Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Fotowoltaika – co to jest i jak działa?

Fotowoltaika to technologia, która pozwala na przekształcanie promieniowania słonecznego w energię elektryczną, wykorzystując zjawisko fotowoltaiczne. To innowacyjne rozwiązanie nie tylko przyczynia się do ochrony środowiska, ale również pozwala na znaczne oszczędności finansowe. W tym artykule szczegółowo wyjaśnimy, jak działa instalacja fotowoltaiczna, jakie są jej podstawowe elementy i jaką drogę musi przebyć światło słoneczne, aby stać się użyteczną energią elektryczną w naszych domach.

Elementy instalacji fotowoltaicznej – od paneli po magazyn energii. Jaką drogę przebywa prąd?

Panele fotowoltaiczne

Panele fotowoltaiczne, znane również jako moduły PV, są kluczowym elementem instalacji. Składają się z ogniw fotowoltaicznych połączonych szeregowo i równolegle, aby zwiększyć moc wyjściową. Ogniwa te są zazwyczaj wykonane z krzemu, który jest półprzewodnikiem. Istnieją dwa główne rodzaje paneli fotowoltaicznych:

• Monokrystaliczne – wykonane z pojedynczego kryształu krzemu, charakteryzują się wysoką wydajnością (około 20-22%) i długą żywotnością. Są bardziej efektywne w pochmurne dni oraz zajmują mniej miejsca na dachu.
• Polikrystaliczne – złożone z wielu kryształów krzemu, są mniej wydajne (około 15-17%) i tańsze w produkcji. Mają nieco krótszą żywotność, ale nadal są popularnym wyborem ze względu na niższy koszt.

Panele fotowoltaiczne można montować na różne sposoby – na dachach budynków, na gruncie, a nawet na fasadach budynków. Ważne jest, aby panele były skierowane w kierunku południowym i ustawione pod odpowiednim kątem, aby maksymalnie wykorzystać promieniowanie słoneczne.

Inwerter – falownik. Przekształcanie słońca w prąd

Inwerter, znany również jako falownik, to serce instalacji fotowoltaicznej. Jego głównym zadaniem jest przekształcenie prądu stałego, wytworzonego przez panele, na prąd przemienny, który jest używany w domowych sieciach elektrycznych. Inwertery są również odpowiedzialne za monitorowanie i kontrolowanie pracy całego systemu fotowoltaicznego, co zapewnia jego optymalne działanie.

Istnieją różne typy inwerterów, w tym inwertery centralne, które obsługują całą instalację, oraz mikroinwertery, które są montowane na każdym panelu. Mikroinwertery mogą być bardziej efektywne w przypadku instalacji z częstym zacienieniem, ponieważ każdy panel działa niezależnie, co minimalizuje straty energii.

Konstrukcja montażowa

Konstrukcja montażowa instalacji fotowoltaicznej zapewnia stabilne i bezpieczne mocowanie paneli na dachach, gruncie lub innych powierzchniach. Wykonana jest zazwyczaj z aluminium lub stali nierdzewnej, co gwarantuje odporność na korozję i długą żywotność. Konstrukcja montażowa musi być zaprojektowana tak, aby wytrzymać obciążenia wiatru i śniegu, a także zapewnić odpowiedni kąt nachylenia paneli, aby maksymalizować ich wydajność.

Okablowanie i akcesoria łączeniowe

Do połączenia wszystkich elementów instalacji fotowoltaicznej wykorzystuje się specjalistyczne okablowanie oraz akcesoria łączeniowe, takie jak skrzynki przyłączeniowe, zabezpieczenia AC/DC, rozgałęźniki i złącza MC4. Wszystkie te elementy muszą być wodoszczelne i odporne na skrajne warunki atmosferyczne. Okablowanie jest kluczowym elementem, który zapewnia bezpieczne i efektywne przesyłanie energii między panelami, inwerterem i siecią elektryczną domu.

Magazyn energii (opcjonalnie)

Magazyn energii, czyli akumulator, pozwala na przechowywanie nadwyżek energii wytworzonej w ciągu dnia, aby można było z niej korzystać po zachodzie słońca lub podczas przerw w dostawie prądu. Magazyny energii są szczególnie przydatne w systemach off-grid oraz hybrydowych, gdzie niezależność energetyczna jest kluczowa. Akumulatory litowo-jonowe są najczęściej używane ze względu na ich wysoką gęstość energetyczną, długą żywotność i efektywność.

Schemat działania instalacji fotowoltaicznej: jak wytwarza ona prąd?

Proces wytwarzania prądu przez instalację fotowoltaiczną rozpoczyna się, gdy światło słoneczne pada na ogniwa krzemowe w panelach fotowoltaicznych. Każde ogniwo fotowoltaiczne składa się z dwóch warstw półprzewodnika: dodatniego (p) i ujemnego (n). Gdy fotony (cząstki światła) uderzają w półprzewodnik, wybijają elektrony z ich pozycji, co powoduje przepływ prądu elektrycznego. Ten prąd jest prądem stałym (DC), który następnie przepływa przez inwerter. Inwerter przekształca prąd stały na prąd przemienny (AC), który może być używany w domowych urządzeniach elektrycznych, takich jak lodówki, pralki czy telewizory. Nadmiar wyprodukowanej energii może być przesyłany do sieci energetycznej lub magazynowany w akumulatorach. Magazynowanie energii pozwala na korzystanie z niej w nocy lub podczas awarii sieci energetycznej.

Rodzaje instalacji fotowoltaicznych: off-grid i on-grid

Instalacje on-grid

Instalacje on-grid są podłączone do sieci energetycznej. Nadwyżki energii wyprodukowanej przez panele fotowoltaiczne są przesyłane do sieci, a gdy produkcja nie jest wystarczająca, brakującą energię pobiera się z sieci. Systemy on-grid są najczęściej stosowane w domach jednorodzinnych, ponieważ pozwalają na optymalne wykorzystanie energii słonecznej bez potrzeby inwestowania w kosztowne magazyny energii.

Instalacje off-grid

Instalacje off-grid są niezależne od sieci energetycznej. Nadwyżki energii są magazynowane w akumulatorach, co pozwala na korzystanie z energii w dowolnym czasie, niezależnie od dostaw energii zewnętrznych. Systemy off-grid są idealne dla miejsc, gdzie dostęp do sieci energetycznej jest ograniczony lub niemożliwy, takich jak odległe domy, domki letniskowe czy obiekty rekreacyjne.

Instalacje hybrydowe

Instalacje hybrydowe łączą cechy systemów on-grid i off-grid. Mogą korzystać zarówno z sieci energetycznej, jak i z magazynów energii, co zapewnia większą niezależność energetyczną. Systemy hybrydowe są elastyczne i mogą automatycznie przełączać się między zasilaniem z sieci a zasilaniem z magazynu energii, w zależności od aktualnych potrzeb i warunków.

Instalacja fotowoltaiczna to nowoczesne i ekologiczne rozwiązanie, które pozwala na produkcję własnej energii elektrycznej z odnawialnych źródeł. Inwestycja w nią przynosi długoterminowe oszczędności i zwiększa niezależność energetyczną. Zrozumienie podstaw działania i elementów składowych systemu fotowoltaicznego jest kluczem do skutecznego wykorzystania tej technologii. Fotowoltaika nie tylko pozwala na oszczędności finansowe, ale także przyczynia się do ochrony środowiska, redukując emisję gazów cieplarnianych i zmniejszając zależność od paliw kopalnych.