fbpx

Co to jest Fotowoltaika? *rodzaje modułów*

Wyczerpywanie się źródeł nieodnawialnych (węgiel, ropa naftowa) oraz duże zanieczyszczenie  środowiska zmusiły kraję członkowskie Unii Europejskiej do przeciwdziałaniu tym skutkom poprzez zwiększenia udziału Odnawialnych Źródeł Energii (OZE) w ogólnej produkcji energii.

Kraje członkowskie zobowiązały się do 2030 roku zwiększenie OZE o 32% oraz zwiększenie efektywności energetycznej o 32,5 %. Polskie Ministerstwo Energii zobowiązało się, że do 2030 rok udział OZE będzie wynosił 21 %. Póki co UE musi się wywiązać z celu przyjętego na rok 2020, który wynosi 20 %. Wiadomo, że niektóre państwa UE będą mieć problem z realizacji krajowych celów w tym Polska, która zobowiązała się uzyskać energie z OZE na poziomie 15 %. Dlatego ważny jest rozwój urządzeń przetwarzających energię z źródeł odnawialnych (słońce, powietrze) oraz źródeł dofinansowania takich instalacji. Polskie Ministerstwo Energii zauważa ten problem i podkreśla rozwój energetyki rozporoszonej. W nowej wersji Polityki Energetycznej Polski 2040 przyjęto, że w 2030 roku w Polsce będziemy mieć 300 obszarów zrównoważonych energetycznie, a energię będzie dodatkowo produkować 1 mln prosumentów. Ministerstwo już podejmuję działania, które będą wspierały osoby inwestujące w energetykę odnawialną.

Ogromnym nośnikiem energii jest słońce, słońce w każdej sekundzie emituję energię o mocy równej 3,86 ∙ 1020 MW z czego do atmosfery ziemskiej dociera średnio 1,367 kW/m 2 . Obecnie istnieje wiele urządzeń, które wykorzystują promieniowanie słoneczne aby produkować energie elektryczną bądź cieplną wykorzystywaną przez ludzi. Jednym z takich urządzeń są ogniwa fotowoltaiczne, które dokonują konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Panele fotowoltaiczne są podstawowymi elementami instalacji fotowoltaicznych. Jednak równie ważnymi podzespołami jest inwerter i okablowanie.

Zasada działania instalacji fotowoltaicznych

W zależności od szerokości geograficznej do powierzchni ziemi dociera określona ilość promieniowania słonecznego, w Polsce jest to około 1000 W/m 2 . Promieniowanie to jest absorbowane przez ogniwa fotowoltaiczne, które wykorzystują zjawisko efektu fotowoltaicznego. Standardowe ogniwa wykorzystują złączę p-n. W półprzewodniku typu N przeważa liczba elektronów nad dziurami, zaś w półprzewodniku typu P dominują dziury.

Poprzez oddziaływanie fotonów na złącze p-n powstaję różnica potencjałów wynikająca z przepływu elektronów i dziur. Na skutek różnicy potencjałów i przepływu cząstek w złączu powstaję napięcie, to napięcie jest stałe. Następnie powstający prąd stały płynie za pomocą okablowania o odpowiednim przekroju poprzecznym do inwertera. Tam dokonuję się konwersja prądu stałego na przemienny, który wykorzystujemy w urządzeniach gospodarstwa domowego. Energie którą wyprodukuję instalacja wykorzystuję się do zasilania urządzeń gospodarstwa domowego a nadprodukcję magazynuję się w sieci elektroenergetycznej lub w akumulatorach. Instalacja fotowoltaiczna może znajdować się na dachu lub na gruncie. Może być połączona z siecią elektroenergetyczną (on-grid) lub niezależne od niej produkować energie elektryczną (off-grid).

Rodzaje modułów

Wyróżnia się trzy rodzaje modułów fotowoltaicznych:

