Dlaczego fotowoltaika?

Pozyskanie energii elektrycznej ze słońca to proces odbywający się etapami. Jak działa fotowoltaika? Podstawowym elementem instalacji są ogniwa fotowoltaiczne, które aby móc wytwarzać większą ilość energii łączy się w moduły fotowoltaiczne (2). W ogniwach zachodzi zjawisko fotowoltaiczne, dzięki któremu energia ze słońca zostaje przekształcona w prąd stały. Ogniwa są układami zbudowanymi z materiału półprzewodnikowego, który przewodzi ładunek elektryczny w wyniku działania czynników zewnętrznych m.in. w postaci temperatury lub promieniowania słonecznego. Przy produkcji ogniw najczęściej wykorzystywanym półprzewodnikiem jest krzem. Grupa modułów zasilająca jeden falownik tworzy panel fotowoltaiczny (3), natomiast elementem pozwalającym na zamontowanie paneli na gruncie lub budynku jest konstrukcja wsporcza (1), która jednocześnie ma na celu zapewnić stabilność całego układu.

Prąd powstały w modułach zostaje przekazany do falownika (4), którego zadaniem jest przekształcenie go na prąd zmienny cechujący się parametrami zgodnymi z tymi, które posiadają nasze domowe gniazdka (7). Ponadto, falownik dokonuje kontroli pracy naszej mikroelektrowni. Oznacza to, iż na bieżąco dopasowuje on parametry generowanego prądu do parametrów domowej sieci, a także ulega wyłączeniu w momencie wykrycia jakiejkolwiek awarii. Monitoruje on także wszelkie parametry, które mogą być dla nas użyteczne do analizy działania fotowoltaiki.

Licznik dwukierunkowy (5) dokonuje pomiarów dwukierunkowego przepływu prądu tzn. zlicza energię elektryczną wyprodukowaną przez naszą instalację oraz pobraną z sieci energetycznej (6). Może się bowiem zdarzyć, iż energii wytworzonej przez naszą mikroelektrownię będzie za dużo lub za mało w stosunku do naszego zapotrzebowania. W pierwszym przypadku nadmiar energii zostaje przekazany do sieci energetycznej, a my możemy odebrać 80% wyprodukowanej przez nas energii. Jest to związane z systemem opustów dla prosumentów, czyli osób wytwarzających energię na użytek własny. Dla instalacji, których moc nie przekracza 10kWp obowiązuje stosunek 1:0,8 w ramach systemu opustu, co oznacza, że za 1kWh oddaną do sieci właściciel mikroelektrowni może odebrać 0,8 kWh. W przypadku instalacji o mocy między 10 a 50 kWp rozliczamy się w stosunku 1:0,7 – oddana przez nas 1 kWh pozwala nam na odbiór 0,7 kWh. W sytuacji, gdy istniejącego zapotrzebowania nie uda nam się całkowicie pokryć wykorzystując wcześniej wytworzoną i odebraną przez nas energię, pozostała różnica zostaje wyrównana energią z sieci w stosunku 1:1.

Wiemy już, jak działa fotowoltaika. Pora przyjrzeć się bliżej budowie i funkcjonowaniu największej gwiazdy naszej mikroelektrowni – ogniwom fotowoltaicznym. To właśnie w nich zachodzi zjawisko fotowoltaiczne, dzięki któremu energia promieniowania słonecznego jest przekształcana w energię elektryczną.

Jak już pisaliśmy wcześniej, ogniwa fotowoltaiczne zbudowane są z materiału półprzewodnikowego, najczęściej krzemu, który pod wpływem dostarczania energii zamienia się z izolatora (ciało, które nie przewodzi elektryczności) w przewodnik. Ze względu na stopień uporządkowania struktury krystalicznej krzemu wyróżniamy jego trzy odmiany:

Krzem monokrystaliczny, który posiada silnie uporządkowaną strukturę pozbawioną licznych defektów. Ogniwa zbudowane z tego rodzaju krzemu charakteryzują się najwyższą efektywnością przetwarzania energii słonecznej w energię elektryczną (tzw. sprawnością). Sprawność modułu monokrystalicznego plasuje się na poziomie 15-19%. W praktyce oznacza to, że energia promieniowania słonecznego padająca na 1m2 ogniwa zostaje w 15% przekształcona na energię elektryczną.

