Ogniwa fotowoltaiczne to półprzewodnikowe elementy, zbudowane najczęściej na bazie krzemu, w których pod wpływem padającego światła powstaje różnica potencjałów elektrycznych, czyli prąd.
Dzięki połączeniu pojedynczych ogniw w moduły, a tych w panele, można uzyskiwać taką ilości energii elektrycznej, która wystarcza do zasilania różnych domowych urządzeń o znacznej mocy. W naszych warunkach klimatycznych raczej nie da się ogrzewać domu wyłącznie dzięki słońcu, ale możliwe jest dodatkowo przygotowywanie c.w.u. i zasilanie np. pompy ciepła, która może być już źródłem domowego ciepła.
Panele PV są najważniejszym, ale nie jedynym elementem instalacji. Do jej działania niezbędny jest też inwerter i okablowanie, a opcjonalnie wykorzystuje się optymalizatory i magazyny energii.
PANELE PV
Montuje się je na dachu domu lub na gruncie. W pierwszym przypadku trzeba zastosować stelaż przymocowany do pokrycia, w drugim – osobną konstrukcję wsporczą. Kluczowa jest orientacja paneli względem stron świata i odpowiedni kąt nachylenia. Najlepiej skierować je wprost na południe, bo to najbardziej nasłoneczniony kierunek. Dopuszczalne jest też pewne odchylenie na zachód lub wschód. Zakładanie paneli od północy, czyli tam, gdzie nie ma bezpośredniego nasłonecznienia, albo w miejscu stale zacienionym, nie ma sensu, bo co prawda instalacja będzie dawać prąd, ale o wiele mniej, niż wynosi jej nominalna moc. I choć w sprzedaży są systemy umożliwiające automatyczne ustawianie się paneli względem słońca, to ze względu na wysokie koszty nie przyjęły się w budownictwie jednorodzinnym.
Jeżeli chodzi o nachylenie – to zwykle za najkorzystniejszy uznaje się kąt ok. 35°. Taka wartość jest najlepsza biorąc pod uwagę uzysk energii liczony w całym roku. Jednak kąt padania promieni słonecznych jest inny latem, a inny zimą. Jeżeli z jakichś powodów chcemy wprowadzić tu zmiany, to ustawienie bliższe pionowemu będzie lepsze wiosną i jesienią, jednak w lecie zmniejszy nam produkcję prądu.
Lokalizacja na gruncie to najczęściej wynik tego, że dach zorientowany jest w nieodpowiednim kierunku lub po prostu brakuje wolnej przestrzeni na połaci. Pamiętajmy, że typowa instalacja fotowoltaiczna zajmuje 20–40 m² powierzchni. Trzeba zaś uwzględnić to czy wszystkie panele da się ustawić tak samo względem słońca, ewentualnie można je podzielić np. na 2 grupy.
Jeżeli ktoś dysponuje odpowiednio dużą działką może pomyśleć o instalacji na gruncie. Jednak tu także miejsce nie może być zacienione, zasłonięte przez drzewa, budynki itp.
Jeżeli myślimy o instalacji na gruncie lub dachu płaskim, możemy też rozważyć zakup paneli bifacjalnych (dwustronnych), które pochłaniają promienie słoneczne z obu stron. To dlatego, że w przeciwieństwie do typowych modeli moduł pokryty jest szybą nie tylko z przodu, ale też z tyłu. Oczywiście, tył nie pochłania tyle promieni słonecznych, co przód ale i tak ich zastosowanie pozwala zwiększyć uzysk energii. Jednak tu trzeba uwzględnić wiele czynników – orientację względem stron świata także spodniej strony, kąt nachylenia paneli, a wreszcie barwę podłoża, które powinno być jasne, żeby dobrze odbijało światło (np. biały żwirek).
POZOSTAŁE ELEMENTY INSTALACJI
Po panelach najważniejszym elementem instalacji PV jest falownik (inwerter), czyli urządzenie, które przetwarza prąd stały na przemienny. Dlaczego jest niezbędny? Bo panele PV produkują energię w postaci prądu stałego (DC), tymczasem w sieci energetycznej płynie prąd przemienny (AC) i właśnie takim zasilane są urządzenia elektryczne używane w domu.
Dzięki temu, że falowniki wyposażone są w funkcję monitoringu pracy instalacji, możemy na bieżąco – przez Internet albo aplikację mobilną – sprawdzać aktualne parametry systemu.
Panele połączone są z domową instalacją przewodami. Jeżeli ogniwa zlokalizowano w oddaleniu od budynku, należy zwiększyć przekrój kabli, aby uniknąć strat energii na przesyle.
Innym niezbędnym elementem jest dwukierunkowy licznik energii elektrycznej, rejestrujący zarówno pobieranie, jak i oddawanie prądu do sieci. Jednak jego założenie to już obowiązek operatora sieci. Inwestor za to nie płaci.
