Poszukiwanie czystych i odnawialnych źródeł energii to obecnie jedno z największych wyzwań, przed którym stoi ludzkość. Wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną wraz z rosnącą świadomością negatywnego wpływu tradycyjnych elektrowni na środowisko naturalne, zmusza do szukania alternatywnych rozwiązań. Jednym z nich jest energia słoneczna i instalacje fotowoltaiczne, które umożliwiają jej efektywne wykorzystanie. W niniejszym artykule przyjrzymy się bliżej zaletom i korzyściom płynącym z zastosowania paneli fotowoltaicznych, zasadzie ich działania, dostępnym systemom, kosztom montażu oraz kwestiom projektowania i eksploatacji takich instalacji.
Korzyści z energii słonecznej
Niskie koszty eksploatacji
Podstawową zaletą systemów fotowoltaicznych jest niski koszt pozyskiwania energii elektrycznej. W przeciwieństwie do tradycyjnych źródeł, energia słoneczna jest darmowa - aby z niej korzystać wystarczy zainstalować odpowiednie urządzenia. Panel fotowoltaiczny po zamontowaniu nie wymaga dostarczania paliwa czy innych materiałów eksploatacyjnych. Jedynymi kosztami są okresowe przeglądy i ewentualne naprawy. Przy założeniu 20-30 letniego okresu użytkowania oznacza to bardzo niski koszt wytwarzania 1 kWh energii.
Niezależność energetyczna
Instalacja paneli słonecznych zapewnia uzyskanie niezależności energetycznej od dostawców prądu i paliw kopalnych. Produkcja zielonej energii odbywa się na miejscu, na dachu domu lub innych obiektów. Daje to większą stabilność i bezpieczeństwo dostaw prądu niezależnie od sytuacji geopolitycznej czy kryzysów na rynku surowców energetycznych. Ponadto pozwala uniknąć podwyżek cen prądu narzucanych przez koncerny energetyczne.
Przyjazne środowisku
Energia słoneczna jest całkowicie ekologicznym i neutralnym dla środowiska źródłem energii. W przeciwieństwie do elektrowni węglowych czy gazowych, instalacja fotowoltaiczna nie emituje do atmosfery szkodliwych związków chemicznych, pyłów ani gazów cieplarnianych. Pozwala to zmniejszyć negatywny wpływ na środowisko i klimat naszej planety. Popularyzacja paneli słonecznych przyczynia się zatem do realizacji celów polityki klimatycznej i transformacji w kierunku gospodarki niskoemisyjnej.
Jak działają systemy fotowoltaiczne
Konwersja energii słonecznej
Sercem instalacji fotowoltaicznej są moduły solarne, w których zachodzi konwersja (zamiana) energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Komórki fotowoltaiczne wykorzystują zjawisko fotowoltaiczne, w wyniku którego fotony światła uderzające w półprzewodnikowy materiał powodują powstanie par elektron-dziura. Poruszające się ładunki elektryczne induce prąd stały o napięciu od 0,5 do 0,8 V. Połączenie komórek w moduły pozwala uzyskać wyższe napięcie.
Magazynowanie energii
Wytworzony w panelach prąd stały musi zostać zamieniony na prąd przemienny z pomocą inwertera i dostosowany do parametrów sieci energetycznej. Część energii może być magazynowana w akumulatorach, aby wykorzystać ją po zmroku lub przy niedoborze produkcji paneli. Stosuje się akumulatory kwasowo-ołowiowe, litowo-jonowe lub nowsze technologie takie jak akumulatory przepływowe.
Zasilanie urządzeń
Wyprodukowana energia elektryczna może zostać zużyta na potrzeby własne, sprzedana do sieci dystrybucyjnej lub rozliczona w systemie opustów (net-metering). Najczęściej instalacje PV zasilają urządzenia w budynku takie jak oświetlenie, sprzęt RTV i AGD, klimatyzacja itp. Nadwyżki oddawane są do sieci w celu rozliczenia z operatorami.
Typy instalacji fotowoltaicznych
Systemy on-grid
Instalacje on-grid (podłączone do sieci dystrybucyjnej) są najpopularniejszym rozwiązaniem dla gospodarstw domowych i firm. Nadwyżka produkcji energii w ciągu dnia jest oddawana do sieci energetycznej i rozliczana finansowo. W nocy lub przy niedoborze z sieci pobierany jest prąd. Kluczowe elementy to moduły PV, falownik i licznik dwukierunkowy.
Systemy off-grid
Systemy autonomiczne off-grid działają niezależnie od sieci energetycznej. Wymagają zastosowania akumulatorów do magazynowania nadwyżek prądu na potrzeby zasilania w porze nocnej. Stosuje się je najczęściej w lokalizacjach oddalonych od infrastruktury elektroenergetycznej. Rozwiązania hybrydowe łączą PV z generatorami diesla.
