Popyt na energię elektryczną stale rośnie. Niestety, jej produkcja wiąże się ze spalaniem paliw kopalnych, co niesie ze sobą negatywne skutki dla naszej Planety. Czy istnieje jednak alternatywa, która pozwala wytwarzać prąd w sposób nie tylko ekologiczny, ale i tani? Oczywiście, że tak! Odpowiedź to fotowoltaika. Czym jest? Co robi? Jak działa fotowoltaika? Kto może z niej korzystać? Odpowiedzi na te i wiele innych pytań znajdziesz w poniższym przewodniku po fotowoltaice.
Spis treści:
1. Co to jest fotowoltaika?
1.1 Czy fotowoltaika jest opłacalna?
1.2 Fotowoltaika czy fotowoltanika?
2. Budowa panelu fotowoltaicznego
2.1 Ogniwo fotowoltaiczne
2.2 Jakie wyróżniamy rodzaje ogniw fotowoltaicznych?
2.3 Co to jest sprawność paneli fotowoltaicznych?
3. Fotowoltaika - jak działa?
4. Co wchodzi w skład zestawu fotowoltaicznego?
5. System rozliczeń prosumentów
5.1 Net metering
5.2 Net billing
6. Jaka moc paneli fotowoltaicznych wystarczy do zasilenia domu?
6.1 O czym pamiętać dobierając moc paneli fotowoltaicznych?
6.2 Magazyn energii do fotowoltaiki
7. Jak wygląda montaż paneli fotowoltaicznych?
8. Cena instalacji fotowoltaicznej - od czego zależy?
9. Jak działa fotowoltaika? - Podsumowanie
Co to jest fotowoltaika?
Zacznijmy od podstaw: co to jest fotowoltaika? Fotowoltaika jest systemem służącym do przetwarzania promieniowania słonecznego w energię elektryczną. Całość bazuje na zjawisku okrytym nazwą “efekt fotoelektryczny”, oraz na specjalnych modułach znanych jako panele fotowoltaiczne (lub też panele słoneczne). Prąd pozyskany za ich pośrednictwem początkowo przybiera formę prądu stałego, następnie dzięki specjalnym urządzeniom takim jak falownik, zostaje przekonwertowany w prąd zmienny. Od tego momentu wytworzona energia może zasilić urządzenia elektryczne, ogrzać budynek lub podgrzać wodę użytkową.
To właśnie panele fotowoltaiczne są najważniejszym elementem całego systemu. Najczęściej montuje się je na dachach domów jednorodzinnych lub innych budynków, jednak istnieje także możliwość stworzenia instalacji gruntowej, która odpowiednio wyprofilowana również będzie w stanie produkować spore ilości energii elektrycznej.
Czy fotowoltaika jest opłacalna?
Zakup i montaż kompletnego systemu fotowoltaicznego do dość kosztowna inwestycja, jednak zdecydowanie opłacalna, szczególnie w obecnych czasach, gdy ceny prądu stale pną się w górę. Własna elektrownia słoneczna w ciągu kilku lat - prędzej czy później - się zwróci, a nawet zacznie generować zyski. Dobrą wiadomością jest to, że rząd oferuje potencjalnym prosumentom liczne dofinansowania do fotowoltaiki, w tym między innymi:
- dofinansowanie do przydomowej mikroinstalacji fotowoltaicznej
- dofinansowanie dla właścicieli firm i przedsiębiorców
- dofinansowanie dla rolników
Korzystając z oferowanego przez rząd wsparcia finansowego, cała inwestycja w fotowoltaikę zwrócić się może już po 5-6 latach użytkowania modułów fotowoltaicznych!
Fotowoltaika czy fotowoltanika?
Istnieje pewna nieścisłość związana z kwestią energetyki słonecznej - nazewnictwo. Poza popularnym terminem “fotowoltaika”, który widujemy na banerach, ulotkach i stronach internetowych, w życiu codziennym możemy się spotkać także z określeniem “fotowoltanika”. Które z nich jest poprawne? Fotowoltaika czy fotowoltanika?
