Jak działa fotowoltaika? Wyjaśnienie działania krok po kroku

Fotowoltaika to technologia, która zmienia światło słoneczne w prąd elektryczny, który możesz używać w swoim domu. Coraz więcej ludzi wybiera panele słoneczne, aby obniżyć rachunki za prąd i chronić środowisko. Proces ten działa dzięki specjalnym ogniwom krzemowym, które wytwarzają prąd stały, gdy pada na nie słońce, a następnie falownik zmienia ten prąd na taki sam, jaki masz w gniazdku.

Może zastanawiasz się, jak dokładnie promień słońca staje się prądem w Twojej lodówce. Cały proces składa się z kilku prostych kroków, które można łatwo zrozumieć. Od momentu, gdy światło dotrze do panelu, aż do zasilenia Twoich urządzeń, każdy element ma swoją ważną rolę.

W tym artykule dowiesz się dokładnie, jak działa ten proces krok po kroku. Poznasz też główne części instalacji fotowoltaicznej i różne typy systemów, które możesz wybrać dla swojego domu.

Jak działa fotowoltaika – proces produkcji energii

Proces produkcji energii w systemie fotowoltaicznym składa się z czterech kluczowych etapów: przekształcenia światła w prąd stały przez ogniwa krzemowe, konwersji na prąd przemienny za pomocą inwertera, przesyłania energii elektrycznej do domowych urządzeń oraz zarządzania nadwyżkami poprzez magazynowanie lub oddawanie do sieci.

Efekt fotowoltaiczny i rola ogniw

Efekt fotowoltaiczny stanowi podstawę działania każdego systemu fotowoltaicznego. Gdy fotony ze światła słonecznego uderzają w krzem znajdujący się w ogniwach fotowoltaicznych, dochodzi do wybicia elektronów z ich pierwotnych pozycji.

Krzem jako półprzewodnik posiada specjalną strukturę złącza p-n. Warstwa typu n zawiera nadmiar elektronów, podczas gdy warstwa typu p charakteryzuje się ich niedoborem. Powstające w ten sposób pole elektryczne rozdziela ładunki.

Process ten zachodzi w trzech etapach:

• Absorpcja fotonów przez warstwę krzemu

• Generacja par elektron-dziura

• Rozdzielenie ładunków przez pole elektryczne

Ogniwa fotowoltaiczne wytwarzają prąd stały o napięciu około 0,5-0,6 V każde. Aby uzyskać wyższe napięcie, ogniwa łączy się szeregowo w moduły.

Sprawność nowoczesnych ogniw krzemowych wynosi 18-22%. Temperatura wpływa na wydajność – każdy stopień Celsjusza powyżej 25°C obniża moc o około 0,4%.

Konwersja prądu stałego na przemienny

Inwerter lub falownik przekształca prąd stały z paneli na prąd przemienny o parametrach zgodnych z siecią elektryczną. Urządzenia w twoim domu wymagają prądu przemiennego o napięciu 230V i częstotliwości 50 Hz.

Nowoczesne inwertery osiągają sprawność konwersji na poziomie 97-98,5%. Oznacza to minimalne straty podczas przekształcania energii.

Proces konwersji obejmuje:

• Stabilizację napięcia DC z paneli

• Przekształcenie na sinusoidalny prąd przemienny

• Synchronizację z parametrami sieci elektrycznej

• Monitorowanie jakości produkowanej energii

Inwerter pełni także funkcje ochronne. Automatycznie wyłącza się podczas awarii sieci lub gdy parametry elektryczne wykraczają poza normy bezpieczeństwa.

Wybór odpowiedniego inwertera ma kluczowe znaczenie dla wydajności całej instalacji. Jego moc powinna być dopasowana do mocy paneli fotowoltaicznych.

Droga energii od paneli do gniazdka

Energia elektryczna z inwertera trafia bezpośrednio do rozdzielnicy elektrycznej twojego domu. Stamtąd jest dystrybuowana do poszczególnych obwodów i gniazdek.

Licznik dwukierunkowy mierzy przepływ energii w obu kierunkach. Rejestruje zarówno zużycie energii z sieci, jak i nadwyżki oddawane do sieci dystrybucyjnej.

Priorytet ma zawsze bezpośrednie zużycie wyprodukowanej energii słonecznej. Gdy twoje urządzenia potrzebują energii, czerpią ją najpierw z paneli, a dopiero przy niedoborze z sieci zewnętrznej.

System automatycznie zarządza przepływem energii:

• Dzienny szczyt produkcji przypada na godziny 11:00-15:00

• Nadwyżki są oddawane do sieci lub magazynowane

• W nocy energia pochodzi z sieci lub magazynu

Instalacja wymaga odpowiednich zabezpieczeń przeciwprzepięciowych i systemu antywyspowego chroniącego przed uszkodzeniami.

Zużycie, magazynowanie i oddawanie energii

Współczynnik autokonsumpcji w typowej instalacji wynosi 20-40% bez magazynu energii. Oznacza to, że większość wyprodukowanej energii jest oddawana do sieci.

Magazyn energii znacznie zwiększa efektywność wykorzystania energii słonecznej. Baterie litowo-jonowe magazynują nadwyżki energii z dnia do wykorzystania wieczorem i w nocy.