Krzem polikrystaliczny, który charakteryzuje się mniej uporządkowaną strukturą oraz większą liczbą skaz. Z tego względu sprawność modułów zbudowanych z polikryształów krzemu osiąga 14-16%.

Krzem amorficzny, który nie ma postaci kryształu przez co posiada wysoce chaotyczną strukturę z bardzo dużą liczbą wad. Ma to bezpośredni wpływ na niską sprawność modułów, która wynosi zaledwie 9-14%.

Ze względu na wysoką sprawność, ogniwa mono- i polikrystaliczne z powodzeniem mogą być stosowane w instalacjach budowanych na dachach domów lub w ogródkach. Pamiętajmy jednak, że ogniwa monokrystaliczne są o wiele trudniejsze, a przez to też i droższe, w produkcji niż ogniwa zbudowane z polikryształów. Z tego też względu to właśnie te drugie najczęściej są wykorzystywane w naszych przydomowych instalacjach fotowoltaicznych.

Wiemy już, że w zależności od rodzaju półprzewodnika z jakiego są zbudowane, ogniwa mogą w bardziej lub mniej efektywny sposób przekształcać energię słoneczną w energię elektryczną. Ale jak dochodzi w nich do zjawiska fotowoltaicznego i na czym ono polega? Aby zrozumieć lepiej efekt fotowoltaiczny omówmy najpierw budowę ogniwa krzemowego. Ogniwo składa się z dwóch warstw półprzewodnika. Jedna z nich zbudowana jest z atomów posiadających większą liczbę elektronów na ostatniej z powłok, przez co charakteryzuje się ładunkiem ujemnym (warstwa typu n). Druga zaś złożona jest z atomów posiadających puste miejsca po elektronach tzw. dziury (warstwa typu p). Warstwa ta charakteryzuje się dodatnim ładunkiem elektrycznym. Na granicy tych dwóch warstw atomy z warstwy typu n „oddają” swoje dodatkowe elektrony atomom z warstwy typu p zapełniając ich dziury. W ten sposób powstaje złącze p-n składające się z atomów o obojętnym ładunku elektrycznym.

Produkcja energii elektrycznej w ogniwie fotowoltaicznym ma miejsce tylko wtedy, gdy pada na nie światło słoneczne. Promienie należy przy tym postrzegać, jako strumień cząsteczek (tzw. fotonów) posiadający porcję energii. Energia ta docierając do ogniwa zostaje pochłonięta przez elektrony znajdujące się na ostatniej z powłok elektronowych atomów krzemu na złączu p-n. Elektrony na skutek dostarczonej energii zostają „wybite” z powłok i krążą swobodnie po materiale półprzewodnikowym w warstwie typu n. Jednocześnie w warstwie typu p zwiększa się liczba atomów z dziurami. Prowadzi to do powstania różnicy ładunków na obydwu warstwach tzw. napięcia. Swobodne elektrony z warstwy n dążą do ponownego zapełnienia dziur w atomach znajdujących się w warstwie typu p. Jednak złącze p-n, pełniące rolę „izolatora”, skutecznie im to uniemożliwia. Przyłączenie odbiornika do ogniwa fotowoltaicznego, a tym samym zamknięcie obwodu elektrycznego spowoduje przepływ wolnych elektronów w kierunku atomów z ładunkiem dodatnim. Ten uporządkowany ruch elektronów to prąd! Jego natężenie jest proporcjonalne do natężenia promieniowania słonecznego, a także powierzchni ogniwa fotowoltaicznego.

Co dzieje się dalej? Powstały prąd stały trafia do falownika, który przekształca go na prąd przemienny. Dzięki temu możliwe jest zasilanie naszych domowych sprzętów energią elektryczną.

Uf… Przebyliśmy długą drogę. Dowiedzieliśmy się, jak działa fotowoltaika, nie pozostaje nam już więc nic innego, jak cieszyć się energią słoneczną zasilającą sprzęty znajdujące się w naszym domu!

