Jak działa fotowoltaika?

Technologia fotowoltaiczna, choć na pierwszy rzut oka może wydawać się skomplikowana, w istocie jest całkiem prosta do zrozumienia. W poniższym artykule wyjaśniamy, jak działa fotowoltaika i jak możemy wykorzystać słońce do wytwarzania energii elektrycznej. Wskazujemy również najważniejsze komponenty instalacji i ich znaczenie.

Czym jest fotowoltaika?

Fotowoltaika to technologia umożliwiająca pobranie energii słonecznej i jej bezpośrednią przemianę w energię elektryczną. Dochodzi do tego wskutek wystąpienia zjawiska fotowoltaicznego, czyli przemiany energii mechanicznej w energię elektryczną. Zajście tego procesu umożliwiają ogniwa fotowoltaiczne. Natomiast wykorzystanie go jest możliwe poprzez montaż paneli fotowoltaicznych, których powierzchnię pokrywają właśnie ogniwa.

Podstawowym elementem ogniwa fotowoltaicznego jest zwykle krzem – czyli wydajny materiał półprzewodnikowy. Ogniwo składa się z dwóch warstw krzemu – jednej naładowanej dodatnio (typu p) i drugiej naładowanej ujemnie (typu n). Gdy światło słoneczne pada na powierzchnię ogniwa, jego energia powoduje wyrwanie elektronów z atomów krzemu. Elektrony te zaczynają się swobodnie przemieszczać, a dzięki utworzonemu w ogniwie polu elektrycznemu – przemieszczają się od warstwy n do p. W wyniku tego ruchu powstaje prąd elektryczny. Więcej o tym, jak powstaje prąd w ogniwach, dowiesz się z innego naszego artykułu: https://Reca Solar.pl/2021/10/jak-powstaje-prad-w-ogniwie-fotowoltaicznym/.

Konstrukcje PV i inne składowe instalacji

System fotowoltaiczny, nazywany często instalacją PV, składa się z szeregu elementów, które współpracują ze sobą w celu przekształcenia energii słonecznej w prąd elektryczny. Poniżej omawiamy główne komponenty tego systemu.

Konstrukcje gruntowe i dachowe

Aby powstała jakakolwiek fotowoltaika w zachodniopomorskim i nie tylko, najpierw niezbędny jest montaż konstrukcji wsporczej. Konstrukcja pod panele fotowoltaiczne ma za zadanie zapewnić modułom stabilność oraz nachylenie ich pod odpowiednim kątem. Stosuje się dzisiaj zarówno konstrukcje gruntowe, jak i dachowe. O miejscu montażu fotowoltaiki powinien zawsze decydować fachowiec na podstawie oceny okoliczności. Czy to budowa farmy fotowoltaicznej, czy domowej mikroinstalacji, najważniejsze jest, aby konstrukcje PV umożliwiały uniknięcie zacienień i maksymalizację dziennego nasłonecznienia ogniw. Właśnie takie rozwiązania oferuje Reca Solar Szczecin.

Montaż paneli fotowoltaicznych

Niewątpliwie montaż paneli fotowoltaicznych to jeden z kluczowych etapów tworzenia instalacji PV. Każdy panel składa się z wielu połączonych ze sobą ogniw fotowoltaicznych produkujących prąd elektryczny. Montaż paneli przeprowadza się na dachach, fasadach budynków oraz na specjalnych konstrukcjach naziemnych. Obecnie istnieje już wiele różnorodnych rodzajów modułów, przy czym dominują panele monokrystaliczne. Wyróżnia je jednorodna budowa ogniw – każde składa się z pojedynczego kryształu krzemu. Ciekawą opcją jest wybór modułów dwustronnych – bifacjalnych. Są to modele o zwiększonej wydajności za sprawą dwustronnego pokrycia ogniwami. Aby wykorzystać potencjał tego typu paneli, niezbędny jest montaż naziemny i specjalne konstrukcje PV eksponujące ich obie strony.

Inwerter jako serce instalacji

Inwerter, nazywany też falownikiem, jest urządzeniem przekształcającym wytwarzany przez ogniwa prąd stały (DC) w prąd zmienny (AC) będący standardem w domowych i komercyjnych sieciach energetycznych. Inwertery mogą być instalowane na zewnątrz i wewnątrz budynków. Dostępne są inwertery jedno- i trójfazowe o zróżnicowanej mocy. Zarówno te, jak i wszystkie pozostałe parametry falownika należy dostosować do specyfiki, w tym mocy danej instalacji, a także do potrzeb obiektu zasilanego energią słoneczną.

Okablowanie instalacji solarnej

Dostarczenie wytworzonej energii z paneli do inwertera, a następnie z falownika do gniazdek, wymaga zastosowania odpowiedniego okablowania. Ważne jest wykorzystanie elementów o wysokiej wytrzymałości, zwłaszcza w przypadku konstrukcji naziemnych. Zwykle znajdują się one w pewnej odległości od budynku, przez co kable mają do pokonania większy dystans niż w przypadku instalacji dachowych. Ważny jest nie tylko wybór odpowiednich kabli, ale też ich przemyślane poprowadzenie.

Zabezpieczenia fotowoltaiki

Podstawowe zabezpieczenia w instalacjach fotowoltaicznych obejmują między innymi wyłączniki awaryjne, zabezpieczenia przeciwprzepięciowe i inne bezpieczniki. Wiele nowoczesnych systemów PV jest wyposażonych w zaawansowane systemy monitoringu i diagnostyki, które pozwalają na stałe śledzenie stanu i wydajności instalacji. Natomiast zabezpieczenia mechaniczne w instalacjach fotowoltaicznych to między innymi odpowiednie systemy montażowe, czyli konstrukcje naziemne i dachowe gwarantujące stabilność i bezpieczeństwo paneli nawet w warunkach silnego wiatru czy opadów śniegu. Istnieje również kilka zabezpieczeń przeciwpożarowych minimalizujących i tak niskie ryzyko pożaru instalacji PV.

Liczniki dwukierunkowe i magazyny energii

Energia przekształcona przez inwerter może być natychmiast wykorzystana do zasilania urządzeń domowych. Niemniej fotowoltaika nie zawsze działa z taką samą wydajnością. W lecie panele produkują więcej energii niż zimą. Najintensywniej pracują zwykle w południe, natomiast w nocy dochodzi do zatrzymania produkcji. Dlatego też w niektórych okresach ilość produkowanej energii przewyższa zapotrzebowanie, a w innych pojawiają się niedobory.

Ewentualna nadwyżka energii może być przekazana do sieci energetycznej. Każdy prosument ma możliwość późniejszego jej odkupienia. Niezbędny będzie do tego licznik dwukierunkowy zliczający ilość energii oddanej i odebranej. Alternatywę dla tego rozwiązania stanowią magazyny energii. Dają one możliwość samodzielnego gromadzenia nadwyżek i korzystania z nich w przypadku konieczności.

Jak widzisz, działanie fotowoltaiki nie jest tak skomplikowane, jak mogłoby się wydawać. Dla produkcji energii elektrycznej z energii słonecznej kluczowe są ogniwa, w których zachodzi zjawisko fotowoltaiczne. Niemniej wykorzystanie wyprodukowanej w ogniwach energii nie byłoby możliwe bez pozostałych komponentów tworzących instalacją fotowoltaiczną.