Jak działa i co to jest fotowoltaika – podstawy

Jak działa i co to jest fotowoltaika – podstawy
3 października, 2020

Jak działa i co to jest fotowoltaika – podstawy

Po co zakłada się fotowoltaikę?

Instalacje PV stają się popularne z trzech głównych powodów:

  1. Ceny energii rosną i zaczynają mocno obciążać budżet. Jako pierwsi podwyżki energii elektrycznej odczuwają przedsiębiorcy. Zgodnie z wynikami GUS wydatki na energię elektryczną w spółkach w ciągu ostatnich dwóch lat (począwszy od 2018 roku) wzrosły o ok. 50%. W związku z tym w przedsiębiorstwach rosną koszty produkcyjne, co finalnie odbija się na cenie wyrobów, za które więcej płacą konsumenci.
  2. Obecna technologia pozyskiwania energii jest na wyczerpaniu. Paliwa kopalne, które są podstawą wytwarzania energii cieplnej czy elektrycznej mają swoje ograniczone zasoby i te zasoby niebawem się skończą. Ponadto ekolodzy biją na alarm, że pod wpływem gazów cieplarnianych zmienia się klimat. Ogólny trend światowy domaga się ograniczenia ich wytwarzania.
  3. Wielu Prosumentów przekonało się, że inwestycja w instalacje PV jest strzałem w dziesiątkę. Panele fotowoltaiczne są niezmiernie skuteczne w produkcji prądu, a dobrze dobrana instalacja może pokryć zapotrzebowanie na energię elektryczną budynku mieszkalnego, zakładu produkcyjnego, gospodarstwa rolnego, spółdzielni mieszkaniowej oraz domu jednorodzinnego. Natomiast farmy fotowoltaiczne produkują energię elektryczną dla całych regionów wiejskich i miejskich np. w obszarze gmin.

Prostota tych układów polega na tym, że moduły PV można postawić praktycznie w każdym miejscu, gdzie mamy dobrą ekspozycję na promieniowanie słoneczne. Idealnym rozwiązaniem są dachy domów, bo mają one na ogół odpowiedni kąt nachylenia (20 st.-45 st.). Dlatego też najczęściej montuje się je na dachach budynków, ale możliwa jest też instalacja na ziemi, na specjalnych konstrukcjach. Ważne, aby były skierowane na stronę słoneczną, czyli południową, południowo-wschodnią lub południowo-zachodnią. Możliwe są też ustawienia wschód-zachód. Nie opłaca się natomiast montować modułów skierowanych na północ.

Gdzie można montować fotowoltaikę?

Instalację fotowoltaiczną można wykorzystać na potrzeby domu jednorodzinnego, gospodarstwa rolnego, zakładu produkcyjnego oraz całego obszaru np. gminy. Dzięki niej mamy darmowy prąd elektryczny, dający szerokie możliwości, np. ogrzewania budynku. Instalacje PV zasilają wszelkie urządzenia elektryczne, w tym również urządzenia elektryczne grzewcze, np. pompę ciepła, która pobiera energię elektryczną, aby wytworzyć ciepło. Zatem dzięki panelom zmniejszają się rachunki za energię elektryczną i cieplną. Dlatego fotowoltaika, to jedno z najlepszych rozwiązań na obniżenie kosztów za energię spośród wszystkich znanych odnawialnych źródeł energii .

Instalacje fotowoltaiczną można założyć u autoryzowanych firm, zajmujących się montażem fotowoltaiki, takich jak FlexiPower Group.

Jak działa fotowoltaika i panel fotowoltaiczny?

Fotowoltaika co to jest i jak to działa? Wiele osób zadaje sobie to pytanie, którzy chcą zrozumieć zjawisko, dzięki któremu dostarczana jest energia ze Słońca. Pokrótce przedstawimy, na czym polega proces wytwarzania energii elektrycznej z ogniw PV.

Panele fotowoltaiczne wykorzystują efekt zjawiska fotoelektrycznego (fotoemisji). Głównym elementem ogniw PV jest krzem, materiał półprzewodnikowy. Krzem pod wpływem światła wykazuje właściwości elektryczne.

