Fotowoltaika to technologia, która zamienia światło słoneczne na prąd elektryczny za pomocą specjalnych paneli zbudowanych z ogniw najczęściej wykonanych z krzemu. Dzięki temu możesz wykorzystać energię słoneczną, która jest dostępna każdego dnia, aby zasilać swoje urządzenia domowe.
Jeśli chcesz lepiej zrozumieć, jak dokładnie przebiega ten proces oraz z jakich elementów składa się instalacja, ten artykuł pokaże Ci wszystko krok po kroku.

Podstawy działania fotowoltaiki

Fotowoltaika pozwala przekształcić światło słoneczne na energię elektryczną dzięki specjalnym panelom i urządzeniom. Kluczowe są tu trzy elementy: efekt fotowoltaiczny, budowa panelu oraz działanie falownika.

Zasada efektu fotowoltaicznego

Efekt fotowoltaiczny to podstawowy proces, dzięki któremu panele słoneczne mogą wytwarzać prąd. Kiedy światło słoneczne pada na ogniwo fotowoltaiczne, energia z promieniowania powoduje wybicie elektronów z atomów materiału półprzewodnikowego, najczęściej krzemu.
Te swobodne elektrony zaczynają się przemieszczać. Ruch ten tworzy prąd elektryczny stały (DC). Każde ogniwo jest jak mini-generator energii – im więcej światła, tym większy prąd powstaje.
Efekt fotowoltaiczny jest zjawiskiem czysto fizycznym. Nie używa się tu paliw, nie emituje się spalin. To sprawia, że produkcja prądu jest cicha i przyjazna dla środowiska.

Budowa panelu fotowoltaicznego

Panel fotowoltaiczny składa się z wielu połączonych ogniw, które mogą być zamknięte w sztywnej ramie i przykryte szybą ochronną. Typowy panel zawiera kilkadziesiąt lub kilkaset ogniw z krzemu, ułożonych w rzędach.
Warstwa przednia przepuszcza światło, a warstwa tylna zabezpiecza całość przed wilgocią i uszkodzeniami. Na obrzeżu często znajduje się rama aluminiowa, która zapewnia sztywność i trwałość.
Ważne jest, że panele są odporne na różne warunki pogodowe. Dzięki temu mogą pracować wydajnie przez wiele lat. Połączenie kilku paneli w większy system pozwala uzyskać więcej energii.

Rola falownika w instalacji

Falownik (inwerter) pełni bardzo ważną rolę w każdej instalacji fotowoltaicznej. Panele wytwarzają prąd stały (DC), a falownik zamienia go na prąd zmienny (AC), który można wykorzystać w domu.
Falownik dopasowuje napięcie i częstotliwość prądu do tych, które płyną w sieci energetycznej. To urządzenie też kontroluje działanie całego systemu, monitoruje wydajność i wykrywa ewentualne błędy.
Bez falownika nie można zasilać typowych urządzeń domowych prądem z paneli. Od jego jakości i sprawności zależy bezpieczeństwo oraz opłacalność instalacji fotowoltaicznej.

Procesy i czynniki wpływające na wydajność

Wydajność instalacji fotowoltaicznej zależy od kilku kluczowych procesów i czynników zewnętrznych. Różnice w oświetleniu słonecznym, pogodzie oraz występujące zacienienie mają największy wpływ na ilość produkowanej energii.

Konwersja energii słonecznej na prąd

Panele fotowoltaiczne zamieniają światło słoneczne bezpośrednio na energię elektryczną w procesie zwanym zjawiskiem fotowoltaicznym. To zjawisko zachodzi, gdy światło pada na materiał półprzewodnikowy, zwykle krzem, powodując uwolnienie elektronów.
Im mocniejsze natężenie światła, tym więcej prądu mogą wytworzyć panele. Sama wydajność konwersji zależy od rodzaju zastosowanych ogniw oraz jakości materiałów.
Typowy panel ma sprawność na poziomie 15–22%. Odpowiednie ustawienie paneli względem słońca, pod właściwym kątem, zwiększa ilość wychwytywanego światła i tym samym produkcję energii. Montaż i kąt nachylenia można dostosować do lokalnych warunków, aby osiągnąć najwyższy uzysk energii.

Wpływ warunków atmosferycznych

Warunki pogodowe mają duży wpływ na pracę instalacji fotowoltaicznej. Najwięcej prądu uzyskasz w pełnym słońcu, podczas dni bezchmurnych i przy niskiej temperaturze powietrza.
Chmury, opady deszczu czy śniegu redukują ilość promieni słonecznych docierających do powierzchni paneli. Gdy panele są nagrzane, ich sprawność spada, ponieważ ciepło podnosi rezystancję w półprzewodnikach.

Tabela: Wpływ pogody na produkcję prądu

Warunki Wpływ na wydajność
Słonecznie Maksymalna produkcja
Częściowe chmury Średnia produkcja
Pochmurno Obniżona produkcja
Upalne dni Produkcja niższa niż w chłodzie
Śnieg lub deszcz Produkcja minimalna lub zerowa

Regularne czyszczenie paneli z pyłu, liści lub śniegu pomaga utrzymać ich sprawność na oczekiwanym poziomie.

Zacienienie i jego skutki

Zacienienie nawet niewielkiej części panelu może znacząco zmniejszyć jego wydajność. Cień, rzucany np. przez drzewa, budynki lub elementy konstrukcji, blokuje dopływ światła do ogniw.
Panele są połączone w łańcuchy, a zacienienie jednego ogniwa wpływa na całą linię, powodując spadek produkcji prądu. W skrajnych przypadkach zacienienie kilku ogniw może wyłączyć z pracy cały łańcuch paneli.

Aby ograniczyć straty, warto zadbać o odpowiednie rozmieszczenie instalacji. Stosuje się także tzw. diody bocznikujące, które pozwalają ominąć zacienione fragmenty instalacji i zapewnić ciągłość produkcji energii. Dużą skuteczność daje też regularna kontrola okolicy, aby usuwać źródła potencjalnego cienia.

Artykuł powstał przy współpracy z ekspertami Mafot. Mafot to dział firmy Stalmut zajmujący się importem oraz hurtową sprzedażą mocowań fotowoltaicznych - sprawdź ofertę dostępną na mafot.pl.