nowoczesny dom z panelami fotowoltaicznymi na dachu -  w 2022

Jak działa fotowoltaika? Zasada działania paneli fotowoltaicznych

Jak działa fotowoltaika? Zasada działania paneli fotowoltaicznych

W jaki sposób działają panele słoneczne i jak działa fotowoltaika? Zasada działania paneli fotowoltaicznych polega na tym, że baterie zmieniają energię elektryczną w energię słoneczną. Zjawisko to nazywane jest efektem fotowoltaicznym. Dowiedz się, jak działa fotowoltaika!

author box img

Jacek Krajl

Zaktualizowano: 30 maja 2022 30.05.2022 Czas lektury: 8min

Jak działa fotowoltaika? Wiedza w pigułce

Zasada działania instalacji fotowoltaicznej jest dość prosta: ogniwa fotowoltaiczne (najważniejsze elementy modułów fotowoltaicznych) zamieniają energię słoneczną w energię elektryczną. Cały ten proces to tzw. efekt fotowoltaiczny. To jednak nie wystarczy do zasilenia instalacji elektrycznej.

Drugim krokiem w procesie przemiany energii słonecznej w energię elektryczną jest przepuszczenie wytworzonego prądu stałego przez falownik (czyli inwerter). To właśnie dzięki temu prąd stały przekształca się w prąd przemienny (czyli taki, z jakiego korzystamy na co dzień w gniazdkach elektrycznych). Poniżej więcej szczegółów!

Jak działa fotowoltaika? Schemat

Decydując się na założenie instalacji fotowoltaicznej, warto poznać specyfikę jej funkcjonowania.

W pierwszej kolejności należy przyjrzeć się, jak działają baterie słoneczne, a także jak to się dzieje w praktyce, że energia elektryczna ze słońca trafia do gniazdka elektrycznego. Zasadę działania fotowoltaiki przedstawiliśmy na schemacie poniżej:

Infografika przedstawiająca zasadę działania instalacji fotowoltaicznej

Pozyskanie energii elektrycznej ze słońca to proces odbywający się etapami:

1. Promienie słoneczne padają na panele fotowoltaiczne

Zasada działania fotowoltaiki opiera się na promieniach słonecznych – dlatego bardzo ważna jest instalacja paneli w miejscu o odpowiednim nasłonecznieniu (instalator fotowoltaiki z Warszawy może zainstalować fotowoltaikę na dachu, ale też zaproponować ci balustradę fotowoltaiczną na balkonie lub umieścić instalację fotowoltaiczną na gruncie).

Warto pamiętać, że znacznie więcej słońca panele zbiorą w ciągu dnia oraz w miesiącach letnich. Nie oznacza to jednak, że fotowoltaika nie działa wcale jesienią i zimą – przetwarza w tych okresach nieco mniej energii niż zwykle.

2. Zachodzi zjawisko fotowoltaiczne (efekt fotowoltaiczny)

Energia elektryczna produkowana jest przez panele fotowoltaiczne dzięki zjawisku, które nazywane jest efektem fotowoltaicznym.

Efekt fotowoltaiczny zachodzi pod wpływem działania energii promieniowania słonecznego na powierzchnię półprzewodnika (na kryształ krzemu oraz na znajdujące się w nim elektrony). Elektrony zostają wybite i przepływają między elektrodami. W rezultacie powstaje różnica potencjałów i prąd elektryczny o napięciu stałym.

3. Falownik w fotowoltaice – przekształca energię z modułów fotowoltaicznych

Jednak samo przekształcenie energii słonecznej w prąd nie wystarczy. Jeśli chcesz korzystać z wytworzonego prądu, niezbędny będzie wówczas falownik, czyli tak zwany inwerter solarny (sprawdź, jaki falownik wybrać).

To właśnie dzięki temu urządzeniu prąd stały, który powstał z energii słonecznej, zostaje przekształcony w prąd zmienny o parametrach elektrycznych zgodnych z parametrami sieci publicznej. W taki właśnie sposób będziesz mógł korzystać z prądu znajdującego się w gniazdkach elektrycznych.

4. Prąd zasila sprzęty domowe podłączone do gniazdek elektrycznych

Na tym etapie można już korzystać z energii przetworzonej w wyniku efektu fotowoltaicznego! Pamiętaj, że po zmianach w modelu rozliczeń fotowoltaiki, zaleca się korzystać na bieżąco z energii wytworzonej z instalacji elektrycznej. Opłacalna jest więc tzw. autokonsumpcja, do której zachęcają instalatorzy fotowoltaiki z Rybnika.