Jeśli zostałeś właścicielem elektrowni słonecznej, na pewno zauważyłeś, że Twoja faktura różni się od tej, którą do tej pory znałeś. Po zainstalowaniu dobrze dobranej instalacji Twój rachunek sprowadza się do niewielkich opłat stałych na rzecz operatora wynoszących od kilku do maksymalnie kilkunastu złotych miesięcznie.

W przypadku prosumenta na rachunku za prąd pojawiają się  dane dotyczące odczytów z licznika na początku i na końcu okresu rozliczeniowego oraz suma pobranej i wprowadzonej do sieci energii. W szczególności powinny zainteresować Cię takie pozycje jak:

• energia czynna pobrana – jest to ilość energii, którą pobrałeś z sieci do zasilania urządzeń w swoim domu, w momencie gdy Twoja instalacja nie pracowała lub potrzebowałeś jej więcej niż w danym momencie produkowała instalacja,
• energia czynna oddana – ilość energii wyprodukowanej przez instalację, która nie została wykorzystana na bieżące potrzeby i trafiła do sieci,
• saldo energii – wyliczenie wartości zużytej i wyprodukowanej energii elektrycznej w oparciu o dokonane odczyty licznika z uwzględnieniem bilansowania,
• magazyn energii – w tym miejscu znajdziesz informacje o tym, ile energii możesz wykorzystać przez kolejne 365 dni.

Dlaczego warto zostać prosumentem? Zobacz jak kształtowałby się Twój rachunek na przestrzeni lat gdyby nie instalacja fotowoltaiczna.

Okres rozliczeniowy jest to czas między dwoma kolejnymi odczytami licznika, które służą do rozliczenia się. Zazwyczaj sprzedawcy oferują do wyboru jedno-, dwu-, sześcio-  lub dwunastomiesięczny okres rozliczeniowy.

Dla prosumenta najkorzystniejszym okresem na rozliczenie energii będzie półroczny lub nawet roczny. Dlaczego? Ilość wyprodukowanej energii przez panele fotowoltaiczne zmienia się w ciągu całego roku – w miesiącach letnich produkowane są nadwyżki energii, które magazynowane są w sieci i które można odebrać w miesiącach niższej produkcji. Od  momentu wprowadzenia energii do sieci właściciel mikroinstalacji ma rok na rozliczenie nadwyżki.

Należy pamiętać, że im im krótszy okres rozliczeniowy, tym wyższa może być opłata abonamentowa związana z koniecznością częstszego odczytywania licznika.

Częstotliwość otrzymywania rachunków za prąd związania jest z okresem rozliczeniowym, jednak nie oznacza to, że mając roczny okres dostaniemy jeden rachunek. W przypadku okresów rozliczeniowych dłuższych niż miesiąc będziemy otrzymywali fakturę częściej, niż trwa okres rozliczeniowy, na podstawie tak zwanego prognozowanego zużycia prądu.

Prognozę wylicza się na podstawie opłat za energię elektryczną z poprzedniego roku. Co to oznacza dla prosumentów? Rachunek pierwszy rok po założeniu instalacji fotowoltaicznej może być zawyżony względem rzeczywistego zużycia. Rachunek prognozowany nie uwzględnia bowiem energii, którą produkuje instalacja fotowoltaiczna.

W takiej sytuacji prosument może:

• opłacać faktury, a nadpłata, zostanie przekazana na poczet przyszłych rachunków,
• po okresie rozliczeniowym złożyć wniosek do operatora o zwrot nadpłaty,
• złożyć wniosek do zakładu energetycznego o zmniejszenie wysokości prognozowanych faktur wyłącznie do opłat stałych (abonamentowych), a dopiero na koniec okresu rozliczeniowego uiścić ewentualną dopłatę.

Efektywnie dobrana instalacja fotowoltaiczna generuje ogromne oszczędności. Dzięki nowoczesnej technologii jesteśmy w stanie pokryć praktycznie 100% rocznego zapotrzebowania na prąd. Jesienią i zimą, kiedy słońca jest mniej, wykorzystujemy nadwyżki energii wyprodukowanej w miesiącach o większym natężeniu promieniowania. Rachunek za prąd po montażu instalacji fotowoltaicznej może wynieść jedynie kilka-kilkanaście złotych za miesiąc. Kwotę na fakturze tworzą głównie opłaty które ponosimy na rzecz sprzedawcy czy dystrybutora.