Panele fotowoltaiczne

17-22 minuty

Instalacje

Panele fotowoltaiczne, montowane najczęściej na dachach domów, pozwalają zamieniać energię słoneczną w elektryczność. Można ją wykorzystywać do zasilania urządzeń elektrycznych, oświetlenia, ładowarek do samochodów elektrycznych, a także do przygotowania ciepłej wody użytkowej czy wspomagania ogrzewania domu. W tym artykule wyjaśniamy, jak działają panele fotowoltaiczne, jakie korzyści przynoszą i na co zwrócić uwagę przy wyborze i montażu instalacji, by cieszyć się tanią, czystą energią przez wiele lat.

ILE ENERGII ZE SŁOŃCA?

Dzięki fotowoltaice można znacząco zmniejszyć wydatki na energię elektryczną. Jednak jej efektywność zależy od właściwego zaprojektowania i wykonania instalacji. W polskich warunkach klimatycznych każdy detal ma znaczenie - nawet niewielkie zacienienie paneli czy ich niewłaściwe ustawienie może wpłynąć na opłacalność inwestycji.

Niestety, panele produkują energię tylko wtedy, gdy świeci słońce, a po zmroku stają się bezużyteczne. Nawet w ciągu dnia natężenie promieniowania słonecznego zmienia się - najwyższe jest w południe, kiedy domownicy często przebywają poza domem, a najniższe po południu, gdy zużycie prądu zwykle rośnie. Również w cyklu rocznym nasłonecznienie jest bardzo nierównomierne: najwięcej energii można uzyskać wiosną i latem, a najmniej w grudniu, gdy dni są krótkie i pochmurne. Energia z paneli powinna być wykorzystywana na bieżąco, ewentualnie magazynowana w akumulatorach. Choć ceny tych urządzeń spadają, nadal nie są w powszechnym użyciu. Dlatego w praktyce nadwyżki energii trafiają z reguły do sieci, która pełni rolę swoistego magazynu. Umożliwia to ustawa OZE.

Najwiekszą zaletą energii elektrycznej jest uniwersalność. Może służyć do zasilania urządzeń codziennego użytku (AGD, komputer, telewizor itd.), oświetlenia, podgrzewania wody, ogrzewania budynku. Niestety, jej magazynowanie jest kłopotliwe. fot. HEWALEX

Fotowoltaika zintegrowana z pokryciem umożliwia wykorzystanie całej połaci dachu, a przy tym nie rzuca się w oczy. fot. swissporTON

WYBÓR PANELI

Aby instalacja fotowoltaiczna była wydajna, wszystkie jej elementy muszą być starannie dobrane i zamontowane. Kluczowym komponentem są panele fotowoltaiczne. Rynek PV w Polsce rozwija się dynamicznie, działa na nim wiele firm, oferujących wyroby różnej jakości. Dlatego warto wybierać produkty renomowanych producentów, które gwarantują wysoką jakość i niezawodność.

Przy wyborze paneli należy zwrócić uwagę na ich moc - najczęściej podawaną wartością jest moc w punkcie MPP (PMPP) w warunkach STC, czyli dość odległych od rzeczywistych. Bardziej miarodajna jest jednak moc MPP (PMPP) w warunkach NOCT, które lepiej odzwierciedlają rzeczywiste warunki pracy. Istotny jest również temperaturowy współczynnik mocy PMPP [%/K], określający spadek wydajności panelu wraz ze wzrostem temperatury - im niższy, tym lepiej. Warto także sprawdzić tolerancję mocy - niektórzy producenci gwarantują tzw. pozytywną tolerancję, co oznacza, że rzeczywista moc panelu może być wyższa, ale nie niższa od deklarowanej. Dodatkowo należy zwrócić uwagę na jakość wykonania: panele powinny być pokryte hartowanym szkłem, a ich konstrukcja nie może wykazywać odkształceń czy nieszczelności.

Nowinki techniczne

Na rynku pojawiają się coraz bardziej zaawansowane technologie, takie jak panele bifacjalne, które dzięki szklanej powierzchni z obu stron są w stanie pochłaniać promieniowanie słoneczne zarówno od góry, jak i od dołu. To rozwiązanie sprawdza się szczególnie na konstrukcjach gruntowych, gdzie pod panelami można usypać jasny żwir odbijający światło.

Coraz większą popularność zyskują także pokrycia solarne, np. moduły dopasowane kształtem i barwą do tradycyjnych elementów dachowych - dachówek lub pokryć blaszanych. Zastępują one tradycyjne pokrycie dachowe i zapewniają estetyczny wygląd dachu.

Z kolei panele typu full black, wykonane z ciemnych ogniw i na czarnym podłożu, są wybierane przez inwestorów ceniących jednolitą, elegancką estetykę dachu. Trzeba jednak pamiętać, że panele o ciemnej powierzchni bardziej się nagrzewają, co może obniżać ich wydajność.

ILE PANELI?

Z 1 kWp mocy zainstalowanej fotowoltaiki można uzyskać około 1000 kWh energii rocznie. Średnie gospodarstwo domowe zużywa rocznie 4000-5000 kWh, dlatego w typowym domu wystarczy instalacja o mocy 4-6 kWp.

