Fotowoltaika

Zasada działania fotowoltaiki i paneli fotowoltaicznych – jak to działa?

Autor Janusz Kamiński
Janusz Kamiński19.09.20235 min.
Zasada działania fotowoltaiki i paneli fotowoltaicznych – jak to działa?
banner

Odnawialne źródła energii odgrywają coraz większą rolę w dzisiejszym świecie. Jednym z najpopularniejszych i najefektywniejszych rozwiązań jest fotowoltaika, czyli pozyskiwanie energii elektrycznej ze słońca. Jak działają panele fotowoltaiczne i na czym polega zasada ich funkcjonowania?

Jak działa fotowoltaika? - wyjaśnienie zasady działania

Fotowoltaika wykorzystuje zjawisko fotoelektryczne do zamiany promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Podstawowym elementem każdej instalacji PV są ogniwa fotowoltaiczne, zwane też fotowoltaicznymi lub ogniwami słonecznymi. Są to półprzewodnikowe urządzenia, które pod wpływem światła słonecznego wytwarzają prąd stały. Zbudowane są zmateriałów takich jak krzem, tellurki kadmu czy arsenku galu.

Kluczową rolę w działaniu ogniw fotowoltaicznych odgrywa zjawisko fotoelektryczne. Polega ono na uwalnianiu elektronów z atomów materiału półprzewodnikowego pod wpływem pochłaniania fotonów, czyli kwantów energii promieniowania słonecznego. Powstaje wtedy różnica potencjałów, a więc napięcie, które powoduje przepływ prądu elektrycznego w obwodzie.

Jakie są rodzaje ogniw fotowoltaicznych?

Wyróżnia się trzy podstawowe rodzaje ogniw fotowoltaicznych:

  • Ogniwa monokrystaliczne - wykonane z pojedynczego kryształu krzemu, cechują się wysoką sprawnością rzędu 15-22%.
  • Ogniwa polikrystaliczne - zbudowane z wielu mniejszych kryształów krzemu, tańsze ale mniej wydajne (sprawność 11-15%).
  • Ogniwa amorficzne - cienkowarstwowe, z amorficznego krzemu, najtańsze i najmniej sprawne (6-9%).

Najczęściej stosowane są ogniwa monokrystaliczne, gwarantujące największą wydajność. Coraz popularniejsze stają się też ogniwa polikrystaliczne, które są tańszą alternatywą.

Z czego składa się panel fotowoltaiczny? - budowa i elementy

Panel fotowoltaiczny, zwany też modułem PV, składa się z wielu połączonych szeregowo ogniw fotowoltaicznych. Liczba ogniw w module wynosi zwykle od 36 do 72.

Ogniwa umieszczone są pomiędzy dwiema warstwami szkła solarnego lub tworzywa sztucznego, które zapewnia odpowiednią wytrzymałość mechaniczną i odporność na czynniki zewnętrzne. Całość laminowana jest w ramkę aluminiową. Panel pokryty jest warstwą EVA (octanu etylowo-winylowego),chroniącą ogniwa przed wilgocią i pyłem.

Moduły PV wyposażone są w przewody i złącza umożliwiające podłączenie do instalacji elektrycznej. Na rewersie znajduje się skrzynka przyłączeniowa z diodami bypass, zapobiegającymi przerwom w pracy przy zacienieniu pojedynczego ogniwa.

Jak przebiega proces konwersji energii słonecznej na prąd w fotowoltaice?

Zasada działania fotowoltaiki i paneli fotowoltaicznych – jak to działa?

Przemiana energii promieniowania słonecznego w energię elektryczną w systemach fotowoltaicznych przebiega w kilku etapach:

  1. Fotony docierające ze słońca są pochłaniane przez półprzewodnikowe ogniwo fotowoltaiczne.
  2. W wyniku pochłonięcia kwantów energii następuje uwolnienie elektronów z atomów materiału ogniwa.
  3. Elektrony przemieszczają się do warstwy typu n w kierunku warstwy typu p, tworząc prąd elektryczny.
  4. Przepływ elektronów odbywa się w obwodzie zamkniętym, co pozwala na dostarczenie energii do odbiorników.