W systemie net-billing otrzymujesz 80% ceny rynkowej za nadwyżki energii oddane do sieci. Rozliczenie odbywa się miesięcznie na podstawie wskazań licznika dwukierunkowego.

Optymalne wykorzystanie energii wymaga:

• Dopasowania zużycia do produkcji

• Używania energochłonnych urządzeń w dzień

• Rozważenia instalacji magazynu energii

• Monitorowania produkcji i zużycia

Nowoczesne systemy zarządzania energią automatycznie optymalizują przepływ energii między panelami, magazynem, domem i siecią zewnętrzną.

Przeczytaj także: https://eprzasnysz.pl/artykul/jak-dziala-fotowoltaika-n1728100

Budowa i rodzaje instalacji fotowoltaicznej

System fotowoltaiczny składa się z kilku kluczowych elementów, które współpracują ze sobą w celu przekształcenia energii słonecznej w elektryczność. Różne rodzaje instalacji fotowoltaicznych oferują odmienne możliwości rozliczania i wykorzystania wyprodukowanej energii.

Główne elementy systemu fotowoltaicznego

Panel fotowoltaiczny stanowi podstawę każdej instalacji. Składa się z ogniw krzemowych, które przekształcają światło słoneczne w prąd stały.

Falownik to urządzenie odpowiedzialne za konwersję prądu stałego z paneli na prąd zmienny. Bez niego nie mogłbyś wykorzystać wyprodukowanej energii w swoim domu.

Konstrukcja wsporcza utrzymuje panele w odpowiednim położeniu na dachu lub gruncie. Zapewnia stabilność i optymalny kąt nachylenia dla maksymalnej produkcji energii.

Okablowanie i zabezpieczenia łączą wszystkie komponenty systemu. Zabezpieczenia chronią instalację przed przepięciami i innymi uszkodzeniami.

Licznik dwukierunkowy rejestruje ilość energii oddanej do sieci i pobranej z niej. Jest konieczny przy instalacjach on-grid.

Opcjonalny magazyn energii pozwala na składowanie nadwyżek wyprodukowanej energii. Zwiększa to niezależność od sieci elektrycznej.

Rodzaje instalacji: on-grid, off-grid i hybrydowe

Instalacja on-grid to najpopularniejszy typ w Polsce. Działa w połączeniu z siecią elektryczną, oddając nadwyżki energii i pobierając ją w razie potrzeby.

Ten system nie wymaga baterii, co obniża koszty inwestycji. Gdy twoja instalacja fotowoltaiczna produkuje więcej energii niż zużywasz, nadwyżka trafia do sieci.

System off-grid działa niezależnie od sieci elektrycznej. Wymaga magazynu energii do przechowywania wyprodukowanego prądu.

Instalacje off-grid sprawdzają się w miejscach oddalonych od sieci. Są droższe ze względu na konieczność zakupu baterii o dużej pojemności.

Instalacja hybrydowa łączy zalety obu systemów. Może pracować z siecią i jednocześnie magazynować energię w bateriach.

System hybrydowy zapewnia bezpieczeństwo energetyczne podczas awarii sieci. Pozwala na maksymalne wykorzystanie wyprodukowanej energii.

Wpływ warunków zewnętrznych na wydajność

Nasłonecznienie to kluczowy czynnik wpływający na moc instalacji fotowoltaicznej. W Polsce średnio można liczyć na 1000-1200 kWh/m² rocznie.

Orientacja paneli na południe i kąt nachylenia 30-40° zapewniają najlepszą produkcję energii. Odchylenia od optymalnych wartości zmniejszają wydajność o 10-20%.

Temperatura paneli znacząco wpływa na ich sprawność. Przy temperaturze powyżej 25°C sprawność spada o około 0,4% na każdy dodatkowy stopień.

Zacienienie nawet części panelu może drastycznie obniżyć produkcję całego ciągu. Drzewa, kominy czy anteny to częste źródła problemów.

Zanieczyszczenia na powierzchni paneli mogą zmniejszyć wydajność o 5-15%. Regularne czyszczenie jest szczególnie ważne w okresach bezdeszczowych.

Systemy rozliczeń: net-metering i net-billing

Net-metering to system rozliczeń 1:1, gdzie 1 kWh oddany do sieci równa się 1 kWh pobranej energii. System ten obowiązywał w Polsce do marca 2022 roku dla nowych instalacji.

W net-meteringु prosumenci mogli „składować” nadwyżki w sieci przez cały rok. System ten był bardzo korzystny dla właścicieli instalacji fotowoltaicznych.

Net-billing zastąpił net-metering dla nowych instalacji. W tym systemie sprzedajesz energię do sieci po cenie rynkowej, a kupujesz po cenie detalicznej.

Współczynniki net-billingu zależą od mocy instalacji:

• Do 10 kW: 0,8 (80% wartości oddanej energii)

• 10-50 kW: 0,7 (70% wartości)

Net-billing zachęca do wykorzystania energii w czasie jej produkcji. To ekologiczne rozwiązanie promuje optymalne zarządzanie energią w systemie.

Artykuł powstał przy współpracy z ekspertami Mafot. Mafot to dział firmy Stalmut zajmujący się importem oraz hurtową sprzedażą mocowań fotowoltaicznych – sprawdź ofertę dostępną na mafot.pl.