Energia słoneczna staje się coraz popularniejszym źródłem energii dla gospodarstw domowych. Instalacje fotowoltaiczne pozwalają na wytwarzanie własnego prądu ze słońca i obniżenie rachunków za energię elektryczną. W artykule wyjaśnimy, jak działają systemy fotowoltaiczne i jakie korzyści dają dla domu.
SŁONECZNA ENERGIA - JAK TO DZIAŁA?
Promieniowanie słoneczne uderza w panel
Instalacja fotowoltaiczna zaczyna się od paneli słonecznych, w których zachodzi konwersja energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Kiedy promienie słońca padają na powierzchnię panelu, uwalniają elektrony w panelu, wytwarzając prąd stały. Im więcej światła słonecznego dociera do panelu, tym więcej energii elektrycznej jest wytwarzanej. Dlatego optymalna orientacja i nachylenie paneli jest kluczowa, aby maksymalizować ilość uzyskiwanego prądu.
Ogniwa fotowoltaiczne zamieniają światło na prąd
Kluczowym elementem paneli słonecznych są ogniwa fotowoltaiczne, zbudowane z materiałów półprzewodnikowych, najczęściej krzemu. Pod wpływem światła słonecznego w ogniwach zachodzi efekt fotowoltaiczny, czyli bezpośrednia konwersja energii promieniowania na energię elektryczną. Elektrony uwalniane z materiału ogniwa zaczynają przepływać w jednym kierunku, tworząc prąd stały. Jest on zbierany i wyprowadzany na zewnątrz panelu.
Prąd stały zmieniany jest na prąd zmienny
Wytwarzany w panelach fotowoltaicznych prąd stały musi zostać zamieniony na prąd zmienny, którego używamy w gniazdkach i urządzeniach domowych. Służy do tego specjalne urządzenie - falownik. Zamienia on DC na AC, dostosowując parametry napięcia i częstotliwości do wymagań sieci energetycznej. Dzięki temu prąd ze słońca może być bezpośrednio zużywany w domu lub odprowadzany do sieci.
BUDOWA PANELI FOTOWOLTAICZNYCH
Warstwy krzemu tworzą ogniwa fotowoltaiczne
Ogniwa fotowoltaiczne składają się z cienkich płytek krzemowych, do których dodaje się zanieczyszczenia w celu uzyskania właściwości półprzewodnikowych. Na górnej powierzchni ogniwa umieszcza się kontakt ujemny, a na spodniej - kontakt dodatni. Gdy światło pada na ogniwo, elektrony przepływają od góry do dołu, tworząc prąd elektryczny.
Ogniwa łączone są szeregowo i równolegle
Pojedyncze ogniwa wytwarzają niewielkie napięcie, dlatego łączy się je szeregowo w celu uzyskania większego napięcia. Szeregowo można połączyć od kilkunastu do kilkudziesięciu ogniw. Następnie takie łańcuchy ogniw łączy się równolegle, aby uzyskać większy prąd. Uzyskany w ten sposób moduł fotowoltaiczny może dostarczać już znaczne ilości energii elektrycznej.
Moduły montowane w panelach fotowoltaicznych
Gotowe moduły fotowoltaiczne montuje się w sztywnych ramach, tworząc panele fotowoltaiczne. Panele zabezpieczają moduły przed warunkami atmosferycznymi i uszkodzeniami mechanicznymi. Posiadają wodoszczelną obudowę i wytrzymałą, odpowiednio ukształtowaną ramę aluminiową lub stalową. Gotowe panele są montowane na dachach lub innych konstrukcjach.
MONTAŻ SYSTEMU FOTOWOLTAICZNEGO
Określenie miejsca i kąta nachylenia paneli
Aby zapewnić jak największą wydajność instalacji, należy odpowiednio dobrać miejsce i kąt nachylenia paneli fotowoltaicznych. Najlepsza orientacja paneli to kierunek na południe, z odchyleniem 15-30 stopni od poziomu. Pozwala to maksymalizować ilość uzyskiwanej energii słonecznej w ciągu roku. Trzeba też uwzględnić zacienienie od przeszkód terenowych i budynków.
Montaż konstrukcji i paneli na dachu lub gruncie
Do montażu paneli słonecznych wykorzystuje się specjalne konstrukcje aluminiowe lub stalowe, mocowane na dachach lub bezpośrednio na gruncie. Panele fotowoltaiczne instaluje się na tych konstrukcjach za pomocą śrub i elementów montażowych. Montaż na dachach wymaga upewnienia się, że wytrzyma on dodatkowy ciężar. Przy montażu naziemnym panele umieszcza się na słupach wbijanych w ziemię.
Podłączenie paneli do falownika i sieci
Zamontowane panele słoneczne łączy się przewodami z falownikiem, który przekształca prąd stały w zmienny. Następnie falownik podłącza się do instalacji elektrycznej budynku oraz do sieci energetycznej. Można też zastosować akumulatory do magazynowania nadwyżek energii. Cały układ musi być prawidłowo dobrany, wykonany i zabezpieczony przez uprawnionego elektryka.
