Panele fotowoltaiczne - niedoceniane źródło energii elektrycznej

Panele fotowoltaiczne, nazywane też panelami słonecznymi, są czasami mylone z kolektorami słonecznymi. Tymczasem instalacja fotowoltaiczna działa zupełnie inaczej i całkiem inne jest jej przeznaczenie. Nie podgrzewają wody jak kolektory, tylko przekształcają energię słońca w elektryczną. Jak wyglądają formalności związane z montażem instalacji fotowoltaicznej? Gdzie można je zainstalować? Czy zarabianie dzięki słońcu faktycznie jest możliwe i ile można na tym zaoszczędzić? Poznaj fakty i mity na temat fotowoltaiki.

Czy warto zainwestować w instalację fotowoltaiczną? Prawdy i mity na temat fotowoltaiki

1. Domowa instalacja fotowoltaiczna może zaspokoić 100% zapotrzebowania na prąd - PRAWDA

Dobrze zaprojektowana instalacja PV może zaspokoić potrzeby energetyczne przeciętnej polskiej rodziny. Prąd ten z powodzeniem zasili domowe urządzenia: pralkę, lodówkę, telewizor, komputer, suszarkę, żelazko (można by długo wymieniać) i dostarczy prąd do oświetlenia w domu.

2. Montaż instalacji to urzędnicza droga przez mękę - MIT

Zgodnie ze znowelizowanym Prawem budowlanym montaż urządzeń fotowoltaicznych o zainstalowanej mocy elektrycznej do 40 kW nie wymaga pozwolenia na budowę.

3. Instalacja fotowoltaiczna nie wymaga zmian w konstrukcji domu - PRAWDA

Montaż instalacji nie wymaga na ogół wzmacniania dachów, standardowo projektowanych na obciążenia dużo wyższe niż te, które pochodzą od paneli. Jedynym wymogiem jest zapewnienie panelom wymaganej niezacienionej powierzchni dachu. Dla paneli o łącznej mocy 4,5 kW minimalna wymagana powierzchnia to ok. 30 mkw., skierowana na południe lub południowy-zachód (w ostateczności południowy-wschód). W przypadku gdy na dachu brak takiej powierzchni można postawić konstrukcję na gruncie – wystarczy niezacieniony kawałek działki.

Co to jest fotowoltaika

Zjawisko fotowoltaiczne polega na bezpośrednim przetwarzaniu światła słonecznego w energię elektryczną. W wyniku naświetlania fotoogniwa zawierającego krzem między jego górną i dolną warstwą powstaje różnica potencjałów (napięcie). W pojedynczym ogniwie napięcie to nieznacznie przekracza 0,5 V. Jest ono w stanie wytworzyć maksymalnie około 2 W mocy, a to zbyt mało, by mogło znaleźć praktyczne zastosowanie.

W celu uzyskania większego napięcia oraz większej mocy ogniwa są łączone szeregowo lub równolegle w tak zwane moduły fotowoltaiczne. Moc takiego modułu (te dostępne w sprzedaży mają powierzchnię od 0,3 do 1 m2) jest wyrażana w watach mocy szczytowej (Wp – watt peak) i wynosi zwykle od 30 do 120 Wp.

Wielkość (natężenie) prądu na wyjściu modułu jest ściśle związana z nasłonecznieniem, ale może być zwiększona przez równoległe łączenie modułów. Za to napięcie otrzymywane z modułu tylko w niewielkim stopniu zależy od poziomu nasłonecznienia. W praktyce moduły rzadko pracują w warunkach standardowych, dlatego ich efektywność lepiej określa charakterystyka prądowo-napięciowa wydajności w szerokim zakresie warunków pracy.

• Przeczytaj także: FALOWNIK - serce instalacji fotowoltaicznej. Jaki wybrać?

Jak jest zbudowany panel fotowoltaiczny

Moduły są umieszczone w obudowie chroniącej je przed korozją, wilgocią, zanieczyszczeniami i wpływem czynników atmosferycznych. Łączy się je w większe zespoły zwane panelami. Te ostatnie zamontowane na konstrukcjach mocujących z dołączonym do nich okablowaniem są nazywane kolektorem fotowoltaicznym (PV array). W mniejszych systemach kolektor fotowoltaiczny może zawierać pojedynczy panel. Urządzenia fotowoltaiczne są trwałe, łatwe w obsłudze i bezpieczne dla środowiska.

Mogą być budowane jako niezależne systemy o mocy od kilku mikrowatów do kilku megawatów. Pozwala to na stosowanie ich w różnych warunkach. Produkuje się moduły i panele o różnej wielkości, również zintegrowane z dachami lub fasadami budynków oraz szczególne – odporne na korozję wywołaną słoną wodą morską czy półprzezroczyste, które mogą dodatkowo pełnić funkcję okna. Każde zastosowanie urządzenia fotowoltaicznego ma charakter indywidualny, dlatego powinno być osobno zaprojektowane.

