Jak działa fotowoltaika?
Poznaj jej zasadę działania!
Jak działa fotowoltaika i jak ją dobrze wykorzystać? Coraz mniej osób zadaje pytanie: „co to jest fotowoltaika”, bo każdy już coś o niej słyszał. Niemniej, coraz częściej spotykamy się z pytaniami o zasadę działania fotowoltaiki i elementów instalacji fotowoltaicznej. I choć najogólniej można stwierdzić, że fotowoltaika to po prostu prąd generowany ze słońca, to z całą pewnością nie jest to wystarczająca definicja.
Dlatego też, aby rzetelnie odpowiedzieć naszym klientom i osobom zainteresowanym ofertą ENERGI+, postanowiliśmy opublikować ten artykuł. Aby opisać działanie fotowoltaiki, konieczne jest przeanalizowanie budowy instalacji fotowoltaicznej oraz rozwiązań prawnych, które decydują o opłacalności fotowoltaiki.
Jak działają ogniwa fotowoltaiczne?
Od strony technicznej za działanie fotowoltaiki odpowiedzialna jest instalacja fotowoltaiczna. Składa się ona z paneli fotowoltaicznych, inwertera, okablowania oraz elementów montażowych i zabezpieczających, a także licznika dwukierunkowego. Najważniejszą częścią instalacji fotowoltaicznej są panele fotowoltaiczne. Są one zbudowane z ogniw fotowoltaicznych, czyli małych elementów półprzewodnikowych, w których pod wpływem światła zachodzi zjawisko fotowoltaiczne. To właśnie ono jest odpowiedzialne za działanie fotowoltaiki. Polega na tym, że światło padając na płytkę półprzewodnikową wybija elektrony z ich orbit w atomach i zmusza je do ruchu. Uporządkowany ruch elektronów to przepływ prądu elektrycznego. Natężenie tego prądu jest wprost proporcjonalne do intensywności padającego promieniowania.
W celu praktycznego wykorzystania prądu produkowanego przez ogniwa np. na potrzeby gospodarstwa domowego konieczne dostosowanie parametrów prądu uzyskiwanego z fotowoltaiki do takich jak ma prąd z sieci. Uzyskuje się to poprzez łączenie ogniw szeregowo w zespoły zwane modułami, a moduły umieszcza w jednej obudowie – panele fotowoltaiczne. Za zamianę prądu stałego na prąd zmienny odpowiada falownik, inaczej zwany inwerterem.
Fotowoltaika a zasada działania falownika
Fotowoltaika nie działałaby, gdyby nie falownik. Panele fotowoltaiczne produkują prąd stały, a urządzenia elektryczne, z których korzystamy w domu, wymagają zasilania prądem zmiennym. Z tego względu kluczową częścią instalacji fotowoltaicznej jest falownik (inwerter), który przekształca prąd stały w prąd zmienny o parametrach takich, jak w gniazdku. Chwilowy prąd stały produkowany przez panele słoneczne zależy od nasłonecznienia, temperatury, kąta padania promieni. Prąd zmienny na wyjściu falownika musi mieć standardowe parametry (około 220 V i 50Hz) bo inaczej fotowoltaika byłaby bezużyteczna.
Z tego też względu możliwość wykorzystania energii elektrycznej produkowanej przez panele słoneczne oraz niezawodne działanie fotowoltaiki zależy od falownika. Inwerter automatycznie zamienia prąd stały na prąd zmienny o wymaganych parametrach. Dzięki niemu moc uzyskiwana z instalacji fotowoltaicznej w danej chwili jest optymalna.
Rodzaje falowników
Produkowanych jest wiele typów i rodzajów inwerterów dostosowanych do różnych instalacji fotowotaicznych i różnych potrzeb użytkowników. Na przykład w instalacjach, w których panele PV muszą być zamontowane w różnych kierunkach lub pod różnymi kątami nachylenia ze względu na kształt dachu (np. instalacja typu wschód-zachód) inwertery posiadają dwa lub więcej przyłączy. Panele PV łączy się wtedy w odrębne łańcuchy i każdy łańcuch jest podłączany do kolejnego przyłącza falownika. Każde przyłącze ma odrębny system śledzenia punktu maksymalnej mocy. Innego typu rozwiązania są stosowane wtedy, gdy niektóre panele mogą być chwilowo zacieniane.
