Dalszy, tak bardzo potrzebny rozwój branży odnawialnych źródeł energii nie byłby możliwy bez technologii fotowoltaicznej. Samodzielna produkcja energii ze słońca pozwala na stopniowe uniezależnienie się od paliw kopalnych i ma zbawienny wpływ na naszą planetę. Jak to możliwe, że promieniowanie słoneczne daje nam energię elektryczną?
Nieco fizyki
Podstawą technologii fotowoltaicznej jest tzw. zjawisko fotowoltaiczne. Polega ono na bezpośredniej konwersji (zamianie) energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną w postaci prądu stałego. Dla zajścia tej zamiany niezbędne są ogniwa fotowoltaiczne (inaczej ogniwa słoneczne lub fotoogniwa), a cały proces nosi nazwę konwersji fotowoltaicznej.
Ogniwo fotowoltaiczne to krzemowa płytka półprzewodnikowa w postaci złącza p-n (positive–negative), wewnątrz której istnieje pole elektryczne. Padające na fotoogniwo podstawowe cząsteczki światła (fotony), wybijają elektrony z ich miejsc w strukturze półprzewodnika, tworząc pary nośników o przeciwnych ładunkach (elektrony z ładunkiem ujemnym i dodatnim). Ładunki te ulegają następnie rozdzieleniu, a w ogniwie pojawia się napięcie.
Każda płytka krzemowa zbudowana jest z dwóch warstw – górnej oraz dolnej – oddzielonych od siebie warstwą rozgraniczającą. Prąd płynie w obwodzie, między górną a dolną płytką. Należy pamiętać, że pojedyncze ogniwo fotowoltaiczne ma niewielką moc (ok. 0,4-0,5 W), dlatego łączy się je szeregowo bądź równolegle w moduły, aby uzyskać pożądaną moc instalacji. Ponadto, prąd wytwarzany przez panele to prąd stały (DC), a nasze instalacje elektryczne bazują na prądzie przemiennym (AC).
Bez inwertera ani rusz
Aby móc więc wykorzystać prąd wytworzony przez ogniwa fotowoltaiczne, niezbędna jest jego zamiana na prąd przemienny. Służy do tego urządzenie zwane inwerterem (falownikiem). Po panelach, jest to drugi najważniejszy element całego systemu fotowoltaicznego. Poza swoją podstawową funkcją jego zadaniem jest też utrzymywanie optymalnych parametrów napięcia w sieci energetycznej.
Może on też w różnoraki sposób zarządzać wytworzoną energią. Rozróżniamy inwertery on-grid, off-grid oraz hybrydowe. Który z tych systemów jest najbardziej opłacalny?
Inwerter on-grid – energia produkowana w tym systemie zużywana jest na bieżące potrzeby gospodarstwa domowego, ewentualne nadwyżki oddawane są do sieci na zasadach przyjętych w ramach jednego z systemów rozliczeń. Obecnie w Polsce mamy dwa systemy rozliczania nadwyżek energii z instalacji PV.
Systemy rozliczeń prosumentów
Pierwszy z nich – net-metering – dotyczy instalacji, dla których wniosek o przyłączenie został złożony do 31 marca 2022 r. Gdy prosument pobiera z sieci energię, to w ramach bilansowania opustu traci 20% lub 30% uprzednio wprowadzonej przez siebie energii
w wyniku nadwyżki. Odebrać można więc 80% (dla instalacji do 10 kW) lub 70% energii (dla instalacji z zakresu 10-50 kW).
Drugim sposobem rozliczania, wprowadzonym od 1 kwietnia 2022 r. jest system net-billing. Polega on na rozliczaniu nadwyżek energii według średniej ceny rynkowej energii elektrycznej z poprzedniego miesiąca kalendarzowego i kupowaniu jej z uwzględnieniem kosztów dystrybucyjnych, co finalnie jest nieco mniej korzystne niż system opustów.
Magazynowanie energii
Jeżeli uważamy, że systemy rozliczeń nie są dla nas, to z pomocą przychodzi inwerter wyspowy (off-grid). Nie jest on zintegrowany z siecią elektroenergetyczną i nie umożliwia przesyłania nadprodukcji energii. Jego zadaniem jest przekazywanie ewentualnych nadwyżek do coraz to popularniejszych magazynów energii. Energia elektryczna jest przechowywana
i wykorzystana w momentach zwiększonego zapotrzebowania bądź nocą, kiedy to panele fotowoltaiczne nie produkują prądu.
Najbardziej elastyczną technologią są inwertery hybrydowe łączące cechy inwertera sieciowego z wyspowym. Priorytetem jego działania jest przekazywanie energii do instalacji domowej, a nadwyżka w pierwszej kolejności trafia do magazynu energii. Dopiero po jego napełnieniu, nadprodukcja zostaje przesłana do sieci w systemie rozliczeń. To rozwiązanie zdaje się być bardzo przyszłościowe i będzie zyskiwać na popularności – rośnie bowiem świadomość na temat konieczności magazynowania energii i racjonalnego nią zarządzania.
Niezależnie od tego, z którego typu inwerterów się skorzysta, można być pewnym, że technologia oparta ogniwach fotowoltaicznych będzie bardzo dobrą inwestycją na przyszłość, zapewniającą dużą niezależność energetyczną.