Obecnie wykorzystujemy energię słoneczną na dwa sposoby, w kolektorach słonecznych i panelach fotowoltaicznych.
- Kolektor słoneczny opiera się na podgrzewaniu przez słońce płynu (zwykle glikolu), który następnie oddaje ciepło do zbiornika z wodą użytkową, a następnie schłodzony powraca do instalacji by ulec ponownemu ogrzaniu.
- Moduły fotowoltaiczne zamieniają energię słoneczną wprost w energię elektryczną w procesie zwanym konwersją fotowoltaiczną, zachodzącym w oparciu o krystaliczny krzem, który stanowi podstawowy materiał do produkcji ogniw.
W tym artykule omówię produkujące prąd panele fotowoltaiczne.
Fotowoltaika – czym jest i skąd wzięła się nazwa?
Zanim jednak zaczniesz zastanawiać się, czy fotowoltaikę jest dla Ciebie, zapoznaj się z podstawowym nazewnictwem według pvcalc.pl:
- ogniwo słoneczne to urządzenie fotowoltaiczne, które oświetlone przez słońce produkuje prąd,
- moduł fotowoltaiczny to zabezpieczony przed wpływami otoczenia zestaw połączony ogniw słonecznych,
- panel fotowoltaiczny to zestaw połączonych ze sobą i okablowanych modułów fotowoltaicznych przygotowany wstępnie do montażu.
Nieco upraszczając, połączone razem i zabezpieczone szybą ogniwa to moduły, a zmontowane razem i okablowane moduły to panele.
Nazwa fotowoltaika powstała z połączenia dwóch słów foton i volt. Foton to cząstka elementarna, która jest nośnikiem energii świetlnej, volt to jednostki napięcia. Zatem jest to napięcie wytwarzane przez fotony, czyli po prostu światło, w przypadku paneli jest to światło słoneczne.
Zjawisko fotowoltaiczne zostało odkryte w 1839 roku we Francji. Pierwsze ogniwo produkujące prąd z energii słonecznej powstało pod koniec XIX wieku. Miało ono jednak znikomą sprawność i do konstrukcji wymagało użycia złota. Właśnie koszty konstrukcji ogniw fotowoltaicznych przez długi czas stały na przeszkodzie rozwojowi tej technologii. W drugiej połowie lat 70. dwudziestego wieku koszt jednego wata energii pochodzącego z instalacji fotowoltaicznej wynosił prawie 80 dolarów. Obecnie cena ta spadła do około 30 centów. Jak widać ceny prądu pochodzącego z instalacji spadły nawet kilkaset razy.
Nieustanny wzrost cen energii elektrycznej w ostatnim czasie oraz wzrost świadomości zmian klimatycznych sprawiły, że pozyskiwanie energii wprost ze słońca stało się nie tylko ekonomicznie uzasadnione, ale i modne.
Nowe przepisy dotyczące ogrzewania domów, kładą ogromny nacisk na wykorzystanie odnawialnych źródeł enrgii. Sprawiają też, że montaż instalacji fotowoltaicznej staje się niemal koniecznością.
Niezależnie od lokalizacji domu instalacja fotowoltaiczna obniży Twoje rachunki za prąd
O opłacalności inwestycji decyduje ilość energii, jaką możemy tą droga pozyskać. Jest ona w znacznej mierze uzależniona od lokalnego nasłonecznienia.
Nasłonecznienie to ilość energii słonecznej padająca w określonym czasie na metr kwadratowy powierzchni. Najczęściej podaje się jego wartość w kWh/m²/rok.
Przyjmuje się, że dla Polski nasłonecznienie waha się od 1 000 do 1 150 kWh/m²/rok. Jest ono bardzo zbliżone do tego, jakie występuje w Niemczech, które są europejskim liderem w produkcji energii słonecznej. Warto wziąć więc przykład z sąsiadów zza naszej zachodniej granicy i u siebie także zamontować panele fotowoltaiczne, Okazuje się, że aby inwestycja była opłacalna nie trzeba mieszkać w słonecznych Włoszech czy Hiszpanii.
Planowaną instalację należy dopasować do zapotrzebowania naszego gospodarstwa domowego na energię elektryczną. Jak je zatem policzyć? Najprościej przyjąć 1 000 kWh rocznie na pierwszego członka rodziny i dodając po 500 kWh na każdego kolejnego domownika. Do tego należy doliczyć zużycie energii przez urządzenia grzewcze i klimatyzacyjne. Coraz większą popularnością cieszą się też samochody elektryczne, instalując odpowiednio większą ilość paneli, będziemy mogli jeździć „za darmo”, ładując je energią wprost ze słońca.
Planując zakup i montaż instalacji fotowoltaicznej warto ją zaprojektować z pewnym nadmiarem, czyli zainstalować jeden lub dwa panele więcej niż planowałeś. W naszych domach na pewno pojawią się nowe urządzenia, które też trzeba będzie zasilać prądem. Jest to tym bardziej istotne, że w najbliższym czasie, ceny prądu w Polsce na pewno będą rosły.
Jak można zmagazynować wytworzoną w nadmiarze energię elektryczną?
Wadą ogniw fotowoltaicznych jest to, że produkują najwięcej prądu wtedy, kiedy najmniej go potrzebujemy. Wydawałoby się, że ogniwa wytwarzają najwięcej energii, wtedy kiedy najmocniej świeci słońce, ale to nie do końca prawda. Ponieważ wytwarzają prąd dzięki zjawisku półprzewodnictwa, wydajność tego procesu spada wraz ze wzrostem temperatury powyżej 25 stopni. Zatem panele wyprodukują więcej energii elektrycznej w słoneczny majowy dzień niż w upalne lipcowe południe. Maksimum produkcji nie pokrywa się więc nawet z letnim szczytem zapotrzebowania na prąd, spowodowanym używaniem wentylacji i klimatyzacji.