  1. Monokrystaliczne, ogniwa monokrystaliczne wytwarza się różnymi metodami, dość często klasyczną już metodą, opracowaną przez polskiego uczonego prof. Jana Czochralskiego. Metoda ta polega na wyciąganiu zarodzi monokrystalicznej z ciekłego krzemu z dodatkiem boru. Taki monokryształ, najczęściej formowany do postaci walca, zostaje pocięty na płytki (typu P) o grubości 0,30 mm i promieniu od kilku do kilkunastu centymetrów W cienkiej warstwie powierzchniowej wytwarza się
    przez dyfuzję fosforu obszar typu N.. Z uwagi na to, że współczynnik odbicia światła dla krzemu wynosi od 33 do 54%, osadza się na powierzchni aktywnej warstwę przeciw odbiciową. Takie ogniwo wykonane z jednego monolitycznego kryształu krzemu charakteryzuje się wysoką sprawnością zazwyczaj 18-22% oraz stosunkowo wysoką ceną.
  2. Polikrystaliczne, materiałem wyjściowym do produkcji komórek polikrystalicznych jest blok krzemu o masie około 100 kg, uformowany w piecu w wyniku procesów topnienia i krystalizacji ukierunkowanej. Procesom tym towarzyszy etap wprowadzania domieszek. Blok jest następnie dzielony na bryły, które po obróbce i selekcji są cięte na kwadratowe płytki o grubości mniejszej od 0,2 mm. W trakcie
    cięcia, za pomocą drutu o średnicy mniejszej od 0,15 mm, są jednocześnie szlifowane powierzchnie płytek. Dalsza obróbka płytek jest złożona z wielu etapów i obejmuje m.in.: – szlifowanie, uwidaczniające strukturę krystaliczną, – nałożenie elektrod metodą seriografii, – nałożenie warstwy antyrefleksyjnej, zwiększającej ilość zaabsorbowanego światła. Układy krzemowe charakteryzują się sprawnością w przedziale 14-18% , umiarkowaną ceną oraz szybszą utratą sprawność podczas swojej
    eksploatacji niż ogniwa monokrystaliczne. Zazwyczaj posiada charakterystyczny niebieski kolor i wyraźnie zarysowane kryształy krzemu.
  3. Amorficzne, ogniwa tego typu mają niższy współczynnik sprawności niż wykonane z krzemu krystalicznego, w przedziale 8-12%, ale jednocześnie ich koszt produkcji jest niższy. Ich produkcja polega na nakładaniu cienkich warstw na szkle, stali nierdzewnej lub tworzywie sztucznym Proces wytwarzania jest prosty i łatwy do zautomatyzowania. Przebiega szybko przy małym zużyciu materiałów i znacząco niższym zużyciu energii
  4. Ogniwa cienkowarstwowe w odróżnieniu od ogniw produkowanych z
    wykorzystaniem tradycyjnych półprzewodników, ogniwa CI(G)S i CdTe pozbawione są złącza p-n. Do produkcji ogniw cienkowarstwowych stosuje się obecnie następujące materiały: – krzem amorficzny wodorowany (a-Si:H) – dwuselenek miedziowo-indowy (CuInSe2 lub CI(G)S) – siarczek kadmu/tellurek kadmu (CdS/CdTe). Najlepszym obecnie pod względem sprawności materiałem do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest arsenek galu (GaAs), osiągający sprawność na poziomie 35%. Do kluczowych wad tych ogniw można zaliczyć mniejszą żywotność około 10 lat, technologia często jest droga oraz toksyczność niektórych składników.

Kto może posiadać instalację fotowoltaiczne

Instalację fotowoltaiczną może zainstalować osoba fizyczna jak i przedsiębiorca. W instalację mogą inwestować gminy, szkoły czy rolnicy. Instalacja do 50 kWp nie wymaga pozwolenia przyłączenia do sieci elektroenergetycznej ani pozwolenia budowy. Osoby które inwestują w instalacje fotowoltaiczne stają się prosumentami czyli samodzielnymi wytwórcami energii elektrycznej na własne potrzeby. Kwestie rozliczeń
energii elektrycznej wytworzonej przez prosumentów reguluję Ustawa z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii. Prosument wytwarza na swoje potrzeby energię elektryczna a nadprodukowaną energię magazynuję w sieci elektroenergetycznej, którą może potem odebrać podczas dni pochmurnych lub nocą, kiedy wydajność instalacji jest mniejsze, ilość energii pobranej z sieci i oddaną do sieci rejestruję licznik dwukierunkowy. Energia elektryczna rozliczana jest według reguły net metering. Rozliczenie nie odbywa się w stosunku 1:1. Rozliczanie energii elektrycznej w formie opustów jest zależna od łącznej mocy zainstalowanej. Instalację do 10 kWp rozliczane są w stosunku 1:0,8 a instalację powyżej 10 kWp rozliczane są w stosunku 1:0,7. Prosument może wykorzystać nadprodukcję energii w ciągu 365 dni.

Dodatkowe informacje odnośnie przyłączenia instalacji fotowoltaicznej

Instalacja fotowoltaiczna nie może przekroczyć mocy przyłączeniowej budynku. Za montaż licznika dwukierunkowego odpowiedzialny jest Operator Systemu Dystrybucyjnego, użytkownik nie posiada żadnych kosztów z tym związanych. Zakład nie może naliczyć dodatkowych opłat za odbiór energii. Jedynymi opłatami są opłaty dystrybucyjne za tzw. ,,licznik’’.