Popularność odnawialnych źródeł energii z rośnie z każdym rokiem. Wiele osób zastanawia się, jak działa fotowoltaika. W jaki sposób energia słoneczna zmienia się w prąd, który trafia do naszych gniazdek? 

Jak działa fotowoltaika?

  • Ogniwa, moduły panele

Gdybyśmy zapytali statystycznego Kowalskiego, z czego składa się instalacja fotowoltaiczna, odpowiedziałby na pewno, że z paneli. To prawda, ale nie do końca. Chociaż panele fotowoltaiczne są najważniejszym elementem całej konstrukcji, bez pozostałych urządzeń byłby bezużyteczne. Co więcej, sam panel składa się z podzespołów. O czym mowa? Jaka jest zależność między ogniwem, modułem a panelem fotowoltaicznym? To właśnie w ogniwach dochodzi do tzw. zjawiska fotowoltaicznego. Ogniwa tworzą większe jednostki, czyli moduły fotowoltaiczne. Dzięki połączeniu tychże ogniw możliwie jest maksymalne wykorzystanie ich potencjału i uzyskanie jeszcze większej ilości energii. Grupa modułów podłączona do jednego inwertera.

  • Zjawisko fotowoltaiczne

Uzyskanie energii ze słońca odbywa się etapami. O czym mowa? Pierwszym etapem jest transformacja energii słonecznej na prąd stały. Jest to tzw. zjawisko fotowoltaiczne. Dochodzi do niego w ogniwach fotowoltaicznych. Ogniwa te w wyniku działania promieni słonecznych przewodzą ładunek elektryczny. Dobrym półprzewodnikiem jest krzem, dlatego często wykorzystuje się go do produkcji ogniw fotowoltaicznych. Każde z ogniw składa się z dwóch warstw. Pierwsza (n) ma ładunek ujemny i charakteryzuje się większą liczbą atomów, a druga (p) — dodatnia ze względu na atomy, które mają puste miejsce po elektronach. Co dzieje się dalej? Jak się domyślasz, puste miejsce po atomach, zostaje zapełnione przez nadprogramowe atomy z pierwszej warstwy (n). W efekcie powstaje złącze, które charakteryzuje się obojętnym ładunkiem energetycznym. Żeby jednak w ogóle doszło do powstania zjawiska fotowoltaicznego, niezbędne jest światło słoneczne w postaci tzw. fotonów. Docierają one do złącza i “uwalniają“ elektrody, które zaczynają krążyć w warstwie n. Powoduje to powstanie dziur w warstwie p i różnicy w liczbie atomów. Chociaż atomy z warstwy n “próbują” zapełnić luki w warstwie p, złącze staje się rodzajem bariery, która to uniemożliwia. W ten sposób tworzy się napięcie. Zamknięcie obwodu powoduje harmonijny ruch elektronów i tak oto dochodzi do powstania prądu stałego.

  • Falownik, czyli inwerter 

Falownik to jedno z najważniejszych urządzeń w całej instalacji fotowoltaicznej Dlaczego? To dzięki niemu prąd stały, który powstał w wyniku zjawiska fotowoltaicznego, zostaje przetransformowany na prąd zmienny, który jest odpowiedni dla naszych gniazdek elektrycznych. Taka jest podstawowa rola tego urządzenia. Inwerter pełni również funkcję kontrolną. W praktyce kontroluje całą instalację PV, dostosowując parametry do potrzeb naszej domowej sieci. Nie będzie zatem przesadą stwierdzenie, że działanie fotowoltaiki jest uzależnione od prawidłowego funkcjonowania falownika. Bez niego nie ma bowiem mowy o tym, aby uzyskać darmową energię elektryczną ze słońca.

Co dzieje się z niewykorzystaną energią?

Wiemy już jak powstaje prąd elektryczny ze słońca. Skąd jednak wiadomo, ile prądu wyprodukowała nasza domowa elektrownia? Co dzieje się z niewykorzystaną energią? Przepada? Specjalny licznik mierzy przepływ dwukierunkowy. Dzięki temu wiemy dokładnie, ile energii wyprodukowała nasza instalacja, a ile z tego realnie wykorzystaliśmy. Nadwyżka prądu trafia do sieci — 80% z tego zapasu możemy wykorzystać, w okresie jesienno-zimowym, gdy słońca jest mniej. A co z pozostałymi 20%? To koszty magazynowania prądu w sieci energetycznej.

Działanie fotowoltaiki — podsumowanie

Jak działa fotowoltaika? Mamy nadzieję, że udało nam się wyjaśnić skomplikowane i złożone zjawiska fizyczne prostym językiem. Dobrze jest posiadać chociażby podstawową wiedzę, o tym jak działa nasza domowa elektrownia słoneczna. Dla prosumentów najważniejsze są jednak realne korzyści — oszczędność na rachunkach za prąd i możliwie jak najszybszy zwrot z inwestycji. Resztę lepiej zostawić fachowcom.