Choć pojawia się pokusa, by zamontować więcej paneli, nie jest to ekonomicznie uzasadnione - mikroinstalacja raczej nie pokryje całkowitego zapotrzebowania domu ogrzewanego wyłącznie energią elektryczną. Lepszym rozwiązaniem może być zastosowanie pompy ciepła, która wymaga znacznie mniej prądu.

Planując instalację, należy także uwzględnić dostępną powierzchnię - typowa instalacja zajmuje 20-40 m2 dobrze nasłonecznionej połaci dachu lub gruntu.

W naszym klimacie trudno jest ogrzewać dom wyłącznie dzięki słońcu. Dlatego panele PV wykorzystywane są z reguły do przygotowywania c.w.u. i zasilania różnych domowych urządzeń elektrycznych. fot. VIESSMANN

Skuteczność działania instalacji fotowoltaicznej w ogromnej mierze zależy od tego, jak wiele słońca pochłaniają panele. Niestety, najmocniej świeci ono wtedy, gdy zwykle nie ma nas w domu, a także latem, gdy nie potrzebujemy tak dużo energii. fot. FRONIUS

ZASADY MONTAŻU

Oprócz doboru paneli, kluczowe znaczenie ma ich prawidłowe ustawienie. Nawet identyczne instalacje na sąsiadujących działkach mogą różnić się wydajnością w zależności od ekspozycji na słońce, orientacji względem stron świata i kąta nachylenia.

Jeżeli chodzi o umiejscowienie paneli - elementy te montuje się najczęściej na dachu. Ale nie bezpośrednio na pokryciu, tylko na konstrukcji wsporczej. Połać koniecznie musi być wyeksponowana na słońce - nie może być zacieniona przez drzewa, komin czy pobliskie budynki.

W sytuacji, gdy na dachu nie ma odpowiednich warunków, panele należy zamontować na konstrukcji wsporczej na gruncie. Jak wspomniano, w takim przypadku warto rozważyć zakup paneli bifacjalnych (dwustronnych).

Kolejną ważną kwestią jest orientacja paneli względem stron świata. W dużej mierze od tego zależy wydajność instalacji PV. Najlepiej skierować je wprost na południe, czyli na najbardziej nasłoneczniony kierunek. Ale dopuszczalne jest też ustawienie na zachód lub wschód. Ustawienie ich ku północy nie ma sensu, bo uzysk energii drastycznie spadnie.

Zasada jest inna w przypadku modeli bifacjalnych. Jeżeli skierujemy je w teoretycznie najkorzystniejszym kierunku, czyli frontem na południe, to tył znajdzie się od północy, czyli uzysk energii będzie znikomy. Dlatego tego typu panele najlepiej ustawiać w kierunku wschód-zachód.

Istotny jest ponadto kąt nachylenia paneli. Optymalny to 35°. Taka wartość jest najkorzystniejsza biorąc pod uwagę uzysk energii liczony w całym roku - trzeba przecież pamiętać, że kąt padania promieni słonecznych jest inny latem, a inny zimą.

Warto wspomnieć o dostępnych w sprzedaży konstrukcjach, w których panele PV automatycznie ustawiają się względem słońca. Jednak ze względu na wysokie koszty nie są one popularne.

Jeżeli część paneli ustawiona jest pod innym kątem, to najlepiej jest przyłączyć je do osobnego wejścia MPPT falownika. fot. OEM ENERGY

Panele PV zakłada się również na płaskich dachach i na gruncie. Można wówczas idealnie dobrać ich kąt nachylenia oraz ustawienie względem stron świata. fot. NIBE-BIAWAR

POZOSTAŁE ELEMENTY INSTALACJI

Panele PV to tylko jeden z elementów instalacji fotowoltaicznej. Bardzo ważną rolę odgrywa też falownik (inwerter), który przetwarza prąd stały wytwarzany przez panele na prąd przemienny, wykorzystywany przez domowe urządzenia. Falownik powinien być dopasowany mocą do łącznej mocy paneli - przewymiarowanie nie jest wskazane, ponieważ obniża sprawność urządzenia.

Ważna jest także liczba wejść MPPT, do których podłącza się panele - większa liczba jest niezbędna, gdy panele są zamontowane na różnych połaciach o odmiennym nasłonecznieniu.

Coraz popularniejsze stają się wspomniane magazyny energii, które pozwalają przechowywać nadwyżki energii i wykorzystywać je w późniejszym czasie, jednak ich wysoka cena wciąż stanowi barierę dla wielu inwestorów.

Niezbędnym elementem jest również dwukierunkowy licznik energii elektrycznej, który operator sieci montuje na własny koszt.

Bardzo ważnym elementem instalacji PV jest falownik. Jego zadaniem jest przetwarzanie prądu stałego (DC), jaki powstaje w panelach, na przemienny (AC), który płynie w sieci energetycznej i którym zasilane są używane w domu urządzenia elektryczne. fot. FRONIUS