Jak działa instalacja fotowoltaiczna?
Systemy fotowoltaiczne zyskują coraz większe uznanie inwestorów. Na instalacje PV decydują się właściciele domów jednorodzinnych, domków letniskowych, przedsiębiorcy i rolnicy. Jak działają? W jaki sposób zbudowany jest moduł fotowoltaiczny, gdzie powstaje energia słoneczna i jakie są efekty takiej inwestycji? Sprawdźmy!
Jak zbudowany jest moduł fotowoltaiczny?
Ogniwa fotowoltaiczne muszą mieć właściwości półprzewodników. W związku z tym do ich budowy wykorzystuje się takie pierwiastki jak krzem, german i selen. Najczęściej jest to krzem, bowiem pierwiastek ten posiada na ostatniej powłoce aż cztery elektrony walencyjne, co sprzyja szybkiemu zachodzeniu fotoemisji. Producenci zwykle stosują dwie warstwy półprzewodnika. Pierwsza jest cienką i przezroczystą warstwą typu n ulokowaną na górze, nad którą znajdują się elektroda ujemna i powłoka antyrefleksyjna, a pod elektroda dodatnia. Druga znajduje się na dole – jest grubsza i typu p. Obie warstwy oddzielone są barierą potencjałów, w efekcie tworząc złącza p-n. Czasem ogniwa fotowoltaiczne posiadają też wbudowaną warstwę PERC w spodniej warstwie i posiadają dodatkową warstwę dielektryka, który pełni funkcję izolatora elektrycznego, działającego na zasadzie reflektora. W jakim celu stosuje się warstwę PERC? Przede wszystkim po to, by promienie słońca, które nie wytworzą elektronu, mogły ponownie się odbić. Generuje to dodatkową szansę na wytworzenie energii i tym samym zwiększenie wydajności paneli fotowoltaicznych.
Jak działają ogniwa fotowoltaiczne?
Prąd elektryczny, pozyskany przez ogniwa fotowoltaiczne z promieniowania słonecznego, może zasilać sprzęty domowe, maszyny czy na przykład pompy ciepła. Aby tak jednak się stało, musi zajść zjawisko fotowoltaiczne. Polega na zmianie właściwości elektrycznych ciała stałego (ogniwa będącego półprzewodnikiem), pod wpływem padającego na ciało stałe promieniowania słonecznego (foton). Jednostka światła jest pochłaniana przez krzem, uwalnia dodatkowe elektrony i umożliwia ich przemieszczanie się – ruch ten jest nazywany przepływem prądu elektrycznego. Zastosowane w ogniwach złącza półprzewodnikowe typu p-n pozwalają na połączenie tego procesu z obiegiem elektronów w sieci energetycznej, a to skutkuje tym, że energia świetlna zmienia się w elektryczną. Mając jednak na uwadze, że panele PV produkują prąd stały, konieczna jest jego konwersja w prąd zmienny (a właściwie przemienny) – do tego celu właśnie służy falownik (inwerter). W efekcie instalacja staje się źródłem energii, które może zaspokoić potrzeby gospodarstwa domowego, rolnego czy firmy i wyprodukować prąd, który wykorzystany zostanie do zasilania najróżniejszych urządzeń.
Fotowoltaika – jak uzyskać optymalne efekty?
Pod definicją słowa fotowoltaika skrywa się dziedzina nauki zajmująca się przetwarzaniem promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Większość osób jednak określeniem fotowoltaiki mianuje instalacje fotowoltaiczne, które pozwalają na pozyskiwanie energii elektrycznej ze słońca. Celem jest ograniczenie opłat za prąd pobierany z sieci – szczególnie, że ceny energii elektrycznej nieustannie szybują ku górze. Istotne jest więc, aby instalacja PV była dostosowana do pod względem mocy i wielkości do potrzeb gospodarstwa czy firmy.
Najważniejszym aspektem przy doborze mocy instalacji fotowoltaicznej jest określenie, ile prądu jest zużywane w ciągu roku – energia jest bowiem rozliczana w systemie 12-miesięcznym. Jeśli w okresie większego nasłonecznienia powstają jej nadwyżki, to następnie trafiają one do sieci publicznej (zakładu energetycznego), aby w ciągu roku prosument mógł je odebrać na zasadzie opustu (za 20% wartości przy instalacjach do 10 kWh oraz 30% przy tych wielkości 10-50 kWh). Dla budynków już istniejących moc instalacji określa się na podstawie średniej wysokości rachunków za prąd za ostatni rok, z kolei w przypadku nowych domów czy firm, zużycie prądu należy oszacować na podstawie planowanego zużycia – określając ilość i rodzaj urządzeń energochłonnych oraz liczbę użytkowników.
Energia ze słońca to znakomita inwestycja, ale aby dawała pożądane rezultaty, przed przystąpieniem do prac montażowych konieczne jest określenie możliwości instalacyjnych. Ważne są: wielkość powierzchni dachu/gruntu, ekspozycja powierzchni względem słońca, kąt nachylenia dachu i zacienienia (obecne oraz przyszłe – np. rosnące drzewa). Tym samym kluczowym etapem planowania inwestycji jest nie tylko wyliczenie zapotrzebowania na energię, ale też audyt, w trakcie którego specjaliści oceniają stan więźby dachowej i pokrycia lub też gruntu. Jeśli warunki okażą się niezbyt sprzyjające – nie oznacza to braku możliwości inwestycji w odnawialne źródła energii. W takiej sytuacji eksperci zwykle zalecają dobór większej mocy paneli słonecznych, aby pozyskiwania z całej instalacji energia mogła w pełni pokryć zapotrzebowanie gospodarstwa albo firmy na prąd.
