Panele fotowoltaiczne na dachach budynków lub stojące na gruncie to widok coraz częstszy na terenie naszego kraju. Rozwiązanie to cieszy się tak dużą popularnością, ponieważ wiąże się z licznymi korzyściami. Zapewnia inwestorowi niezależność energetyczną, znacząco obniża jego wydatki na prąd, a do tego jest ekologiczne i bezpieczne dla środowiska. Jak to możliwe? Aby lepiej zrozumieć, z czego wynikają te wszystkie zalety, warto dowiedzieć się, jak działają panele słoneczne. Oczywiście, wszyscy zdajemy sobie sprawę, że fotowoltaika polega na pozyskiwaniu energii elektrycznej ze słońca. Jest to jednak dość złożony proces, który warto omówić w bardziej szczegółowy sposób. Z tego artykułu dowiesz się, jak działa fotowoltaika i jak wpływa to na korzyści wynikające z jej użytkowania.

Na czym polega fotowoltaika? Zasada działania

Mianem fotowoltaiki określa się proces polegający na produkcji energii elektrycznej z powszechnie dostępnego, niewyczerpalnego i darmowego źródła energii. Są nim promienie słoneczne. W wyniku tego procesu – w przeciwieństwie do spalania kopalnych surowców energetycznych – nie dochodzi do ulatniania się szkodliwych substancji, które zatruwałyby nasze środowisko. Wręcz przeciwnie, wszystko odbywa się w sposób neutralny dla ekosystemu, a nawet zdecydowanie pozytywny, ponieważ rosnąca liczba instalacji fotowoltaicznych ogranicza zapotrzebowanie na te zdecydowanie mniej ekologiczne surowce, jak węgiel czy gaz. Trzeba też pamiętać, że zasoby tych ostatnich nie są nieograniczone. W końcu ich zabraknie, dlatego wskazane jest jak najszybsze przejście na inne rozwiązania, w tym OZE – odnawialne źródła energii.

A czy energia ze słońca faktycznie jest darmowa? Nie do końca, ponieważ trzeba ponieść koszt samej instalacji oraz jej montażu, a następnie koszty eksploatacyjne w postaci regularnych przeglądów i konserwacji. Jednak oszczędności, wynikające z niepłacenia coraz droższych rachunków za prąd, w dłuższej perspektywie czasu przewyższą poniesione koszty. Inwestycja średnio zwraca się po około dziesięciu latach. Po tym czasie można cieszyć się samodzielnie produkowaną energią, płacąc tylko za konserwację i przeglądy, co kosztuje zdecydowanie mniej od energii dostarczanej przez zewnętrzną firmę.

Gdzie powstaje energia, czyli jak działają panele słoneczne?

Wśród głównych elementów takiej instalacji należy wymienić moduły fotowoltaiczne, powszechniej zwane panelami. To właśnie je widzimy na dachach budynków, a rzadziej w postaci wolnostojących konstrukcji. Jak działają panele fotowoltaiczne? Poszczególne moduły składają się z licznych ogniw, w których zachodzi zjawisko fotowoltaiczne. To układ zbudowany najczęściej z krzemu lub innego materiału półprzewodnikowego, przewodzącego ładunek elektryczny pod wpływem czynników zewnętrznych, w tym przypadku promieniowania słonecznego. Wynikiem tego procesu jest przetwarzanie naturalnego światła na prąd stały, charakteryzujący się stałą wartością natężenia i kierunku przepływu.

Ilość pozyskiwanej energii, od której w znacznej mierze zależy wydajność instalacji, zależy zatem od tego, czy panele znajda się w wystarczająco dobrze nasłonecznionym miejscu. Dach, na który przez dużą część dnia pada cień, zdecydowanie nie nadaje się na fotowoltaikę. Znaczenie ma także zwrócenie ogniw w odpowiednim kierunku – w stronę południa, dzięki czemu wydłuży się czas naświetlania paneli. Zaleca się także zamontowanie ich pod odpowiednim kątem, wynoszącym około trzydziestu stopni.

Jak prąd trafia do gniazdek, czyli po co właściwie ten falownik?

Wytworzony w modułach prąd o stałym napięciu, dochodzącym nawet do 1000 V, nie nadaje się, aby przekazywać go bezpośrednio do gniazdek elektrycznych w domu. Byłoby to zabójcze dla każdego urządzenia elektrycznego, jakie zostałoby podłączone. Właśnie dlatego energia wytwarzana przez panele zostaje najpierw skierowana do falownika, nazywanego także inwerterem. Jego podstawowe zadanie to przekształcenie prądu stałego na zmienny, o napięciu dostosowanym do domowych gniazdek, czyli około 230 V. Na tym jednak jego rola się nie kończy. Inwerter dokonuje także różnych pomiarów, dzięki którym możemy monitorować np. ilość już wyprodukowanego prądu. Falownik odpowiada ponadto za automatyczne wyłączenie instalacji w przypadku wykrycia potencjalnego niebezpieczeństwa, co pozwala chronić ją przed ewentualną awarią.

Gdybyśmy mieli zatem krótko podsumować, na czym polega fotowoltaika, zasada działania sprowadza się do wytworzenia przez panele prądu stałego z promieni słonecznych, a następnie przekazaniu go do inwertera, gdzie ulega przemianie w prąd zmienny, który może zostać doprowadzony do gniazdek. Czy to wyczerpuje temat? Niekoniecznie, bo pozostaje pewna istotna kwestia.

Czy instalacja fotowoltaiczna może być wydajna przez cały rok, czyli co zrobić z nadwyżką energii?

Z poprzednich akapitów wiesz już, jak działają panele fotowoltaiczne. Skoro jednak ich wydajność zależy od dziennego nasłonecznienia, oznacza to, że zimą wytwarzają mniej prądu. Tym samym może go nie wystarczyć na codzienne zapotrzebowanie. Dlatego właśnie należy dobrać moc instalacji do rocznego zużycia. W ten sposób późną wiosną oraz latem będzie produkowana znaczna nadwyżka energii, z której będzie można korzystać w pozostałych okresach. Jak to działa? Obecnie istnieją trzy możliwości. Wszystkie posiadają zarówno zalety, jak i wady.

Pierwsze z nich to instalacje typu off-grid, wyposażone we własny akumulator do gromadzenia nadmiaru energii. Gwarantuje to większą niezależność, jednak minusem okazuje się cena takich magazynów oraz ich ograniczona pojemność. Zupełnie na czym innym polega instalacja on-grid. Jak działa fotowoltaika tego typu? Wymaga podłączenia do sieci energetycznej, do której zostaje przekierowana nadwyżka prądu. W zamian otrzymuje się tzw. odpusty. W praktyce polega to na tym, że od całkowitego zużycia energii odejmowana jest równowartość tej przekazanej, co obniża rachunki. W ten sposób staje się jednak zależnym od zewnętrznego dostawcy. Najlepszym rozwiązaniem wydają się zatem instalacje hybrydowe, które nadmiar energii gromadzą w akumulatorze, a po wyczerpaniu jego pojemności reszta nadwyżki idzie do sieci.

Poprzedni artykuł: Jak działa fotowoltaika? Sposoby działania paneli słonecznych

Poprzedni artykuł: Instalacja fotowoltaiczna off grid – co to znaczy? Czy warto?

Więcej artykułów

Photo by Zbynek Burival