Fotowoltaika jest spolszczeniem pochodzącym od angielskiego terminu photovoltaic (PV). To jedyne funkcjonujące słowo w branży OZE. Nie do końca wiadomo, skąd wzięło się określenie fotowoltanika, jednak najprawdopodobniej jest to zwykły błąd językowy i nie powinno się go popularyzować. Podsumowując: fotowoltaika jest poprawnym określeniem na branżę energetyki słonecznej.
Budowa panelu fotowoltaicznego
Żeby w pełni zrozumieć, jak działa fotowoltaika, najpierw musimy zapoznać się z budową panelu fotowoltaicznego. Każdy, kto kiedykolwiek widział moduł słoneczny, z pewnością może powiedzieć o nim jedno - jest solidny. Z przodu możemy zauważyć grubą warstwę szkła hartowanego, z tyłu zaś metalową ścianę wzmocnioną folią elektroizolacyjną. Całość otacza wytrzymała rama zrobiona z aluminium. Cała konstrukcja ma jeden cel - chronić swoją zawartość przed działaniem czynników atmosferycznych. Co zatem znajduje się w środku panelu słonecznego? Odpowiedzią jest jego serce, czyli ogniwo fotowoltaiczne.
Ogniwo fotowoltaiczne
Ogniwo fotowoltaiczne to najważniejsza część całego modułu. To właśnie tutaj mają miejsce wszystkie najważniejsze zjawiska i reakcje. To właśnie tutaj też powstaje prąd. By jednak było to możliwe, ogniwo fotowoltaiczne musi być zbudowane z odpowiedniego materiału przewodzącego prąd - półprzewodnika. W tym celu najczęściej wykorzystuje się krzem, german i selen.
Jak zbudowane jest ogniwo fotowoltaiczne? Przede wszystkim należy wiedzieć, że aby całość mogła działać, potrzebne są dwie warstwy półprzewodnika. Pierwsza z nich - górna warstwa - jest zazwyczaj cienka i przezroczysta. Na jej powierzchni znajduje się siatka elektrod ujemnych (zbierających), oraz powłoka antyrefleksyjna. Dolna warstwa półprzewodnika jest już odpowiednio grubsza, a pokrywają ją elektrody dodatnie (przenoszące). Pomiędzy warstwami znajduje się, tak zwana, bariera potencjałów, bazująca na złączach p-n (półprzewodniki niesamoistne).
Jakie wyróżniamy rodzaje ogniw fotowoltaicznych?
Zastanawiasz się, jakie istnieją rodzaje ogniw fotowoltaicznych? W rzeczywistości jest ich naprawdę dużo, jednak na rynku królują głównie ogniwa monokrystaliczne. Ogniwa monokrystaliczne uchodzą za najbardziej pożądane, gdyż cechują się największą skutecznością w przetwarzaniu promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Mówiąc bardziej technicznym językiem, mają one najwyższą sprawność spośród wszystkich ogniw dostępnych na rynku. Zawdzięczają to specjalnemu rodzajowi krzemu, z którego są budowane - jest on pozbawiony defektów i posiada uporządkowaną, jednolitą strukturę.
Drugi popularny typ ogniw fotowoltaicznych to ogniwa polikrystaliczne. Ich sprawność jest nieco niższa niż ogniw monokrystalicznych, a co za tym idzie - cena również. Buduje się je z krzemu charakteryzującego się niejednolitą strukturą kryształów oraz liczną ilością skaz. Poznać je można po kolorze - ogniwa polikrystaliczne występują w odcieniu jasno niebieskim.
Co to jest sprawność paneli fotowoltaicznych?
Jeśli zastanawiasz się, co oznacza termin sprawność paneli fotowoltaicznych, spieszymy z wyjaśnieniami. Sprawnością nazywamy zdolność modułów do konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Im sprawność jest wyższa, tym możemy uzyskać lepsze efekty, a więc i większe ilości prądu ze swojej instalacji fotowoltaicznej. Jako zamiennik określenia “sprawność”, używać możemy także terminu efektywność paneli fotowoltaicznych.
