Instalacje fotowoltaiczne on-grid i off-grid – podobieństwa i różnice

Prąd elektryczny może być wytwarzany na wiele sposobów. Systemy fotowoltaiczne również bywają zróżnicowane, a każdy posiada swoje wady i zalety. Każda instalacja fotowoltaiczna (PV) posiada jednak wspólny niezbędny element, a mianowicie panele fotowoltaiczne.

Podstawową zaletą fotowoltaiki jest możliwość korzystania z niej wszędzie, gdzie tylko dociera promieniowanie słoneczne. System działa zarówno we współpracy z siecią energetyczną, jak i autonomicznie.

Systemy fotowoltaiczne i ich budowa

Schemat instalacji fotowoltaicznej (PV)

Systemy fotowoltaiczne zajmują specjalne miejsce pośród odnawialnych źródeł energii. W przeciwieństwie do zasobów kopalnych Słońce jeszcze bardzo długo może dostarczać energii – być może nasza gwiazda będzie istniała dłużej niż ludzka cywilizacja. Z tego względu fotowoltaika umożliwia samodzielne wytwarzanie prądu elektrycznego i jego bezpośrednie użycie w małej skali własnego domu.

Prąd elektryczny jest ruchem swobodnych, naładowanych cząsteczek. Słońce emituje wprawdzie promieniowanie, ale aby powstał z niego prąd elektryczny, musi ono trafić na ogniwo wykonane z półprzewodnika. W ogniwie zachodzi efekt fotoelektryczny i zamiana światła słonecznego na prąd. Jak długo padają promienie na ogniwo, tak długo fotony uwalniają zawarte w nim elektrony, a te poruszając się, generują prąd stały. Pojedyncze ogniwa o małej mocy łączy się w zestawy, a zestawy ogniw w panele fotowoltaiczne.

Schemat instalacji fotowoltaicznej zawiera wiele paneli, a poza tym urządzenia dostosowujące wytwarzany prąd do parametrów wymaganych przez typowe odbiorniki oraz konstrukcję do ich montażu. Niewiele jest domowych urządzeń, które można zasilać prądem stałym; zwykle jest to prąd zmienny o napięciu 230 V. Do zasilania odbiorników prądem przemiennym potrzebny jest falownik. Jeśli system ma być autonomiczny (off grid), niezbędne jest korzystanie z akumulatora, będącego magazynem energii wytworzonej podczas dnia.

Sposoby wykorzystania fotowoltaiki w praktyce

Zasadniczo istnieją dwa różne rodzaje wykorzystania fotowoltaiki. Pierwszy polega na podłączeniu instalacji do sieci energetycznej (on grid), gdzie wytworzony prąd będzie magazynowany. Do drugiego rodzaju należą instalacje wyspowe, które są autonomiczne i nie mają podłączenia do sieci (off grid).

Częściej spotykanym sposobem korzystania z energii elektrycznej pochodzącej z systemów fotowoltaicznych są instalacje on grid. W tym wypadku wytwarzany prąd jest przekazywany do sieci, a jednocześnie według potrzeb z tej sieci pobierany. Na dodatek możliwe jest w każdej chwili zaopatrzenie z ogólnych zasobów publicznej sieci. Ma to to istotne znaczenie, kiedy własna instalacja PV daje za mało prądu, albo w niekorzystnych warunkach pogodowych wcale go nie produkuje.

Cena instalacji fotowoltaicznej dla przeciętnego domu jednorodzinnego wynosi ok. 20 000 zł. Chociaż jednorazowy wydatek nie należy do małych, to cała inwestycja jest bardzo opłacalna i szybko się zwraca. Cena energii elektrycznej wciąż rośnie i posiadanie własnego źródła prądu sprawia, że można mieć po pewnym czasie praktycznie bez kosztów nie tylko oświetlenie, ale i ogrzewanie domu na przykład pompą ciepła. 

Systemy fotowoltaiczne off grid i on grid

System on grid w fotowoltaice

Angielskie słowo „grid” = „sieć” oznacza w kontekście fotowoltaiki istniejącą sieć energetyczną. W przypadku systemu on grid chodzi o instalację, która wytwarza prąd elektryczny magazynowany później w publicznej sieci. Oprócz słonecznego generatora, czyli szeregu paneli polikrystalicznych albo monokrystalicznych, niezbędny jest tak zwany falownik, który zamieni prąd stały z fotowoltaiki na przemienny sieciowy.

Falownik wykonuje synchronizację systemu PV z siecią i służy jako zabezpieczenie na wypadek awarii sieci. Z akumulatora nie trzeba korzystać, ponieważ cała wytworzona energia może być przyjęta przez sieć. Aby zapewnić możliwość rozliczania się z zakładem energetycznym, konieczny jest specjalny licznik dwukierunkowy.

Licznik dwukierunkowy zlicza energię, która została wytworzona w instalacji fotowoltaicznej i przekazana do sieci, oraz energię z tej sieci pobraną na potrzeby domu. Prosument, czyli producent energii będący jednocześnie jej konsumentem, ma możliwość zawarcia umowy z zakładem energetycznym. To rozwiązuje najpoważniejszy problem każdej indywidualnej elektrowni, a mianowicie magazynowanie energii elektrycznej. Rozliczanie następuje zwykle w cyklu rocznym.

System off grid w fotowoltaice

W miejscach, gdzie podłączenie do sieci energetycznej jest niemożliwe, albo kiedy użytkownik chce być całkowicie niezależny, instalowane są autonomiczne systemy fotowoltaiczne off grid. Taki działający poza siecią system wyspowy wymaga gromadzenie energii elektrycznej we własnym zakresie. Rozwiązania off grid miały większe powodzenie we wczesnym okresie fotowoltaiki.

Autonomiczne systemy fotowoltaiczne mogą wyprodukowaną energię kierować do bezpośredniego wykorzystania w postaci prądu stałego, albo zasilać odbiorniki prądem przemiennym z użyciem falownika. W rozwiązaniu na prąd stały energia jest magazynowana w akumulatorach, skąd może być na bieżąco pobierana. Odpowiedni regulator zabezpiecza akumulatory przed nadmiernym rozładowaniem oraz przeładowaniem.

Obecnie są używane głównie w domach letniskowych, górskich schroniskach, które znajdują się daleko od sieci przesyłowych. System off grid sprawdza się też na łodziach i mobilnych domach; jest stosowany do zasilania pomp wodnych i instalacji odsalania. Ma znaczny udział na rynku krajów rozwijających się.

Podobieństwa i różnice systemów off grid i on grid

Zasadniczym elementem każdej instalacji fotowoltaicznej są panele, zamieniające energię promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Różnice między dwoma systemami off grid i on grid dotyczą tylko sposobów dalszego postępowania z pozyskaną energią. Wybór systemu zależy przede wszystkim od lokalizacji instalacji: brak albo znaczne oddalenie od istniejącej sieci energetycznej jednoznacznie wskazują na autonomiczny system fotowoltaiczny.

Wada, jaką są stosunkowo wysokie koszty instalacji PV, jest z nawiązką równoważona poprzez liczne zalety tego źródła energii. Należy do nich możliwość zasilania odbiorników elektrycznych – oświetlenie, urządzenia elektryczne, ogrzewania – w miejscach odległych od sieci energetycznej. Z kolei podłączenie systemu do sieci daje komfort zasilania domu w tanią energię bez względu na warunki pogodowe i aktualny stopień nasłonecznienia.