Fotowoltaika Małopolska jest procesem, w czasie którego do czynienia mamy z pozyskiwaniem prądu ze słońca. Do czego ona służy? Jak zbudowane są panele fotowoltaiczne i jak działają?

Do czego służy fotowoltaika?

Fotowoltaika Nowy Sącz służy do pozyskiwania energii. Jest ona najprostszą formą wytwarzania energii elektrycznej, która polega na zjawisku, jakim jest konwersja promieniowania słonecznego w prąd stały przy pomocy paneli fotowoltaicznych. Na kolejnym etapie prąd trafia do falownika, gdzie jest przekształcany w prąd zmienny. Nadwyżki wyprodukowanej energii trafiają do sieci i mogą zostać później wykorzystane przez użytkownika. Z takiego sposobu pozyskiwania energii korzystać można niemalże wszędzie. Jej ilość jest uzależniona od intensywności promieniowania słonecznego na powierzchnię naszej planety, które jest zmienne w zależności od szerokości geograficznej, pory dnia i roku oraz stanu atmosfery. Moc instalacji fotowoltaicznej zależy od wielkości wolnego gruntu lub dachu, ekspozycji powierzchni dachu w stosunku do słońca, kąta nachylenia dachu i zacienień. Gdy do czynienia mamy z mniej sprzyjającymi warunkami, niezbędne jest dopasowanie wyższej mocy instalacji, która będzie w stanie pokryć wymagane zapotrzebowanie na energię elektryczną. Inwestycja w panele fotowoltaiczne pozwala zaoszczędzić na rachunkach za prąd oraz zrezygnować z wykorzystywania energii pochodzących ze źródeł konwencjonalnych. Średnio zwraca się ona w przeciągu 7 – 10 lat.

Jak zbudowane są panele fotowoltaiczne?

Panele fotowoltaiczne składają się z połączonych ze sobą modułów tworzonych przez ogniwa fotowoltaiczne. Na skutek oddziaływania promieniowania słonecznego, generują one napięcie elektryczne z użyciem zjawiska fotowoltaicznego polegającego na tworzeniu nośników ładunku elektrycznego w wyniku absorbowania promieniowania słonecznego przez półprzewodnik. Skutkiem tego jest przepływ prądu stałego proporcjonalnego do mocy promieniowania, jakie pada na ogniwo. Do produkcji fotoogniw wykorzystuje się materiały półprzewodnikowe, takie jak krzem, selen czy german. Najczęściej składa się ono z 2 warstw półprzewodnika. Pierwsza z nich jest przezroczysta i cienka, a druga znajduje się w dolnej części. Do czynienia możemy mieć z 3 generacjami ogniw fotowoltaicznych. I generacja to ogniwa wielozłączowe, monokrystaliczne oraz polikrystaliczne wykorzystywane w technice kosmicznej. II generacją są ogniwa cienkowarstwowe produkowane z tellurku kadmu, ogniwa cienkowarstwowe z krzemu amorficznego oraz ogniwa cienkowarstwowe z mieszaniny półprzewodników. III generacja to natomiast ogniwa barwnikowe, które działają na zasadzie sztucznej syntezy.

Moduł fotowoltaiczny znajduje się w aluminiowej lub stalowej ramie, która składa się z hermetycznie uszczelnionych szyb ochronnych mających za zadanie zabezpieczyć ogniwa przed wpływem środowiska i uszkodzeniami mechanicznymi.

W przypadku klasycznego zastosowania systemów fotowoltaicznych w celu zasilenia budynków mieszkalnych lub do współpracy wraz z siecią energetyczną, do czynienia mamy z panelami, które składają się z jednego lub kilkunastu modułów fotowoltaicznych połączonych ze sobą szeregową, tworząc łańcuch zwiększający napięcie. Niekiedy stosuje się również równoległe połączenie budynków, które tworząc macierz fotowoltaiczną.