Foton (jako najmniejsza jednostka światła) pada na ogniwo wykonane z krzemu, wprawiając w ruch wolne elektrony krzemu. W ten sposób powstaje przepływ prądu elektrycznego. Proces ten realizowany jest przez tzw. złącze półprzewodnikowe typu p-n. Zatem światło słoneczne wywołuje przepływ elektronów, podobnie jak ma to miejsce w sieci energetycznej. Panele fotowoltaiczne produkują prąd stały, który musi być przekonwertowany na prąd zmienny, używany w instalacji elektrycznej. Do tego służą falowniki (inwertery), które są montowane w systemie z instalacją paneli fotowoltaicznych.

Instalacja PV składa się z:

  • modułów fotowoltaicznych ustawionych szeregowo i równolegle
  • inwertera solarnego (przetwornika prądu z DC na AC), który równocześnie monitoruje i kontroluje działanie modułów
  • systemów zabezpieczających
  • okablowania
  • konstrukcji montażowej

Ile energii wytwarza panel fotowoltaiczny?

Ilość energii, jaką wytworzy panel fotowoltaiczny, zależy od:

  1. Od mocy nominalnej i wydajności pojedynczego ogniwa – klasyczny moduł fotowoltaiczny ma wymiary 160 X 100 cm, składa się z 60-ciu ogniw, które generują energię elektryczną. Sprawność całego panelu zależy od wydajności pojedynczego ogniwa. Wydajność (sprawność) określa ilość energii promieniowania słonecznego, które zamieniono w energię elektryczną. Współczesne ogniwa mają sprawność na poziomie 17%-26%. Zatem łącząc ich efektywność z wielkością całego modułu, uzyskujemy moc maksymalną całego panelu PV. Na rynku fotowoltaiki mamy moduły PV o mocach nominalnych w zakresie 270 W-400 W oraz panele dwustronne (bificial), które pracują w zakresach mocy od 400 W do ponad 500 W.
  2. Temperatura otoczenia a uzysk ogniwa – moc nominalna modułu PV jest wyznaczana w warunkach STC (standard test cel), które odpowiadają temperaturze modułu 25 st. C. i nasłonecznieniu 1000 W/m2. Przy takich parametrach pogodowych panele PV pracują ze swoją mocą maksymalną. Natomiast przy temperaturze wyższej (od STC) ich wydajność się zmniejsza średnio o 0,4% o każdy 1 st. C powyżej temperatury STC. Zatem najlepsze warunki dla paneli to niska temperatura otoczenia i dobre nasłonecznienie. Z danych statystycznych wynika, że w naszym kraju instalacje fotowoltaiczne osiągają najlepsze wyniki w okresie wiosennym i letnim. Nasz klimat na ogół charakteryzuje się umiarkowanymi temperaturami w okresie wiosenno-letnim, co sprzyja dobrym parametrom wydajnościowym paneli PV, a duża ilość dni słonecznych sprzyja efektywnej produkcji prądu.
  3. Ustawienia modułów – optymalna energia fotowoltaiczna zostanie uzyskana przez panel PV, gdy jest on ustawiony na południe. Wtedy generuje on 100% swoich możliwości. Przy ustawieniach np. wschód- zachód ilość produkowanej energii zmniejsza się do ok. 85%, co stanowi dość dobry wynik. Przy kierunkach południowy-wschód i południowy-zachód moduły pracują ze sprawnością ok. 95%.
  4. Fotowoltaika działa praktycznie przez cały rok, ale nie zawsze z pełną mocą. Dlatego instalacja paneli fotowoltaicznych pracuje z maksymalną wydajnością, kiedy mamy bezchmurne niebo. W Polsce statystycznie dach otrzymuje ok. 3 godzin pełnego słońca dziennie, licząc cały rok. Najwięcej słońca mamy od marca do października. Natomiast listopad-luty to okresy o słabym nasłonecznieniu. Zatem moduł o mocy nominalnej 300 Wp średnio może wytworzyć dziennie energii 300 × 3 godziny = 900 Wh dziennie. Mnożąc to przez 365 dni, otrzymamy 328 kWh rocznie z jednego modułu PV o mocy 300 W.

