Instalacje Fotowoltaiczne

Czym jest i na czym polega zjawisko fotowoltaiczne?

Fotowoltaika to obecnie jeden z najpopularniejszych sposobów wykorzystywania energii słonecznej. Okazuje się jednak, że nie wszyscy wiedzą, na czym dokładnie polega ten proces. Postanowiliśmy to wyjaśnić w prosty i zrozumiały sposób.

Dlaczego fotowoltaika jest taka ważna?

Badania nad możliwością wykorzystania promieni słonecznych do wytwarzania energii trwały od bardzo dawna. Jego początki sięgają początku XX w. i opracowanej przez Alberta Einsteina teorii zjawiska fotoelektrycznego, za którą zresztą otrzymał Nagrodę Nobla. Do wynalezienia paneli fotowoltaicznych konieczne były jednak kolejne dekady. Ostatnie dziesięciolecie wyróżniało się wyjątkowym zainteresowaniem panelami słonecznymi, które zaczęło na swoich dachach montować coraz więcej osób. Wiąże się to przede wszystkim z propagowaną w całej Europie polityką proekologiczą oraz możliwością poczynienia sporych oszczędności. Energia słoneczna, tak jak wodna czy wiatrowa należy do odnawialnych źródeł energii, które w przeciwieństwie do paliw kopalnianych nie może się wyczerpać. Jest również przyjazna dla środowiska – nie powoduje powstawania śladu węglowego czy smogu i nie uszkadza atmosfery.

Czym jest efekt fotowoltaiczny?

Mówiąc najprościej, efektem fotowoltaicznym nazywamy reakcję, która zachodzi w półprzewodniku, z którego wykonane są panele (najczęściej jest to krzem), pod wpływem promieni słonecznych. W jej następstwie dochodzi do powstania ładunku, a tym samym wytworzenia energii. Dzięki falownikowi, który jest częścią instalacji fotowoltaicznej, możliwa jest zmiana powstałego prądu stałego na zmienny, który zostaje skierowany do zasilania gospodarstwa domowego. Duże znaczenie ma tutaj materiał, z którego wykonuje się panele. Wykorzystuje się w tym celu krzem, ponieważ jest on doskonałym półprzewodnikiem. Jest również ogólnodostępnym, naturalnym surowcem, którego pozyskanie nie stanowi problemu. Zanim jednak krzem zostanie wykorzystany w panelach fotowoltaicznych, musi zostać poddany obróbce. Ocenie wykorzystuje się panele z ogniwami poli- i monokrystalicznymi oraz amorficznymi.

Jak działają panele?

Proces przetwarzania promieni słonecznych w energię następuje w kilku etapach. Pierwszym z nich jest ich zgromadzenie. W tym celu wykorzystuje się ogniwa fotowoltaiczne. Są one ze sobą połączone w specjalne moduły, w których zachodzi zjawisko fotowoltaiczne.  Następnie powstały w ten sposób prąd stały, trafia do falownika, który przetwarza go na prąd zmienny. Na tym etapie jest on już gotowy do tego, by trafić do gniazdek i zasilić wszystkie sprzęty domowe.

Przed instalacją paneli fotowoltaicznych należy obliczyć zapotrzebowanie gospodarstwa na energię – dzięki temu ilość paneli zostanie idealnie dobra, tam by wytwarzany przez nie prąd był wystarczający, a przy tym nie powstawały zbyt duże nadwyżki energetyczne.

Nadwyżka energii z fotowoltaiki – co się z nią dzieje?

Dzięki panelom fotowoltaicznym możemy wyprodukować określoną ilość czystej energii. Ich moc oblicza się tak, by zaspokajały potrzeby danego gospodarstwa domowego. Zdarza się jednak, że w wyjątkowo słonecznych miesiącach powstają nadwyżki. Co z nimi zrobić?

