Jak działa fotowoltaika? Prosty przewodnik

Podstawy fotowoltaiki

Fotowoltaika to technologia, która pozwala na zamianę energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Proces ten zachodzi w ogniwach fotowoltaicznych, które są podstawowym elementem paneli słonecznych montowanych na dachach domów lub specjalnych konstrukcjach naziemnych.

Aby zrozumieć, jak działa fotowoltaika, warto poznać podstawowy proces, który zachodzi w ogniwach słonecznych oraz jak cały system fotowoltaiczny współpracuje z domową instalacją elektryczną.

Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego

Ogniwo fotowoltaiczne (zwane także ogniwem słonecznym) to urządzenie półprzewodnikowe, najczęściej wykonane z krzemu. Ogniwo składa się z dwóch warstw półprzewodników:

• Warstwa typu n - zawiera nadmiar elektronów
• Warstwa typu p - zawiera niedobór elektronów (tzw. dziury)

Na granicy tych warstw powstaje tzw. złącze p-n. Gdy światło słoneczne pada na ogniwo, fotony (cząstki światła) przekazują swoją energię elektronom. Jeśli energia ta jest wystarczająca, elektrony zostają wybite ze swoich miejsc w strukturze krystalicznej półprzewodnika i mogą się swobodnie przemieszczać.

Elektrody umieszczone na wierzchu i spodzie ogniwa zbierają te elektrony, tworząc prąd elektryczny (prąd stały). Pojedyncze ogniwo wytwarza niewielkie napięcie (około 0,5-0,6 V), dlatego w panelu fotowoltaicznym łączy się wiele ogniw szeregowo, aby uzyskać wyższe napięcie (zwykle 30-40 V dla standardowego panelu).

Główne elementy instalacji fotowoltaicznej

Kompletna instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku kluczowych elementów:

1. Panele fotowoltaiczne

To widoczne na dachu lub gruncie moduły, które generują prąd stały pod wpływem światła słonecznego. Panel składa się z wielu ogniw fotowoltaicznych połączonych szeregowo i zabezpieczonych szkłem hartowanym, folią EVA oraz ramą, najczęściej aluminiową.

2. Falownik (inwerter)

Jest to urządzenie, które przekształca prąd stały (DC) wytwarzany przez panele na prąd przemienny (AC) o parametrach zgodnych z siecią elektryczną (w Polsce 230V, 50Hz). To jeden z najważniejszych elementów instalacji, ponieważ bez niego nie moglibyśmy korzystać z wytworzonego prądu w naszych urządzeniach domowych.

3. Licznik dwukierunkowy

W instalacjach podłączonych do sieci (on-grid) licznik dwukierunkowy mierzy ilość energii pobranej z sieci oraz ilość energii wprowadzonej do sieci. Jest to podstawa do rozliczeń z zakładem energetycznym w systemie opustów lub net-meteringu.

4. Okablowanie i zabezpieczenia

Specjalistyczne kable odporne na warunki atmosferyczne oraz zabezpieczenia elektryczne (bezpieczniki, wyłączniki) zapewniają bezpieczną pracę całej instalacji.

5. System montażowy

Aluminiowe lub stalowe konstrukcje, które umożliwiają stabilne i bezpieczne zamocowanie paneli na dachu lub gruncie.

Jak działa instalacja fotowoltaiczna w ciągu dnia?

Standardowa praca instalacji fotowoltaicznej przebiega następująco:

1. W ciągu dnia, gdy świeci słońce, panele fotowoltaiczne wytwarzają energię elektryczną w postaci prądu stałego (DC).
2. Prąd stały płynie kablami do falownika, który przekształca go na prąd przemienny (AC), zgodny z parametrami sieci elektrycznej.
3. Wytworzona energia jest w pierwszej kolejności wykorzystywana na bieżące potrzeby gospodarstwa domowego (zasilanie urządzeń, oświetlenia itp.).
4. Jeśli produkcja energii przewyższa aktualne zużycie, nadwyżka jest wprowadzana do sieci elektroenergetycznej. Proces ten jest rejestrowany przez licznik dwukierunkowy.
5. Wieczorem lub w pochmurne dni, gdy produkcja energii jest niewystarczająca, energia jest pobierana z sieci w standardowy sposób.

Efektywność instalacji fotowoltaicznej

Efektywność produkcji energii przez instalację fotowoltaiczną zależy od wielu czynników:

• Nasłonecznienie - ilość energii słonecznej padającej na panele
• Orientacja i kąt nachylenia paneli - w Polsce optymalne jest ustawienie paneli na południe i nachylenie około 30-40 stopni
• Typ i jakość paneli - istnieją różne technologie (monokrystaliczne, polikrystaliczne, cienkowarstwowe), o różnej wydajności
• Temperatura - wyższa temperatura obniża wydajność paneli
• Zacienienie - nawet częściowe zacienienie może znacząco obniżyć produkcję energii

Korzyści z instalacji fotowoltaicznej

Posiadanie własnej instalacji fotowoltaicznej niesie ze sobą liczne korzyści:

• Znaczące obniżenie rachunków za energię elektryczną
• Uniezależnienie się od wzrostu cen energii
• Produkcja czystej, odnawialnej energii bez emisji CO2
• Zwiększenie wartości nieruchomości
• Niskie koszty eksploatacji i długa żywotność (25-30 lat)
• Możliwość skorzystania z dotacji i ulg podatkowych

Podsumowanie

Fotowoltaika to nowoczesna, czysta i coraz bardziej opłacalna technologia produkcji energii elektrycznej. Wykorzystując naturalne i niewyczerpalne źródło energii, jakim jest słońce, możemy znacząco obniżyć rachunki za prąd i jednocześnie przyczynić się do ochrony środowiska.

Jeśli zastanawiasz się nad instalacją fotowoltaiczną dla swojego domu lub firmy, warto skonsultować się z profesjonalną firmą, która pomoże dobrać odpowiednią wielkość instalacji i przeprowadzi przez cały proces od projektu po montaż.