Statystycznie w Polsce z 1 kWp ogniw fotowoltaicznych możemy mieć od 900 kWh do 1100 kWh energii rocznie. Mnożąc to przez konkretną stawkę za 1 kWh, otrzymujemy kwotę zaoszczędzonych pieniędzy.

Jak dobrać fotowoltaikę?

Projekt instalacji fotowoltaicznej wymaga następujących kroków:

  1. Miejsce instalacji PV. Instalacja fotowoltaiczna powinna być najlepiej ustawiona na południe, południowy-wschód lub południowy-zachód. Optymalną ekspozycję na światło daje nachylenie paneli pv pod kątem 20 st.-45 st. Przy czym należy zwrócić uwagę, czy w miejscu montażu nie ma elementów zacieniających.
  2. Następnym krokiem jest pomiar przestrzeni montażowej oraz weryfikacja stanu pokrycia dachowego. Ten etap jest nam potrzebny do późniejszego zaprojektowania rozmieszczenia modułów w wybranej przestrzeni montażowej.
  3. Audyt rachunków za energię elektryczną. Na podstawie audytu określa się roczne zużycie prądu w budynku. Na każde 1000 kWh zużytej energii rocznie, przyjmuje się 1 kWp instalacji PV. Do kalkulacji należy wziąć pod uwagę upusty prosumenckie. I tak dla instalacji poniżej 10 kWp za każdą wyprowadzony 1 kWh energii do sieci, można odebrać 0.8 kWh energii elektrycznej. Dla instalacji od 10 kWp do 50 kWp za każdą wyprowadzoną 1 kWh energii do sieci można odebrać 0.7 kWh energii elektrycznej od operatora energetycznego..

Dla optymalnego ustawienia instalacji paneli fotowoltaicznych wstępnie można przyjąć:

  • Dla gospodarstw domowych, rolników i firmy poniżej 10 kWp – na każde 1000 kWh zużytej energii elektrycznej przypada 1,25 kWp zainstalowanej mocy
  • Dla gospodarstw, rolników i firm powyżej 10 kWp – liczy się odpowiednio na każde 1000 kWh zużytej energii elektrycznej przypada 1,41 kWp zainstalowanej mocy
  • Dla instalacji powyżej 50 kWp – na każde 1000 KWh zużytej energii elektrycznej 1 kWp instalacji PV.

Czy fotowoltaika jest bezpieczna?

Fotowoltaika na ogół sama w sobie nie jest niebezpieczna. Serce systemu fotowoltaicznego, czyli inwerter solarny zachowuje się tak samo , jak każde urządzenie elektryczne, a jeden moduł fotowoltaiczny podczas pracy generuje napięcie rzędu 40 V. Z tego też względu w tym wypadku wymagane jest zachowanie środków ostrożności, jak w przypadku układów elektrycznych pod wysokim napięciem. Należy przestrzegać pewnych zasad bezpieczeństwa, tak jak przy instalacjach elektrycznych, a więc:

  1. Nie należy montować instalacji fotowoltaicznych tam, gdzie mamy do czynienia z łatwopalnym podłożem. A zatem na dachu z eternitu lub papy.
  2. Należy stosować zabezpieczenia przepięciowe i prądowe, które zabezpieczą instalację przed wyładowaniami atmosferycznymi oraz możliwością wystąpienia tzw. łuku elektrycznego na instalacji.
  3. Podczas montażu należy stosować certyfikowane okablowanie, dedykowane właściwym instalacjom fotowoltaicznym.
  4. Istotnym elementem jest profesjonalne wykonanie montażu instalacji PV z należytą starannością i dokładnością przez ekipę montażową.

Jeżeli wszystkie warunki bezpieczeństwa zostaną spełnione, to instalacja fotowoltaiczna nie zagraża naszemu bezpieczeństwu, ani bezpieczeństwu nieruchomości.