Panele fotowoltaiczne to nowoczesny, wydajny, oszczędny i na dodatek ekologiczny sposób wytwarzanie energii niezbędnej do zasilania różnorodnych systemów w naszym domu. Na jej montaż decyduje się coraz więcej osób. Odpowiednie dopasowanie ich mocy do naszych potrzeb pozwoli na poczynienie dużych oszczędności. Dobrą informacją jest również fakt, że w słoneczne, bezchmurne dni (zazwyczaj w okresie od kwietnia do końca sierpnia) panele są w stanie wytworzyć znacznie więcej energii, którą możemy wykorzystać w tej bardziej pochmurnej części roku, czyli jesienią i zimą. Jak to zrobić? Możliwości są dwie.

Oddawanie energii do sieci

Jednym z najpopularniejszych rozwiązań jest instalacja typu on-grid. Dzięki niej nasze panele zostają podłączone do zewnętrznej sieci energetycznej. Po podpisaniu specjalnie przygotowanej umowy, montuje się licznik dwukierunkowy, który pozwala na oddawanie wyprodukowanych nadwyżek energii do sieci oraz późniejsze odbieranie ich. Oznacza to, że niewykorzystana energia nie przepada. Tutaj jednak pojawia się ważna kwestia, bowiem nie wraca ona do naszego domu w proporcji 1:1, czyli dokładnie w takiej ilości, jaką oddaliśmy. W przypadku instalacji o mocy mniejszej niż 10 kWp jest to 80%, natomiast w przypadku większych 70%.

Mimo to, dobrze zaprojektowana instalacja fotowoltaiczna pozwala na cieszenie się darmową energią płynącą ze słońca bez żadnych ograniczeń przez cały rok.

Magazynowanie energii

Kolejnym, znacznie mniej popularnym rozwiązaniem jest instalacja typu off-grid. Nie posiada ona połączenia z siecią zewnętrzną, a wyprodukowane nadwyżki magazynowane są w specjalnych akumulatorach. W takiej sytuacji 100% energii należy do nas, jest to jednak znacznie droższe rozwiązanie.

Ciekawą alternatywą jest również połączenie tych dwóch wariantów. Jest to instalacja hybrydowa, posiadająca zarówno połączenie z siecią, jak i własne akumulatory. Część energii jest oddawana, a część pozostawiana na własny użytek.

Najczęściej jednak spotykamy pierwsze z opisanych rozwiązań, czyli on-grid. Jest ono najpopularniejsze i wyróżnia się sporą wygodą. Korzystanie z nadwyżek jest w pełni zautomatyzowane – oznacza to, że nie wymaga od użytkownika wykonywania żadnych dodatkowych czynności. Dodatkowo produkowane przez właścicieli fotowoltaiki nadwyżki energii nigdy się nie marnują, wpływają na budowanie rozproszonego, a przez to znacznie bezpieczniejszego systemu energetyki.

Panele fotowoltaiczne to duża oszczędność i ochrona środowiska. To inwestycja, która bardzo szybko się zwraca, szczególnie obecnie, dzięki  programom dotacyjnym.

Jak obliczyć moc paneli fotowoltaicznych?

Planujesz montaż paneli fotowoltaicznych, ale nie wiesz, w jaki sposób dopasować ich moc do swoich potrzeb? Postaramy się rozwiać wszystkie Twoje wątpliwości.

Fotowoltaika cieszy się w Polsce coraz większą popularnością. Jest najczęściej wybieranym w gospodarstwach domowych rodzajem OZE. Nie powinno to dziwić, ponieważ jest to praktyczne  i ekologiczne rozwiązanie, umożliwiające poczynienie sporych oszczędności. Na dodatek zakup i montaż paneli fotowoltaicznych pozwala na uzyskanie częściowego zwrotu kosztów. Zanim jednak do tego dojdziemy, musimy się zastanowić, jakiej mocy instalacji potrzebujemy.

Jak wyliczyć moc instalacji? Sprawdzone wzory

Oczekiwaną moc naszych paneli możemy sprawdzić na kilka sposobów. Są one uzależnione od ilości danych, które posiadamy. Uzależnione jest również od tego, w jakim okresie roku zużywamy najwięcej energii.