5. Nadwyżka płynie do sieci elektrycznej

Sprzedaż energii w nowym modelu rozliczeń fotowoltaiki (zmiany w fotowoltaice po kwietniu 2022 roku) jest rozliczana po cenie hurtowej, a jej ponowne odkupienie – po cenie detalicznej, a więc wyższej od ceny hurtowej. Warto pamiętać, że im więcej energii zostanie „zwróconej” w danym okresie (z różnych lokalnych źródeł), tym mniejsza może być cena hurtowa sprzedaży nadwyżki.

Fotowoltaika - gdzie kupić?

Poniżej przedstawiamy ranking 23 688 Sprzedawców Fotowoltaiki najlepszych w 2023 roku w poszczególnych miastach powiatowych:

Zasada działania ogniwa fotowoltaicznego

Dlaczego warto zapoznać się z zasadą działania ogniw fotowoltaicznych? Po pierwsze: bo to serce całej instalacji i podstawowy budulec każdego modułu fotowoltaicznego. A po drugie: bo o konstrukcję i jakość wykonania warto zapytać w firmie montującej panele fotowoltaiczne, aby wybrać najlepszy gatunek i rodzaj ogniw fotowoltaicznych.

Jak działają ogniwa fotowoltaiczne? Co ciekawe, same ogniwa fotowoltaiczne mają moc ok. kilku watów – i z pojedynczych elementów nie da się zasilić nawet drobnych urządzeń elektrycznych. Dlatego konstruktorzy paneli łączą ogniwa w szeregach, tworząc w ten sposób wydajne moduły przetwarzające energię słoneczną w prąd.

Na konstrukcję pojedynczego modułu składa się sześć podstawowych elementów:

  1. Powłoka antyrefleksyjna.
  2. Elektroda dodatnia.
  3. Elektroda ujemna.
  4. Krzem typu N.
  5. Złącze P-N.
  6. Krzem typu P.

Pierwsza powłoka (cienka i półprzezroczysta) jest jedną z dwóch warstw półprzewodnika. Między pierwszą a drugą warstwą umieszczone są: elektrody oraz powłoka antyrefleksyjna. Obie te warstwy dzieli bariera potencjałów (czyli półprzewodniki niesamoistne, tzw. złącza P-N).

W jaki sposób działa panel fotowoltaiczny w instalacji? Ogniwa odbierają energię słoneczną, na którą składają się fotony. Krzem z ogniw wchłania fotony i wybija elektrony ze swoich pozycji, a dzięki temu dochodzi do jego ruchu, czyli przepływu prądu elektrycznego.

Ważne:
Zestaw fotowoltaiczny nie potrzebuje jasnego światła, aby działać. Ogniwa produkują energię także w pochmurne dni.

Rodzaje ogniw fotowoltaicznych

Ze względu na rodzaj wykorzystanych ogniw fotowoltaicznych panele fotowoltaiczne dzieli się na monokrystaliczne i polikrystaliczne.

Panele polikrystaliczne mają jasny, niebieski kolor, ich efektywność szacuje się na ok. 15-16%, są tańsze i lepiej działają w przypadku zachmurzenia, ale mają nieco niższą wydajność niż panele monokrystaliczne i nie są tak odporne na wysokie temperatury; do tego potrzebują nieco większej powierzchni instalacyjnej.

Panele monokrystaliczne to te o ciemnogranatowym kolorze, wpadającym nawet w czerń; ich wydajność szacowana jest na 18-20%, są bardziej odporne na wysokie temperatury, lepiej pracują w warunkach intensywnego światła i nie potrzebują tak dużej przestrzeni instalacyjnej, jak panele polikrystaliczne; niestety wszystko to przekłada się na nieco wyższą cenę.

Jakie elementy instalacji fotowoltaicznej są niezbędne do działania fotowoltaiki?

Najważniejszym elementem instalacji fotowoltaicznej są panele fotowoltaiczne (inaczej: moduły fotowoltaiczne). Każdy z pojedynczych paneli składa się z ogniw. Same panele fotowoltaiczne nie przetworzą energii słonecznej w energię elektryczną bez pozostałych niezbędnych do działania fotowoltaiki elementów.

Niezbędny jest inwerter (czyli pot. falownik). To właśnie ten komponent odpowiada za przekształcenie prądu o napięciu stałym w prąd o napięciu zmiennym.

Pozostałe – drobne, ale bardzo ważne elementy instalacji fotowoltaicznej – to m.in. wszelkie kable oraz złączki, zapewniające niezawodność całej instalacji, a także konstrukcja nośna (inaczej: konstrukcja montażowa instalacji fotowoltaicznej), na której montuje się panele fotowoltaiczne (zarówno w instalacjach fotowoltaicznych na dachu, jak i na gruncie).

