Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Moduły fotowoltaiczne bezpośrednio przetwarzają energię promieniowania słonecznego na elektryczną w postaci prądu i napięcia stałego. W efekcie konwersji energii promieniowania słonecznego na elektryczną w panelach fotowoltaicznych na wyjściu otrzymuje się prąd stały. Konieczne jest więc zastosowanie falownika, który zamienia energię elektryczną z modułu fotowoltaicznego, w postaci prądu i napięcia stałego, na prąd i napięcie przemienne, o parametrach zgodnych z siecią elektryczną niskiego napięcia.

Spis treści

1. Instalacja fotowoltaiczna jako najtańsza metoda wytwarzania energii elektrycznej
2. Jak działa instalacja fotowoltaiczna?
3. Instalacja fotowoltaiczna - montaż systemu
4. Instalacja fotowoltaiczna - czy i kiedy się opłaca?

Instalacja fotowoltaiczna jako najtańsza metoda wytwarzania energii elektrycznej

Spośród znanych metod wytwarzania prądu, wykorzystujących energię promieniowania słonecznego, instalacja fotowoltaiczna jest najtańsza i najprostsza. Promieniowanie słoneczne to niewyczerpywalne i powszechnie dostępne źródło energii. Ponadto instalacja fotowoltaiczna zapewnia szereg korzyści, takich jak: lekka konstrukcja, brak emisji hałasu, konieczności obsługi i stałej kontroli oraz elementów ruchomych, dzięki którym zwiększa się bezpieczeństwo użytkowania, a zmniejszają koszty eksploatacyjne.

Jednocześnie instalacja fotowoltaiczna pracuje w różnych warunkach pogodowych, co wpływa na obniżanie efektywności ich działania. Znaczenie ma tutaj m.in. temperatura, natężenie promieniowania słonecznego, wiatr, kąt padania promieni czy występowanie zacienienia. Ponadto ze względu na postępowanie procesu starzenia w czasie eksploatacji sprawność modułów minimalnie spada (ok. 0,6% rocznie, od drugiego roku).

Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Moduły fotowoltaiczne bezpośrednio konwertują energię promieniowania słonecznego na elektryczną w postaci prądu i napięcia stałego. Obecnie stosowane są głównie technologie poli- i monokrystaliczne. Każdy moduł zbudowany jest z ogniw fotowoltaicznych, łączonych przede wszystkim szeregowo oraz częściowo równolegle. Moduły zabezpiecza się diodami bocznikującymi z polaryzacją przeciwną do polaryzacji ogniw, co pozwala chronić instalację fotowoltaiczną przed skutkami zacienienia, takimi jak przegrzewanie się ogniw w wyniku przepływu prądu wstecznego czy znaczne straty mocy w całej instalacji.

W efekcie konwersji energii promieniowania słonecznego na elektryczną w panelach fotowoltaicznych na wyjściu otrzymuje się prąd stały (DC). W sieciach elektroenergetycznych wykorzystuje się prąd zmienny (AC), konieczne jest więc zastosowanie falownika, który zamienia energię elektryczną z modułu fotowoltaicznego, w postaci prądu i napięcia stałego, na prąd i napięcie przemienne, o parametrach zgodnych z siecią elektryczną niskiego napięcia (230/400V, 50 Hz).

Dobrze dobrany falownik wysokiej jakości z układem śledzenia mocy maksymalnej (MPPT) pozwala bowiem na ograniczenie jej strat w instalacji, spowodowanych zmianami warunków atmosferycznych czy występowaniem zacienienia, nawet o 20%. Żeby uniknąć uszkodzenia falownika oraz spadku wydajności jego pracy, parametry łańcuchów modułów fotowoltaicznych po stronie napięcia stałego powinny być precyzyjnie dobrane, aby nie przekraczały w żadnych warunkach dopuszczalnych wartości wejściowych falowników. Zazwyczaj projektowana instalacja fotowoltaiczna podłącza się do wewnętrznej instalacji elektrycznej danego budynku, a wyprodukowana energia elektryczna bezpośrednio wykorzystywana jest na potrzeby obiektu.