Jednym ze sposobów jest pomnożenie miesięcznej kwoty rachunku za energię elektryczną przez 12 miesięcy roku, a następnie jeszcze przez 2 i podzielenie przez produkcję roczną, przedstawioną w kW. Otrzymany wynik da nam właściwą moc instalacji fotowoltaicznej. Można to łatwo przedstawić za pomocą wzoru, zakładając, że rachunek za prąd wynosi 200 zł, a średnia produkcja roczna 900 kW. Wtedy równanie będzie wyglądało tak:

200 x 12 x 2 / 900 kWh = 5,33 kWh

Kolejną możliwość warto zastosować w przypadku, gdy nasze zużycie energii jest znacznie wyższe zimą niż w lecie – jest to powszechna sytuacja np. przy wykorzystywaniu ogrzewania elektrycznego. Wtedy powyższy wzór należy lekko zmodyfikować – zamiast mnożyć przez 2, mnożymy przez 2,1. Jest to w zasadzie jedyna zmiana, obliczenie, przy tych samym wartościach powinno wyglądać tak:

200 x 12 x 2,1 / 900 kWh = 5,6 kWh

Czy istnieją inne sposoby?

Następną propozycją, którą można wykorzystać, znając swoje roczne zużycie energii jest pomnożenie jego wysokości przez 1,2, a następnie podzielnie przez produkcję roczną. Jest  to nieco szybszy i łatwiejszy sposób wyliczeń. Warto wspomnieć, że kwotę rocznego zużycia energii można znaleźć na rachunku za prąd.

Jeśli dokonanie obliczeń sprawia kłopoty, można skorzystać z pomocy specjalisty w tej dziedzinie. Coraz popularniejsze są również internetowe kalkulatory.

Jak oszacować przyszłe zużycie energii?

W tym celu konieczne jest przeanalizowanie swojego trybu życia oraz ewentualnych zmian, które planujemy wprowadzić. Na rachunkach za prąd możemy zobaczyć nasze roczne zużycie energii, które jest dobrym wykładnikiem również na przyszłość. Ewentualne zmiany mogą się wiązać z wymiany pewnych sprzętów AGD – na przykład kuchenki gazowej na eklektyczną,  montażu elektrycznego ogrzewania wody czy pompy ciepła.

W takiej sytuacji zużycie energii z pewnością wzrośnie, co należy wziąć pod uwagę podczas montażu paneli fotowoltaicznych.

Projektowanie instalacji fotowoltaicznej – najważniejsze informacje

Instalacje fotowoltaiczne zyskują na popularności, co wynika z coraz większej świadomości ekologicznej konsumentów. Z tego powodu od firm instalatorskich, które oferują zarówno projektowanie, jak i montaż fotowoltaiki, wymaga się coraz większej odpowiedzialności. Klienci oczekują doboru odpowiednich komponentów instalacji oraz opracowania takiego projektu, który będzie dostosowany do ich indywidualnych potrzeb – instalacja musi być wydajna i bezawaryjna.

Projektowanie instalacji fotowoltaicznej

Opracowanie projektu elektrowni solarnej to proces skomplikowany. W trakcie jego trwania nie powinny wystąpić żadne błędy, ponieważ w przyszłości mogą one skutkować tym, że instalacja nie będzie działać w prawidłowy sposób. Sam proces projektowania powinien być poprzedzony pomiarem dachu, określeniem rodzaju jego poszycia i orientacji budynku względem słońca. Etapy tworzenia projektu instalacji fotowoltaicznej są następujące:

• zebranie niezbędnych informacji o budynku,
• dobór mocy instalacji – musi pokryć roczne zapotrzebowanie konsumenta na energię elektryczną, włącznie ze stratami,
• zaplanowanie rozmieszczenia paneli fotowoltaicznych na dachu z uwzględnieniem zacienienia,
• wyliczenie zysków energii z instalacji fotowoltaicznej.

