fbpx

Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna?

Najprostszy sposób wykorzystania energii ze Słońca jest instalacja fotowoltaiczna. Na samym początku w skład instalacji fotowoltaicznej wchodził panel fotowoltaiczny i przewód , który bezpośrednio zasilał odbiornik prądu stałego. Jednak wszystkie odbiorniki jakie mamy w domu są zasilane prądem przemiennym dlatego należało rozbudować instalacje fotowoltaiczną o jeszcze inne urządzenia które pozwolą przekształcić energię prądu stałego na energię prądu przemiennego przez fotowoltaikę. I tak w skład poprawnie zbudowanej instalacji fotowoltaicznej powinny wchodzi przede wszystkim panele fotowoltaiczne i inwerter. To są dwa najważniejsze elementy instalacji fotowoltaicznej.

Niemniej jednak oprócz tych urządzeń, instalacja fotowoltaiczna powinna zostać wyposażona w inne równie istotne komponenty. Panele fotowoltaiczne można łączyć szeregowo, równolegle lub szeregowo-równolegle, te połączenia wykonuję się za pomocą kabli solarnych i szybkozłączek. Kable fotowoltaiczne charakteryzują się większą średnicą zewnętrzną niż zwykłe kable, ponieważ wykonane są z podwójnej izolacji. Kabale fotowoltaiczne są prowadzone pod panelami fotowoltaicznymi, dlatego narażone są trudne warunki atmosferyczne (mróz, wysokie temperatury, deszcz, śnieg) dlatego na tyle ile możliwe w miejscach przejść miedzy panelami fotowoltaicznymi i do inwertera należy prowadzić kable fotowoltaiczne w rurach karbowanych (peszle) odporne na niekorzystne warunki atmosferyczne.

Dokonując łączenia przewodów fotowoltaicznych z inwerterem należy korzystać z szykbozłączek dostarczonych przez producenta inwertera fotowoltaicznego. Wszystkie połączenia za pomocą szybkozłaczek trzeba tak wykonywać aby one nie leżały swobodnie na dachu, ze względu na możliwość dostania się do nich wody.

Inwerter fotowoltaiczny często nazywany jest sercem instalacji fotowoltaicznej ponieważ on odpowiada za konwersje energii prądu stałego na energię prądu przemiennego. Dobry inwerter fotowoltaiczny jest wyposażony w ochronę przed przepięciami i posiada ochronę przed praca wyspową w przypadku zaniku napięcia na sieci elektroenergetycznej. Następnie inwerter fotowoltaiczny jest połączony za pomocą przewodów z naszą instalacją elektryczną. W każdej instalacji elektrycznej aby zapewnić bezpieczeństwo stosujemy odpowiednie zabezpieczenia. I tak po stronie DC i AC stosujemy rozłączniki, które umożliwią  przeglądy i naprawy instalacji fotowoltaicznej oraz rozłączniki nadprądowe, chroniące instalacje przed zwarciami.

Jak widać instalacja fotowoltaiczna składa się nie tylko z paneli fotowoltaicznych ale również z innych równie ważnych elementów, nie odpowiednie dobranie lub oszczędność na komponentach może mieć poważne konsekwencje włącznie z pożarem lub krótszą żywotność naszej instalacji fotowoltaicznej. Instalacja fotowoltaiczna dodatkowo może składać się z akumulatora i regulatora ładowania (jeżeli inwerter fotowoltaiczny nie posiada takiej funkcji), te właśnie urządzenia są kolejnymi elementami, które pozwalają nam magazynować wyprodukowana energię i stać się niezależnym energetycznie.



Jak powstaje prąd ze słońca?

Albert Einstein  w swoich praca pisał, że promieniowanie słoneczne jest źródłem energii i składa się z fotonów. Foton jako nośnik energii padając na odpowiednio zbudowana powierzchnie ogniwa fotowoltaicznego produkują prąd elektryczny zwany efektem fotowoltaicznym.

Metoda ta opiera się na bezpośredniej konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną przez ogniwa fotowoltaiczne. Materiałem używanym do budowy ogniw fotowoltaicznych są półprzewodniki krystaliczne lub amorficzne, najczęściej jest nim krzem (Si). Aby uzyskać efekt fotowoltaiczny do kryształu krzemu dodaje się fosfor aby otrzymać półprzewodnik typu n, a przez dodanie boru otrzymuję się półprzewodnik typu p. Płytki następnie łączy się ze sobą i tworzą złącze p-n. Jeżeli energia promieniowania jest większa niż przerwa energetyczna złącza, tworzy się para elektron- dziura. Poprzez rozdzielenie nośników, po jednej stronie złącza powstaję różnica potencjałów, a po zamknięciu obwodu popłynie prąd.