Instalacja współpracująca z ogniwami fotowoltaicznymi

W skład układu fotowoltaicznego oprócz paneli wchodzi inwerter, najczęściej zintegrowany z wyłącznikiem prądu stałego. Jedną z jego funkcji jest przetwarzanie prądu stałego na przemienny o częstotliwości sieciowej 50 Hz. Energia wytwarzana w panelach fotowoltaicznych może służyć do bezpośredniego zasilania odbiorników prądu stałego, na przykład lamp diodowych (LED), a przetworzona w inwerterze do zasilania odbiorników prądu przemiennego. Ponadto jest możliwe magazynowanie energii elektrycznej w baterii akumulatorów i czerpanie jej w dowolnym momencie, gdy jest potrzebna. Regulator ładowania umieszczony przy baterii akumulatorów chroni je przed przeładowaniem, a w nocy zabezpiecza przed rozładowaniem spowodowanym wstecznym przepływem prądu.

Gdy akumulator jest w pełni naładowany, proces ładowania zostaje przerwany. Większość regulatorów ma funkcję zapobiegającą zniszczeniu akumulatora na skutek całkowitego rozładowania. Kiedy napięcie w akumulatorze spada do niebezpiecznie niskiego poziomu, następuje odcięcie dopływu prądu do urządzeń korzystających ze zgromadzonej w nim energii.

Ze względu na spadki napięć oraz stosunkowo wysokie natężenie prądu stałego połączenia pomiędzy panelem i akumulatorem oraz odbiornikami muszą być możliwie krótkie i wykonane przewodami o dużym przekroju.

Fotowoltaika – nasza przyszłość?

Inwestycja w kolektory fotowoltaiczne jest stosunkowo kosztowna. Dziś szacowany okres zwrotu wynosi średnio od dwóch do sześciu lat, w Polsce trzeba mówić raczej o kilkunastu, a nawet ponad 20 latach. Aby obniżyć koszt inwestycji, można poszukać paneli słonecznych oraz regulatorów za granicą – są tańsze, ale kupione tam nie będą u nas objęte gwarancją.

U naszych zachodnich sąsiadów panele fotowoltaiczne cieszą się dużym powodzeniem, ponieważ dostarczają spore ilości taniej i odnawialnej energii elektrycznej. Inwestycje w instalacje wykorzystujące słońce są tam jednak korzystnie dotowane. W Polsce są traktowane po macoszemu. W Pakiecie informacyjnym dla przedsiębiorców zamierzających wytwarzać energię elektryczną w odnawialnych źródłach energii wydanym w listopadzie 2011 r. przez Urząd Regulacji Energetyki jest mowa o energii wiatru lub spadku rzek, natomiast energię słoneczną pominięto. Często można się także spotkać z opinią, że w warunkach polskich jest to źródło nierokujące nadziei. Tymczasem, gdy popatrzymy na mapę ilustrującą stopień nasłonecznienia w Europie, wyraźnie widać, że większość terenów w Polsce nie odbiega pod tym względem od północno-wschodnich obszarów Niemiec, a tam panele fotowoltaiczne są stosowane na dużą skalę. Według prognoz specjalistów niemieckich po 2050 r. energia słoneczna będzie stanowić podstawowe źródło energii odnawialnej.

W Niemczech 40% z ponad 300 000 instalacji fotowoltaicznych jest zainstalowanych na małych domach i ma moc do 10 kW. Produkcja energii elektrycznej na własne potrzeby jest tam dotowana (dopłaty do kosztów zakupu urządzeń, korzystna relacja ceny energii odsprzedawanej do zakładu energetycznego w okresach nadprodukcji do ceny jej zakupu w czasie, gdy własna produkcja nie wystarcza na pokrycie potrzeb), co zapewnia jej opłacalność. W Danii ekologiczna produkcja energii elektrycznej, także mocno rozwinięta, odbywa się głównie w elektrowniach wiatrowych i jest również dotowana. Wysokość dopłat zależy od wieku farmy wiatrowej, daty włączenia do sieci, liczby przepracowanych godzin w roku oraz formy własności. Ostatnio także w Polsce powstają warunki formalne do odsprzedawania nadmiaru energii elektrycznej produkowanej przez indywidualne osoby. Wymaga to jednak załatwienia szeregu formalności oraz zainstalowania dodatkowego układu pomiarowego, który będzie obliczał ilość energii wysłanej do sieci. Jest do tego także potrzebna zgoda Urzędu Regulacji Energetyki.

Gospodarstwo domowe wytwarzające energię elektryczną we własnej minielektrowni (wiatraku, baterii słonecznej) musi jednak i tak korzystać z dostawcy energii elektrycznej z krajowego źródła, nie może z tego całkiem zrezygnować. Nadmiar energii może sprzedawać energetyce, ale nie otrzyma zniżki za energię kupowaną od zakładu energetycznego – własną energię sprzedaje po niższej cenie, a musi kupować drożej.

Wprawdzie za wyprodukowaną energię dodatkowo przysługuje też „zielone świadectwo pochodzenia” energii wydawane przez Urząd Regulacji Energetyki, czyli dopłata w wysokości 240 zł do każdego wytworzonego megawata energii, ale to na razie nie wystarczy, aby sprzedaż energii do zakładów energetycznych uznać za opłacalną. Można się nieco pocieszać tym, że panele będą stanowić źródło rezerwowego zasilania w razie wystąpienia przerw w dostawie energii z sieci elektroenergetycznej, tych planowych i tych zdarzających się coraz częściej – awaryjnych, wywołanych przez nietypowe zjawiska pogodowe.