Dzięki temu procesowi promieniowanie słoneczne przetwarzane jest w prąd stały o napięciu od 0,5 do 0,6 V w pojedynczym ogniwie. Połączenie wielu ogniw w moduł zwiększa to napięcie do wartości użytkowych.

Jaka jest sprawność paneli fotowoltaicznych? - czynniki wpływające

Sprawność paneli fotowoltaicznych, czyli stosunek uzyskanej energii elektrycznej do energii promieniowania słonecznego, wynosi średnio od 15 do 22% dla paneli krzemowych. Zależy od wielu czynników:

  • Rodzaj zastosowanych ogniw - monokrystaliczne, polikrystaliczne, amorficzne.
  • Natężenie promieniowania słonecznego.
  • Kąt padania promieni słonecznych.
  • Temperatura otoczenia - wzrost temperatury obniża sprawność.
  • Zacienienie - nawet częściowe zacienienie modułu.

Typowa gwarancja producenta na sprawność paneli fotowoltaicznych wynosi 25 lat. W tym czasie sprawność spada średnio o ok. 0,5% rocznie.

Jakie są zalety i wady fotowoltaiki? - plusów i minusów

Główne zalety fotowoltaiki:

  • Odnawialne, niewyczerpalne źródło energii.
  • Brak emisji szkodliwych gazów i substancji.
  • Niskie koszty eksploatacji.
  • Prosta konstrukcja - brak ruchomych elementów.
  • Możliwość montażu na dachach i elewacjach.
  • Praca bezobsługowa.

Do wad można zaliczyć:

  • Wysokie koszty inwestycyjne.
  • Zależność od warunków pogodowych.
  • Mała wydajność ogniw.
  • Konieczność wygospodarowania dużej powierzchni pod instalację.

Gdzie montować instalację fotowoltaiczną? - optymalna lokalizacja

Zasada działania fotowoltaiki i paneli fotowoltaicznych – jak to działa?

Najlepszą lokalizacją dla paneli fotowoltaicznych są dachy budynków. Panele montuje się pod kątem optymalnym w danych warunkach geograficznych, zazwyczaj 30-40 stopni. Ważne jest też odpowiednie nachylenie względem stron świata - w Polsce najkorzystniejszy jest azymut południowy.

Instalacja PV może być montowana na dachach skośnych lub płaskich, zarówno budynków mieszkalnych, jak i obiektów komercyjnych, przemysłowych i rolniczych. Coraz częściej montuje się ją również na elewacjach i markizach.

Kluczowe znaczenie ma unikanie zacienienia i zapewnienie swobodnego dostępu promieni słonecznych przez cały dzień. Należy też wziąć pod uwagę wytrzymałość i stan techniczny konstrukcji dachu lub elewacji.

Ile kosztuje montaż instalacji fotowoltaicznej? - cena i opłacalność

Koszt montażu instalacji fotowoltaicznej w dużej mierze zależy od jej wielkości, mocy zainstalowanych paneli, rodzaju zastosowanych komponentów i konfiguracji systemu. Średnio na 1 kWp mocy zainstalowanej przypada koszt od 4000 do 6000 zł. Przykładowo, dla instalacji o mocy 5 kWp całkowity koszt wyniesie od 20 000 do 30 000 zł.

Czynniki wpływające na cenę instalacji PV:

  • Moc i liczba modułów fotowoltaicznych.
  • Rodzaj zastosowanych paneli (monokrystaliczne, polikrystaliczne).
  • Inwerter - moc i typ urządzenia.
  • Okablowanie i zabezpieczenia.
  • Koszt montażu konstrukcji i robocizny.
  • Ewentualne koszty dodatkowe - dostosowanie instalacji elektrycznej, wzmocnienie dachu itp.