Fotowoltaika - jak działa?
Jak wcześniej wspomnieliśmy, fotowoltaika wykorzystuje promieniowanie słoneczne do produkcji prądu. Konkretniej chodzi jednak o fotony, czyli cząsteczki światła bardzo małych rozmiarów. Po zetknięciu z powierzchnią ogniwa fotowoltaicznego foton zostaje pochłonięty, zmuszając zastałe elektrony do wytworzenia ruchu. Ruch ten powoduje wytworzenie energii mechanicznej, czyli prądu stałego. O tym, jak wydajny będzie cały proces, decyduje typ wykorzystanego półprzewodnika.
Nie jest to jednak jedyny parametr, który należy brać pod uwagę. Dostęp do światła słonecznego również odgrywa istotną, o ile nie największą rolę w procesie produkcji energii elektrycznej dzięki fotowoltaice. By instalacja pracowała na maksymalnej wydajności, koniecznie trzeba zapewnić modułom słonecznym bezpośrednią, niezakłóconą ekspozycję na słońce. Tylko w ten sposób ogniwo otrzyma wystarczającą ilość światła, żeby mogło produkować energię elektryczną gotową pokryć całe zapotrzebowanie energetyczne danego przedsiębiorstwa, gospodarstwa rolnego lub domowego.
Co wchodzi w skład zestawu fotowoltaicznego?
By można było mówić o kompletnym zestawie fotowoltaicznym, oto elementy, których nie może w nim zabraknąć:
- panele fotowoltaiczne - znane także jako moduły i baterie słoneczne; najważniejszy element całego systemu, odpowiada za produkcję prądu.
- inwerter solarny - funkcjonuje także pod nazwą falownik; zajmuje się przekształcaniem energii elektrycznej DC (prąd stały) w energię elektryczną AC (prąd zmienny).
- system montażowy - specjalna konstrukcja, dzięki której możliwy jest montaż fotowoltaiki na gruncie lub dachu.
- zabezpieczenia i okablowanie
System rozliczeń prosumentów
Każda osoba przymierzająca się do założenia własnego systemu fotowoltaicznego zapewne zastanawia się, w jaki sposób rozlicza się prosument. Aktualny system rozliczeń znaleźć możemy w ustawie o odnawialnych źródłach energii (OZE). Początkowo w naszym kraju funkcjonował net metering, czyli tak zwany system opustów. Od 1 kwietnia 2022 roku ustawa przeszła aktualizację, w której obowiązującym systemem stał się net billing.
Net metering
Net metering, czyli dobrze znany starym prosumentom system opustów pozwalał na “przechowywanie” nadwyżek energii z fotowoltaiki w publicznej sieci energetycznej. Na jakiej zasadzie to funkcjonowało? Otóż, w momencie wygenerowania przez panele słoneczne prądu, którego nie udało się wykorzystać, był on odsyłany do połączonego zakładu energetycznego. Stamtąd można było jego część odebrać za darmo - prosumenci posiadający instalację fotowoltaiczną do mocy 10kWp mogli odebrać aż 80% oddanej energii elektrycznej, natomiast posiadacze instalacji od 11kWp do 50kWp - 70%.
Okres rozliczeniowy w systemie opustów obowiązywał przez 365 dni. Jeśli w ciągu tego czasu nadwyżki przesłane do sieci nie zostały wykorzystane, przestawały być dalej bilansowane. Mówiąc wprost, oddana energia przepadała.
Net billing
Już w grudniu 2021 roku rząd podjął decyzję o wprowadzeniu zmian w systemie rozliczeń prosumentów. Wraz z początkiem kwietnia 2022 miejsce net meteringu zajął net billing, który był początkiem zapowiedzianych zmian. Zatem, jak działa net billing?
