Jak działa instalacja fotowoltaiczna

Nie posiada części ruchomych, ani nie hałasuje. Poza własnym dachem, nie potrzeba więcej miejsca. Nie potrzeba paliwa, jedynie światło słoneczne. I pomimo tego, może zasilić cały Twój dom, a nawet wyprodukować nadwyżkę prądu, którą możesz sprzedać.

Tak, mówimy o instalacji fotowoltaicznej. Jej sposób działania wydaje się tak niezwykły, a jednocześnie jest stosunkowo prosty.

Jak zatem działa instalacja fotowoltaiczna? Co musi się wydarzyć, aby światło słoneczne zostało przekształcone w prąd zasilający urządzenia w Twoim domu?

Poniżej odpowiadamy na te pytania. Przyjrzymy się również kwestii pracy instalacji fotowoltaicznej w nocy, oraz roli baterii w systemach fotowoltaicznych.

Jak instalacja fotowoltaiczna produkuje prąd?

Poniżej wyjaśnimy sposób, w jaki domy mogą produkować i wykorzystywać prąd z paneli fotowoltaicznych.

Prąd z fotowoltaiki powstaje w czterech etapach:

• panele fotowoltaiczne produkują prąd stały,
• falownik przekształca prąd stały w prąd zmienny, stosowany w gniazdkach elektrycznych,
• falownik dostarcza prąd do domu,
• niewykorzystana nadwyżka prądu jest wysyłana do energetycznej sieci publicznej.

Panele fotowoltaiczne wytwarzają prąd elektryczny

Domy z instalacją fotowoltaiczną mają na ogół pomiędzy 15 a 25 paneli fotowoltaicznych zamontowanych na dachu.

Każdy panel fotowoltaiczny składa się z 60 lub 72 ogniw fotowoltaicznych, wykonanych najczęściej z krzemu monokrystalicznego. Ogniwa fotowoltaiczne są zaprojektowane w taki sposób, aby przechwycić światło słoneczne, i przekształcić je w prąd stały za pomocą zjawiska fotowoltaicznego.

Ilość produkowanej energii elektrycznej zależy od natężenia promieniowania słonecznego oraz budowy modułu fotowoltaicznego. W 2023 roku, pojedynczy panel fotowoltaiczny wytwarza pomiędzy 350 a 400 watów w optymalnych warunkach pogodowych.

Falownik przekształca prąd i dostarcza do gniazdek elektrycznych

Elektryczne urządzenia domowe są zaprojektowane do pracy z prądem zmiennym, więc prąd stały produkowany w ogniwach fotowoltaicznych, musi zostać przekształcony, zanim zostanie dostarczony do domu. Przekształcanie prądu odbywa się w falowniku.

Inwertery fotowoltaiczne (falowniki) mogą być zainstalowane na dwa sposoby:

• na poziomie modułu fotowoltaicznego: mikroinwertery są mocowane do każdego pojedyńczego modułu solarnego lub coraz częściej jeden mikroinwerter obsługuje do sześciu modułów – przekształcanie prądu stałego w prąd zmienny odbywa się w tym wariancie już na dachu;
• centralnie: montowany jest jeden falownik łańcuchowy, zwany również centralnym. Płynie do niego prąd stały ze wszystkich paneli solarnych, gdzie jest przekształcany w prąd zmienny. Istnieje odmiana tego rozwiązania, polegająca na montażu dodatkowych urządzeń na każdym module. Urządzenia te nazywane są optymalizatorami mocy i są najczęściej stosowane gdy moduły solarne są rozmieszczone na różnych połaciach dachowych.

Inwerter dostarcza prąd do domu

Inwerter będzie wprowadzał prąd do domowej sieci elektrycznej. Dzięki temu energia z falownika może być wykorzystana do zasilania dowolnych odbiorników w domu.

W przypadku, gdy falownik za pomocą sieci domowej podłączony jest do sieci publicznej (najpopularniejszy rodzaj instalacji, zwany on-grid), można w dowolnym momencie korzystać albo z prądu z fotowoltaiki, albo z prądu z sieci publicznej, albo z jednego i drugiego równocześnie.

