Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Aby zweryfikować korzyści, które przynosi własna instalacja fotowoltaiczna, warto najpierw zapoznać się z zasadami jej funkcjonowania. Na czym polega zjawisko fotowoltaiczne? Jaką drogę muszą pokonać promienie słoneczne, żeby wytworzyć energię elektryczną?

Ogniwa fotowoltaiczne i ich rodzaje

Aby zrozumieć jak działa fotowoltaika, warto najpierw zapoznać się z budową systemu fotowoltaicznego. Jego podstawę stanowią ogniwa fotowoltaiczne. To właśnie w nich zachodzi zjawisko fotowoltaiczne, które sprawia, że energia słoneczna zostaje przekształcona w prąd stały, zasilający nasze gniazdka. Ogniwa zbudowane są z materiału półprzewodnikowego, który przewodzi ładunek elektryczny powstały w wyniku działania czynników zewnętrznych, takich jak temperatura czy promieniowanie słoneczne. Najczęstszym półprzewodnikiem wykorzystywanym do produkcji ogniw jest krzem. Na rynku dostępnych jest kilka rodzajów ogniw krzemowych: monokrystaliczne, polikrystaliczne amorficzne – różni je stopień uporządkowania struktury krystalicznej krzemu. Najbardziej wydajne są ogniwa monokrystaliczne, których struktura jest najbardziej uporządkowana. Sprawność tego typu ogniw wynosi powyżej 20%. Wydajność ogniw amorficznych o najbardziej chaotycznej strukturze wynosi natomiast około 14 – 16%. Połączone ze sobą ogniwa tworzą moduły, a te z kolei – panele fotowoltaiczne.

Budowa całego systemu fotowoltaicznego

Panele fotowoltaiczne montuje się na dachu lub gruncie od strony południowej. Aby fotowoltaika była sprawna, musi mieć maksymalny dostęp do promieni słonecznych. Jak działa zatem instalacja fotowoltaiczna? Na panel zbudowany z krzemu pada minimalna jednostka światła, zwana fotonem. Pochłaniający ją krzem wprawia w ruch elektron, który powoduje wytworzenie energii elektrycznej. Specjalny system połączeń systemu fotowoltaicznego sprawia, że elektrony te łączą się z elektronami, które wytwarzają energię w sieci elektrycznej. Aby móc korzystać z wytworzonej przez panele energii elektrycznej, niezbędne są również inne elementy instalacji fotowoltaicznej: okablowanie, licznik, falownik, konstrukcja wsporcza oraz akumulator wraz z regulatorem ładowania. Ostatni z elementów jest wymagany tylko w przypadku instalacji typu off-grid, która pozwala uniezależnić się od zewnętrznego dostawcy prądu. Bez wymienionych wyżej elementów nie byłoby możliwe zachowanie ciągłości przesyłu energii elektrycznej.

Zamiana prądu stałego w prąd przemienny

Po pierwszym etapie, jakim jest wytworzenie prądu stałego w modułach fotowoltaicznych, następuje przekazanie go do falownika. Aby zrozumieć jak działa fotowoltaika, należy poznać funkcjonowanie tego urządzenia. Falownik to skomplikowany układ wrażliwej elektroniki odpowiedzialny za przetwarzanie prądu stałego, wyprodukowanego przez moduły fotowoltaiczne, na prąd zmienny, czyli taki, który jest zgodny z parametrami domowej sieci. W razie usterek lub zwarć, inwerter odłącza instalację od sieci, zapewniając tym smaym jej bezpieczeństwo. Przetworzony przez falownik prąd jest kontrolowany przez licznik dwukierunkowy, który zlicza energię elektryczną wytworzoną dzięki fotowoltaice oraz tę pobraną z sieci energetycznej. Należy nadmienić, że energia pozyskana z instalacji fotowoltaicznej jest wykorzystywana do zasilania urządzeń elektrycznych w pierwszej kolejności. W przypadku wyprodukowania zbyt dużej ilości energii, nadwyżka trafia do sieci zewnętrznej (w przypadku sieci on-grid) lub akumulatorów (sieć off-grid).