Prąd ze Słońca – w jaki sposób powstaje?

Panele fotowoltaiczne pojawiają się na coraz większej liczbie dachów w Polsce, a łączna moc instalacji PV sięga w naszym kraju już 6 GW. Zapewne wiesz już, że inwestycja w instalację fotowoltaiczną to prosty sposób na obniżenie rachunków za energię elektryczną. Ale czy zastanawiałeś się, jak właściwie powstaje prąd ze słońca i od czego to zależy? Wyjaśniamy.

Czym jest fotowoltaika?

Fotowoltaika to technologia, która pozwala produkować prąd elektryczny z energii pozyskiwanej z promieniowania słonecznego. Zasada, na której działa taki system, jest dość prosta i oparta na powszechnie znanym w świecie nauki od połowy XIX wieku zjawisku fotowoltaicznym.

Co to jest efekt fotowoltaiczny?

Zjawisko to zachodzi w ogniwach fotowoltaicznych, które składają się na charakterystyczne panele. Ogniwa te są wykonane z materiałów półprzewodnikowych – od lat dominującym surowcem jest krzem. Na czym polega ten proces? W największym skrócie:

promienie światła słonecznego padają na ogniwa fotowoltaiczne, które są wykonane z kryształów krzemu,
kiedy fotony energii słonecznej zostaną pochłonięte przez ogniwo krzemowe (wyposażone najczęściej w złącze p-n, które stanowi barierę potencjału), dochodzi do wybijania przez nie elektronów z materiału półprzewodnikowego,
wzbudzenie elektronów powoduje wzajemne przemieszczanie się dodatnich i ujemnych ładunków w ogniwie, w wyniku czego dochodzi do produkcji energii elektrycznej.

Co istotne, moduły fotowoltaiczne wytwarzają prąd stały. Dlatego konwersja energii słonecznej w elektryczność jest dopiero pierwszym etapem jej przetwarzania.

Co dzieje się z energią wytworzoną przez panel fotowoltaiczny?

Prąd stały wygenerowany dzięki pracy paneli fotowoltaicznych jest następnie przekazywany za pośrednictwem przewodów solarnych do falownika. Inwerter jest często nazywany sercem instalacji fotowoltaicznej. Tu dochodzi do przetwarzania energii słonecznej – a dokładniej prądu stałego wygenerowanego pod jej wpływem przez panele słoneczne – w prąd zmienny. Ma on parametry zgodne z wymaganiami sieci, którą będzie zasilał.

Można więc powiedzieć, że instalacje fotowoltaiczne sprawiają, że możliwa jest produkcja energii elektrycznej o specyfikacji zbieżnej z tą, którą ma prąd z sieci elektroenergetycznej. Różnica pomiędzy nimi polega na tym, że dzięki fotowoltaice można uzyskać darmowy prąd pochodzący ze słońca, którego produkcja nie generuje zanieczyszczeń i jest przyjazna dla środowiska naturalnego.

Gdzie montuje się fotowoltaikę?

Prąd ze słońca można produkować na potrzeby własne np. dla domu, jak również z myślą o jego redystrybucji. Tak działają duże farmy fotowoltaiczne. Pewne jest jedno: instalacja fotowoltaiczna to korzystne rozwiązanie dla bardzo szerokiej grupy użytkowników.

Wynika to między innymi z dużych możliwości montażowych systemu wytwarzającego energię elektryczną. Warunek jest prosty: produkcja prądu jest możliwa, kiedy panele fotowoltaiczne są odpowiednio wystawione na promienie słoneczne. Najczęściej więc montuje się je:

na dachach budynków – koniecznie w niezacienionych miejscach i ustawione we właściwym kierunku do słońca. Najbardziej polecany jest montaż fotowoltaiki na południowej połaci dachowej, jednak dobre wyniki osiąga się także, kierując je na zachód czy wschód. Najmniej korzystny jest kierunek północny;
na gruncie – na specjalnych konstrukcjach panele ustawia się przede wszystkim na potrzeby stworzenia farmy fotowoltaicznej, ponieważ wówczas potrzebnych jest wiele modułów. To rozwiązanie można jednak zastosować również na terenie przy domu jednorodzinnym czy gospodarstwie rolnym, jeśli nie ma możliwości umieszczenia modułów na dachu.

W jaki sposób panele fotowoltaiczne pobierają energię słoneczną?

Panele słoneczne pobierają energię słoneczną w ciągu dnia – zawsze, gdy pada na nie słońce. Odbywa się to automatycznie – tak działa zjawisko fotowoltaiczne. Warto jednak wiedzieć, że to, jak efektywnie będzie absorbowane i wykorzystywane promieniowanie słoneczne, zależy w dużej mierze od ustawienia paneli. Istotne są:

kąt nachylenia paneli,
ich ekspozycja na słońce – nawet niewielkie zacienienie może obniżać wydajność całego systemu (w zależności od tego, jak są połączone moduły),
kierunek montażu.

Zalety czerpania prądu ze Słońca

Czerpanie prądu ze Słońca przynosi wiele korzyści. Przede wszystkim:

pozwala obniżyć rachunki za energię nawet o 90%,
jest proekologiczne – energia słoneczna, podobnie jak inne odnawialne źródła energii, jest zeroemisyjna,
pozwala zwiększyć niezależność energetyczną i ograniczyć do minimum „odczuwalność” kolejnych podwyżek cen prądu.

Montaż fotowoltaiki jest też objęty dotacjami, co sprawia, że czas zwrotu w inwestycji waha się między 5 a 8 lat.

Ile energii może wyprodukować instalacja fotowoltaiczna?

Ilość energii dostarczanej przez Słońce zależy m.in. od szerokości geograficznej, na której znajduje się instalacja. W Polsce jest to średnio 1000 kWh/m2/na rok, jednak te wartości w różnych obszarach kraju wahają się od 900 do 1200 kWh/m2/rok. Oczywiście więcej promieniowania jest dostępne wiosną i latem, a mniej – jesienią i zimą. Mimo to, nawet w pochmurne, zimowe dni moc nominalna ogniw nie spada do zera, a jest po prostu mniejsza.

Natomiast moc instalacji jest uzależniona od tego, jaką moc mają poszczególne panele – należy ją dopasować do potrzeb gospodarstwa domowego czy firmy. Więcej prądu będzie potrzebne np., jeżeli w budynku jest zamontowana pompa ciepła.