Fotowoltaika – co to jest i jak działa?

Fotowoltaika to dziedzina techniki, która zamienia światło słoneczne bezpośrednio na energię elektryczną. Panele wytwarzają prąd stały, a inwerter, nazywany też falownikiem, przekształca go w prąd przemienny używany przez domowe urządzenia.

Co to jest fotowoltaika?

Poprawna forma to fotowoltaika, nie „fotowoltanika”. Nazwa łączy słowo „foto”, odnoszące się do światła, oraz „wolt”, czyli jednostkę napięcia elektrycznego. Fotowoltaika zajmuje się więc przetwarzaniem energii promieniowania słonecznego na prąd.

Podstawą tego procesu jest efekt fotowoltaiczny. Zachodzi on w ogniwach wykonanych najczęściej z krzemu. Światło wprawia elektrony w ruch, a ich uporządkowany przepływ tworzy energię elektryczną. Fotowoltaika różni się od kolektorów słonecznych. Panele fotowoltaiczne produkują prąd, natomiast kolektory słoneczne służą przede wszystkim do podgrzewania wody.

Jak działa fotowoltaika?

Przemiana światła w energię elektryczną przebiega w kilku etapach. Uproszczony schemat wygląda następująco:

1. Światło słoneczne dociera do ogniw fotowoltaicznych. Foton przekazuje energię materiałowi półprzewodnikowemu, najczęściej krzemowi.
2. Elektrony zostają wprawione w ruch. W ogniwie powstaje przepływ prądu stałego, oznaczanego jako DC.
3. Prąd stały płynie przewodami do inwertera, czyli falownika.
4. Inwerter zamienia prąd stały na prąd przemienny, oznaczany jako AC. To taki rodzaj prądu, jaki wykorzystują domowe gniazdka i urządzenia.
5. Wyprodukowana energia zasila bieżące zużycie w domu. Nadwyżka może trafić do sieci elektroenergetycznej albo do magazynu energii, jeśli instalacja jest w niego wyposażona.

Falownik nie tylko zmienia rodzaj prądu. W wielu instalacjach kontroluje także ich pracę, monitoruje produkcję energii i pomaga dopasować działanie paneli do aktualnych warunków.

Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna?

Domowy system PV tworzy kilka współpracujących elementów. Najważniejsze z nich to:

• Panele fotowoltaiczne – zbudowane z połączonych ogniw, przechwytują światło i wytwarzają prąd stały.
• Inwerter, czyli falownik – przekształca prąd stały w przemienny, który można wykorzystać w budynku.
• System montażowy – mocuje panele do dachu, elewacji lub konstrukcji naziemnej.
• Okablowanie i zabezpieczenia – przesyłają energię oraz chronią instalację przed skutkami przeciążeń i innych zakłóceń.

W zależności od potrzeb system może obejmować także magazyn energii, optymalizatory pracy modułów albo licznik dwukierunkowy współpracujący z instalacją podłączoną do sieci.

Czy fotowoltaika działa w pochmurne dni i zimą?

Panele nie potrzebują wyłącznie bezpośrednich promieni słonecznych. Działają również przy świetle rozproszonym, dlatego w pochmurny dzień nadal mogą produkować energię. Ich wydajność jest wtedy zwykle niższa niż przy intensywnym nasłonecznieniu, ale zachmurzenie nie oznacza całkowitego zatrzymania pracy.

Najważniejsza jest ilość światła docierającego do powierzchni modułów, a nie sama temperatura powietrza. Chłodny, bezchmurny dzień może więc przynieść większą produkcję niż ciepły, ale mocno zachmurzony. Zimą instalacja również działa, jednak krótszy dzień, niskie położenie słońca, zachmurzenie i śnieg zwykle ograniczają uzysk energii w porównaniu z miesiącami letnimi.

Znaczenie ma także zacienienie. Drzewa, kominy lub sąsiednie budynki mogą ograniczać pracę części modułów. Dlatego przy ocenie instalacji bierze się pod uwagę nie tylko liczbę paneli, lecz także ich położenie i dostęp do światła.

W systemie on-grid instalacja jest połączona z publiczną siecią. Dom korzysta z energii produkowanej na bieżąco, a nadwyżki są przekazywane do sieci zgodnie z obowiązującymi zasadami rozliczeń. Taki system zwykle wyłącza się podczas awarii sieci, nawet gdy panele są oświetlone. System off-grid nie korzysta z sieci publicznej i wymaga magazynowania energii, na przykład w akumulatorach. Rozwiązaniem pośrednim jest instalacja hybrydowa, która łączy pracę z siecią z możliwością korzystania z magazynu.

Dlaczego montuje się fotowoltaikę?

Powody instalowania paneli zależą od sytuacji użytkownika, ale najczęściej wskazuje się na następujące korzyści:

• Własna produkcja energii ogranicza zależność od dostaw z sieci.
• Wykorzystanie energii wyprodukowanej na miejscu może zmniejszyć długoterminowe wydatki na prąd.
• Podczas pracy instalacja nie spala paliwa i nie emituje zanieczyszczeń związanych z wytwarzaniem energii.
• Energia słoneczna jest odnawialnym źródłem, które można wykorzystywać przez wiele lat.

Fotowoltaika nie oznacza całkowitej niezależności w każdych warunkach. Produkcja zmienia się w ciągu dnia i roku, a sposób wykorzystania nadwyżek zależy od rodzaju instalacji, magazynu energii oraz zasad współpracy z siecią. Najważniejsze jest jednak proste rozróżnienie: panele zamieniają światło na prąd stały, a falownik przygotowuje tę energię do wykorzystania w domu.