowe diody, które są ze sobą połączone (albo równolegle, albo szeregowo). Panele są z przodu pokryte trwałym szkłem, zazwyczaj osadzonym w aluminiowej ramie; z tyłu jest folia plastikowa i złącze do połączenia z innymi elementami elektrowni.

Rodzaje paneli fotowoltaicznych

W zależności od typu użytych ogniw fotowoltaicznych panele mogą być monokrystaliczne, polikrystaliczne, lub amorficzne. Różnią się swoimi właściwościami i wydajnością w różnych warunkach świetlnych.

Ogólnie rzecz biorąc, dla dachów z dobrą orientacją i nachyleniem do słońca najlepiej nadają się panele monokrystaliczne. Panele polikrystaliczne nadają się z kolei do miejsc, gdzie światło jest bardziej rozproszone i przychodzi z boku. Jednak różnice w wydajności tych dwóch rodzajów paneli są tylko kwestią procentów, a przy wydajności dzisiejszych paneli można wybrać właściwie którykolwiek z nich.

W Czechach najczęściej sprzedawane są panele monokrystaliczne, ponieważ najlepiej nadają się do naszych szerokości geograficznych. Są także popularne ze względu na ich czarny kolor, który większość klientów preferuje.

Na jakim dachu można zamontować panele fotowoltaiczne? Dowiesz się w naszym kolejnym artykule. Dowiesz się w nim także, jak sobie poradzić, gdy dach Twojego domu nie nadaje się do ich instalacji.

Jak działa inwerter w połączeniu z baterią do fotowoltaiki

Energia wyprodukowana przez panele płynie dwoma kablami do inwertera, który ten prąd stały przekształca na prąd zmienny, który natychmiast mogą wykorzystać domowe urządzenia. Inwerter jest również połączony z baterią fotowoltaiczną, gdzie elektryczność jest automatycznie magazynowana, jeśli nie została natychmiast zużyta w gospodarstwie domowym.

Inne komponenty fotowoltaiczne

Elektrownia fotowoltaiczna oprócz wymienionych trzech podstawowych komponentów ma też inne elementy: rozdzielnię z zabezpieczeniami i elementami ochronnymi, technikę sterowania i monitorowania oraz połączenia kablowe. Niezbędnym elementem jest także konstrukcja do montażu na dachu lub na gruncie.

Dzięki baterii wykorzystasz maksymalnie wyprodukowany prąd

Bateria nie jest niezbędnym elementem elektrowni fotowoltaicznej, ale jej zakup jest bardzo korzystny. Służy bowiem do magazynowania nadwyżek wyprodukowanej energii, której Twoje gospodarstwo domowe w danej chwili nie zużywa, oraz do jej wykorzystania w późniejszym czasie, gdy brakuje światła słonecznego. Dzięki baterii możesz łatwo przetrwać awarię dostawy prądu (tzw. blackout) lub być energetycznie samowystarczalny nawet w miejscach, gdzie nie ma doprowadzonej elektryczności (dlatego te tzw. systemy wyspowe świetnie nadają się także na chatę czy dom letniskowy). Więcej o zaletach baterii i dlaczego warto inwestować w baterię fotowoltaiczną, dowiesz się w artykule.

Cena fotowoltaiki

Gdy będziesz interesować się ceną elektrowni słonecznej, musisz wziąć pod uwagę nie tylko same panele, ale także inne składniki. Zależy także od tego, co głównie będziesz chciał zasilać systemem słonecznym. Możesz nim zasilać nie tylko zwykłe mniejsze urządzenia, ale także połączyć fotowoltaikę z pompą ciepła lub ładować samochód elektryczny za pomocą domowej stacji ładowania i jeździć niemal za darmo. Oblicz, ile kosztuje fotowoltaika dla Twojego domu i ile dzięki niej możesz zaoszczędzić, za pomocą naszego online kalkulatora cen fotowoltaiki.

Jeśli całkowity koszt stanowi dla ciebie zbyt dużą inwestycję początkową, możesz nabyć fotowoltaikę na raty. Dzięki współpracy Woltair z Česką spořitelną nasi klienci mogą uzyskać korzystny kredyt na pompę ciepła lub fotowoltaikę i rozłożyć spłatę nawet na 20 lat. Faktycznie o spłatę dba energia słoneczna, dzięki której każdego miesiąca oszczędzasz na elektryczności, którą inaczej musiałbyś czerpać z sieci.

Wydajność i efektywność elektrowni słonecznej

Projektując elektrownię fotowoltaiczną, bierzemy pod uwagę przede wszystkim pożądaną moc FVE. Moc paneli podaje się w jednostkach Wp i wynosi około 450 Wp. Każde 1 000 Wp wytwarza około 1 MWp elektryczności rocznie. Elektrownie dla domów jednorodzinnych zwykle projektuje się do wielkości, czyli mocy do 10 kWp; dla przeciętnego gospodarstwa domowego to zazwyczaj wystarcza, jeśli regularnie nie ładuje się samochodu elektrycznego za pomocą domowej stacji ładowania. Domową fotowoltaikę można wymiarować aż do 50 kWp, co jest limitem, do którego nie jest potrzebna licencja na prowadzenie elektrowni, której uzyskanie wiąże się dla właściciela z wieloma formalnościami.

Ważnym wskaźnikiem jest także efektywność paneli fotowoltaicznych. Wskaźnik ten pokazuje, jaki procent odbieranego światła słonecznego system jest w stanie przekształcić na elektryczność. Dzięki postępowi technologicznemu efektywność paneli ciągle rośnie (obecnie już ponad 20%), jednak z uwagi na prawa fizyki nie jest możliwe przekroczenie 34%.

Eksploatacja bez trosk i szkodliwych emisji

Dzięki temu, jak działa elektrownia słoneczna, nie potrzebuje do swojego działania żadnych ruchomych części i czerpie z odnawialnego i niemal nieograniczonego źródła energii (przynajmniej na kolejne kilka miliardów lat). Jednocześnie nie produkuje żadnych emisji dwutlenku węgla czy innych szkodliwych substancji do atmosfery (właśnie dzięki instalacji fotowoltaiki oraz ekologicznych pomp ciepła na terenie całej Czech pomogliśmy zaoszczędzić już 6 300 ton CO2 w ciągu ostatniego roku).

Fotowoltaika jako inwestycja

Do zalet fotowoltaiki dodaj długą żywotność paneli słonecznych i bezobsługową eksploatację bez potrzeby konserwacji (panele mają – jeśli nie są zamontowane poziomo – samooczyszczającą zdolność) i masz idealne urządzenie energetyczne do domu, które stanowi świetną inwestycję na przyszłość. Przy obecnych, ciągle rosnących cenach elektryczności i możliwości uzyskania na fotowoltaikę dotacji państwowych, możesz liczyć na zwrot początkowych kosztów w około 5 lat. To daje rentowność 10–25% rocznie, co czyni fotowoltaikę inwestycją jeszcze atrakcyjniejszą niż akcje, obligacje czy nieruchomości.