fbpx
data publikacji
24 maja 2021
czas czytania
5 min
kategoria
tagi
fotowoltaika

Jak działa fotowoltaika? Poznaj jej zasadę działania!

Jak działa fotowoltaika i jak ją wykorzystać na swoją korzyść? Coraz mniej osób zadaje pytanie: „co to jest fotowoltaika”, bo każdy już coś o niej słyszał. Niemniej, coraz częściej spotykamy się z tym, że nasi klienci pytają o zasadę działania fotowoltaiki. I choć najogólniej możemy stwierdzić, że fotowoltaika to po prostu prąd generowany ze słońca, to z całą pewnością nie jest to wystarczająca definicja.

Dlatego też, aby rzetelnie odpowiedzieć wszystkim naszym klientom oraz osobom zainteresowanym naszą ofertą, postanowiliśmy opublikować ten artykuł. Aby opisać działanie fotowoltaiki, konieczne jest przeanalizowanie budowy instalacji fotowoltaicznej, czyli systemu, który produkuje prąd ze słońca. Składa się on z: paneli fotowoltaicznych, inwertera, okablowania oraz elementów montażowych i zabezpieczających, a także licznika.

Jak działa fotowoltaika?

Na jakiej zasadzie działa fotowoltaika? 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 elektron z jego pozycji w atomie i zmusza go do ruchu. Uporządkowany ruch elektronów jest przepływem prądu elektrycznego. Natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do intensywności padającego promieniowania.

Najczęściej ogniwa fotowoltaiczne wykonywane są z krzemu i mają nominalne napięcie ok. 0,5 V. W celu wykorzystania produkowanego przez nie prądu na potrzeby gospodarstw domowych konieczne jest podwyższenie napięcia i zamiana prądu stałego na prąd zmienny. Podwyższenie napięcia uzyskuje się poprzez łączenie ich szeregowo w zespoły zwane modułami. Moduły umieszczone w jednej obudowie to panele fotowoltaiczne, Za zamianę prądu stałego na prąd zmienny odpowiedzialny jest falownik, inaczej zwany inwerterem.

Fotowoltaika a zasada działania falownika

Fotowoltaika nie działałaby, gdyby nie falownik. Panele fotowoltaiczne generują prąd stały, a urządzenia elektryczne, z których korzystamy w domu, pracują na prąd zmienny. Z tego względu kluczową częścią instalacji jest falownik (inwerter), który przekształca prąd stały w prąd zmienny o parametrach takich jak w gniazdku elektrycznym.

Chwilowy prąd stały produkowany przez instalacji fotowoltaiczną zależy od nasłonecznienia, temperatury, kąta padania promieni, a prąd zmienny produkowany przez instalację PV musi być dostosowywany do parametrów takich jak w instalacji elektrycznej w budynku. Inaczej fotowoltaika byłaby bezużyteczna.

Z tego też względu niezawodne działanie fotowoltaiki w dużej mierze opiera się na funkcji automatycznego dostosowywania parametrów prądu przez falownik. Dzięki inwerterowi moc uzyskiwana z instalacji fotowoltaicznej w danej chwili jest optymalna.

W instalacjach, w których panele PV zamontowane zostały w różnych kierunkach lub pod innymi kątami nachylenia (np. instalacja typu wschód-zachód) lub gdy niektóre panele są chwilowo zacieniane, konieczne jest wykorzystanie specjalnych falowników. Mowa o inwerterach posiadających co najmniej dwa przyłącza z odrębnymi systemami śledzenia punktów maksymalnej mocy. Panele PV łączy się wtedy w kilka odrębnych łańcuchów, które są podłączane do różnych przyłączy falownika.

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 mikroelektrowni.

Fotowoltaika a zasady doboru okablowania

Działanie fotowoltaiki nie byłoby możliwe, gdyby nie odpowiednio dobrane okablowanie DC oraz AC. Poniżej wyjaśniamy dlaczego konieczne jest zastosowanie specjalnych kabli po stronie prądu stałego, oraz innych kabli po stronie prądu zmiennego.

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 stringi z falownikiem dobiera się tak by zminimalizowania straty prądu. Im większa odległość pomiędzy panelami a inwerterem, tym większy musi być przekrój kabla. Ponadto przewody po stronie prądu stałego są podwójnie izolowane, mają II klasę ochronności.

Więcej o klasach ochronności w artykule: Zabezpieczenia instalacji fotowoltaicznej

Okablowanie AC w fotowoltaice

Okablowanie AC, czyli przewody elektryczne po stronie prądu zmiennego, służą do podłączenia falownika do skrzynki rozdzielczej. 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 dwukierunkowym. Liczy on nie tylko energię elektryczną wyprodukowaną przez instalację, ale również tą pobraną z sieci energetycznej.