DZIAŁANIE SYSTEMU FOTOWOLTAICZNEGO
Wytwarzanie prądu przez promieniowanie słoneczne
Gdy słońce świeci na panele fotowoltaiczne, ogniwa w panelach absorbują promieniowanie słoneczne i zamieniają je na prąd stały. Intensywność wytwarzania prądu zależy od natężenia światła słonecznego. Im jaśniejsze słońce i mniej zachmurzenia, tym więcej prądu jest produkowanego. Wytwarzanie energii zachodzi tylko w dzień - w nocy panele nie produkują prądu.
Zamiana prądu stałego na zmienny przez falownik
Stały prąd wyjściowy z paneli fotowoltaicznych nie nadaje się do bezpośredniego wykorzystania w sieci elektrycznej, więc musi zostać zmieniony na prąd zmienny. Służy do tego falownik, który za pomocą układów elektronicznych przekształca prąd stały (DC) w prąd zmienny (AC) o parametrach zgodnych z siecią.
Magazynowanie nadwyżek energii w akumulatorach
Wiele instalacji fotowoltaicznych wyposaża się w akumulatory, które pozwalają magazynować nadwyżki wyprodukowanej energii elektrycznej. Zgromadzony w akumulatorach prąd można zużyć wieczorem lub w pochmurne dni, kiedy produkcja z paneli jest mniejsza. Dzięki temu zwiększa się autonomiczność i niezależność systemu fotowoltaicznego.
KOSZTY BUDOWY INSTALACJI FOTOWOLTAICZNEJ
Koszt paneli, falownika i akumulatorów
Główne elementy instalacji fotowoltaicznej to panele, falownik i opcjonalnie akumulatory. Ich cena w dużej mierze zależy od mocy i sprawności. Typowy zestaw o mocy 3-5 kW do domu jednorodzinnego kosztuje 15-25 tys. zł. Droższe, ale wydajniejsze panele mogą podnieść koszt do ok. 30-40 tys. zł.
Koszt konstrukcji i robocizny montażowej
Trzeba doliczyć koszt konstrukcji pod panele (1000-4000 zł), okablowania i zabezpieczeń. Do tego dochodzi robocizna ekipy montażowej, która może wynieść 5-15 tys. zł w zależności od wielkości instalacji i złożoności prac. łącznie konstrukcja i montaż to ok. 20-30% całkowitego kosztu instalacji fotowoltaicznej.
Dodatkowe koszty okablowania i zabezpieczeń
Poza podstawowymi elementami, trzeba też uwzględnić inne pozycje kosztowe, takie jak przewody i kable łączące poszczególne podzespoły, zabezpieczenia przepięciowe i przeciwpożarowe, ewentualne koszty prac adaptacyjnych. Te dodatki mogą stanowić nawet 20% całości inwestycji. Łączny koszt typowej instalacji to ok. 40-60 tys. zł.
KORZYŚCI Z ENERGII SŁONECZNEJ DLA DOMU
Niższe rachunki za prąd z sieci energetycznej
Podstawową korzyścią z własnej instalacji fotowoltaicznej są oszczędności na rachunkach za energię elektryczną z sieci. Większość wyprodukowanej energii zużywa się na bieżąco, obniżając ilość prądu pobieranego z elektrowni. Tym samym maleją comiesięczne opłaty za energię nawet o 60-80%.
Możliwość odsprzedaży nadwyżek energii
Energia wyprodukowana przez instalację, która nie zostanie zużyta, może zostać wprowadzona do sieci elektroenergetycznej. Za tę nadwyżkę przysługuje rekompensata finansowa. W ten sposób dodatkowo zmniejsza się koszt inwestycji w fotowoltaikę i skraca okres zwrotu.
Ekologiczne i niezależne źródło energii
Energia słoneczna jest odnawialna i neutralna dla środowiska. Pozwala uniknąć emisji zanieczyszczeń związanych z produkcją prądu w elektrowniach. Dodatkowo daje niezależność od sieci energetycznej i wahań cen prądu. To ekologiczna i opłacalna inwestycja w czystą energię.
Podsumowanie
Instalacje fotowoltaiczne to nowoczesny i ekologiczny sposób na pozyskiwanie prądu ze słońca. Ich działanie opiera się na konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną w panelach fotowoltaicznych. System składa się z odpowiednio zamontowanych paneli, falownika, okablowania i opcjonalnie akumulatorów. Koszt budowy wynosi zazwyczaj 40-60 tys. zł, ale zwraca się w postaci niższych rachunków za prąd i możliwości sprzedaży nadwyżek. To opłacalna inwestycja, która zapewnia domowi czystą i niezależną energię elektryczną.
Tagi
Udostępnij artykuł