Systemy fotowoltaiczne wykorzystywane są w dwóch układach: on – grid oraz off – grid. Pierwsze z nich połączone są z już działającymi sieciami energetycznymi, bez względu na zapotrzebowanie energetyczne danego obiektu, na którym są zamontowane. Energia wytwarzana przy pomocy paneli fotowoltaicznych w takim systemie jest wprowadzana do sieci energetycznej. Pozwala to na sprzedaż nadmiaru wyprodukowanej energii elektrycznej. Jeżeli chodzi natomiast o układu drugiego typu, są to w pełni autonomiczne źródła energii, które nie wymagają podłączenia do linii energetycznej. W tym przypadku dodatkowymi buforami energii są akumulatory magazynujące nadwyżki wyprodukowanej energii i przyczyniające się do wzrostu efektywności systemu.

Jak działają panele fotowoltaiczne?

Aby panele fotowoltaiczne mogły funkcjonować w sposób prawidłowy, konieczny jest układ składający się z generatora PV, falownika, liczników zużycia oraz produkcji energii, okablowania i wsporników. Kluczowym elementem instalacji fotowoltaicznej jest ogniwo fotowoltaiczne. Do jego produkcji najczęściej wykorzystuje się materiały półprzewodnikowe, takie jak chociażby krzem. Najmniejsze cząstki światła, tak zwane fotony, padają na krzemową płytkę ogniwa, na skutek czego dochodzi do powstawania par nośników dodatnich i ujemnych. Wspomniana powyżej płytka pełni funkcję złącza, na skutek czego dodatnie ładunki trafiają do jednej warstwy, a ujemne – do drugiej. Efektem różnicy potencjałów na złączu jest napięcie elektryczne.

Biorąc pod uwagę parametr, jakim jest budowa atomową krzemu, wyróżnić można ogniwa monokrystaliczne, polikrystaliczne oraz amorficzne. Pierwsze z nich składają się z monokrystalicznych kryształków krzemu, które są dostosowane do przekroju kwadratowego. Ogniwo tego typu ma najczęściej wymiary 10×10 centymetrów, ciemną barwę i ścięte rogi. Charakteryzuje się ono również najwyższą ceną, co związane jest z jakością wytwarzanego materiału półprzewodnikowego. Jego sprawność wynosi około 15-18%. Jeżeli chodzi o ogniwa polikrystaliczne, mają one barwę niebieską i są produkowane przez wycinanie ich po uprzednim przetopieniu i uzyskaniu wykrystalizowanego krzemu. Są one odporne na warunki atmosferyczne i niedrogie w produkcji. Ich sprawność to około 18-20%. Trzecim rodzajem ogniw fotowoltaicznych są amorficzne, które produkuje się z nie wykrystalizowanego krzemu. Jest on nanoszony na płytkę ze szkła, stali nierdzewnej lub tworzywa sztucznego. Cechą charakterystyczną tego typu ogniw jest brązowa lub bordowa barwa. Są one najtańsze, lecz jednocześnie najmniej wydajne. Ich sprawność to około 6-8%.

Pojedyncze ogniwo słoneczne jest w stanie generować napięcie na poziomie około 0,5 V. Poszczególne elementy tego typu łączy się ze sobą, czego efektem jest moduł fotowoltaiczny. W znaczącej części przypadków składa się on z 54, 60 lub 72 ogniw. Jego górną część pokrywa termoutwardzalna folia EVA, na którą nakłada się szybę hartowaną mającą na celu chronić go przed uszkodzeniami mechanicznymi. Całość jest osadzona w aluminiowej ramie, do której przytwierdzona jest puszka przyłączeniowa wraz z przewodami umożliwiającymi łączenie ze sobą poszczególnych modułów. Najczęściej moduł fotowoltaiczny ma wymiary 100x200x4 centymetry.

