W jaki sposób system fotowoltaiczny wytwarza z energii słonecznej energię elektryczną?

Jeszcze nie tak dawno temu stosowanie energii słonecznej dla swoich własnych potrzeb było trudno dostępne, gdyż wiązało się z to z dosyć wysokimi kosztami. Była to raczej melodia przyszłości. Jednak dziś coraz częściej zauważyć można prywatne instalacje PV i praktycznie każdy może sobie pozwolić na takie rozwiązanie.

Współcześnie stosowanie energii słonecznej w zasadzie nikogo już nie dziwi. Sporo osób spośród tych, którzy jeszcze tego nie zrobili, zastanawia się nad zainstalowaniem na swojej posesji paneli fotowoltaicznych. Należy w tym kontekście wiedzieć, iż fotowoltaika to proces wytwarzania energii elektrycznej z promieniowania słonecznego, a to jest darmowe oraz dostępne dla każdego. Wyjaśniamy jak działa fotowoltaika, a także jaką drogę muszą przebyć promienie słoneczne, żeby mogły finalnie zasilać sprzęty elektryczne w domu.

Słoneczny system fotowoltaiczny – jak to działa?

Podstawowy element w każdym systemie fotowoltaicznym to panele fotowoltaiczne (słoneczne). To one przekształcają energię z fotonów, czyli cząstek światła, w energię użytkową. Ten proces nazywamy efektem fotowoltaicznym. W chwili, kiedy foton ten uderza w urządzenie fotowoltaiczne, jego energia jest przenoszona z tego fotonu do lokalnych elektronów, które znajdują się w materiale PV. W ten sposób wzbudzone elektrony zaczynają płynąć, dzięki czemu wytwarzają prąd elektryczny.

Znajdujące się w panelach słonecznych ogniwa słoneczne, wytwarzają prąd stały – DC. Następnie taki jest przetwarzany na prąd przemienny – AC. Falownik – inwerter jest zazwyczaj tym urządzeniem, w którym zachodzi ta przemiana. Ze wspomnianego prądu zmiennego korzystają sieci elektryczne, jest on również stosowany do zasilania urządzeń elektrycznych w każdym domu. To też sprawia, że prąd, który wytwarza domowy system PV, może być odsyłany do ogólnej sieci elektrycznej, może on również zasilać wszelkie domowe urządzenia elektryczne. Warto również wspomnieć o tym że taki prąd może też z powodzeniem zasilać m.in. budynki komercyjne, jeżeli decydujemy się na komercyjne instalacje fotowoltaiczne.

Synonimami w przypadku takich domowych rozwiązań do wytwarzania energii elektrycznej z energii słonecznej są: mikroelektrownia słoneczna, system fotowoltaiczny, domowa elektrownia słoneczna lub po prostu instalacja fotowoltaiczna. Nazwy te stosuje się z reguły zamiennie.

Co się dzieje z energią, którą wytwarza system fotowoltaiczny?

Czasami zdarza się, iż taka domowa mikroelektrownia wytwarza zbyt dużo albo zbyt mało energii w stosunku do konkretnego zapotrzebowania na nią. W takich sytuacjach ma zastosowanie licznik dwukierunkowy. Jest to urządzenie, dokonujące pomiarów dwukierunkowego przepływu prądu. To zaś oznacza, że taki licznik dwukierunkowy zlicza zarówno tą energię elektryczną, którą domowa mikroinstalacja PV wyprodukowała, jak i tą, która została pobrana z ogólnej sieci energetycznej.

Jeżeli zatem produkujemy w danym okresie więcej energii niż jej potrzebujemy, jej nadmiar zostaje przekazywany do zewnętrznej sieci energetycznej. To natomiast oznacza, że stajemy się prosumentami – jesteśmy wówczas jednocześnie producentami oraz konsumentami energii elektrycznej. W sytuacji natomiast, gdy nasza domowa instalacja PV nie jest w stanie wytworzyć wystarczająco energii elektrycznej dla naszych potrzeb (może to mieć miejsce np. w okresie zimowym, w pochmurne dni lub w nocy), korzystamy z prądu dostępnego w sieci zewnętrznej.

Z jakich części składa się system fotowoltaiczny?

Mikroelektrownia słoneczna składa się z następujących elementów:

• panele fotowoltaiczne, inaczej słoneczne – są one głównym i kluczowym elementem każdego systemu fotowoltaicznego, to dzięki nim możliwe jest pozyskiwanie prądu z promieniowania słonecznego, te urządzenie zamieniają bowiem promieniowanie słoneczne, które na nie pada, na energię elektryczną charakteryzującą się napięciem stałym, panel PV składa się z połączonych szeregowo ogniw fotowoltaicznych;
• inwerter, innymi słowy falownik – to z kolei urządzenie, które przekształca prąd o napięciu stałym w prąd o napięciu zmiennym, czyli taki który może być użyty do zasilania domowych urządzeń elektrycznych;
• przewody łączeniowe – jak sama nazwa wskazuje, służą one do połączenia paneli fotowoltaicznych z inwerterem oraz falownika z rozdzielnicą;
• zabezpieczenia – stosuje się zarówno po stronie DC, czyli prądu stałego, jak również AC, czyli prądu zmiennego;
• zestawy montażowe –są to natomiast zestawy, na których montuje się panele PV.

Co wpływa na wydajność systemu PV?

W tym miejscu należy zaznaczyć, że system PV nigdy nie może być w 100% wydajny. Wpływają na to czynniki środowiskowe, ale również straty w elektrycznych komponentach. Oto co konkretnie wpływa na wydajność systemu fotowoltaicznego:

• temperatura – należy pamiętać, że wydajność systemu PV zmienia się w zależności od temperatury, temperatury bardzo wysokie mają negatywny wpływ na wydajność instalacji fotowoltaiczej;
• zanieczyszczenia – zabrudzenia, które gromadzą się na powierzchni paneli blokują dopływ światła do poszczególnych ogniw słonecznych;
• zacienienie – mogą powodować np. drzewami, inne budynki, pofałdowany teren oraz inne obiekty znajdujące się w otoczeniu;
• okablowanie oraz połączenia – to bardzo ważne, rezystancja, z którą mamy zawsze do czynienia w połączeniach elektrycznych, zwykle wiąże się ze stratami energii o kilka procent;
• niedopasowanie – różne warianty produkcyjne modułów tego samego typu mogą się wiązać z nieco innymi właściwościami elektrycznymi, takie niedopasowanie może powodować utratę wydajności;
• wydajność falownika – zwykle wydajność falownika mieści się w przedziale 96-97%, warto jednak wspomnieć, iż mają one zazwyczaj wyższą wydajność, w przypadku gdy moc wejściowa prądu stałego jest wyższa;
• wiek – panele PV z czasem tracą swoją wydajność, przyjmuje się, że spadek ich wydajności to około 0,5% rocznie.

Domowe systemy fotowoltaiczne – współcześnie to ekologiczne oraz ekonomiczne rozwiązanie jest coraz częściej stosowane i zyskuje kolejnych zwolenników. Staje się ono coraz bardziej dostępne i niemal każdy może sobie na nie dziś pozwolić.

Marek Lont