Właśnie tak powstaję energia na jednym ogniwie fotowoltaicznym, aby panel fotowoltaiczny produkował dużo energii, ogniwa łączy się ze sobą szeregowo-równolegle za pomocą cienkiej metalowej taśmy i tak powstaje panele fotowoltaiczny, który może osiągnąć napięcie maksymalnie 800 V.



Jak działa fotowoltaika, krok po kroku

1. Reakcje termojądrowe zachodzące w Słońcu wysyłają promieniowanie słoneczne

2. Promieniowanie przechodzi przez atmosferę Ziemi, ulega odbiciu, rozproszeniu i zaabsorbowaniu

3. Absorbcja części promieniowania przez ogniwa fotowoltaiczne

4. Następuję efekt fotowoltaiczny

5. Powstaję energia elektryczny prądu stałego

6. Prąd zostaje transportowany za pomocą busbarów do puszki łączeniowej

7. Następnie za pomocą przewodu solarnego energia elektryczna prądu stałego płynie do inwertera fotowoltaicznego

8. Inwerter fotowoltaiczny konwertuję energię elektryczna prądu stałego na energię elektryczna prądu przemiennego

9. Za pomocą przewodów dla prądu przemiennego energia płynie do naszych odbiorników

10. Część energii, która nie została wykorzystana trafia do sieci elektroenergetycznej i sieć staję się naszym wirtualnym magazynem lub do naszych własnych akumulatorów

11. Następnie zmagazynowana energię możemy odebrać z sieci elektroenergetycznej z 20% lub 30% stratami



Na czym polega oddawanie energii do sieci?

Posiadając instalację fotowoltaiczną produkującą energię elektryczną, większość gospodarstw nie jest w stanie zużyć całej wyprodukowanej energii w danym momencie. Dlatego w Polsce dla instalacji do 50 kW istnieję system nazwany net meteringiem lub systemem opustów.

System ten polega na odbieraniu nadmiaru energii wyprodukowanej przez instalacje fotowoltaiczna przez sieć dystrybucyjną. Wtedy wytwórca energii elektrycznej staję się prosumentem, warto podkreślić, że aby wytwórca stał się prosumentem musi mieć zawartą umowę kompleksową z siecią dystrybucyjną.

Nadmiar energii wyprodukowanej przez  instalację fotowoltaiczną jest zliczany przez licznik energii elektrycznej i następnie prosument ma możliwość odbioru zmagazynowanej energii w czasie kiedy instalacja fotowoltaiczna ma małą wydajność (dni pochmurne). Prosument odbiera zmagazynowaną energie ale nie całą tylko dla instalacji do 10 kW odbiera 80% zmagazynowanej energii a dla instalacji powyżej 10 kW odbiera 70% zmagazynowanej energii. Właściciel instalacji fotowoltaicznej może w każdym momencie odebrać zmagazynowaną energię.



Czy instalacja fotowoltaiczna wymaga zmiany licznika?

W naszych domach posiadamy liczniki energii elektrycznej, które zliczają nam ile zużyliśmy energii elektrycznej aby sieć dystrybucyjna mogła przesłać nam fakturę za energię elektryczną. W instalacjach fotowoltaicznych również potrzebne jest urządzenie, które będzie zliczać ile energii pobraliśmy z sieci a ile energii wyprodukowaliśmy i taki urządzeniem nazywany licznik duwkierunkowy.

Ważne jest aby każdy prosument posiadł duwkierunkowy licznik energii elektrycznej ponieważ tylko on ma możliwość zliczenia ile energii elektrycznej wyprodukowała instalacja fotowoltaiczna. Dlatego przed uruchomieniem instalacji fotowoltaicznej należy posiadać zamontowany za darmo przez sieć dystrybucyjną duwkierunkowy licznik energii elektrycznej.

Prosument który nie posiada licznika dwukierunkowego może liczyć się z poważnymi problemami ze strony sieci dystrybucyjnej ponieważ sieć nie ma możliwości kontroli produkcji energii przez instalację fotowoltaiczną oraz przesyłanie energii przez licznik jednokierunkowy może uszkodzić go co w konsekwencji może spowodować, że on będzie naszą produkcje energii z fotowoltaki zliczał jako energia pobrana z sieci.