Jak już zostało wspomniane, ogniwa fotowoltaiczne generują prąd stały, który jest przekształcany w prąd zmienny, którym to zasilane są urządzenia elektryczne. W instalacji fotowoltaicznej funkcję tę pełni falownik. Urządzenie to składa się z 3 głównych elementów. Są nimi: układ wejściowy, tranzystorowy układ mostkowy i układ wyjściowy. Dzięki pierwszemu z nich możliwa jest reakcja urządzenia na nieustannie zmieniające się wartości dostarczanego prądu stałego. Dodatkowo, zawiera on rozłączniki i bezpieczniki. Tranzystorowy układ mostkowy odpowiedzialny jest za konwersję prądu stałego na przemienny, przy dopasowaniu stosownego napięcia i częstotliwości. Jeżeli chodzi natomiast o układ wyjściowy, pełni on funkcję filtra przeciwzakłóceniowego składającego się z cewek indukcyjnych mających za zadanie eliminować nagłe zmiany natężenia prądu przemiennego, które mogłyby się przyczynić do uszkodzenia urządzeń zasilanych przez prąd wytworzony przy pomocy energii elektrycznej lub przewodów.

Wyprodukowaną energię elektryczną wykorzystać można wyłącznie na własne potrzeby, gromadząc jej nadwyżki w akumulatorach lub przyłączając instalację fotowoltaiczną do zewnętrznej sieci energetycznej i oddawać do niej nadwyżkę wyprodukowanej energii. Pierwsze z rozwiązań znajduje zastosowanie wówczas, gdy energią elektryczną ma być zasilany obiekt znajdujący się w miejscu, w którym brak dostępu do sieci lub jest on mocno utrudniony. Drugi rodzaj instalacji fotowoltaicznej pozwala z kolei na użycie wygenerowanej energii przez urządzenia domowe i przekazanie wyprodukowanych nadwyżek do sieci energetycznej. Może ona zostać z niej odebrana w przypadku zwiększonego zapotrzebowania na nią lub wówczas, gdy do czynienia mamy z niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi. Ilość energii dodanej do sieci zlicza licznik dwukierunkowy. Odbieranie energii z niej odbywa się z wykorzystaniem współczynnika opustu. W przypadku instalacji o mocy poniżej 10 kW wynosi on 0,8. Jeżeli jest ona wyższa niż 10 kW, jest to 0,7.

Rynek fotowoltaiki w Polsce

Rynek energii słonecznej jest częścią rynku odnawialnych źródeł energii, tak zwanych OZE. W ostatnich latach do czynienia mamy z jego dynamicznym rozwojem. Wpływ na to ma głównie Unia Europejska oraz wymogi stawiane przez nią wobec Polski. Zgodnie z nimi, udział odnawialnych źródeł energii w naszym kraju ma wynosić 15%.

Produkowanie energii z odnawialnych źródeł energii daje możliwość ograniczenia wydatków. Jej nadwyżki, które nie zostaną spożytkowane, mogą zostać sprzedane. Instalacja paneli fotowoltaicznych pozwala głównie zredukować koszty związane z energią elektryczną. Niekiedy możliwe jest tutaj pozyskanie darmowej energii elektrycznej. Oszczędności tego typu sprawiają, że inwestycja zwrócić może się w przeciągu 9 – 10 lat. Polskie gospodarstwa rolne coraz częściej korzystają z fotowoltaiki w celu obniżenia kosztów energii elektrycznej. Panele mogą być montowane zarówno na budynkach gospodarczych, jak i nieużytkach rolnych, oborach, kurnikach oraz chlewniach, a wyprodukowany w ten sposób prąd używać do oświetlenia zewnętrznego oraz wewnętrznego i zasilania maszyn. Fotowoltaika Nowy Sącz jest również dodatkowym zabezpieczeniem w przypadku strat zwierząt czy plonów. Dodatkowo, pełnić może ona funkcję alternatywy dla uprawy ziemi lub hodowli zwierząt.

Ogromnym wsparciem dla osób zainteresowanych panelami fotowoltaicznymi są różnego rodzaju dofinansowania. Z programów tego typu korzystać mogą nie tylko rolnicy, lecz również właściciele domów jednorodzinnych.