Inwestycja w fotowoltaikę zwraca się zazwyczaj po 6-8 latach. Dokładna kalkulacja opłacalności wymaga analizy indywidualnych uwarunkowań i zapotrzebowania na energię.

Podsumowanie - fotowoltaika przyszłością energetyki

Fotowoltaika, czyli technologia pozyskiwania energii słonecznej, odgrywa coraz większą rolę w bilansie energetycznym wielu krajów. Panele fotowoltaiczne montowane na dachach i elewacjach pozwalają na ekologiczną, odnawialną produkcję prądu elektrycznego. Pomimo pewnych wad, takich jak wysokie koszty inwestycyjne, fotowoltaika ma ogromny potencjał i będzie w przyszłości jednym z głównych źródeł zasilania. Aby to osiągnąć, konieczne jest dalsze udoskonalanie technologii PV i obniżanie cen instalacji.

banner

Najczęstsze pytania

Moc instalacji PV należy dobrać do rocznego zapotrzebowania na energię elektryczną w gospodarstwie domowym lub firmie. Zazwyczaj zaleca się, aby moc paneli wynosiła ok. 1 kW na osobę w domu jednorodzinnym.

Na każdy 1 kWp mocy zainstalowanej potrzeba ok. 6-10 m2 powierzchni dachu lub gruntu. Dokładna powierzchnia zależy od wydajności zastosowanych modułów PV.

Zwrot kosztów montażu instalacji fotowoltaicznej następuje zwykle po 6-8 latach. Zależy to od wielu czynników, m.in. ceny energii i wysokości dotacji.

Mikroinstalacje fotowoltaiczne o mocy do 50 kW podlegają uproszczonej procedurze przyłączeniowej. Wystarczy zgłoszenie do operatora sieci dystrybucyjnej.

Dopuszczalne jest montowanie paneli PV na dachach, elewacjach, gruncie oraz jako elementy małej architektury. Istotny jest dostęp do światła słonecznego.

Oceń artykuł

rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
rating-fill
Ocena: 0.00 Liczba głosów: 0

5 Podobnych Artykułów:

  1. Podłączenie pieca gazowego - montaż i podłączenie kotła gazowego
  2. Pompa ciepła odwierty - najlepsze rozwiązanie do budowy ogrzewania
  3. Atakujące ceny fotowoltaiki w 2024! Panele od 19zł/Wp? Sprawdź!
  4. Rewolucyjne wykorzystanie niedopałków na Litwie - czy Polacy podążą za tendencją?
  5. Jak poprawnie chłodzić za pomocą pompy ciepła? Odkryj najlepsze rozwiązania!
Autor Janusz Kamiński
Janusz Kamiński

Jako doświadczony budowniczy i doradca w zakresie efektywności energetycznej domów, koncentruję się na łączeniu nowoczesnych technologii, takich jak pompy ciepła, oraz fotowoltaika, z tradycyjnymi metodami budowy. Ukończyłem Budownictwo na Politechnice Krakowskiej i rozszerzyłem swoją wiedzę o zarządzanie projektami budowlanymi. Jako członek Polskiego Stowarzyszenia Budownictwa Ekologicznego, regularnie publikuję artykuły w branżowych czasopismach. Moje praktyczne podejście do budowy przyniosło mi zaufanie klientów, którzy cenią moje skuteczne i ekonomiczne rozwiązania.

Udostępnij post

Napisz komentarz

Polecane artykuły

Ranking najlepszych falowników 2024
FotowoltaikaRanking najlepszych falowników 2024

Zestawienie najlepszych modeli falowników fotowoltaicznych w Polsce. Ranking falowników PV 2024 z uwzględnieniem parametrów technicznych, ceny i opinii klientów. Przewodnik po najpopularniejszych falownikach.