Jak działają panele fotowoltaiczne?

Uzyskiwanie czystej i taniej energii pochodzącej z promieni słonecznych to ciekawe rozwiązanie, które zarazem poprawia stan środowiska naturalnego i pozwala na spore oszczędności w opłatach za prąd. Montaż paneli słonecznych jest stosunkowo prosty, a korzyści mogą okazać się duże, również ze względu na możliwość uzyskania dofinansowania z programów rządowych i samorządowych.

Energia z fotowoltaiki – czy to dobre rozwiązanie?

Wykorzystywanie odnawialnych źródeł energii staje się koniecznością w związku z pogarszającym się stanem środowiska naturalnego. Rosnące zanieczyszczenie powietrza wymusza ograniczanie najbardziej emisyjnych źródeł w postaci spalania paliw stałych – węgla i drewna. Postępujące zmiany klimatyczne sprawiają, że również sposoby pozyskiwania energii z paliw kopalnych, takich jak gaz czy olej opałowy okazują się nie przystawać do wyzwań, które obecnie stoją przed całą gospodarką. Jedynym wyjściem z tej patowej sytuacji jest skupienie się na w pełni odnawialnych źródłach energii, a zwłaszcza na technologiach fotowoltaicznych. Powszechne stosowanie modułów PV może zapewnić dostęp do czystej energii elektrycznej dostępnej dla każdego – wyjaśnia specjalista z firmy Torell Technology, która zajmuje się fotowoltaiką, oświetleniem LED oraz nowoczesnymi rozwiązaniami IT.

Energia słoneczna jest równie łatwa do wykorzystania, jak prąd pozyskiwany z wiatru czy płynącej wody. Jej wielką zaletą jest jednak dostępność technologii, które dają możliwość pozyskiwania prądu przy wykorzystaniu kompaktowych i prostych w montażu systemów fotowoltaicznych. Nie wymagają one skomplikowanych konstrukcji nośnych, a ich efektywność przekracza tę uzyskiwaną dzięki wiatrakom. W przeciwieństwie do nich przy budowie modułów PV nie pojawia się żadna uciążliwość dla osób zamieszkujących w najbliższym otoczeniu.

Efektywność paneli słonecznych zależy naturalnie zarówno od rodzaju wykorzystywanych urządzeń, jak i od średniego nasłonecznienia. Ilość energii, jaką można pozyskać, jest uzależniona dość ściśle od konkretnej lokalizacji. Na terenie Polski znajdują się miejsca, w których ilość dostępnej energii słonecznej to aż 1061 kWh/m². Są jednak również takie, gdzie współczynnik ten jest sporo niższy i wynosi zaledwie 983 kWh/m². Niezależnie jednak od tego przy instalacji paneli ważny jest również brak przeszkód terenowych, wysokich drzew oraz zwrócenie modułów w stronę południową, oraz ustawienie pod prawidłowo dobranym kątem, zwykle około 30°. Najpopularniejsze jest umieszczanie paneli na dachach, a jeśli to niemożliwe na specjalnie wzniesionych konstrukcjach. Dostępne są również urządzenia, które umożliwiają montaż modułów na urządzeniach pozwalających im na poruszanie się wraz z przemieszczaniem się Ziemi względem słońca, co znacznie zwiększa możliwości systemu.

Mechanizm przekształcania energii świetlnej w elektryczną

Każda instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku podstawowych elementów. Kluczowe są naturalnie same panele. Są one zbudowane z ogniw, które pod wpływem padających na nie promieni słonecznych wytwarzają prąd elektryczny. Jest to możliwe dzięki ich konstrukcji. Do budowy ogniw używa się materiałów, które są półprzewodnikami, zwykle krzemu. W ogniwie znajduje się złącze p-n między dwoma warstwami półprzewodnika. W warstwie p znajduje się więcej dziur niż elektronów, zaś w warstwie n jest więcej elektronów. Cały układ pozostaje jednak w stanie równowagi.

Fotony, które padają na półprzewodnik, mają energię, która powoduje wybicie części elektronów. W obszarze styku obu warstw dochodzi do przepływu dziur w kierunku warstwy p, zaś elektrony przemieszczają się ku warstwie n. Powstająca różnica potencjałów powoduje pojawienie się napięcia. Zamknięcie obwodu wywołuje przepływ prądu elektrycznego. Tym samum dochodzi do zmiany energii fotonu, czyli promieniowania elektromagnetycznego w energię elektryczną.

Ponieważ w ogniwach powstaje prąd stały, konieczna jest jego zmiana w prąd zmienny o napięciu 230 V i częstotliwości 50 Hz. Do tego celu instalacja musi być wyposażona w odpowiedni inwerter, czyli falownik. Powstający w panelach fotowoltaicznych prąd musi zostać zużyty, zmagazynowany lub dostarczony do sieci elektrycznej. Ze względu na spore koszty wiążące się z zakupem akumulatorów w instalacjach budowanych na własne potrzeby zwykle korzysta się z dwóch pierwszych możliwości.

Popularność paneli fotowoltaicznych wciąż rośnie, a różne systemy dopłat umożliwiają uzyskanie dotacji na montaż całego systemu. Dzięki takiemu rozwiązaniu opłacalność całej inwestycji znacznie wzrasta, ze względu na krótszą amortyzację instalacji.