Net billing to system, który w przeciwieństwie do net meteringu pozwala prosumentom na zarobek na własnej instalacji fotowoltaicznej. W jaki sposób? Już tłumaczymy! W net billingu nadwyżki prądu są sprzedawane do sieci energetycznej, jednak zakład nie pełni już funkcji magazynu energii - nie można ich więc stamtąd pobrać bez opłaty. Możliwy jest natomiast ich zakup po aktualnej cenie rynkowej. Choć nie brzmi to zachęcająco, istnieje także druga strona medalu. Cała kwota sprzedaży zapisywana jest na specjalnym koncie prosumenta, która po upływie 12 miesięcy zostaje częściowo przekazana właścicielowi instalacji fotowoltaicznej.
Jaka moc paneli fotowoltaicznych wystarczy do zasilenia domu?
Odpowiedź na powyższe pytanie nie jest jednoznaczna. Wszystko uzależnione jest od wielu różnych czynników, dlatego każdy moc instalacji musi wyliczyć indywidualnie. Najlepiej byłoby, gdyby cały system w pełni pokrywał zapotrzebowanie energetyczne budynku. Dzięki temu koszty użytkowania energii elektrycznej znacząco spadną, a sam prosument będzie mógł uniezależnić się od zewnętrznego dostawcy prądu. Brzmi świetnie, prawda? Pozostaje więc pytanie: jak obliczyć moc paneli fotowoltaicznych dla swojego domu?
W pierwszej kolejności należy poddać analizie rachunki za prąd z ostatnich 12 miesięcy. Pozwoli to ustalić, ile energii elektrycznej mniej więcej wykorzystuje się w ciągu roku. W swoich kalkulacjach dobrze jest też uwzględnić potencjalny wzrost zużycia prądu - przykładowo, oszczędności dzięki fotowoltaice mogą skłonić nas do zakupu nowych urządzeń elektrycznych, przez co zużycie automatycznie wzrośnie.
O czym pamiętać dobierając moc paneli fotowoltaicznych?
Należy mieć na uwadze, że Twoje faktyczne zużycie prądu może nie do końca pokrywać się z tempem produkcji energii przez panele fotowoltaiczne. Wynika to z faktu, że instalacja produkuje prąd wtedy, gdy świeci słońce - najczęściej od świtu do zmierzchu. Na jej efektywność ma wpływ stopień zachmurzenia i pora roku. Dane statystyczne pokazują jednak, że największe ilości prądu zużywamy wczesnym rankiem oraz późnym wieczorem, gdy moduły mogą być w stanie spoczynku. Z tego powodu, nawet instalacja fotowoltaiczna dobrana tak, by pokrywała 100% zapotrzebowania energetycznego, może okazać się niewystarczająca. Jeśli więc chcemy maksymalnie obniżyć rachunki za prąd i czerpać jak największe korzyści z fotowoltaiki, dobrze jest się zastanowić, czy aby nie jest nam potrzebny magazyn energii.
Magazyn energii do fotowoltaiki
Jak sugeruje nazwa, rolą magazynu energii do fotowoltaiki jest przechowywanie prądu powstałego dzięki instalacji PV. Oczywiście, cały system może się obejść bez tego komponentu, jednak wtedy nie będzie w pełni efektywny. Magazyn energii kumuluje nadwyżki wyprodukowane przez panele fotowoltaiczne, które można wykorzystać w dowolnym momencie - na przykład nocą, gdy instalacja jest w trybie spoczynku. Magazyn energii do fotowoltaiki jest cennym elementem systemu fotowoltaicznego, i choć nie jest niezbędny, warto się w niego wyposażyć.
Jak wygląda montaż paneli fotowoltaicznych?