Falownik steruje też pracą całej instalacji w celu optymalizacji produkcji energii. W szczególności zmniejsza napięcie w sytuacjach, kiedy jest ono za wysokie oraz wyłącza zasilanie w momencie wykrycia awarii. Inwerter umożliwia też monitorowanie parametrów użytecznych do analizy działania całej mikroelektrowni.
Fotowoltaika a zasady doboru okablowania
Niezbędnym elementem instalacji fotowoltaicznej są odpowiednio dobrane przewody prądu stałego, tzw. przewody DC oraz przewody prądu zmiennego – AC.
Okablowanie DC a działanie fotowoltaiki
Okablowanie DC, czyli przewody po stronie prądu stałego, służą do łączenia paneli w tzw. łańcuchy (stringi) i podłączania ich do falownika. Kable łączące łańcuchy z falownikiem dobiera się tak, by zminimalizować straty prądu. Im większa odległość pomiędzy panelami a inwerterem, tym większy musi być przekrój kabla.Ponadto przewody po stronie prądu stałego mają podwójną izolację.
Okablowanie AC w fotowoltaice
Okablowanie AC, czyli przewody elektryczne po stronie prądu zmiennego, służą do podłączenia falownika do skrzynki rozdzielczej i licznika dwukierunkowego. Ze skrzynki rozdzielczej prąd płynie do domowych odbiorników energii, a jego nadwyżka (w instalacji on-grid) przechodzi przez licznik i trafia do sieci elektroenergetycznej.
Fotowoltaika – jak działa licznik dwukierunkowy?
Instalacja podłączona do sieci energetycznej, nazywana on-grid dostarcza prąd o parametrach przez nią wymaganych. Ważnym elementem takich instalacji jest licznik dwukierunkowy. Liczy on energię elektryczną wprowadzoną do sieci energetycznej, wyprodukowaną przez instalację, ale również tę pobraną z sieci energetycznej, kiedy słońca nie ma lub instalacja produkuje za mało energii.
W instalacjach on-grid, jeśli energii wytworzonej przez fotowoltaikę jest za dużo, to jej nadmiar przekazany jest do sieci energetycznej i może być odebrany, kiedy robi się ciemno lub produkowanej energii jest za mało. Można powiedzieć, że w systemie on-grid fotowoltaika „działa”, nawet kiedy jest ciemno, bo wówczas pobierane są z sieci elektroenergetycznej wcześniej wytworzone nadwyżki energii.
Jak działa system on-grid
W Polce najwięcej funkcjonuje instalacji zintegrowanych z siecią energetyczną, czyli w systemie on-grid. Takie rozwiązania umożliwiają wykorzystywanie na bieżąco „czystej energii” i traktowanie sieci energetycznej jak „wirtualnego magazynu energii” którego wartość przeliczana jest na złotówki – patrz system net-billing – zasada działania .
Są one najbardziej opłacalnym rozwiązaniem.
W sytuacjach, kiedy podłączenie do sieci energetycznej jest niemożliwe, buduje się instalacje wyspowe, nazywane też off-grid. Energię wyprodukowaną przy pomocy paneli fotowoltaicznych magazynuje się w akumulatorach. Gwarantują one niezależność od zewnętrznych dostawców energii.
W miejscach, gdzie zdarzają się wyłączenia prądu, stosuje się tak zwane instalacje hybrydowe. Łączą one zalety systemów on-grid i off-grid. Właściciele takich systemów mają możliwość „przekazywania nadwyżki” energii w sieci, ale również gromadzenia jej w magazynach energii.
Czy fotowoltaika działa, gdy nie ma prądu?
To ważne pytanie, na które odpowiedź często zaskakuje osoby zainteresowane niezależnością energetyczną. Cóż, instalacje on-grid nie działają, gdy zdarzy się awaria sieci elektroenergetycznej. Wynika to z potrzeby zapewnienia odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa pracownikom zakładu elektroenergetycznego, którzy biorą udział w naprawie awarii. Niemniej, instalacje off-grid, czyli wyspowe, nie są podłączone do sieci elektroenergetycznej, wobec czego działają od niej niezależnie.
Masz pytania? Potrzebujesz więcej informacji? Skontaktuj się z nami.
Wyjaśnimy wątpliwości, doradzimy i pomożemy w doborze odpowiedniej instalacji fotowoltaicznej, dopasowanej do konkretnych potrzeb. Na nas zawsze możesz liczyć.