Panele fotowoltaiczne - wszystko, co warto o nich wiedzieć

Czym są i jak działają ogniwa fotowoltaiczne?

Ogniwa fotowoltaiczne to krzemowe płytki półprzewodnikowe. W ich wnętrzu znajduje się pole elektromagnetyczne (zwane także barierą potencjału). Promienie słoneczne padające na ogniwo wytrącają elektrony z miejsca na półprzewodnikach. W ten sposób tworzą się pary nośników o przeciwnych ładunkach (elektrony ujemne oraz dodatnie). Owe ładunki ulegają rozdzieleniu dzięki działaniu pola elektrycznego. To z kolei sprawia, że na ogniwach pojawia się napięcie elektryczne, które można wykorzystać po podłączeniu urządzeń czerpiących energię.

Współczesne panele działają od świtu do zmierzchu. W pochmurne dni wykorzystują promienie rozproszone, co sprawia, że mogą działać bez względu na pogodę.

Rodzaje ogniw montowanych w domach

Znamy obecnie cztery typy ogniw (selenowe, krzemowe, barwnikowe oraz polimerowe), jednak w ofertach producentów działających na polskim rynku znajdziemy jedynie panele fotowoltaiczne wyprodukowane na bazie krzemu. W domach jednorodzinnych stosuje się:

Monokrystaliczne ogniwo słoneczne – wyprodukowane z pojedynczego kryształu krzemu przeciętego na niewielkie kawałki. Łatwo je rozpoznać po charakterystycznej, bardzo ciemnej barwie. Tego typu panele słoneczne charakteryzują się dużą żywotnością oraz wysoką sprawnością. Monokrystaliczne ogniwo jest w stanie przetworzyć od 17 do 22 proc. energii słonecznej, co jest dość zadowalającym wynikiem. Pojedynczy panel ma zazwyczaj moc 150-180 W. Jedynym istotnym mankamentem stają się koszty. Niestety cennik ogniw fotowoltaicznych tego typu jest dość wysoki.

Polikrystaliczne ogniwo słoneczne – wyprodukowane z polikrystalicznego kryształu krzemu. Można je rozpoznać po niebieskawej barwie. Charakterystyczną cechą ogniw polikrystalicznych jest duża odporność, atrakcyjna jest również ich cena. Tego typu panele słoneczne mają sprawność pomiędzy 14 a 18 proc. Według wielu ekspertów zastosowanie ogniw polikrystalicznych jest najlepszym rozwiązaniem w naszych warunkach klimatycznych.

Amorficzne– są najbardziej zaawansowane technologicznie, powstają z niewykrystalizowanego (amorficznego) krzemu. Można je odróżnić po delikatnie bordowym zabarwieniu oraz nieco mniejszych rozmiarach. Co ciekawe, ogniwa amorficzne mogą tworzyć eleganckie moduły, które montuje się na daszkach czy balustradach budynku. Tego typu elektrownie słoneczne są najmniej wydajnym rozwiązaniem. Ich sprawność wynosi 6-10 proc. Warto jednak podkreślić, że najistotniejszą zaletą tego rozwiązania jest atrakcyjna cena zakupu. Ceny paneli fotowoltaicznych tego typu są najbardziej atrakcyjne dla naszej kieszeni.

Do systemów ogniw fotowoltaicznych można otrzymać atrakcyjne dofinansowanie z budżetu państwa. Jeżeli jesteś zainteresowany, więcej informacji na ten temat znajdziesz TUTAJ.

Systemy ogniw

Same panele nie wystarczą do przetworzenia energii słonecznej na elektryczną. Potrzeba do tego zintegrowanego systemu, który umożliwi pracę ogniw. W ofertach handlowych znajdziesz dwa typy systemów

• Off grid (system autonomiczny) - tworzy układ zamknięty, w którym energia jest przekazywana do akumulatora bądź bezpośrednio do urządzeń elektrycznych.
• On grid (system otwarty) – tego typu elektrownie słoneczne nie posiadają akumulatorów. Nadwyżki energii elektrycznej nie są magazynowane, lecz odprowadzane do sieci publicznej.

Oba systemy mogą być podłączone bezpośrednio do urządzeń elektrycznych bądź wyposażone w dodatkowy falownik, który zamienia prąd ze stałego w zmienny. Najbardziej zaawansowane technologicznie elektrownie słoneczne wyposaża się w wydajne akumulatory oraz sterowniki. Sterownik potrafi automatycznie przełączać zasilanie z solarnego (gdy bateria jest już wyczerpana) na energię dostarczaną z sieci publicznej. Jest to dość wydajne i funkcjonalne rozwiązanie, które zwiększa komfort posiadania instalacji fotowoltaicznej.

Najistotniejsze parametry fotowoltaiki

Przed zakupem ogniw fotowoltaicznych warto zapoznać się z ich specyfikacją techniczną. Niektóre parametry będą opisane w dość skomplikowany sposób, jednak przeciętnemu użytkownikowi wystarczą informacje dotyczące parametrów podstawowych. Z pewnością warto zwrócić uwagę na takie parametry jak:

Tolerancja mocy – parametr, który oznacza minimalną moc modułu w określonych warunkach. Wartość powinna mieścić się w zakresie 0-5 proc.

Moc szczytowa (zwana także mocą maksymalną) – określana symbolem Wp. Parametr mówi o maksymalnej mocy uzyskanej przez ogniwa fotowoltaiczne w optymalnych warunkach pogodowych. Pamiętaj jednak, że maksymalna moc będzie spadać wraz z upływem czasu pracy ogniw.