Systemy hybrydowe
Coraz popularniejsze są systemy hybrydowe łączące fotowoltaikę z innymi źródłami zielonej energii, np. turbinami wiatrowymi, pompami ciepła lub biogazem. Pozwala to zwiększyć niezależność energetyczną i lepiej dostosować produkcję energii do zapotrzebowania w różnych warunkach pogodowych.
Koszt instalacji fotowoltaicznej
Cena paneli i inwertera
Kluczowym kosztem instalacji fotowoltaicznej jest zakup modułów PV oraz falownika/inwertera. Ceny paneli słonecznych systematycznie spadają - obecnie za 1 kWp trzeba zapłacić 3-5 tys. zł. Coraz popularniejsze są tańsze panele z krzemu polikrystalicznego. Inwertery kosztują ok. 1-2 tys. zł za 1 kW mocy.
Koszt montażu i robocizny
Istotną pozycją kosztową jest montaż instalacji. Cena usługi zależy od wielkości i stopnia skomplikowania systemu, dostępu do dachu itp. Średnio za montaż instalacji 3-5 kWp trzeba zapłacić ok. 5000-10000 zł. Dodatkowe 500-1000 zł kosztuje opracowanie projektu instalacji.
Dodatkowe wyposażenie
W skład instalacji fotowoltaicznej wchodzą też koszty okablowania, konstrukcji montażowych, zabezpieczeń, rozdzielni prądu, systemu monitoringu i wizualizacji danych. Dla magazynu energii konieczny jest zakup akumulatorów - koszt ok. 4000-6000 zł za 1 kWh pojemności.
Projektowanie i montaż instalacji
Audyt energetyczny
Kluczowym etapem jest audyt energetyczny, który pozwala określić zapotrzebowanie na energię elektryczną i dobrać optymalną wielkość instalacji PV. Analizie poddaje się rachunki za prąd, zużycie poszczególnych urządzeń oraz dostępne powierzchnie pod montaż paneli.
Dobór komponentów
Na podstawie audytu projektant dobiera liczbę i moc paneli fotowoltaicznych, pojemność falownika, konstrukcje montażowe, okablowanie i zabezpieczenia. Ważny jest wybór reputowanych producentów, aby zapewnić wysoką żywotność systemu.
Uzyskanie pozwoleń
Przed montażem konieczne jest zgłoszenie instalacji w zakładzie energetycznym i uzyskanie warunków przyłączenia. Wymagane jest również pozwolenie na budowę lub zgłoszenie w nadzorze budowlanym. Instalator powinien posiadać odpowiednie uprawnienia SEP do wykonania danej instalacji.
Eksploatacja i konserwacja
Monitoring i optymalizacja
Aby zapewnić efektywną pracę systemu, niezbędny jest monitoring i wizualizacja danych produkcji energii. Pozwala to na bieżąco kontrolować stan techniczny i optymalizować ustawienia w celu maksymalizacji uzysku. Przydatne są systemy zdalnego nadzoru online.
Czyszczenie paneli
Ważnym elementem eksploatacji jest okresowe czyszczenie paneli fotowoltaicznych z kurzu, pyłów, liści i innych zanieczyszczeń, które obniżają wydajność instalacji. Zabieg ten najlepiej przeprowadzać kilka razy w roku, zwłaszcza po okresach dużych opadów lub zimą.
Przeglądy okresowe
Zaleca się wykonywanie corocznych przeglądów instalacji fotowoltaicznej w celu kontroli jej stanu technicznego. Obejmują one m.in. sprawdzenie połączeń i stanu okablowania, kontrolę pracy falownika i zabezpieczeń, pomiary parametrów modułów i całego systemu. Pozwala to wykryć potencjalne usterki i zapobiec awariom.
Podsumowanie
Instalacje fotowoltaiczne to obecnie jedno z najbardziej opłacalnych rozwiązań pozwalających na produkcję czystej energii elektrycznej na własne potrzeby. Korzyści takie jak niezależność energetyczna, brak emisji zanieczyszczeń i niskie koszty eksploatacji sprawiają, że z roku na rok przybywa chętnych do montażu paneli słonecznych. Aby w pełni wykorzystać potencjał energii słonecznej, kluczowe jest odpowiednie zaprojektowanie i wykonanie instalacji fotowoltaicznej. Mamy nadzieję, że informacje zawarte w niniejszym artykule pozwolą podjąć świadomą decyzję o inwestycji w tę ekologiczną technologię.
Tagi
Udostępnij artykuł
