Fotowoltaika – jak działa, czym jest i czy warto?

W ostatnich latach wielu właścicieli domów jednorodzinnych, a także przedsiębiorców, zaczęło interesować się fotowoltaiką. Technologia ta bazuje na odnawialnym źródle energii, którym jest słońce, i oferuje niezależność energetyczną, a przy tym generuje zauważalne korzyści finansowe w dłuższej perspektywie. Poniższy artykuł w przystępny sposób przedstawia najważniejsze zagadnienia: czym jest fotowoltaika, jak działa instalacja PV oraz czy prąd z paneli może być wykorzystywany na bieżąco.

Fotowoltaika – podstawowe informacje

Fotowoltaika polega na przetwarzaniu energii słonecznej w prąd stały. Dzieje się tak dzięki tzw. zjawisku fotowoltaicznemu, podczas którego promienie słoneczne padają na panele (moduły) wykonane najczęściej z krzemu. Tak wyprodukowana energia może być następnie przekształcana na prąd zmienny (wykorzystywany w naszych domach) za pomocą falownika (inwertera).

• Instalacja PV (nazywana również systemem fotowoltaicznym) to zestaw paneli, falownika, okablowania i zabezpieczeń.
• PV to skrót od angielskiego terminu photovoltaics, oznaczającego właśnie fotowoltaikę.

Prawidłowo wykonana instalacja może pokryć znaczącą część zapotrzebowania na prąd w gospodarstwie domowym.

Na czym polega fotowoltaika i jak działa instalacja?

Idea fotowoltaiki opiera się na efekcie fotowoltaicznym. Gdy promienie słońca padają na powierzchnię paneli, wytwarzają przepływ elektronów. To właśnie wtedy powstaje prąd stały o napięciu i natężeniu zależnym od ilości i mocy modułów.

1. Panele fotowoltaiczne

   • Składają się z ogniw krzemowych, w których występuje efekt fotowoltaiczny.
   • Przekształcają promieniowanie słoneczne w prąd stały (DC).

2. Falownik (inwerter)

   • Przetwarza prąd stały w prąd zmienny (AC), czyli taki, który znamy z gniazdek w domu.
   • To „mózg” instalacji – na bieżąco kontroluje parametry elektryczne i dba o bezpieczeństwo pracy systemu.

3. Okablowanie i zabezpieczenia

   • Przewody łączą panele z falownikiem oraz falownik z domową instalacją elektryczną.
   • System zabezpieczeń chroni urządzenia przed przeciążeniem czy zwarciem.

4. Licznik dwukierunkowy (w przypadku systemów podłączonych do sieci)

   • Rejestruje ilość energii wysłanej do sieci oraz pobranej z sieci.

W efekcie domowe urządzenia mogą działać na prądzie wygenerowanym w czasie rzeczywistym przez panele, a ewentualne nadwyżki trafiają do sieci lub (w przypadku systemów hybrydowych) do akumulatorów.

Panele fotowoltaiczne – zasada działania i budowa

Panele PV (moduły krzemowe) są zwykle zbudowane z kilku warstw, z czego najważniejszą jest warstwa fotoaktywna. To w niej pod wpływem fotonów (cząstki światła) elektrony zaczynają się przemieszczać, tworząc różnicę potencjałów. Ten proces jest źródłem prądu stałego.

• Warstwa szkła hartowanego chroni ogniwa przed uszkodzeniami mechanicznymi i warunkami atmosferycznymi.
• Ramy paneli (najczęściej aluminiowe) stabilizują moduł i pozwalają go bezpiecznie zamontować.
• Z tyłu panelu zazwyczaj znajduje się folia ochronna i skrzynka przyłączeniowa, z której wyprowadzane są kable.

Wydajność paneli zależy m.in. od rodzaju i jakości zastosowanych ogniw (monokrystaliczne zazwyczaj osiągają wyższą sprawność niż polikrystaliczne).

Czy prąd z fotowoltaiki jest wykorzystywany na bieżąco?

Tak, w systemach on-grid podłączonych do sieci operatora, energia wyprodukowana w słoneczny dzień w pierwszej kolejności zasila urządzenia pracujące w gospodarstwie domowym. Nadwyżki trafiają do sieci, a w chwilach mniejszego nasłonecznienia (np. nocą) możemy pobierać brakującą ilość energii.

W systemach off-grid (wyspowych) czy hybrydowych magazynuje się prąd w akumulatorach. Gdy panele nie produkują energii, dom korzysta ze zgromadzonych rezerw lub z sieci operatora, w zależności od konfiguracji systemu.

Czy warto inwestować we własną instalację?

Dla wielu użytkowników odpowiedź brzmi: tak, opłaca się. Argumenty przemawiające za fotowoltaiką to:

• Oszczędność – rachunki za energię potrafią być znacznie niższe.
• Niezależność energetyczna – mniejsza wrażliwość na podwyżki cen prądu.
• Ekologia – energia słoneczna jest odnawialna i nie generuje zanieczyszczeń w procesie produkcji prądu.
• Trwałość instalacji – sprawne panele wytrzymują ponad 20–25 lat, a ich wydajność spada wolno i stopniowo.

Wiele zależy od lokalnych warunków (kierunek dachu, nasłonecznienie w ciągu roku), zapotrzebowania energetycznego oraz ewentualnych dofinansowań, które mogą skrócić czas zwrotu inwestycji.

Podsumowanie

Fotowoltaika to sposób na generowanie własnej, ekologicznej energii. Polega na wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego, przy którym światło słoneczne przechodzi przez panele zbudowane z ogniw krzemowych, produkując prąd stały. Następnie falownik zamienia go w prąd zmienny, używany w typowej instalacji elektrycznej.