Maksymalne napięcie systemu – parametr wskazuje maksymalne napięcie, w którym mogą pracować panele słoneczne połączone z systemem. Wartość maksymalnego napięcia waha się pomiędzy 600 a 1 000 V.

Napięcie jałowe – nazywane także napięciem obwodu otwartego. Parametr określa maksymalne napięcie modułów, które nie są podłączone do odbiorników. Jego wartość waha się w granicach 20-50 V.

Maksymalne napięcie mocy – jest to napięcie uzyskiwane przy pracy z mocą maksymalną.

Współczynnik wypełnienia – parametr oznaczający stosunek rzeczywistej energii uzyskanej z ogniw do ich mocy pozyskanej przy maksymalnym natężeniu i napięciu. Określany jest w procentach i nie powinien być niższy niż 70 proc.

Natężenie prądu w mocy maksymalnej – parametr określany w amperach. Oznacza maksymalne natężenie prądu przy pracy z maksymalną mocą.

Temperatura pracy – jest to szczególnie istotny parametr. Panele słoneczne będą narażone na działanie zmiennych warunków pogodowych, dlatego temperatura pracy powinna posiadać jak najszerszy zakres, np. -od 45 st. C do 90 st. C.

Waga– to parametr ważny podczas prac instalacyjnych. Warto zwrócić na niego uwagę i obliczyć maksymalne obciążenie dachu. Z reguły pojedynczy panel o standardowych rozmiarach waży do 30 kg (chociaż zdarzają się też znacznie cięższe). W ofertach handlowych znajdziemy też małe panele modułowe, których waga wynosi ok. 2 kg. Przeważnie stosuje się je na balustradach i niewielkich zadaszeniach.

Wymiary– mogą zadecydować o kosztach instalacyjnych. Standardowy moduł ma rozmiary 30 x 45 cm, jednak w ofertach producentów znajduje się także wiele większych oraz mniejszych modeli.

Ile kosztują panele fotowoltaiczne?

Elektrownie słoneczne nie są w Polsce zbyt rozpowszechnione. Ich cena może być nadal bardzo wysoka. Przed zakupem ogniw trzeba pamiętać, że cennik poszczególnych producentów może być dość zróżnicowany, dlatego warto przejrzeć jak największą liczbę ofert. Najtańsze (ale też trudno dostępne) są ogniwa amorficzne. Cena pojedynczego elementu może wynieść od 800 do 1000 zł. Dobre jakościowo ogniwa z polikrystalicznego krzemu nabędziemy za 1300-2000 zł. Z kolei za panele słoneczne z monokrystalicznego krzemu zapłacimy przynajmniej 2500 zł. Przy czym elektrownia słoneczna w domu jednorodzinnym musi posiadać od kilkunastu do nawet kilkudziesięciu paneli.

Na ostateczną cenę zakupu składa się także inwerter, systemy mocowania, koszty montażowe oraz konfiguracji systemu, a także przewody i zabezpieczenia - innymi słowy: panele fotowoltaiczne nadal są w Polsce dość dużym wydatkiem.

Symulacja kosztów

Załóżmy, że ogniwa fotowoltaiczne znajdują się na niewielkim domu piętrowym. W tego typu budynkach stosuje się zazwyczaj elektrownie słoneczne z paneli polikrystalicznych. W naszym wypadku instalacja będzie miała moc 5 kWp i powstanie z 20 paneli (po 250 Wp) ze średniej półki cenowej. Poszczególne wydatki będą wyglądały następująco:

• Panele słoneczne (20 szt. x 1300 zł) – 26 000 zł.
• Inwerter – 5800 zł.
• Konstrukcja z aluminiowych profili (przystosowana do dachu z blachodachówki bądź dachówki ceramicznej) – 4000 zł.
• Zabezpieczenie i przewody – 400 zł.
• Usługa monterska wraz z konfiguracją – 4200 zł.

Ostateczny koszt to 40 400 zł. Jest to wartość orientacyjna. Pamiętajmy, że cennik poszczególnych wykonawców może być znacznie zróżnicowany. Na ostateczną cenę przedsięwzięcia ma nawet wpływ kurs euro (większość paneli jest sprowadzana do Polski).

Nasza elektrownia słoneczna posiada moc 5kWp i jest w stanie wyprodukować ok. 4800 kWh prądu rocznie. Owa wartość może być porównana do przeciętnego, rocznego zapotrzebowania na prąd dla czteroosobowego gospodarstwa domowego. Pamiętajmy jednak, że instalacja działa w trybie on grid i nie ma akumulatorów - nadwyżki prądu są kierowane do sieci publicznej. Co ciekawe, nadmiar wytworzonej energii można sprzedawać dostawcy sieci, jednak kwota nie będzie zbyt wysoka, a cały proces wymaga załatwienia specjalnej koncesji. Dostawca może zaproponować stawkę 0,15-0,25 zł za kWh przekazaną do sieci publicznej. Tak niska stawka nie będzie miała zbyt dużego wpływu na zwrot kosztów całego przedsięwzięcia. Oszczędności wynikają raczej ze zmniejszenia (bądź nawet wyeliminowania) opłat za energię elektryczną. Średnia stawka dostawcy to 0,60 zł/kWh. W ciągu roku wyprodukowaliśmy na własne potrzeby 4800 kWh, co daje wartość 3120 zł. Zatem inwestycja w elektrownię słoneczną zwróci się maksymalnie po 13 latach. Weźmy jednak pod
uwagę, że ceny prądu stale rosną. W praktyce może się okazać, iż nastąpi to znacznie wcześniej.