Instalacja fotowoltaiczna - montaż systemu

Montaż modułów fotowoltaicznych wiąże się ze spełnieniem warunków technicznych niezbędnych do prawidłowego funkcjonowania instalacji oraz maksymalizacji uzysku energii. W związku z tym istotne jest nie tylko miejsce montażu (dach płaski, jedno-, dwu- lub wielospadowy, fasada, grunt), lecz także m.in. orientacja ich posadowienia względem południa, kąt pochylenia połaci dachowej czy nośność dachu.Moduły fotowoltaiczne mogą wpisywać się w architekturę poprzez zintegrowanie z wieloma konstrukcjami, np. zadaszeniami parkingów, stacji paliw czy wiat przystanków komunikacji miejskiej. Rok do roku niższe koszty budowy tego typu rozwiązań pozytywnie wpływają na polskich przedsiębiorców, coraz częściej decydujących się na budowę elektrowni słonecznych do zasilania nieruchomości czystą energią elektryczną.

Miejsce montażu instalacji fotowoltaicznej jest uzależnione również od powierzchni, jaką można wykorzystać do jej budowy. Najczęstszymi miejscami są dachy płaskie hal magazynowych czy centrów spedycyjnych oraz grunt. System ten może powstać również na elewacji budynku biurowego oraz na dachu pochyłym, produkując prąd każdego dnia na wyłączne potrzeby firmy. Rosnącym zainteresowaniem wśród przedsiębiorców cieszą się również tzw. carporty, czyli wiaty parkingowe zadaszone modułami fotowoltaicznymi, które mogą zasilić samochody elektryczne z floty przedsiębiorstwa.

• Czytaj też: Fotowoltaika na dachu budynku wielorodzinnego. Przykłady inwestycji, opłacalność, programy wsparcia

Profesjonalna i kompleksowa realizacja instalacji fotowoltaicznej obejmuje projekt sporządzony przez certyfikowanych projektantów w oparciu o właściwe podstawy prawne. Złożony jest on z opisu rozwiązań, opracowany na podstawie analizy technicznej montażu instalacji, dobranych urządzeń i elementów niezbędnych do jej powstania oraz analizy zacienienia na produkcję energii elektrycznej. Uzupełnienie dokumentacji stanowi schemat połączeń elektrycznych, konstrukcji wsporczej oraz spis parametrów technicznych modułów fotowoltaicznych i falownika.

Tab. Szacunkowa roczna produkcja energii elektrycznej w rozłożeniu na miesiąca (dane na podstawie symulacji w programie PVSyst)

Instalacja fotowoltaiczna - czy i kiedy się opłaca?

Przeanalizujemy przykładową instalację fotowoltaiczną dla klienta biznesowego. Oto charakterystyka instalacji fotowoltaicznej wybudowanej na dachu płaskim hali magazynowej:

• moc [kWp]: 199,8
• liczba modułów fotowoltaicznych o mocy 270 Wp: 740
• pole powierzchni modułów [m²]: ok. 1260
• masa modułów [kg]: ok. 13 340
• uniknięta emisja CO₂ [t/rok]: 162

Zakładając roczną produkcję prądu na poziomie 214 157 kWh, szacunkowe roczne oszczędności inwestora kształtują się na poziomie ok. 119 928 zł. Przykładowy koszt instalacji fotowoltaicznej o mocy 199,8 kWp wynosi ok. 870 000 zł (może być on wliczony w koszt prowadzenia firmy w ramach działalności gospodarczej). Jedną z możliwości sfinansowania takiej realizacji jest kredyt inwestycyjny lub leasing.

Obliczenia mają charakter szacunkowy. Zostały przeprowadzone na podstawie ogólnodostępnych danych, przy założeniu, że całość wyprodukowanej przez elektrownię fotowoltaiczną energii jest zużywana na potrzeby własne, bez uwzględnienia produkcji nadwyżek. Roczna oszczędność oznacza szacunkową oszczędność na zakupie energii elektrycznej i jej dystrybucji, przy założeniu stawki taryfowej za energię elektryczną i dystrybucję w wysokości ok. 0,56 zł/kWh netto dla inwestora z branży logistycznej. Obliczenia nie uwzględniają kosztów budowy instalacji fotowoltaicznej.