Czym jest instalacja fotowoltaiczna?

Majster Guru:– Miałem podobne wrażenia. Najpierw medialna burza, która ostatecznie okazała się raczej burzą w szklance wody. Dużo gadania o energetyce obywatelskiej, prosumentach, łącznie z huraoptymistycznymi artykułami o tym, jak to ze sprzedaży prądu do sieci spłacimy w parę lat koszty instalacji i będziemy na tym zarabiać. Szczerze mówiąc, sporo z tego to były obietnice bez pokrycia, żeby nie powiedzieć brednie. A potem kompletna cisza.

– Zacznijmy więc od podstaw. Każdy taki panel składa się z ogniw fotowoltaicznych, nazywanych też słonecznymi, popularnie oznaczanych skrótem PV (od Photo Voltaic). Ich wykorzystanie nie jest wcale nowością. Są powszechne i to od wielu lat, np. w kalkulatorach i do zasilania ulicznej sygnalizacji świetlnej. Nie będę szczegółowo opisywać fizycznych podstaw działania ogniw fotowoltaicznych. Bez trudu znajdzie pan te informacje w każdej encyklopedii. Nawet dość przestarzałej. W końcu, to właśnie za wyjaśnienie tzw. zjawiska fotoelektrycznego Albert Einstein dostał Nagrodę Nobla.

Wystarczy powiedzieć, że ogniwo słoneczne jest elementem półprzewodnikowym, tworzącym złącze typu p-n. Pod wpływem padającego nań promieniowania słonecznego (fotonów), powstaje siła elektromotoryczna, bo elektrony przemieszczają się do obszaru n, zaś tzw. dziury do obszaru p. Wynikiem tego ruchu ładunków jest powstanie różnicy potencjałów, czyli prądu elektrycznego. A czy wie pan, dlaczego w ogóle takie ogniwa musimy łączyć w panele?

– Otóż, pojedyncze ogniwo najpopularniejszego rodzaju, czyli zbudowane na bazie krzemu, daje napięcie zaledwie ok. 0,5 V. Łącząc je szeregowo, uzyskujemy odpowiednio wyższą, użyteczną wartość. Z praktycznego punktu widzenia, najważniejsza jest znajomość kilku podstawowych zasad rządzących działaniem instalacji fotowoltaicznych:

• natężenie uzyskiwanego prądu elektrycznego, a więc ilość energii, jest powiązane z intensywnością promieniowania słonecznego;
• sprawność przemiany energii słonecznej w elektryczność waha się w szerokim zakresie od kilku do ponad 20%, zależnie od budowy ogniw. Jednak ich ceny także są rozmaite, dlatego najlepiej jest przeliczać cenę na uzyskiwaną moc elektryczną (zł/kW);
• w panelach powstaje prąd stały, a znakomita większość domowych urządzeń zasilanych jest prądem przemiennym. Trzeba więc go przetworzyć, co wymaga dodatkowych urządzeń (falownika);
• magazynowanie energii elektrycznej w akumulatorach jest kosztowne i niepraktyczne. Widzi pan teraz, dlaczego mówiłem, że informacje o natężeniu promieniowania słonecznego i jego nierównomiernym rozkładzie przydadzą się nam przy omówieniu paneli PV?

– Właśnie o to chodzi. To nie kolektor albo panel jest źródłem energii, a słońce. On je tylko wyłapuje i zmienia na użyteczną dla nas postać. Proszę sobie przypomnieć naszą poprzednią rozmowę o pompach ciepła. Tam sytuacja była analogiczna – sama pompa nie tworzy ciepła, lecz jedynie zbiera je z otoczenia i przetwarza. Dlatego zapewnienia niektórych sprzedawców, że panele dają tyle samo energii latem i zimą, włóżmy między bajki. Praw fizyki nikt nie zmieni. Największym problemem pozostaje nierównomierny uzysk energii – tak w skali roku, jak i doby.

– W teorii tak, w praktyce raczej nie. Niech pan sobie nie wyobraża, że zachowując rozsądne wymiary i cenę zestawu akumulatorów, będziemy w stanie zgromadzić dość energii. To zupełnie inna skala, niż np. akumulator samochodowy. A jest jeszcze drugi problem, akurat znany i z akumulatorów samochodowych. Domyśla się pan jaki?

– Trwałość. Po kilku latach taki zestaw akumulatorów straci pojemność i trzeba będzie go wymienić. A to znowu koszty, i to niemałe. Dlatego uważam, że gromadzenie prądu w przypadku małych domowych instalacjach jest ślepą uliczką. Najlepiej wykorzystać go na bieżąco, choćby przetwarzając na ciepło, lub sprzedać nadwyżkę do sieci.

– Przecież mówiłem, że prąd to po prostu czysta energia. I wciąż niejednokrotnie bardziej opłaca się przeznaczyć jego nadwyżkę np. do podgrzania c.w.u., niż sprzedać go do sieci. Jak rozumiem, sens zasilania domowych urządzeń elektrycznych wytworzonym na miejscu prądem nie budzi pańskich wątpliwości. Jednak zamiana na ciepło technicznie nie jest żadnym problemem, wystarczy do tego grzałka elektryczna umieszczona w zasobniku wody. W porównaniu z kolektorami słonecznymi – ma to pewną zaletę. Pamięta pan, co mówiłem o kłopotach z przekroczeniem pewnej temperatury wody, nawet jeżeli kolektorów będzie dużo?

– No właśnie. W przypadku grzałki, tego ograniczenia nie ma - dysponując mniejszą ilością energii, po prostu podgrzejemy mniej wody, lecz równie dobrze możemy ją nawet zagotować. Jednak zwykle do przygotowania c.w.u. lepiej wybrać kolektory słoneczne, zaś nadmiar energii elektrycznej z paneli PV przekazywać do sieci.

Obecnie obowiązująca ustawa o odnawialnych źródłach energii (OZE) stanowi bowiem, że za 1 kWh prądu oddanego do sieci możemy odebrać 0,8 kWh. Sieć i system energetyczny pełni więc rolę magazynu energii. Przypominam, że to właśnie jej bardzo nierównomierny uzysk, w skali zarówno doby jak i roku, jest podstawowym problemem.

Przy takim sposobie rozliczania korzystny jest jak najdłuższy okres bilansowania (np. 6 miesięcy), oraz żeby nadwyżka z jednego okresu przechodziła na kolejny. W ten sposób nadmiar prądu z wiosny i lata wykorzystamy w zimie. Dlatego koniecznie sprawdźmy jakie warunki rozliczania oferuje nasz dostawca energii elektrycznej. Mogą być bardzo różne, bo tu ustawa OZE pozostawia swobodę.