Biorąc pod uwagę możliwość magazynowania wyprodukowanej energii instalacje fotowoltaiczne możemy podzielić na dwa typy:
- off-grid – czyli niepołączoną w żaden sposób z siecią energetyczną, wtedy sami musimy zatroszczyć się o magazynowanie wyprodukowanej energii elektrycznej,
- on-grid – instalację podłączoną do publicznej sieci energetycznej, która służy nam za wirtualny akumulator – określony umową nadmiar energii odsyłamy do sieci, a nasz operator jest zobowiązany, żeby ją od nas odkupić.
W związku z trudnościami, jakie stwarza magazynowanie dużych ilości energii elektrycznej, wciąż dużo częściej spotykane są rozwiązania typu on-grid.
Najprostszym sposobem przechowywania wyprodukowanego prądu jest zawarcie tak zwanej umowy prosumenckiej i sprzedaż energii elektrycznej do sieci energetycznej. Zostanie nam zainstalowany w domu odpowiedni licznik dwukierunkowy, który zlicza ilość prądu zarówno pobieranego, jak i oddawanego do sieci.
Prosument to połączenie dwóch słów: producent i konsument. Jest to osoba, która aktywnie uczestniczy w wytwarzaniu dóbr, w tym przypadku energii elektrycznej, które potem konsumuje.
Energetyka pobiera prowizję od magazynowanego prądu, zwykle jest to 20%. Dodatkowo na odbiór prądu przesłany do sieci mamy tylko rok. Jest to jednak bardzo dobre rozwiązanie, ponieważ mamy do dyspozycji 80% prądu, który wcześniej wyprodukowaliśmy w nadmiarze.
Ma to oczywiście też swoje minusy:
- mimo tego, że sami produkujemy prąd, w okresie zimowym jesteśmy zdani na prąd z sieci, zerwanie sieci energetycznej wciąż może nas pozbawić dopływu prądu,
- przesyłanie prądu do sieci energetycznej może się wiązać ze wzrostem napięcia w instalacji elektrycznej a co zatem idzie szybszym zużywaniem urządzeń elektrycznych.
Gdzie najlepiej zainstalować fotowoltaikę?
Dach, na którym będziemy ją instalować, powinien być ustawiony jak największą powierzchnią na południe. Ważne jest, by na zainstalowane moduły nie padał na przykład cień komina. Nawet częściowe zacienienie może spowodować znaczące spadki ilości wytwarzanej energii. Dobrym rozwiązaniem może być też zainstalowanie paneli na dachu wolnostojącego garażu. Często taki budynek łatwiej ustawić dachem na południe niż sam dom.
Nowoczesne panele są urządzeniami trwałymi, które właściwie eksploatowane będą służyć wiele lat. Przyjmuje się, że po ponad 20 latach używania powinny zachować co najmniej 80% swojej sprawności. Odpowiednie normy określają też ich wytrzymałość na gwałtowne zjawiska atmosferyczne takie jak na przykład grad. Przy zakupie modułów warto zwrócić uwagę na te z pozoru drugorzędne szczegóły.
Instalacja fotowoltaiczna firm AEG i Telefunken na uniwersytecie w Oldenburgu po 35 latach wciąż miała 90% sprawności!
Jak wybrać odpowiednie panele fotowoltaiczne?
Ponieważ instalacja ma nam służyć dziesięciolecia, warto skorzystać z poleconej i sprawdzonej firmy, która zajmuje się zarówno projektowaniem instalacji jak i sprzedażą oraz montażem paneli. Źle wykonana instalacja może być nie tylko mniej wydajna ale wręcz niebezpieczna dla mieszkańców domu. Należy pamiętać, że moduły zajmą sporo miejsca na dachu. Do wyprodukowania 1 kW energii potrzebujemy około 5 metrów kwadratowych paneli pracujących z pełną wydajnością. Zatem instalacja o mocy 5 kW zajmie 25 metrów kwadratowych dachu.
Być może już w niedalekiej przyszłości całe połacie dachów będą dostarczały prądu. Coraz więcej firm zaczyna produkować dachówki solarne, które są jednocześnie pokryciem dachu i instalacją fotowoltaiczną. Obecnie jest to drogie i przez to niezbyt popularne rozwiązanie, ale za 10-15 lat może być już standardem.
Dofinansowanie indywidualnej instalacji fotowoltaicznej
Jak przypadku większości energooszczędnych technologii tu również można się ubiegać o dofinansowanie z NFOŚiGW. W 2020 roku w ramach programu Mój Prąd można było uzyskać „Dofinansowanie w formie dotacji do 50% kosztów kwalifikowanych mikroinstalacji wchodzącej w skład przedsięwzięcia nie więcej niż 5 tys. zł na jedno przedsięwzięcie.” Pomniejszenie kosztów inwestycji o 5 000 złotych niewątpliwie wpłynie na czas jej amortyzacji, a co zatem idzie na opłacalność całego przedsięwzięcia.
Rosnąca popularność paneli fotowoltaicznych sprawia, że wzrasta ich dostępność na rynku, za czym idzie stały spadek ceny. Wiele prognoz przewiduje, że do 2050 roku panele słoneczne będą podstawowym źródłem energii nie tylko w naszych domach, ale w globalnej gospodarce.