Wprowadzenie do zasady działania fotowoltaiki

Panele fotowoltaiczne (PV) to urządzenia, które przekształcają energię słoneczną bezpośrednio w energię elektryczną. Jest to możliwe dzięki tzw. efektowi fotowoltaicznemu, odkrytemu przez francuskiego fizyka Alexandre-Edmonda Becquerela w 1839 roku. Jednak dopiero w latach 50. XX wieku, gdy technologia półprzewodników została rozwinięta, panele słoneczne zaczęły być wykorzystywane praktycznie, początkowo w przemyśle kosmicznym.

Budowa paneli fotowoltaicznych

Podstawowym elementem panelu fotowoltaicznego jest ogniwo słoneczne (fotowoltaiczne), które zazwyczaj wykonane jest z krzemu. Ogniwa te są połączone ze sobą szeregowo i równolegle, aby uzyskać pożądane napięcie i natężenie prądu. Typowy panel składa się z następujących warstw:

  1. Warstwa ochronna - hartowane szkło odporne na uderzenia i warunki atmosferyczne
  2. Folia EVA - zapewnia szczelność i mocowanie ogniw
  3. Ogniwa fotowoltaiczne - najczęściej z krzemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego
  4. Kolejna warstwa folii EVA
  5. Tylna warstwa ochronna - zazwyczaj wykonana z polimerów
  6. Rama aluminiowa - zapewnia sztywność konstrukcji
  7. Skrzynka przyłączeniowa - z diodami zabezpieczającymi i złączami elektrycznymi

Jak działa efekt fotowoltaiczny?

Efekt fotowoltaiczny to zjawisko, w którym fotony (cząstki światła) wybijają elektrony z materiału półprzewodnikowego, generując przepływ prądu elektrycznego. W uproszczeniu proces ten przebiega następująco:

  1. Fotony docierają do ogniwa PV i są pochłaniane przez materiał półprzewodnikowy (najczęściej krzem).
  2. Energia fotonów jest przekazywana elektronom w atomach krzemu, co pozwala im na wyrwanie się z wiązań atomowych i przejście do tzw. pasma przewodnictwa.
  3. W ogniwie fotowoltaicznym znajduje się złącze p-n (podobne do tego w diodach), które tworzy pole elektryczne.
  4. To pole elektryczne sprawia, że wyrzucone elektrony mogą płynąć tylko w jednym kierunku, tworząc prąd elektryczny.
  5. Metalowe elektrody (styki) zbierają elektrony i umożliwiają wykorzystanie wygenerowanego prądu w obwodzie zewnętrznym.

Rodzaje paneli fotowoltaicznych

Na rynku dostępne są różne rodzaje paneli fotowoltaicznych, z których najczęściej stosowane to:

  • Panele monokrystaliczne - wykonane z pojedynczych kryształów krzemu, charakteryzują się wysoką wydajnością (17-22%) i długą żywotnością. Są zazwyczaj czarne z zaokrąglonymi narożnikami.
  • Panele polikrystaliczne - produkowane z wielu kryształów krzemu, mają nieco niższą wydajność (15-18%), ale są tańsze w produkcji. Mają charakterystyczny niebieski kolor i prostokątne komórki.
  • Panele cienkowarstwowe - wykonane z bardzo cienkich warstw materiału półprzewodnikowego naniesionego na podłoże. Są tańsze i elastyczniejsze, ale mają niższą wydajność (10-13%) i krótszą żywotność.

Od panelu do gniazdka - jak energia słoneczna trafia do naszych domów?

Kompletna instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku kluczowych elementów:

  1. Panele fotowoltaiczne - generują prąd stały (DC).
  2. Inwerter (falownik) - przekształca prąd stały (DC) na prąd przemienny (AC) o parametrach sieci elektrycznej (230V, 50Hz w Polsce).
  3. Licznik dwukierunkowy - mierzy ilość energii pobieranej z sieci i do niej oddawanej.
  4. System montażowy - konstrukcja mocująca panele do dachu lub gruntu.
  5. Okablowanie - przewody łączące poszczególne elementy systemu.
  6. Zabezpieczenia elektryczne - chronią instalację przed przepięciami i zwarciami.

Energia wytworzona przez panele fotowoltaiczne może być:

  • Bezpośrednio wykorzystana w domu/firmie.
  • Oddana do sieci elektrycznej (w ramach systemu rozliczeń net-metering lub sprzedaży).
  • Zmagazynowana w akumulatorach (w systemach off-grid lub hybrydowych).

Wydajność paneli fotowoltaicznych

Wydajność paneli fotowoltaicznych zależy od wielu czynników:

  • Natężenie promieniowania słonecznego - im więcej światła, tym większa produkcja energii.
  • Temperatura - wzrost temperatury paneli powyżej temperatury testowej (25°C) obniża ich wydajność.
  • Kąt nachylenia - optymalny kąt nachylenia w Polsce to około 30-40 stopni.
  • Orientacja - najkorzystniejsza orientacja to południe.
  • Zacienienie - nawet częściowe zacienienie może znacząco obniżyć wydajność całego panelu.
  • Zanieczyszczenia - kurz, liście, śnieg mogą ograniczać dostęp światła do ogniw.

Żywotność i degradacja paneli

Typowa gwarancja producenta na panele fotowoltaiczne to 25-30 lat. W tym czasie wydajność paneli stopniowo spada:

  • W pierwszym roku zazwyczaj spadek wydajności wynosi około 2-3%.
  • W kolejnych latach spadek wydajności to około 0,5-0,7% rocznie.
  • Po 25 latach panele zachowują zazwyczaj około 80-85% pierwotnej wydajności.

Główne przyczyny degradacji paneli to działanie promieniowania UV, zmiany temperatury, mikropęknięcia w ogniwach oraz degradacja materiałów uszczelniających i laminatów.

Podsumowanie

Panele fotowoltaiczne to zaawansowana technologicznie, ale jednocześnie prosta w działaniu metoda pozyskiwania czystej energii elektrycznej bezpośrednio ze słońca. Dzięki stałemu rozwojowi technologii są coraz wydajniejsze i tańsze, co sprawia, że energia słoneczna staje się coraz bardziej konkurencyjna w stosunku do konwencjonalnych źródeł energii.

W SolarTech Polska oferujemy najwyższej jakości panele fotowoltaiczne wiodących producentów, zapewniające maksymalną wydajność i trwałość. Nasi eksperci pomogą dobrać optymalny system fotowoltaiczny dostosowany do indywidualnych potrzeb i warunków.