Schemat instalacji fotowoltaicznej

Każda instalacja składa się z kilku lub kilkunastu paneli fotowoltaicznych, które są w stanie pozyskiwać energię ze słońca. Moduły są ulokowane na konstrukcji wsporczej – na dachu lub w gruncie. W skład instalacji fotowoltaicznej wchodzi również falownik (inwerter), którego zadaniem jest kontrolowanie całego procesu i uzyskanie prądu zmiennego. Kolejnym elementem instalacji jest licznik dwukierunkowy, który jest podłączony do sieci energetycznej i umożliwia oddawanie nadwyżek energii elektrycznej. Aby zrozumieć skomplikowany proces działania instalacji fotowoltaicznej, warto zapoznać się z jej schematem. Może on dotyczyć:

• instalacji fotowoltaicznej off-grid – system nieprzyłączony do sieci (wyspowy),
• instalacji fotowoltaicznej on-grid – elektrownia fotowoltaiczna podłączona jest do zewnętrznej sieci energetycznej,
• instalacja hybrydowa – połączenie paneli fotowoltaicznych i magazynów energii.

Schemat instalacji fotowoltaicznej jest kluczową kwestią z punktu widzenia bezpieczeństwa. Instalacja on-grid wymaga przyłączenia do sieci energetycznej, a operatorzy żądają przedstawiania schematu, prezentującego w jaki sposób będzie to wykonane. Zdarzają się sytuacje, kiedy schemat instalacji fotowoltaicznej jest potrzebny do określenia zabezpieczeń pożarowych. Instalacja o mocy wyższej niż 6,5 kW wymaga projektu zgodnego z ochroną przeciwpożarową.

Dobry projekt instalacji fotowoltaicznej, czyli jaki?

Nie ma dwóch takich samych projektów instalacji fotowoltaicznych, ponieważ każdy z nich będzie inny – dostosowany do zapotrzebowania domu, firmy lub gospodarstwa rolnego. Personalizacja projektu stanowi zapewnienie, że elektrownia solarna spełni oczekiwania i potrzeby inwestora oraz umożliwi mu niezależność od zewnętrznych dostawców energii. Każdy projekt powinien być poprzedzony wizytą na miejscu, a także rozmową z klientem, które pozwolą precyzyjnie dobrać rodzaj i moc instalacji. Dobry projekt zagwarantuje prawidłową pracę elektrowni solarnej, generując oszczędności dla konsumenta.

Panele fotowoltaiczne – wymiary, waga. Jakie są rozmiary paneli fotowoltaicznych?

Podstawą projektu instalacji fotowoltaicznej są jej wymiary i ciężar. Jeżeli budynek, na którym mają być zamontowane panele fotowoltaiczne, jest stary, większe będą ograniczenia, dotyczące wagi komponentów. Z biegiem lat rozmiary paneli fotowoltaicznych uległy ujednoliceniu. Kluczową kwestią przy dobieraniu wymiarów i wagi paneli słonecznych, jest określenie mocy instalacji, niezbędnej do pokrycia zapotrzebowania na energię ze słońca.

Co wpływa na wymiary instalacji fotowoltaicznej?

Przed montażem fotowoltaiki, trzeba zdecydować, jakie fotowoltaiczne panele spełnią oczekiwania użytkownika. Dobierając wagę i wymiary paneli słonecznych, należy wziąć pod uwagę:

• koszt instalacji fotowoltaicznej,
• zacienienie dachu,
• zapotrzebowanie na energię elektryczną,
• powierzchnię oraz kształt dachu,
• ilość promieni słonecznych, docierających do dachu.

Panele słoneczne – wymiary

Każdy z paneli fotowoltaicznych składa się z mniejszych jednostek, połączonych ze sobą – ogniw. Najczęściej spotykane wymiary ogniw to 15×15 cm.

Panele fotowoltaiczne – rodzaje i parametry

W sprzedaży dostępne są panele fotowoltaiczne, składające się z:

• 48 ogniw,
• 60 ogniw,
• 72 ogniw.