Jeśli energii wytworzonej jest za dużo, jej nadmiar jest przekazany do sieci energetycznej i może być odebrany, kiedy robi się ciemno lub produkowanej energii jest za mało. Należy pamiętać, że panele nie produkują prądu w nocy. Ale można powiedzieć, że w systemie on-grid fotowoltaika “działa”, nawet kiedy jest ciemno, bo wówczas pobierane są z sieci elektroenergetycznej wcześniej wytworzone nadwyżki energii.

Możliwość ta wynika z ustawy OZE. Dla instalacji, których moc nie przekracza 10 kWp za jedną oddaną do sieci energetycznej kilowatogodzinę (kWh) właściciel instalacji pv może odebrać bez dodatkowych opłat 0,8 kWh. W przypadku instalacji o mocy między 10 a 50 kWp za oddana 1 kWh odbieramy 0,7 kWh. Jeśli nie dysponujemy nadwyżką wyprodukowanej energii, to z sieci pobieramy prąd płacą 100%.

Czym jest fotowoltaiczny system montażowy?

System montażowy pozwala zamontować panele np. na dachu budynku i zapewnia stabilność konstrukcji. Służy do mocowania paneli w określonym kierunku i pod określonym kątem, ponieważ od kierunku i kąta nachylenia paneli zależy ilość wytwarzanej przez nie energii. Najwięcej energii panele produkują, kiedy promienie słoneczne padają prostopadle na płaszczyznę paneli. Jednak bardzo rzadko stosuje się tak zwane trakery, które zmieniają położenie paneli względem słońca.

W dachowych instalacjach fotowoltaicznych kierunek i kąt nachylenia paneli dostosowuje się do możliwości, jakie daje dach. Maksymalną roczną produkcję osiąga się, w polskich warunkach z instalacji PV, których panele są skierowane na południe i kąt nachylenia paneli wynosi 35 stopni względem gruntu.

Jednak jeśli nie ma możliwości wykonania instalacji „południowej”, można zastosować instalację „wschód/zachód”. Jak działa fotowoltaika przy takim zorientowaniu paneli PV względem słońca? Część paneli instalacji pv jest skierowana na wschód, a część na zachód. Łączna roczna produkcja instalacji tego typu jest mniejsza niż z instalacji „południowej”, ale może być korzystniejsza dla klienta, który chce przede wszystkich zmaksymalizować zużycie energii na bieżące potrzeby, bo korzysta z odbiorników energii głównie w godzinach porannych i popołudniowych.

Zawsze ważne jest dopasowywanie parametrów fotowoltaiki do preferencji klienta. Klienci, którzy zużywają znacznie więcej energii latem niż zimą (na przykład chłodnie), mogą chcieć zmaksymalizować jej bieżące wykorzystanie na potrzeby własne. Wówczas można zmniejszyć kąt nachylenia paneli, i wtedy latem produkcja będzie większa niż w instalacjach, w których panele są nachylone pod kątem 35 stopni.

 

fotowoltaika jak to działa

obr. system on-grid

Fotowoltaika – 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”. 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, ale koszty ich są wysokie

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 „przechowywania” energii w sieci, ale również gromadzenia jej w magazynach energii.

Czy fotowoltaika działa jak nie ma prądu?

Zastanawiasz się, czy fotowoltaika działa bez prądu w sieci? Cóż, instalacje on-grid nie działają, gdy nastąpi awaria sieci elektroenergetycznej. Związane jest to z zapewnieniem odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa pracownikom zakładu elektroenergetycznego podczas naprawy awarii.
Niemniej, instalacje off-grid, czyli wyspowe, są niepodłączone do sieci elektroenergetycznej, wobec czego działają od niej niezależnie.

Masz pytania? Skontaktuj się z nami!

Aby dowiedzieć się więcej podaj nam swój numer a oddzwonimy, aby umówić się na spotkanie z naszym doradcą energetycznym. Pomożemy Ci dobrać właściwe parametry instalacji PV, dobierzemy finansowanie, zajmiemy się formalnościami oraz kompleksowo wytłumaczymy, jak działa fotowoltaika.

Sprawdź naszą ofertę fotowoltaiki dla domu, firmy i rolnika.

Ilustracja zródło: fb/nowezrodlaenergii

Jaki byłby koszt fotowoltaiki w Twoim domu?
Jaki byłby koszt instalacji w Twoim domu?

Ta strona wykorzystuje pliki cookies aby świadczyć usługi na najwyższym poziomie. Dalsze korzystanie z niej oznacza, że zgadzasz się na ich użycie. Więcej na ten temat możesz dowiedzieć się w naszej polityce prywatności.