Fotowoltaika – co to jest? Jak działa fotowoltaika?

Odnawialne źródła energii mają odgrywać coraz większą rolę w zakresie dostarczania energii do firm i domów. Dzięki rozwojowi sektora skupionego na produkcji elementów do instalacji fotowoltaicznych możliwe jest wykorzystanie promieniowania słonecznego do darmowej produkcji energii elektrycznej.

Czym dokładnie jest fotowoltaika i jak działa? Jak urządzenia konwertują energię świetlną na energię elektryczną? Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna? Aby lepiej zrozumieć działanie fotowoltaiki, przyjrzymy się procesowi konwersji energii słonecznej w prąd elektryczny oraz zastosowaniom instalacji fotowoltaicznych.

Co to jest instalacja fotowoltaiczna?

Instalacja fotowoltaiczna to złożony system wykorzystujący energię słoneczną do produkcji energii elektrycznej. Produkowany z promieniowania słonecznego prąd elektryczny może być wykorzystany do zasilania nieruchomości: domów, magazynów, fabryk, ale także samochodów elektrycznych.

Instalacje fotowoltaiczne — zastosowanie

• Energia domowa

Instalacje fotowoltaiczne są montowane na dachach zamieszkałych budynków jako alternatywne źródło energii elektrycznej. Ich wydajne działanie zmniejsza rachunki za prąd o około 70-80%. Instalacje mogą też generować nadwyżkę energii, która jest sprzedawana do sieci.

• Przemysł

Firmy z bardzo różnych branż inwestują w instalacje fotowoltaiczne, aby zmniejszyć koszty działalności poprzez wykorzystanie własnej energii elektrycznej. Jednocześnie ograniczają też swój negatywny wpływ na środowisko.

• Instalacje fotowoltaiczne na garażach i wiatach

Fotowoltaika jest wykorzystywana do ładowania akumulatorów pojazdów elektrycznych. Pozwalając na korzystanie z czystej, odnawialnej energii słonecznej do zasilania samochodów, przyczynia się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza.

Odnawialne źródła energii i ich wpływ na ekologię i ekonomię

Odnawialne źródła energii, nie tylko panele solarne czy fotowoltaiczne, ale także elektrownie wiatrowe i wodne są elementem transformacji energetycznej. Ich wykorzystanie ma istotny wpływ zarówno na ekologię, jak i ekonomię.

• Poprzez redukcję emisji gazów cieplarnianych i innych szkodliwych substancji odnawialne źródła energii przyczyniają się do poprawy jakości powietrza i zmniejszenia negatywnego wpływu działalności człowieka na środowisko naturalne. Ograniczają konieczność spalania paliw kopalnych, a to przekłada się na mniejsze zużycie surowców naturalnych i zmniejsza ryzyko katastrof ekologicznych z nimi związanych.
• Branża odnawialnych źródeł energii generuje nowe miejsca pracy, wspiera innowacje technologiczne i stymuluje rozwój lokalnych gospodarek.
• Rosnąca konkurencyjność technologii odnawialnych powoduje spadek cen energii. Przekłada się to na obniżenie rachunków, które płacić muszą konsumenci i przedsiębiorstwa. Chociaż w obecnych czasach jest to bardziej spowolnienie wzrostów cen, niż ich obniżenie

Dlatego tak ważny jest dalszy rozwój tej technologii i powszechne jej wykorzystanie. To droga do osiągnięcia zrównoważonego rozwoju, przy jednoczesnej trosce o środowisko naturalne.

Działanie instalacji fotowoltaicznej

Działanie instalacji fotowoltaicznej polega na wykorzystaniu energii słonecznej do produkcji energii elektrycznej. Głównym elementem instalacji są panele fotowoltaiczne, które składają się z ogniw fotowoltaicznych wykonanych z półprzewodnikowych materiałów, takich jak krzem.

Ogniwa te absorbują światło słoneczne i przekształcają je w prąd stały za pomocą zjawiska fotowoltaicznego. Następnie prąd ten jest przekazywany do falownika, który konwertuje go na prąd zmienny używany do zasilania szeroko wykorzystywanych urządzeń elektrycznych. Ta część instalacji jest niezbędna do zasilania większości urządzeń domowych i przemysłowych wymagających do działania prądu zmiennego.

Instalacja fotowoltaiczna na dachu czy na gruncie?

Instalacje fotowoltaiczne montować można na dachach budynków lub na gruncie. Decyzja o tym, jaką formę fotowoltaiki wybrać, zależy od kilku czynników.

• Jeśli dach budynku jest odpowiednio duży, a takie elementy jak kominy czy anteny, nie będą zacieniać paneli fotowoltaicznych, warto rozważyć montaż na dachu. Pamiętać jednak należy, że kąt nachylenia i ekspozycja na słońce także mają wpływ na wydajność instalacji fotowoltaicznej. Na gruncie łatwiej można zoptymalizować położenie paneli tak, by były w najlepszym położeniu względem słońca.
• Montaż paneli na dachu może być tańszy niż budowa całej struktury na gruncie. Jednak ważne jest to, czy konstrukcja dachu nie wymaga wzmocnienia.
• Instalacje fotowoltaiczne na dachu są mniej widoczne i lepiej pasują do architektury budynków. Nie zajmują też cennego miejsca na działce.

Decyzję o tym, który rodzaj instalacji wybrać, należy podejmować indywidualnie, biorąc pod uwagę konkretną sytuację: lokalne warunki zabudowy i nasłonecznienia działki lub budynku, potrzeby właściciela nieruchomości i jego możliwości finansowe.

