Jak działają panele fotowoltaiczne?

12 stycznia 20230

Ostatnie lata bezsprzecznie należą do branży OZE i szeroko rozumianych działań na rzecz ochrony środowiska i termomodernizacji polskich domów. Dużą rolę odgrywają tutaj instalacje fotowoltaiczne pozwalające produkować tani oraz neutralny dla środowiska prąd. Rodzimy rynek prosumencki z roku na rok notuje wzrosty mocy mikroinstalacji fotowoltaicznych.  Mimo, że charakterystyczne panele można spotkać już w setkach tysięcy domostw w Polsce, to pewnie jeszcze nie każdy wie jak dokładnie wygląda „produkcja prądu ze słońca”.

Krótka historia fotowoltaiki

Zaczęło się od odkrycia tzw. efektu fotowoltaicznego polegającego na powstaniu siły elektromotorycznej w ciele stałym pod wpływem promieniowania świetlnego. Dokonał tego francuski fizyk Alexandre Edmond Becquerel W 1839r. Prawie 50 lat później, w roku 1883 amerykański wynalazca Charles Fritz stworzył pierwsze działające ogniwo słoneczne z selenu, które stało się prekursorem znanej nam obecnie technologii. Pierwsze ogniwo krzemowe powstało w laboratorium Bell Labs w 1954 r. i to właśnie ten pierwiastek stosowany jest dziś do budowy ogniw – czyli podstawowych elementów paneli fotowoltaicznych. 

Jest on drugim po tlenie najczęściej występującym pierwiastkiem na Ziemi, dlatego może być wykorzystywany na szeroką skalę przy stosunkowo niskich kosztach wydobycia oraz przetwarzania. W produkcji ogniw fotowoltaicznych wykorzystuje się krzem monokrystaliczny bądź polikrystaliczny. Ogniwa te różnią się osiąganą sprawnością oraz kosztami produkcji. 

Przyjmuje się, że ogniwa monokrystaliczne wykorzystuje się do produkcji paneli o mocy do ok. 190W na jeden panel. Dla wyższych mocy stosuje się ogniwa z krzemu polikrystalicznego. Niezależnie od tego jaka forma krzemu została użyta, ogniwa PV mają szereg wspólnych zalet. Gwarantują uzyskanie darmowej czystej energii, są niezawodne podczas wieloletniej eksploatacji, instalacja pracuje cicho i praktycznie bezobsługowo.

Jak to działa?

W ogniwach fotowoltaicznych zachodzi zjawisko fotoelektryczne polegające na zmianie właściwości elektrycznych ciała stałego (ogniwa) pod wpływem padającego na nie promieniowania słonecznego. Jednym z elementów ogniwa jest krzemowa płytka, na którą składają się dwie warstwy oddzielone warstwą rozgraniczającą. Górna warstwa (skierowana do słońca) ma ładunek ujemny (dzięki domieszce fosforu), warstwa dolna naładowana jest dodatnio za co odpowiada domieszka boru. Powoduje to wytworzenie pola elektrycznego.

Aby jednak powstała energia elektryczne potrzebne jest jeszcze światło słoneczne. Kiedy foton (jednostka światła) pada na ogniwo, uwalniane są dodatkowe elektrony, które są wybijane i wprawiane w ruch. W tym momencie powstaje napięcie elektryczne spowodowane różnicą potencjałów elektrycznych. Otrzymujemy w ten sposób prąd stały, który płynie w obwodzie między górną a dolną warstwa płytki ogniwa PV. W naszych domach z prądu stałego nie zrobimy użytku. Musimy go przetworzyć w prąd zmienny – służy do tego inwerter (falownik).

Jak dobieramy falownik do instalacji?

Typ posiadanej instalacji to kluczowe kryterium wyboru. Wyróżniamy instalacje on-grid i off-grid. Instalacja on-grid przesyła nadwyżki wyprodukowanej przez instalację energii elektrycznej do sieci energetycznej. Instalacja off-grid wyposażona jest z kolei w akumulator, który te ma za zadanie te nadwyżki gromadzić. W naszych instalacjach korzystamy ze sprawdzonych i cenionych na rynku falowników marki SolarEdge, które uchodzą za jedne z najbezpieczniejszych.

Jedno- czy trójfazowy?

Falowniki dzielą się na jedno i trójfazowe. Przyjmuje się że falownik jednofazowy powinien być stosowany w instalacjach o mocy mniejszej niż 3 kW, a trójfazowy w instalacjach powyżej 3,6 kW. Jeżeli mamy do czynienia z instalacją z przedziału od 3 kW do 3,6 kW zalecany jest indywidualny dobór falownika w zależności od sposobu podłączenia energochłonnych urządzeń w domu.

Jaką sprawność osiągają panele fotowoltaiczne?

Mimo że pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne charakteryzują się dość niewielką mocą, to połączone równolegle lub szeregowo w moduły, mogą wygenerować produkcję energii elektrycznej ze sprawnością sięgającą ponad 20%. Im większą moc chcemy uzyskać, tym więcej paneli musimy zamontować, co przekłada się na zajmowaną przez nie powierzchnię.

Gdzie najlepiej montować panele PV aby były jak najwydajniejsze?

Uogólniając, panele fotowoltaiczne można zamontować w każdym miejscu gdzie padają promienie słoneczne. Głównym czynnikiem wpływającym na wydajność instalacji jest przede wszystkim intensywność nasłonecznienia terenu montażu. Im więcej dni słonecznych i mocniejszego promieniowania, tym więcej energii pozyskamy. Ekspozycja instalacji również ma znaczenie. 

Najlepszy będzie oczywiście kierunek południowy, a optymalny kąt nachylenia wynosi 30-40 stopni. W przypadku montażu instalacji na dachach domów, budynków gospodarczych czy garaży kąt montażu podyktowany jest kształtem bryły danego budynku. Kiedy brak budynku o wymaganych warunkach instalację można posadowić na gruncie, dostosowując kierunek i kąty nachylenia w sposób najbardziej efektywny.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *