Fotowoltaika jest już dobrze znaną technologią, która zyskała wielu zwolenników zarówno wśród tych którzy wykorzystują ją na co dzień, jak i tych którzy dopiero chcą w nią zainwestować. Jednak nadal mało osób dysponuje wiedzą, na temat tego jak instalacja fotowoltaiczna działa. O tym opowie ten artykuł.
W ostatnim dziesięcioleciu instalacje fotowoltaiczne stały się w Polsce głównym źródłem pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych. By w pełni świadomie zdecydować się na przydomową elektrownię słoneczną warto poznać i w pełni zrozumieć zasadę jej działania.
Dość powszechną już wiedzą jest fakt, że światło słoneczne pada na ogniwa fotowoltaiczne, z których zbudowane są panele, a promieniowanie słoneczne przekształcane jest w prąd stały. Prąd stały jest z kolei zamieniany w falowniku na prąd przemienny by popłynąć do gniazdek i zasilić sprzęty w gospodarstwie domowym. To wszystko jednak tylko ogólniki, natomiast sięgnięcie po więcej szczegółów, pozwala bardziej świadomie dobrać kluczowe dla inwestora parametry instalacji.
Jak działa instalacja fotowoltaiczna?
Podstawą działania instalacji PV jest ogniwo fotowoltaiczne, które produkowane jest z materiałów półprzewodnikowych. Najczęściej jest to krzem. Jako półprzewodniki wybierane są również german i selen.
Jaki jest schemat powstawania płytek krzemowych i całych ogniw? Krzem pozyskuje się z dwutlenku krzemu redukowanego węglem lub wodorem. Ogniwa mogą być produkowane z krzemu monokrystalicznego, polikrystalicznego lub amorficznego kilkoma sposobami. Przykładowo monokryształy można uzyskać metodą topnienia strefowego lub metodą Czochralskiego. Zawsze jednak ogniwa mają dwie warstwy typu p i typu n. Krzem nabiera charakteru półprzewodnika p podczas krystalizacji, podczas zastosowania odpowiednich domieszek, natomiast warstwa n powstaje inaczej – metodą dyfuzji. Dyfuzja przeprowadzana jest w temperaturze 900°C., ponieważ to właśnie w tak wysokiej temperaturze przy powierzchni płytki zwiększa się koncentracja donorów. Atomy fosforu zaczynają dyfundować do powierzchni płytki i w ten oto sposób warstwa ta staje się półprzewodnikiem typu n.
Dla polepszenia sprawności ogniwa na płytki nanoszona jest jeszcze warstwa antyrefleksyjna. Materiał użyty do wytworzenia warstwy musi być przezroczysty i posiadać odpowiedni współczynnik załamania światła
Ostatecznym etapem produkcji ogniw jest wtopienie w konstrukcję elektrod: górnej i dolnej. Elektrody najczęściej wykonuje się z aluminium ze względu na niski opór elektryczny tego metalu.
Tak przygotowane ogniwa mogą podjąć pracę w ramach pojedynczego panelu i całej instalacji. Na czym ta praca konkretnie polega? Połączone szeregowo w pojedynczym panelu ogniwa w liczbie od 60 do nawet 72 umożliwiają wystąpienie efektu fotowoltaicznego i produkcję prądu elektrycznego.
Na czym polega efekt fotowoltaiczny?
Gdy do powierzchni paneli PV dotrą promienie słoneczne w postaci strumienia fotonów elektrony usytuowane w krysztale krzemu są przez te fotony wzbudzane i tym samym wybijane ze swoich miejsc. Przechodzą na inny poziom energetyczny. Ruch pomiędzy elektrodami ogniwa tworzy różnicę potencjałów, a to prowadzi bezpośrednio do produkcji prądu elektrycznego stałego. (To zjawisko odkrył i opisał już w 1839 roku francuski fizyk Alexandre-Edmun Becquerel.) Prąd stały zamieniany DC jest zamieniany na prąd przemienny AC, który może trafić do domowej sieci energetycznej, zasilać konkretne urządzenia domowe bądź zostać zmagazynowany w sieci lub magazynach energii.
3 podstawowe schematy elektryczne instalacji fotowoltaicznej
- System prosty, tu ogniwa zasilają w bezpośredni sposób określone urządzenia.
- System umiarkowany w tym przypadku ogniwo fotowoltaiczne połączone jest z siecią za pomocą falownika zamieniającego prąd stały w przemienny. To do tej pory najczęściej stosowany schemat szczególnie w przypadku przydomowych instalacji.
- System profesjonalny zwany też hybrydowym, który umożliwia magazynowanie energii. Dodatkowym jego elementem są akumulatory, które umożliwiają magazynowanie energii. System ten może być stosowany w skali mikro i makro.
Jak budować schematy systemów fotowoltaicznych?
Tak aby były one jak najbardziej wydajne, odpowiadały na zapotrzebowanie energetyczne inwestora oraz mogły ewentualnie w sposób nieskomplikowany podlegać rozbudowie. Doskonałym sposobem na podniesienie wydajności całej instalacji PV mogą być optymalizatory mocy.
Czym są optymalizatory mocy?
Optymalizator mocy to niezwykle dobrze przemyślane urządzenie chroniące instalację przed skutkami częściowego zacienienia paneli słonecznych.
Odpowiada ono za dokonywanie pomiarów wydajności poszczególnych paneli fotowoltaicznych. Jest swego rodzaju katalizatorem, łączącym je z inwerterem oraz dodatkowo sprawia, że każdy panel działa niezależnie i spadek mocy pojedynczego panelu nie ma wpływu na wydajność pozostałych.
Podłączenie instalacji fotowoltaicznej do sieci - jakich formalności należy dopełnić?
Jeśli inwestor nie decyduje się na instalację typu off-grid, czyli niezależną od sieci energetycznej zobowiązany jest dokonać procedury przyłączenia fotowoltaiki. Niezbędne będą do tego stosowne dokumenty i złożenie formalnego wniosku.
Wymagane dokumenty to:
- oświadczenie instalatora,
- dane techniczne instalacji,
- certyfikaty sprzętu,
a także:
- wypełniony wniosek,
- schemat elektryczny (jeżeli jest wymagany przez operatora).
Po weryfikacji zgłoszenia i dokumentacji operator sieci podpisuje z prosumentem umowę kompleksową i dokonuje montażu licznika dwukierunkowego, który umożliwia wzajemnie rozliczenia. Zgodnie z prawem operator ma 30 dni na wymianę licznika.