Najważniejsze elementy instalacji fotowoltaicznej

Chociaż dla osób postronnych widoczne są tylko panele fotowoltaiczne umieszczone na dachu czy na gruncie, cała instalacja składa się z wielu połączonych ze sobą elementów. Bez któregoś z nich praca instalacji fotowoltaicznej jest niemożliwa. Co jest niezbędne, by powstała wydajna instalacja?

• Panele solarne, które składają się z ogniw fotowoltaicznych.
• Konstrukcja wsporcza, która umożliwia stabilne umieszczenie paneli na dachu budynku lub na gruncie.
• Falownik do fotowoltaiki, znany również jako inwerter solarny, przekształcający prąd stały, produkowany przez panele, w prąd zmienny, który może być używany w standardowych urządzeniach elektrycznych.
• Przewody do fotowoltaiki, które transportują prąd elektryczny między poszczególnymi elementami systemu.

Można także rozważyć montaż magazynu energii do fotowoltaiki, czyli akumulatorów, służących do przechowywania nadmiaru energii elektrycznej wyprodukowanej przez instalację. Magazynowanie energii pozwala na wykorzystanie jej później, np. w nocy lub w czasie dużego zachmurzenia.

Panele fotowoltaiczne — trwałość i skuteczność działania

Panele fotowoltaiczne to bardzo wydajne i wytrzymałe elementy instalacji fotowoltaicznej. Większość z nich będzie działać przez co najmniej 25 lat. Trwałość paneli jest jednak w dużej mierze uzależniona od jakości materiałów użytych do ich produkcji oraz od technologii ich produkcji, montażu i konstrukcji. Odpowiednio zaprojektowane i zainstalowane panele mogą wydajnie działać nawet przez ponad 30 lat.

Skuteczność działania paneli fotowoltaicznych odnosi się do ich zdolności do przekształcania energii słonecznej na energię elektryczną. Ta skuteczność zależy od kilku czynników, w tym od wydajności ogniw fotowoltaicznych, konstrukcji paneli, odpowiedniego montażu oraz warunków otoczenia, takich jak nasłonecznienie i temperatura.

W miarę upływu lat skuteczność paneli może nieco maleć (co roku wydajność spada na poziomie od 0,3% do 0,5%), jednak doświadczony producent instalacji fotowoltaicznych gwarantuje minimalną wydajność przez określony w umowie z klientem czas. Dlatego warto po montażu instalacji fotowoltaicznej monitorować jej wydajność. Jest to możliwe dzięki mobilnym aplikacjom współpracującym z konkretną instalacją.

Magazyn energii do fotowoltaiki — czy to się opłaca?

Montaż magazynu energii do fotowoltaiki nie jest wymagany do prawidłowego działania instalacji. Może jednak być opłacalny, ponieważ pozwala zwiększyć niezależność energetyczną i zminimalizować zużycie energii sieciowej. Akumulatory bowiem przechowują nadmiar energii wyprodukowanej przez panele fotowoltaiczne w ciągu dnia, aby można ją było wykorzystać w nocy lub w okresach mniejszego nasłonecznienia.

Trzeba pamiętać, że magazyn energii zwiększa początkowe koszty instalacji fotowoltaicznej. Istnieją jednak programy wsparcia finansowego dla osób decydujących się na instalację fotowoltaiczną z magazynem energii. Magazyn energii można także dokupić później, kiedy cała instalacja działa sprawnie, a inwestor dochodzi do wniosku, że była to inwestycja opłacalna. Ceny akumulatorów z czasem spadną, za to ich trwałość i wydajność wciąż wzrasta za sprawą ulepszeń inżynierskich.

Rozwój fotowoltaiki — prognozy na przyszłość

Na polskim rynku fotowoltaiki dominują przede wszystkim instalacje na domach jednorodzinnych: aż jeden na siedem domów w Polsce ma własną instalację paneli fotowoltaicznych. Tymczasem aż połowa domów w naszym kraju ma wystarczające możliwości techniczne, by zbudować własną elektrownię słoneczną na terenie posesji. Dla porównania: w Holandii i Belgii, krajach, w których nasłonecznienie jest mniejsze, instalacja fotowoltaiczna jest na co piątym domu. Dlatego prognozy dotyczące rozwoju fotowoltaiki są optymistyczne, a wiele czynników napędza rozwój tej technologii. Na przykład koszty produkcji paneli fotowoltaicznych systematycznie maleją dzięki postępowi technologicznemu, skalowaniu produkcji oraz efektywności instalacji. Badania nad nowymi materiałami i technologiami prowadzą do ciągłego zwiększania wydajności paneli fotowoltaicznych a wyższa wydajność oznacza większą ilość energii produkowanej przez panele o tej samej powierzchni.

Rozwój fotowoltaiki pozwala także na coraz lepszą integrację paneli słonecznych z architekturą budynków oraz na stosowanie paneli fotowoltaicznych jako elementów konstrukcyjnych.

Postęp w technologii widoczny jest także w sferze magazynowania energii. Baterie litowo-jonowe umożliwiają skuteczne magazynowanie energii, a tym samym ułatwiają wykorzystanie energii słonecznej nawet w okresach słabszego nasłonecznienia.

Rośnie także świadomość ekologiczna, pojawiają się regulacje rządowe i subsydia zachęcające do instalowania fotowoltaiki, co oczywiście sprzyja dalszemu rozwojowi tej technologii.

W związku z tymi czynnikami prognozuje się, że fotowoltaika będzie odgrywać coraz większą rolę na globalnym rynku energetycznym, przyczyniając się do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych i zapewnienia zrównoważonego rozwoju energetycznego.