Fotowoltaika, czyli energia pobierana ze słońca, zyskuje w Polsce na coraz większej popularności. Wystarczy, że przyglądniemy się dokładniej domom w naszej okolicy, a zauważymy, że na dachach wielu z nich zamontowane są panele fotowoltaiczne, które w ciągu dnia produkują energię elektryczną. Wiemy, jak wyglądają tego typu panele, ale warto wytłumaczyć również, na czym polega mechanizm ich działania. Jak działają panele słoneczne i gdzie powstaje energia w całej instalacji?
Fotowoltaika – co to takiego i dlaczego cieszy się tak dużym zainteresowaniem?
Powszechnie wiadomo, że głównym źródłem energii elektrycznej w naszym kraju są elektrownie węglowe, które wykorzystują już teraz mocno ograniczone zasoby węgla. W momencie, gdy zasoby te będą coraz mniejsze, będziemy musieli liczyć się ze sporymi podwyżkami cen prądu. Mechanizm ten tłumaczy rosnącą popularność odnawialnych źródeł energii (OZE), które korzystają z surowców naturalnych. Jednym z nich jest właśnie fotowoltaika.
Fotowoltaika to inaczej proces polegający na produkcji energii elektrycznej z niewyczerpywalnego źródła energii – promieniowania słonecznego. Osoby, które decydują się zatem na instalację paneli fotowoltaicznych, mają możliwość produkować własny, ekologiczny prąd, a przy tym obniżyć wydatki związane z rachunkami za prąd.
Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna?
Każda instalacja fotowoltaiczna złożona jest z kilku elementów, które współpracują ze sobą i sprawiają, że zielona energia może być wykorzystywana w naszych domach. Są to:
- panele fotowoltaiczne (panele słoneczne), które składają się z ogniw fotowoltaicznych, w których dochodzi do zjawiska fotowoltaicznego;
- licznik dwukierunkowy, który mierzy przepływ prądu i pozwala na rozliczanie ilości energii produkowanej i pobieranej;
- falownik (inwerter), który odpowiada za przekształcenie prądu stałego (produkowanego przez panele) na prąd zmienny, czyli ten wykorzystywany w domu.
A jak dokładnie działa panel fotowoltaiczny? Każdy z paneli posiada kilka warstw, gdzie górną warstwę stanowi specjalna szyba, a tuż pod nią folia. Elementy te zabezpieczają panele przed uszkodzeniami. Następną warstwę stanowią ogniwa fotowoltaiczne, które połączone są szeregowo-równolegle. Pojedyncze ogniwo może wyprodukować nawet do kilku watów energii elektrycznej.
Dolną część panelu fotowoltaicznego stanowią takie warstwy jak: warstwa folii, elektroizolacja i puszka przeznaczona do podłączenia modułu do przewodów odpowiedzialnych za transport energii. Dodatkowo panele są zabezpieczone za pomocą ramki spajającej wszystkie elementy i gwarantującej stabilność oraz wzmocnienie całej konstrukcji.
Jak działa ogniwo fotowoltaiczne?
Ogniwa fotowoltaiczne można podzielić z uwagi na generację. Do ogniw pierwszej generacji zalicza się ogniwa monokrystaliczne i polikrystaliczne, natomiast do ogniw drugiej generacji – ogniwa amorficzne. Jak wygląda mechanizm działania takich ogniw? Dzieli się go na 3 kluczowe etapy:
- etap 1: promienie słoneczne padają na powierzchnie paneli i dostają się do ogniw. Dochodzi w nich do reakcji, w wyniku której fotony powodują ruch elektronów, a w rezultacie produkcję energii;
- etap 2: falowniki zamieniają prąd stały w prąd zmienny, który zasila instalację;
- etap 3: prąd zmienny trafia prosto do instalacji elektrycznej.
Jak działa fotowoltaika?
Schemat działania fotowoltaiki jest prosty i ogranicza się do kilku etapów. Zobaczmy, jak wygląda to krok po kroku.
- Promienie słoneczne padają na ogniwa fotowoltaiczne, czyli jedne z głównych komponentów paneli fotowoltaicznych.
- W panelach dochodzi do zjawiska fotowoltaicznego, co oznacza, że światło jest przekształcane w prąd stały. To, w jakim stopniu skutecznie przebiegnie cały proces, zależy od struktury ogniwa fotowoltaicznego, warunków pogodowych i miejsca montażu paneli.
- Falownik zamienia prąd stały na prąd zmienny.
- Prąd zmienny jest transportowany do gniazdek i pozwala na zasilenie sprzętów domowych.
- W momencie gdy panele fotowoltaiczne produkują zbyt dużo energii, prąd płynie do sieci elektrycznej, gdzie jest magazynowany. Prosument może następnie wykorzystać go w dowolnym momencie (w ciągu roku od wyprodukowania), jednak tylko w 70-80%. Jeżeli ilość wyprodukowanej energii jest zbyt mała, prąd pobierany jest z sieci. Z tego powodu tak ważne jest, by prawidłowo obliczyć moc instalacji fotowoltaicznej jeszcze przed jej montażem.