Aby cały system fotowoltaiczny pracował na najwyższej wydajności przez cały okres użytkowania, kwestię montażu paneli słonecznych koniecznie trzeba powierzyć fachowcom. Wyłącznie specjaliści od fotowoltaiki przeprowadzą wszystkie prace zgodnie z obowiązującymi normami budowlanymi, dokumentacją techniczną i kryteriami dotyczącymi przyłączenia gotowej już instalacji do sieci. Wszystkie prace montażowe poprzedzone są audytem fotowoltaicznym, którego zadanie opiera się między innymi na:
- określeniu zapotrzebowania na prąd audytowanego domu, gospodarstwa lub firmy, na którego podstawie dobrana zostaje moc instalacji
- poddaniu ocenie możliwości montażowych paneli słonecznych
- weryfikacji stopnia zacienienia wybranej lokalizacji
- wskazaniu jak najlepszych rozwiązań dla danego przypadku, pozwalających na zaoszczędzenie maksymalnych kwot pieniędzy
Po zakończonym audycie fotowoltaicznym następuje przygotowanie projektu systemu fotowoltaicznego. Po jego zatwierdzeniu pozostaje już tylko montaż paneli słonecznych we wskazanym miejscu. Doświadczeni instalatorzy - w przypadku mikroinstalacji fotowoltaicznej - powinni uwinąć się z tym zadaniem w ciągu jednego, do maksymalnie dwóch dni.
Cena instalacji fotowoltaicznej - od czego zależy?
Wiele osób przed podjęciem decyzji o przejściu na system fotowoltaiczny powstrzymuje pewna kwestia - cena instalacji fotowoltaicznej. Spora grupa ludzi żyje w przeświadczeniu, że koszty takiego przedsięwzięcia są kosmiczne, co ma niewielkie odbicie w rzeczywistości. Faktycznie, lata temu, gdy fotowoltaika stawiała pierwsze kroki w naszym kraju, 1kW instalacji kosztował blisko 10.000 zł. Na szczęście od tego momentu wiele się zmieniło, a popularyzacja odnawialnych źródeł energii przyczyniła się do spadków cen zarówno za komponenty, jak i ich montaż. Od czego jednak tak dokładnie zależy cena instalacji fotowoltaicznej?
- wielkość instalacji PV - oczywiście, na pierwszym miejscu znajduje się rozmiar naszego systemu fotowoltaicznego. Im większe zapotrzebowanie energetyczne, tym więcej paneli jest potrzebnych, by móc je pokryć. Analogicznie, koszty inwestycji również wzrastają. Niektóre firmy fotowoltaiczne oferują jednak swoim klientom rabaty na budowę rozbudowanych systemów PV.
- miejsce montażu modułów - lokalizacja systemu również wpływa na końcową kwotę przedsięwzięcia. Instalacja gruntowa lub na dachu płaskim wymaga zastosowania specjalnej konstrukcji montażowej, a także przeprowadzenia dodatkowych prac, które mogą podnieść cenę końcową.
- jakość usługi - dobra firma fotowoltaiczna z doświadczeniem, oferująca kompleksowe usługi od przygotowania projektu aż do przyłączenia instalacji do sieci, wycenią swoją pracę na większą kwotę, niż nowe przedsiębiorstwa bez doświadczenia, stawiające swoje pierwsze kroki w branży.
Jak działa fotowoltaika? - Podsumowanie
Termin fotowoltaika określa proces zamiany energii słonecznej w elektryczną - możliwe jest to dzięki zastosowaniu modułów wyposażonych w specjalne ogniwa fotowoltaiczne. By instalacja działała poprawnie, powinna zostać założona przez ekipę specjalistów, którzy nie uszkodzą delikatnych komponentów. Na ostateczny koszt całego przedsięwzięcia składa się wiele czynników, jednak istnieje wiele form rządowych dofinansowań, które mogą częściowo odciążyć w tej kwestii prosumenta. Energetyka słoneczna od wielu lat przeżywa rozkwit, nic także nie wskazuje na to, że w najbliższym czasie miałoby się to zmienić. Pozostaje nam jedynie czekać na nowinki z branży i jeszcze większe spadki cen modułów.
