Panele słoneczne, czyli moduły fotowoltaiczne, zamieniają energię światła na prąd stały. Za tę przemianę odpowiada zjawisko fotowoltaiczne zachodzące w ogniwach krzemowych. Ponieważ domowe urządzenia korzystają z prądu zmiennego, wytworzona energia musi jeszcze trafić do falownika, który przekształca ją na prąd użyteczny w gniazdku.
Czym są panele słoneczne?
Panel fotowoltaiczny składa się z połączonych ze sobą ogniw fotowoltaicznych. Ich zadaniem jest przetworzenie światła słonecznego na energię elektryczną. Najczęściej ogniwa wykonuje się z krzemu, czyli materiału półprzewodnikowego.
Określenie „panele słoneczne” bywa też używane w odniesieniu do kolektorów słonecznych, ale są to różne urządzenia. Fotowoltaika produkuje prąd, natomiast kolektory termiczne wykorzystują promieniowanie do podgrzewania wody lub innego płynu. W tym wyjaśnieniu chodzi o panele fotowoltaiczne.
Jak światło zmienia się w prąd?
Podstawą działania panelu jest efekt, a dokładniej zjawisko fotowoltaiczne. Światło docierające do ogniwa składa się z fotonów. Gdy foton uderza w krzem, przekazuje mu swoją energię. W rezultacie elektrony mogą oderwać się od atomów i zacząć się przemieszczać.
Ogniwo ma taką budowę, aby ruch uwolnionych elektronów odbywał się w określonym kierunku. Powstaje różnica potencjałów, a podłączenie obwodu elektrycznego pozwala wykorzystać przepływ elektronów jako prąd. Pojedyncze ogniwa łączy się w większy moduł, aby uzyskać potrzebne napięcie i natężenie.
Panel potrzebuje więc przede wszystkim światła, a nie wysokiej temperatury. Może produkować energię także zimą lub w chłodny, słoneczny dzień. Zachmurzenie ogranicza ilość dostępnego promieniowania, ale nie oznacza całkowitego zatrzymania pracy instalacji.
Od dachu do gniazdka – jak płynie energia?
Panel wytwarza prąd stały oznaczany symbolem DC. Taki prąd nie może bezpośrednio zasilać standardowej domowej instalacji elektrycznej, w której wykorzystuje się prąd zmienny AC. Różnicę między nimi przedstawia tabela:
| Cecha | Prąd stały (DC) | Prąd zmienny (AC) |
|---|---|---|
| Źródło | Panele fotowoltaiczne wytwarzają prąd o tym charakterze. | Powstaje po przekształceniu w falowniku i jest dostępny w instalacji domowej. |
| Zastosowanie | Może zasilać obwód po stronie paneli lub ładować magazyn energii. | Służy do zasilania typowych urządzeń podłączonych do gniazdek. |
| Konwersja | Wymaga przekształcenia przed wykorzystaniem w domu. | Nie wymaga tej konwersji w domowej instalacji elektrycznej. |
Najważniejsze elementy, przez które przechodzi energia, to:
- Panele fotowoltaiczne – odbierają światło i wytwarzają prąd stały.
- Inwerter, czyli falownik – zamienia prąd stały na prąd zmienny oraz kontroluje pracę instalacji.
- Licznik dwukierunkowy – rejestruje energię pobraną z sieci i przekazaną do niej.
Falownik jest centralnym elementem całego układu. Dopasowuje parametry energii do instalacji budynku, monitoruje produkcję i może wyłączyć system w sytuacji wymagającej ochrony. W instalacji on-grid nadwyżka energii, której dom nie zużywa w danej chwili, może zostać przekazana do sieci. Gdy produkcja jest zbyt mała, brakujący prąd płynie z sieci.
W systemie off-grid instalacja nie jest połączona z siecią i zwykle współpracuje z magazynem energii. W typowym systemie on-grid awaria sieci może spowodować wyłączenie fotowoltaiki, nawet gdy panele są oświetlone. Wynika to z zabezpieczenia przed podawaniem napięcia do odłączonej sieci.
Co wpływa na ilość produkowanego prądu?
Najważniejsza jest ilość światła docierającego do ogniw. Na produkcję wpływają zachmurzenie, pora dnia i roku, orientacja paneli oraz kąt ich nachylenia. Zacienienie nawet części modułu może ograniczyć pracę większego fragmentu instalacji, zależnie od jej konfiguracji.
Znaczenie mają także zabrudzenia, liście i śnieg, ponieważ zmniejszają dopływ światła. Wysoka temperatura nie poprawia automatycznie wydajności. Ogniwa nagrzewają się od promieniowania, a ich sprawność może spadać wraz ze wzrostem temperatury. Dlatego chłodny, bezchmurny dzień może przynieść więcej energii niż upalny, lecz pochmurny.
W skrócie: światło wywołuje w ogniwach przepływ elektronów, panel produkuje prąd stały, a falownik przekształca go w prąd zmienny. Dopiero po tej konwersji energia może zasilać standardowe urządzenia domowe.