Pewną popularnością cieszą się optymalizatory mocy. Montuje się je przy panelach PV. Urządzenia te sterują parametrami prądu generowanego przez dany panel, w taki sposób, by spadek wydajności jednego, głównie na skutek zacienienia, nie pogarszał uzysku prądu z całej ich grupy.
Jak widać, skuteczność działania instalacji fotowoltaicznej w zasadniczej mierze zależy od tego, jak wiele słońca pochłaniają panele. Niestety, najmocniej świeci ono akurat wtedy, gdy zwykle nie ma nas w domu, czyli w południe. A wieczorem, gdy intensywnie korzystamy ze sztucznego światła, za oknami panuje zmrok. Dodatkowo w naszym klimacie słońce najsłabiej operuje zimą, gdy potrzebujemy najwięcej energii.
Rozwiązaniem jest do pewnego stopnia magazynowanie energii i późniejsze wykorzystywanie jej według potrzeb. Służą temu tzw. magazyny energii, czyli baterie akumulatorów do gromadzenia prądu. Ich drugie zastosowanie to zapewnienie ciągłości zasilania na wypadek przerw w dostawie energii elektrycznej.
W sprzedaży są urządzenia o różnej pojemności. Im większa, tym więcej energii można zgromadzić. Jednak w domach jednorodzinnych są raczej niewielkie, mają najczęściej od kilku do kilkunastu kWh pojemności. Przykładowo akumulator o pojemności 10 kWh pozwoli przechować energię wytworzoną przez mikroinstalację o mocy 5 kWp w ciągu 2–4 godzin (zwykle osiągana chwilowo moc jest wyraźnie niższa od nominalnej).
Choć prace nad udoskonalaniem tego typu baterii ciągle trwają (ich zastosowanie nie ogranicza się przecież tylko do budownictwa, ale też do zasilania maszyn, samochodów itd.), barierą w upowszechnianiu wciąż jest ich niewielka pojemność i wysokie ceny. Dodatkowo zastosowanie magazynu energii wymaga odpowiedniego skonfigurowania także reszty instalacji i wyposażenia jej w inny rodzaj falownika (tzw. hybrydowy), co podraża instalację.
CO ZROBIĆ Z PRĄDEM?
Skoro magazynowanie energii jest tak kosztowne, to co zrobić z nadmiarem prądu wytworzonego przez mikroinstalację? W naszym kraju nawet ¾ takiej energii trafia do sieci. To zwykle ona, a nie baterie, pełni rolę akumulatora, do którego przekazywany jest nadmiar energii i pobieranie jej, gdy jest potrzebna.
Tego typu instalacje, nazywane on-grid, pracują zawsze w połączeniu z siecią energetyczną – w razie zaniku napięcia w sieci przestaną działać. Systemy typu off-grid, czyli w ogóle nie połączone z siecią są w naszych warunkach rzadkością. Za to zyskują na popularności instalacje typu hybrydowego, które mogą działać zarówno w połączeniu z siecią, jak i w razie wyłączenia w niej prądu. Oczywiście, rzeczywisty stopień niezależności od systemu elektroenergetycznego zależy od tego jakimi akumulatorami dysponujemy.
W praktyce więc zawsze znaczna część wytworzonej przez panele energii trafia do sieci. Tak więc to zasady rozliczania za energie oddaną do sieci, a następnie pobraną z niej, mają zasadnicze znaczenie nie tylko dla opłacalności całej inwestycji. Nawet sam dobór wielkości (mocy zainstalowanej) systemu PV trzeba dopasować do modelu rozliczeń. Od 1 kwietnia nowelizacja ustawy OZE zmienia zasady rozliczania za energię, jednak tylko dla nowych instalacji. Ci którzy przyłączyli mikroinstalacje PV do sieci wcześniej (lub przynajmniej złożyli prawidłowy wniosek o przyłączenie) rozliczani będą nadal na starych zasadach. Szczegółowo zasady rozliczania za energię omawiamy w osobnym tekście.
Jak duża instalacja?
Planując instalację PV należy sprawdzić, ile prądu zużywamy lub oszacować, ile planujemy zużywać. Przyjmuje się, że zapotrzebowanie na prąd przeciętnego gospodarstwa domowego (4-osobowa rodzina) to 4000–5000 kWp rocznie. Ponieważ z 1 kWp mocy zainstalowanej minielektrowni PV uzyskuje się rocznie ok. 1000 kWh, w większości przypadków wystarcza instalacja o mocy 4–6 kWp.
Nie warto budować na zapas, bo zarówno stary, jak i nowy system rozliczania za energię przewiduje, że niewykorzystane w ciągu roku nadwyżki energii i tak nam przepadną.
Ponadto dodatkowe panele kosztują. Zwiększone nakłady warto ponieść, jeżeli planujemy montaż urządzeń elektrycznych o znacznym zapotrzebowaniu na energię. Przede wszystkim chodzi tu o pompy ciepła i klimatyzatory.
Dodaj komentarz