Czym jest energia i energetyka słoneczna oraz jak działają panele fotowoltaiczne?

Opublikowano 23 stycznia 2019

Energetyka słoneczna polega na wykorzystaniu energii promieniowania słonecznego i jej konwersji na energię elektryczną za pomocą ogniw fotowoltaicznych. Powstałą energię można wykorzystać do oświetlenia i zasilania urządzeń w domu lub w firmie.

Nasze słońce jest naturalnym reaktorem jądrowym. Uwalnia niewielkie pakiety energii zwane fotonami, które pokonują odległość 150.000.000 km między Słońcem a Ziemią w około 8,5 minuty. Co godzinę na naszą planetę dociera wystarczająca ilość fotonów, aby teoretycznie można było zaspokoić globalne zapotrzebowanie na energię przez cały rok.1

Obecnie energia fotowoltaiczna zaspokaja zaledwie 1.44% zapotrzebowania na energię elektryczną w Stanach Zjednoczonych. W Polsce jest to jedynie 0.1% (dane z 2017). Pod tym względem zdecydowanie dominują Chiny, które zaspokajają aż 10% zapotrzebowania na energię elektryczną wykorzystując energię słoneczną. Technologia słoneczna rozwija się, staje się tańsza, łatwiej dostępna, bardziej opłacalna i popularna. Koszty energii słonecznej gwałtownie spadają, dzięki czemu stanowi ona obecnie tańszą – i przede wszystkim – bardziej przyjazną środowisku alternatywą produkcji energii.

Raport Międzynarodowej Agencji Energii za rok 2017 pokazuje, że energia słoneczna stała się najszybciej rozwijającym się źródłem energii na świecie – po raz pierwszy wzrost energii słonecznej przekroczył poziom wszystkich innych paliw. W nadchodzących latach wszyscy będziemy czerpać korzyści z energii wytwarzanej przez Słońce w taki czy inny sposób.


Jak działają panele słoneczne?

Kiedy fotony zderzają się z ogniwem fotowoltaicznym, wybijają z jego atomów elektrony. Jeżeli przewody są podłączone do dodatniej i ujemnej strony komórki, powstaje obwód elektryczny z różnicą potencjału. Elektrony przepływając przez taki obwód wytwarzają energię elektryczną. Wiele ogniw tworzy panel słoneczny, a wiele paneli może być łączonych ze sobą, tworząc system słoneczny. Im większa liczba połączonych paneli tym więcej energii.

Z czego zbudowane są panele słoneczne?

Panele fotowoltaiczne (PV) składają się z wielu ogniw słonecznych. Z kolei ogniwa słoneczne wykonane są z krzemu, podobnie jak większość półprzewodników. Składają się z warstwy dodatniej oraz ujemnej, które razem tworzą pole elektryczne – podobnie jak ma to miejsce w baterii.

W jaki sposób panele słoneczne generują energię elektryczną?

Panele fotowoltaiczne generują prąd stały (DC). W przypadku prądu stałego elektrony przepływają w jednym kierunku wokół obwodu. Poniższy przykład ilustruje baterię zasilającą żarówkę. Elektrony przesuwają się z ujemnej strony akumulatora poprzez lampę i powracają do dodatniej strony akumulatora.

Z prądem zmiennym (AC) elektrony są popychane i przyciągane, okresowo zmieniając kierunek – podobnie jak w cylindrze silnika samochodowego. Generatory wytwarzają prąd zmienny, gdy cewka z drutem jest obracana w pobliżu magnesu. Wiele różnych źródeł energii może zasilać taki generator, m.in. gaz, olej napędowy, energia wodna, energia jądrowa, węgiel, wiatr czy też energia słoneczna.

W sieci elektrycznej występuje prąd przemienny – głównie dlatego, że jest tańsza w przesyłaniu na duże odległości. Jednak panele wytwarzają prąd stały. Aby uzyskać z prądu stałego prąd zmienny potrzebujemy inwertera.

Do czego służy inwerter?

Inwerter pobiera prąd stały z systemu fotowoltaicznego i wykorzystuje go do wytwarzania prądu zmiennego. Są one mózgiem całego systemu. Wraz z odwracaniem napięcia stałego do prądu przemiennego, zapewniają one również ochronę przed zwarciem doziemnym i statyczność systemu, w tym napięcie i prąd na obwodach prądu przemiennego i stałego, wytwarzanie energii i śledzenie maksymalnego punktu mocy.

Centralne inwertery zdominowały przemysł solarny od samego początku. Wprowadzenie mikroinwerterów jest jedną z największych zmian technologicznych w branży fotowoltaicznej. Mikroprocesory optymalizują się dla każdego panelu słonecznego, a nie dla całego systemu, tak jak to robią centralne inwertery. Dzięki temu każdy panel słoneczny może pracować z maksymalnym potencjałem. Kiedy używany jest inwerter centralny, problem z jednym panelem słonecznym (który jest zacieniony bądź zabrudzony) może obniżyć wydajność całego systemu fotowoltaicznego. Mikro-inwertery rozwiązują ten problem.

Jak działa system fotowoltaiczny?

Oto przykład działania domowej instalacji solarnej: Po pierwsze światło słoneczne dociera do panela słonecznego umieszczonego na dachu. Panele przetwarzają energię świetlną na prąd stały, który przepływa do inwertera. Tam jest on konwertowany na prąd zmienny, który można wykorzystać do zasilania domu. Czyż nie jest to proste?

Co się stanie jeśli nie będzie Cię w domu, aby korzystać z energii elektrycznej wytwarzanej przez panele w słoneczny dzień? I co dzieje się w nocy, kiedy Twój system fotowoltaiczny nie wytwarza prądu w danym momencie ? Nie przejmuj się, typowy system fotowoltaiczny w godzinach największego nasłonecznienia często wytwarza więcej energii niż potrzebuje jeden klient, zatem nadwyżka energii jest dostarczana z powrotem do sieci, aby można było jej użyć później. Klient otrzymuje kredyt za wyprodukowaną nadwyżkę energii i może wykorzystać ten kredyt do czerpania z konwencjonalnej sieci w nocy lub w pochmurne dni. Licznik netto rejestruje wysyłaną energię w porównaniu z energią odbieraną z sieci.

1J.Tsao, Amerykański Departament Energii – The Sun delivers more Energy to Earth in an hour than we use in a year, https://www.sandia.gov/~jytsao/Solar%20FAQs.pdf

Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Czy opłaca się inwestować w fotowoltaikę?

Zwrot z inwestycji

Ulga termomodernizacyjna

Program "Mój prąd"

Leasing