Podsumowując: oto lista najważniejszych komponentów zestawu do fotowoltaiki:

  • panele fotowoltaiczne.
  • inwerter (falownik).
  • okablowanie i złączki.
  • konstrukcja montażowa.
  • zabezpieczenia AC/DC.
  • aplikacje monitorujące wydajność instalacji.
Przeczytaj również: Fotowoltaika – ceny

Jak sprawdzić, czy fotowoltaika działa prawidłowo?

jak działają panele słoneczne

Po pierwsze należy sprawdzić, czy zgadza się kąt nachylenia paneli. Istotne jest również odpowiednie poprowadzenie kabli i zachowanie wszelkich elementów związanych z estetyką zakładanych w projekcie.

Bez problemu można też zweryfikować stan samych paneli fotowoltaicznych – wszelkie uszkodzenia warto wychwycić i zgłosić od razu instalatorowi. Jednak takie sytuacje nie zdarzają się często.

Jak sprawdzić, czy panel fotowoltaiczny działa?

Jedną z metod jest odczyt danych dotyczących pracy falownika z wyświetlaczy LCD w systemie fotowoltaicznym. W większości przypadków falowniki posiadają wyświetlacze umożliwiające odczytanie podstawowych parametrów instalacji fotowoltaicznej.

Nieco bardziej zaawansowane metody pomiaru polegają na odczytach wejściowych i wyjściowych parametrów falownika. Układy tego typu to nowoczesne rozwiązania, które dodatkowo najczęściej przechowują dane w aplikacjach lub na stronach internetowych , dzięki czemu można na bieżąco kontrolować pracę instalacji i generować raporty dzienne, miesięczne i roczne.

Czy fotowoltaika działa, jak nie ma prądu?

Odpowiedź jest prosta: rodzaje instalacji fotowoltaicznej można podzielić na tzw. instalacje off-grid i on-grid. Większość instalacji fotowoltaicznych w Polsce to tzw. instalacje on-grid. Sama zasada działania w obu przypadkach jest identyczna, ale instalacja on-grid jest podłączona do sieci publicznej (a off-grid to niezależny system produkcji prądu, który nie jest podłączony do publicznej sieci energetycznej). W drugim przypadku jest więc gwarancja całkowitej niezależności (dzięki wbudowanym akumulatorom).

Dlaczego ta opcja nie jest powszechnie stosowana? Po pierwsze: nie można w tym modelu wysłać nadwyżek energii do sieci globalnej, a po drugie: dofinansowanie do fotowoltaiki (np. w ramach programu Mój Prąd) nie obejmuje systemów off-grid.

Bez prądu fotowoltaika w systemie on-grid nie może działać, ponieważ nie pracuje inwerter – na szczęście problemy z dostępnością prądu występują dziś bardzo rzadko, a przy krótkotrwałych awariach strata nadwyżki nie będzie duża.

Jak działa fotowoltaika zimą?

Fakt, słońce świeci w okresach jesienno-zimowych znacznie mniej intensywnie niż latem, ale nie oznacza to, że instalacja zupełnie nie działa. Fotowoltaika działa zimą nieco mniej wydajnie niż latem.

Problem z wydajnością może występować przy zaśnieżeniu paneli fotowoltaicznych – warstwa śniegu może znacząco utrudniać przyjmowanie energii słonecznej. Czy fotowoltaika działa w minusowych temperaturach? W tym przypadku nie ma to większego znaczenia – panele są przystosowane do działania nawet w -40 stopniach Celsjusza, a kluczowe znaczenie ma stopień nasłonecznienia.

Co może mieć wpływ na działanie fotowoltaiki?

Poza oczywistym czynnikiem, jakim jest poziom nasłonecznienia, znaczenie dla działania fotowoltaiki mają też:

  • kąt nachylenia paneli fotowoltaicznych,
  • miejsce montażu fotowoltaiki,
  • jakość instalacji fotowoltaicznej,
  • wykorzystane w instalacji komponenty,
  • kierunek ułożenia ogniw względem światła,
  • rodzaj ogniw zastosowanych w modułach,
  • region kraju i liczba słonecznych dni w miesiącu.

O branży odnawialnych źródeł energii porozmawialiśmy z Pawłem z firmy Energy Power Group, który wystąpił podcaście Oferteo o fotowoltaice. Jeśli chcesz dowiedzieć się jeszcze więcej o instalacjach fotowoltaicznych, posłuchaj!

Dodano: 17 czerwca 2020 Zaktualizowano: 30 maja 2022

Jak oceniasz ten poradnik?

Dziękujemy za Twoją opinię!

Twoja opinia pozwala nam tworzyć lepsze treści

Co moglibyśmy poprawić lub dodać?
Jak działa Oferteo?
Odpowiedz na kilka pytań

Powiedz nam czego potrzebujesz, abyśmy dostarczyli Ci właściwe oferty

Otrzymaj oferty

Poznaj dopasowane oferty specjalistów z Twojej okolicy

Wybierz najlepszą

Porównaj oferty i zadawaj pytania, bezpłatnie i niezobowiązująco