Instalacja fotowoltaiczna to zestaw urządzeń, który zamienia energię promieniowania słonecznego na energię elektryczną. W ogniwach krzemowych powstaje prąd stały, a falownik przekształca go w prąd zmienny wykorzystywany w domu, firmie lub gospodarstwie rolnym. Fotowoltaika produkuje prąd, natomiast kolektory słoneczne, często nazywane panelami solarnymi, służą do podgrzewania wody.
Jak działa instalacja fotowoltaiczna?
Podstawą działania systemu jest zjawisko fotowoltaiczne. Zachodzi ono w ogniwach wykonanych najczęściej z krzemu. Gdy światło pada na ogniwo, energia fotonów wprawia elektrony w ruch. W zamkniętym obwodzie ich przepływ tworzy prąd elektryczny.
Na tym etapie instalacja wytwarza prąd stały, oznaczany symbolem DC. Nie jest on jeszcze taki sam jak prąd w domowych gniazdkach. Za jego przekształcenie odpowiada falownik, nazywany także inwerterem. Urządzenie zmienia prąd stały na prąd zmienny AC, zgodny z parametrami instalacji elektrycznej budynku.
Przepływ energii w typowej instalacji można przedstawić w kilku etapach:
- Światło dociera do modułów PV. Promieniowanie słoneczne pada na krzemowe ogniwa znajdujące się wewnątrz modułów.
- Ogniwa wytwarzają prąd stały. Ruch elektronów wywołany przez fotony tworzy napięcie i przepływ prądu DC.
- Falownik przekształca energię. Inwerter zamienia prąd stały na prąd zmienny AC, który może zasilać urządzenia elektryczne.
- Budynek wykorzystuje wyprodukowaną energię. Prąd trafia w pierwszej kolejności do działających odbiorników, takich jak oświetlenie, lodówka czy pompa ciepła.
- Nadwyżka trafia do magazynu lub sieci. Sposób zagospodarowania nadmiaru zależy od rodzaju instalacji oraz zastosowanych zasad rozliczeń.
Instalacja produkuje energię także przy zachmurzonym niebie, choć jej wydajność jest wtedy niższa. Na ilość prądu wpływają między innymi moc modułów, orientacja i kąt ich ustawienia, zacienienie, temperatura oraz pora roku. Zimą produkcja zwykle spada z powodu krótszego dnia i mniejszego nasłonecznienia.
Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna?
Kompletny system obejmuje nie tylko moduły widoczne na dachu. Najważniejsze elementy instalacji pełnią różne funkcje:
- Moduły fotowoltaiczne – zawierają ogniwa krzemowe i wytwarzają prąd stały. Określenie „panele słoneczne” bywa używane potocznie, ale precyzyjna nazwa to moduły lub panele fotowoltaiczne.
- Falownik, czyli inwerter – przekształca prąd stały w zmienny, kontroluje pracę systemu i przekazuje energię do instalacji budynku lub sieci.
- Konstrukcja montażowa – mocuje moduły do dachu, elewacji albo gruntu i musi być dopasowana do podłoża oraz obciążeń takich jak wiatr i śnieg.
- Okablowanie i złącza – przesyłają energię między modułami, falownikiem i rozdzielnicą elektryczną.
- Zabezpieczenia elektryczne – chronią instalację przed skutkami przepięć i innych zdarzeń elektrycznych.
W zależności od potrzeb system może zostać uzupełniony o magazyn energii, licznik dwukierunkowy lub urządzenia do zarządzania zużyciem. Magazyn przechowuje część nadwyżek i pozwala wykorzystać je później, na przykład wieczorem.
Jakie są rodzaje instalacji fotowoltaicznych?
Podstawowy podział dotyczy współpracy z siecią elektroenergetyczną oraz sposobu wykorzystania nadwyżek energii.
| Typ instalacji | Współpraca z siecią | Magazynowanie energii | Zastosowanie |
|---|---|---|---|
| On-grid | Tak, system jest połączony z siecią | Opcjonalne, nadwyżki mogą być przekazywane do sieci | Domy i firmy z dostępem do sieci elektroenergetycznej |
| Off-grid | Nie, instalacja działa niezależnie od sieci | Wymagane akumulatory lub magazyn energii | Obiekty oddalone od infrastruktury energetycznej |
| Hybrydowa | Tak, system współpracuje z siecią | Tak, nadwyżki są przechowywane w magazynie | Budynki, w których ważna jest większa autokonsumpcja i zasilanie awaryjne |
Instalacja on-grid
System on-grid działa równolegle z siecią energetyczną. W ciągu dnia energia z modułów zasila urządzenia w budynku. Gdy produkcja przewyższa bieżące zużycie, nadwyżka może zostać przekazana do sieci. Kiedy instalacja produkuje za mało, na przykład nocą, budynek pobiera energię z sieci.
W przypadku nowych prosumentów sposób rozliczania nadwyżek określa najczęściej net-billing. Energia oddana do sieci jest wyceniana według zasad obowiązujących w tym systemie, a wartość trafia do depozytu prosumenckiego. Szczegóły rozliczeń zależą od aktualnych przepisów i umowy ze sprzedawcą energii.
Instalacja off-grid
System off-grid nie jest podłączony do publicznej sieci. Wyprodukowany prąd trzeba zużyć od razu albo przechować w akumulatorach. Rozwiązanie to stosuje się między innymi w domkach letniskowych, na działkach i w obiektach położonych poza zasięgiem sieci.
Instalacja hybrydowa
Fotowoltaika hybrydowa łączy połączenie z siecią z magazynem energii. Nadwyżka może najpierw ładować magazyn, a dopiero później trafić do sieci. Takie rozwiązanie zwiększa możliwość korzystania z własnego prądu po zachodzie słońca. Przy odpowiedniej konfiguracji magazyn może także zasilać wybrane obwody podczas awarii sieci.
Czy instalacja fotowoltaiczna się opłaca?
Opłacalność zależy od zużycia energii, mocy instalacji, warunków montażu, poziomu autokonsumpcji, kosztu inwestycji i zasad rozliczania nadwyżek. Nie ma jednej wartości oszczędności właściwej dla każdego budynku. Większą część wyprodukowanego prądu można zużyć bezpośrednio na miejscu, wykorzystać w magazynie albo przekazać do sieci.
Instalację warto traktować jako inwestycję długoterminową. Moduły mogą pracować przez ponad 25 lat, choć ich wydajność stopniowo się zmienia. Przed wyborem mocy należy przeanalizować obecne i planowane zużycie, stan dachu, zacienienie oraz możliwość późniejszego dodania magazynu energii, pompy ciepła lub samochodu elektrycznego.
Właściciel instalacji, który jednocześnie zużywa i produkuje energię, może występować jako prosument. W praktyce oznacza to korzystanie z własnej produkcji oraz rozliczanie energii pobranej i oddanej do sieci zgodnie z obowiązującym modelem. Fotowoltaika ogranicza zakup energii z zewnętrznej sieci, ale nie gwarantuje automatycznie rachunków równych zero złotych.
Najprościej zapamiętać to tak: moduły PV zamieniają światło na prąd stały, falownik przekształca go w prąd zmienny, a energia trafia do urządzeń, magazynu lub sieci. Różnica między fotowoltaiką a kolektorami słonecznymi polega na tym, że pierwsza technologia produkuje prąd, a druga ciepło.