Standardowym połączeniem ogniw fotowoltaicznych są rzędy po 6, które tworzą panele. Najczęściej montowanymi panelami fotowoltaicznymi są te, zawierające 60 ogniw słonecznych. Niedawno na rynku pojawiły się panele 63-ogniwowe, produkowane w technologii half cut, łączące w sobie wysoką wydajność z niewielkim rozmiarem. Z kolei panele fotowoltaiczne, składające się z 72 ogniw, są znacznie większe i cięższe na tle pozostałych. Istotną cechą jest jednak sprawność ogniwa słonecznego. Wraz ze wzrostem jego efektywności, rośnie cena paneli słonecznych. Wymiary paneli fotowoltaicznych są obecnie do siebie bardzo zbliżone. Szerokość najczęściej wynosi około 100 cm, a długość waha się pomiędzy 165 a 170 cm. Grubość standardowych paneli o mocy 280 W osiąga 40 mm.

Panel fotowoltaiczny – waga

Waga paneli fotowoltaicznych determinuje rodzaj zamontowanej instalacji. Najmniejsza nośność dachu dla instalacji fotowoltaicznej powinna wynosić ok. 250 kg/m2. Większość dostępnych w sprzedaży paneli fotowoltaicznych posiada standardowe wymiary. Ile waży panel fotowoltaiczny? Przyjęło się, że waga takiego panela powinna mieścić się w przedziale 18-25 kg. Znając ciężar i wymiary paneli fotowoltaicznych można w bardzo łatwy sposób obliczyć wagę całej instalacji. Jest to szczególnie istotne w przypadku dachów starszych budynków, ponieważ tutaj występują pewne ograniczenia w ich obciążaniu.

Wymiary paneli słonecznych a wielkość całej instalacji

Od rozmiaru pojedynczego panelu fotowoltaicznego będzie zależeć wielkość całej instalacji PV. Im większa moc paneli fotowoltaicznych, tym mniejsze będą wymiary całkowite instalacji, która ma osiągnąć pożądaną wydajność. Dlatego też wybór panelu o mocy np. 500 W sprawi, że zapotrzebowanie na energię elektryczną zaspokoi mniejsza ilość paneli, co pozwoli zaoszczędzić przestrzeń na powierzchni dachu.

Jak wybrać falownik do fotowoltaiki?

Falownik, zwany również inwerterem lub przetwornikiem, to kluczowy element instalacji fotowoltaicznej, który ma wpływ na jej wydajność i bezpieczeństwo. Do czego służy? Co wziąć pod uwagę podczas wyboru inwertera? Kto powinien odpowiadać za tę decyzję? Więcej na ten temat w poniższym tekście. 

Czym jest falownik?

Nie bez powodu falownik (inwerter) nazywa się często sercem całej instalacji fotowoltaicznej. Jego główną rolą jest przetwarzanie prądu stałego (DC) z paneli słonecznych w prąd zmienny (AC o parametrach 230 V, 50 Hz), dzięki któremu zasilane są domowe sprzęty, oświetlenie i tym podobne. Oznacza to, że falownik musi dostarczać prąd zmienny zsynchronizowany z całą siecią i jednocześnie zapewniać maksymalne bezpieczeństwo użytkowników. Poza tym inwerter kontroluje pracę całej instalacji oraz zbiera dane na temat jej wydajności. 

Z czego składa się falownik? 

Inwertery do fotowoltaiki ze względu na swoją rolę są urządzeniami specjalistycznymi, składającymi się z kilku układów niezbędnych w trakcie procesu przemiany prądu stałego w prąd zmienny. Najczęściej spotykane falowniki posiadają: 

1. Układ wejściowy łączących falownik z panelami fotowoltaicznymi. Jeśli mowa o tzw. mikrofalownikach, to jeden falownik odpowiada wówczas jednemu panelowi. W przypadku falownika łańcuchowego cała instalacja przypada na jeden inwerter. 
2. MPPT (Maximum Power Point Tracker), czyli układ śledzenia maksymalnego punktu mocy modułów fotowoltaicznych, który optymalizuje działanie modułów i pozwala uzyskać nawet do kilkunastu procent więcej energii. To jeden z kluczowych elementów wpływających na wydajność instalacji. 
3. Układ przetwarzający prąd stały na zmienny. 
4. Układ sterujący w formie wyświetlacza LCD lub modułu Wi-Fi łączącego się z komputerem/smartfonem. Dzięki niemu mamy kontrolę nad parametrami instalacji i jej wydajnością.