Jakie są rodzaje paneli fotowoltaicznych i które są najbardziej opłacalne?

Panele fotowoltaiczne zbudowane są z ogniw połączonych szeregowo-równolegle. Ogniwa te produkowane są z krzemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego. Tego typu panele fotowoltaiczne zaliczamy do ogniw fotowoltaicznych I generacji. Zasadniczą różnicą pomiędzy panelami fotowoltaicznymi wykonanymi z monokryształu krzemu a panelami fotowoltaicznymi z polikryształu krzemu jest ich sprawność.

W zależności od technologii panele fotowoltaiczne polikrystaliczne mogą sprawność mieć mniejszą o kilka procent w stosunku do paneli fotowoltaicznych monokrystalicznych. Jeżeli wydajność ich jest mniejsza to posiadają także cenę niższą. Panele fotowoltaiczne polikrystaliczne charakteryzują się niebieskim kolorem a panele fotowoltaiczne monokrystaliczne ciemnoniebieskim kolorem.

Na rynku mamy do czynienia również z ogniwami fotowoltaicznymi II i III generacji są one nowością i nadal są w fazie badań i poprawy ich wydajności. Ogniwa fotowoltaiczne II generacji zbudowane są z półprzewodnika, który nanoszony jest w postaci cieniutkiej warstwy i często nie jest to krzem. Zaleta tych ogniw fotowoltaicznych jest niższe nakłady energetyczne na produkcje tych ogniw fotowoltaicznych, niska cena ale zasadniczą wadą ogniw fotowoltaicznych II generacji jest niska sprawność w stosunku do ogniw fotowoltaicznych I generacji oraz efekt degradacji polegający na tym, że po kliku dniach od ich wykonania następuję gwałtowny spadek sprawności. Natomiast ogniwa fotowoltaiczne III generacji pozbawione są klasycznego złącza p-n. Są to ogniwa fotowoltaiczne zbudowane z materiałów organicznych (polimerów). Główną wadą tych paneli fotowoltaicznych jest niska sprawność około kilku procent i krótka żywotność.



Podsumowanie działania i produkcji energii przez panele fotowoltaiczne

Obecnie instalacja fotowoltaiczna jest najprostszym, najtańszym i bezpiecznym źródłem samodzielnej produkcji energii elektrycznej. Działania i obsługa instalacji fotowoltaicznej nie są skomplikowane w stosunku do innych ekologicznych źródeł energii.

Niemniej jednak aby instalacja fotowoltaiczna pracowała najefektywniej i zadawalająco istotne jest odpowiednie dobranie poszczególnych komponentów. Nie warto wybierać firm, które ze względów finansowych wybierają komponenty nie zbyt dobrej jakości a w szczególności o niskim poziomie bezpieczeństwa. Takie instalacje fotowoltaiczne często mogą być przyczyną spadku produkcji lub uszkodzenia całej instalacji fotowoltaicznej po kilku letniej produkcji.
Prosument inwestujący w instalacje fotowoltaiczna chce aby ona pracowała wydajnie przez 25 lat. Dlatego należy wybierać firm, które potwierdzają przed zakupem swoje komponenty odpowiednimi certyfikatami zgodnymi z obowiązującymi przepisami w Polsce.

Instalacja fotowoltaiczna w naszej szerokości geograficznej najwyższą produkcje ma w miesiącach od kwietnia do października, w tych miesiącach instalacja potrafi wyprodukować 80% naszego zapotrzebowania na energię elektryczną. W Polsce najlepsze warunki i najwyższe nasłonecznienie jest w południowo-wschodniej Polsce zaś najniższe na północy. Przyjmuje się, że średnio z 1 kW instalacji fotowoltaicznej w Polsce instalacja fotowoltaiczna wyprodukuję 1000 kWh. Należy podkreślić jeszcze raz aby instalacja fotowoltaiczna wyprodukowała tyle energii elektrycznej wszystkie komponenty począwszy od paneli fotowoltaicznych, inwertera, kabli solarnych, przewodów prądu przemiennego musi być dobrany odpowiednio do naszego zapotrzebowania na energie elektryczną. A zabezpieczenia powinny być tak dobrane abyśmy czuli się bezpiecznie z naszą instalacją fotowoltaiczną.