Jeśli pobór prądu w domu jest większy niż prąd dostarczany z inwertera, wówczas potrzebne jest uzupełnienie niedoboru prądu poprzez jego pobór z sieci publicznej. Czyli dom jest zasilany jednocześnie z dwóch źródeł: z instalacji fotowoltaicznej oraz z sieci publicznej.

Nadwyżka prądu z instalacji fotowoltaicznej jest eksportowana do sieci

Jeśli posiadasz instalację fotowoltaiczną, często produkuje ona więcej prądu, niż potrzeba go w domu. Gdy wystąpi taka sytuacja, nadwyżkowa energia elektryczna zostanie wysłana z domu, poprzez licznik energii, do sieci publicznej.

Licznik energii jest w tym wypadku tzw. licznikiem dwukierunkowym, który umożliwia pomiar energii elektrycznej wysyłanej do sieci, oraz pobieranej z sieci.

Jak instalacja fotowoltaiczna działa w nocy?

Panele fotowoltaiczne potrzebują światła słonecznego, aby produkować energię elektryczną, a – o czym wszyscy wiemy – słońce w nocy nie świeci. Aby mieć w nocy prąd, system fotowoltaiczny zależny jest od energii pobieranej od sprzedawcy prądu.

Cena za pobierany w nocy prąd jest zgodna z cennikiem sprzedawcy prądu. W systemie rozliczeń net-billing, prąd sprzedany do sieci w ciągu dnia, w czasie, gdy instalacja fotowoltaiczna wytwarza nadwyżkową energię elektryczną, zostanie rozliczony z prądem pobranym w nocy.

Jak działa magazyn energii w połączeniu z instalacją fotowoltaiczną?

Większość instalacji fotowoltaicznych montowanych dotychczas w Polsce nie jest wyposażona w magazyn energii. Jeżeli instalacja fotowoltaiczna jest podłączona do sieci publicznej, montaż baterii jest opcjonalny.

Co więcej, zakup baterii współpracującej z instalacją fotowoltaiczną na ogół nie poprawia opłacalności inwestycji. Baterie są drogie i mają ograniczoną żywotność, więc na ogół się nie opłacają.

Poniżej opisujemy dwa warianty, w których użytkownicy mogą montować baterie.

Wykorzystanie baterii w systemie wyspowym (off-grid)

Posiadacze działek rekreacyjnych oraz miłośnicy niezależności korzystają czasami z systemu wyspowego (off-grid). Robią tak, najczęściej ponieważ doprowadzenie sieci energetycznej do niektórych miejsc jest zbyt drogie.

W takiej sytuacji, budowany jest system fotowoltaiczny off-grid z baterią. Pozwala to na magazynowanie w ciągu dnia nadwyżkowej produkcji prądu i wykorzystywanie jej w nocy.

Systemy wyspowe często wykorzystują baterie kwasowo-ołowiowe, podobne do tych stosowanych w akumulatorach samochodowych. Jest to rozwiązanie najkorzystniejsze cenowo, dlatego najpopularniejsze.

Bateria jako element systemu zarządzania energią

Ze względu na zmienność cen po jakich sprzedawana jest energia elektryczna w systemie net-billing, instalacja fotowoltaiczna jest coraz częściej wyposażana w magazyn energii. Może to nabrać szczególnego znaczenia, gdy w 2024 roku zostanie wprowadzone godzinowe ustalanie ceny, a już teraz widać, że w okolicach południa, gdy produkcja prądu z fotowoltaiki jest największa, jej cena sprzedaży jest najniższa. Czyli kiepski interes.

Montaż baterii pozwala na gromadzenie nadwyżkowego prądu produkowanego w południe, i jego sprzedaż w godzinach popołudniowych, gdy ceny sprzedaży prądu są wyższe.

Dodatkowo, osoby mieszkające w obszarach, gdzie występują przerwy w dostawach prądu korzystają z magazynów energii jako zasilania rezerwowego. Baterie są cichsze niż tradycyjne generatory prądu, i nie wymagają uzupełniania paliwa.

Podsumowanie

• Panele fotowoltaiczne przekształcają światło słoneczne w prąd elektryczny za pomocą zjawiska fotowoltaicznego.
• Inwerter fotowoltaiczny przekształca prąd z paneli PV w prąd zmienny i przesyła do domu.
• Nadwyżkowa energia elektryczna z fotowoltaiki jest wysyłana do sieci i sprzedawana po cenach rynkowych.