Jak wybrać falownik do fotowoltaiki?

Przed podjęciem decyzji należy wziąć pod uwagę wiele czynników i parametrów inwertera fotowoltaicznego, w tym między innymi: 

1. Czy instalacja fotowoltaiczna będzie podłączona do sieci? Na rynku dostępne są dwa rodzaje falowników – wyspowe, które posiadają dodatkowy akumulator magazynujący energię elektryczną. Są stworzone z myślą o instalacjach niepodłączonych do sieci. Drugi rodzaj (tzw. on-grid) jest podłączony do sieci i w momencie, gdy ta przestaje dostarczać prądu, falownik wyłącza całą instalację. 
2. Jaka jest sprawność falownika? Inaczej mówiąc, jest to stosunek skutecznej elektrycznej mocy wyjściowej prądu AC falownika do elektrycznej mocy wejściowej prądu DC. W Polsce sprawność ta powinna wahać się od 80% do 120%. Wyższy wariant, gdy nominalna moc modułów jest większa niż falownika, wybiera się z uwagi na fakt, iż panele fotowoltaiczne rzadko pracują na maksimum swoich możliwości (do tego niezbędne są wzorcowe warunki). 
3. Ile potrzebujemy faz? Falowniki dzielimy na jedno- oraz trójfazowe. Te pierwsze są przeznaczone do mniejszych, przydomowych sieci o mocy do 3 kW. Inwertery trójfazowe natomiast montuje się w przypadku instalacji o mocy powyżej 3,68 kW. Umożliwiają one przetwarzanie prądu stałego na prąd zmienny o napięciu 230/400 V. Oba rodzaje falowników różni cena – te trójfazowe są droższe o kilkanaście do kilkudziesięciu procent. 
4. Jaką ma klasę odporności IP? Inwerter fotowoltaiczny pracuję bez przerwy, w związku z czym jest nieustannie narażony na działanie opadów czy pyłów. Jego odporność na te czynniki wskazuje klasa IP, która w wypadku tych urządzeń powinna mieć wartość minimum 65. 
5. Jak jest gwarancja? Instalacja fotowoltaiczna ma służyć przez wiele lat, dlatego gwarancja na falownik powinna wynosić przynajmniej 10 lat. Nie zaleca się inwestowanie w inwertery producentów, którzy oferują krótszą gwarancję. 
6. Jaki zakres temperatur pracy ma falownik? Podobnie jak w przypadku odporności na opady i pyły, falownik jest również narażony na skrajne temperatury. Z tego powodu powinien sprawnie funkcjonować w zakresie od -25°C do +60°C. Dodatkowym atutem danego modelu może być układ chłodzenia – do wyboru najczęściej mamy pasywny lub w postaci wentylatorów. 
7. Czy falownik ma transformator, czy jest go pozbawiony? Falowniki bez transformatora są stosowane w mniejszych instalacjach, głównie ze względu na zaawansowane systemy bezpieczeństwa, które nie wymagają tego elementu. 
8. Czy falownik posiada wszystkie niezbędne certyfikaty? Bezpieczeństwo instalacji zależy od sprawności inwertera, dlatego musi on spełniać określone normy, takie jak: PN-EN 61000-3-2, PN-EN 61000-3-3, PN-EN 61000-3-12, PN-EN 61000-3-11 i PN-EN 50438. Ponadto istotne są także deklaracje zgodności z dyrektywami 2014/35/UE oraz 2014/30/UE.

Ze względu na mnogość czynników decyzję o wyborze producenta i parametrów inwertera fotowoltaicznego nie decyduje inwestor, ale wyspecjalizowana firma, która buduje instalację PV. Warto powierzyć tak istotny projekt profesjonalistom, którzy dobiorą falownik zgodnie z warunkami i oczekiwaniami inwestora.