Zestaw fotowoltaiczny. Co wchodzi w jego skład?

Każda instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku kluczowych elementów. W skład zestawu fotowoltaicznego wchodzą:

• Panele fotowoltaiczne, zwane także modułami fotowoltaicznymi, panelami PV, modułami PV czy niejednokrotnie błędnie – panelami solarnymi. Są one jednym z głównych elementów tworzących zestaw fotowoltaiczny i odpowiadają za produkcję prądu ze słońca.

Moduły fotowoltaiczne są zbudowane z wielu mniejszych ogniw fotowoltaicznych, w których zachodzi tak zwany efekt fotowoltaiczny, odkryty w 1839 roku, podczas eksperymentów z ogniwem elektrolitycznym złożonym z dwóch metalowych elektrod, przez francuskiego fizyka Edmunda Becquerela. Mający wówczas zaledwie dziewiętnaście lat naukowiec odkrył, że wystawiając pewne materiały na działanie światła słonecznego, można generować prąd elektryczny. 

Fotony złożone z maleńkich cząstek energii elektromagnetycznej są materią światła. Kiedy fotony są absorbowane przez ogniwo fotowoltaiczne, które zawiera materiał półprzewodnikowy, taki jak krzem lub platyna, energia fotonu jest przekazywana do elektronu w atomie „ogniwa PV”. Zasilony elektron jest wówczas w stanie uciec z wiązania z atomem i generuje prąd elektryczny. To pozostawia „dziurę”. W połączeniu ze złączem PN, które jest warstwą w ogniwie fotowoltaicznym utworzoną przez bliski kontakt półprzewodników typu P i typu N, które wytwarzają pole elektryczne, „dziury” poruszają się w kierunku przeciwnym do elektronów, wytwarzając w ten sposób prąd elektryczny.

W zależności od rodzaju wykorzystanych do produkcji paneli PV materiałów wyróżniamy moduły monokrystaliczne i polikrystaliczne. Pierwsze z nich cechują się większą mocą (wynosi ona od 330 do 450 Wp) w porównaniu do modeli polikrystalicznych (260-285 Wp). Z tego względu do montażu instalacji PV o określonej mocy potrzeba mniej monokrystalicznych modułów PV niż polikrystalicznych. Różnica dotyczy także ich sprawności. Monokrystaliczne panele PV osiągają średnie wyniki na poziomie 18-20%, natomiast polikrystaliczne 16-19%. Na korzyść modeli monokrystalicznych przemawia także estetyka wykonania – gładka struktura, jednolita ciemna kolorystyka (także w opcji full black) doceniana jest przez coraz szersze grono inwestorów. Dostępność rynkowa, pomimo wyższych cen, także przemawia za wyborem modeli monokrystalicznych. 

• Falownik, zwany inwerterem, to kolejny kluczowy element zestawu fotowoltaicznego. Kieruje on pracą całej instalacji PV i dodatkowo odpowiada za przekształcanie prądu stałego (DC) produkowanego przez moduły fotowoltaiczne w prąd o napięciu przemiennym (AC), który można następnie wykorzystać do zasilania różnego rodzaju urządzeń domowych, biurowych czy tych używanych w gospodarstwach rolnych. 

Wybierając konkretny model falownika, warto zwrócić uwagę na jego moc. Powinna ona być dostosowana odpowiednio do mocy wybranych do zestawu fotowoltaicznego modułów PV. Właściwe parametry najłatwiej jest oszacować na podstawie tak zwanego stosunku mocy. Powinien on wynosić od 80% do 120%. Doświadczeni instalatorzy z reguły zalecają, aby moc paneli PV w instalacji fotowoltaicznej była wyższa niż moc falownika. 

Drugi z kluczowych dla inwerterów parametrów to sprawność. Produkty cenionych producentów, którzy cieszą się dobrymi opiniami na rynku, mają sprawność rzędu nawet 98%. Jest to ważne w kontekście ilości wytwarzanego prądu oraz długości okresu zwrotu z inwestycji. Wybierając inwerter należy także zwrócić uwagę na MPPT, czyli maksymalny punkt mocy, cenę i okres gwarancji. 

Warto wiedzieć, że poza tradycyjnymi falownikami, na rynku dostępne są także mikroinwertery. Kluczowa różnica w ich działaniu polega na tym, że mikrofalowniki montowane są pod każdym z paneli PV i dlatego działają niezależnie ‒ bez względu na wydajność poszczególnych modułów czy zacienienie. Klasyczne inwertery czuwają natomiast nad pracą całej instalacji i wszystkich modułów PV jednocześnie. W związku z tym, jeśli dochodzi do spadku wydajności jednego z paneli fotowoltaicznych, ilość energii elektrycznej wytworzonej w całej fotowoltaice jest mniejsza. Z całą pewnością zaletą tradycyjnych falowników jest na tę chwilę ich cena oraz łatwiejszy dostęp w przypadku wystąpienia awarii. Wybór pomiędzy inwerterem, a mikrofalownikami powinien jednak zawsze leżeć w gestii inwestora oraz jego potrzeb. 

• Okablowanie instalacji PV to kolejny element zestawu fotowoltaicznego. Trzeba pamiętać, aby do montażu fotowoltaiki wybierać tylko takie przewody i złącza, które są dedykowane do tego typu instalacji. Muszą mieć także odpowiednie przekroje dostosowane do mocy planowanej instalacji PV i dodatkowo zachowywać wysoki stopień odporności na działanie różnego rodzaju czynników atmosferycznych, w tym niskich i wysokich temperatur.  Podczas prac montażowych trzeba też zwrócić szczególną uwagę na poprawne zabezpieczenie przewodów i złączek po stronie prądu stałego i zmiennego. W ten sposób zminimalizujemy ryzyko wystąpienia przepięć i lepiej zabezpieczymy instalację PV przed niespodziewanymi sytuacjami, jak na przykład wyładowaniami atmosferycznymi. To z kolei przełoży się na niską awaryjność, większą ilość wytworzonego prądu, skróci okres zwrotu z inwestycji i dodatkowo podniesie bezpieczeństwo budynku i jego mieszkańców.

• W skład zestawu fotowoltaicznego wchodzi wnież konstrukcja wsporna. W zależności od miejsca montażu fotowoltaiki, systemy wsporne przeznaczone są to instalacji na dachach skośnych, płaskich lub na gruncie. Poza funkcją konstrukcyjną, chronią panele fotowoltaiczne przed silnymi porywami wiatru i dodatkowo zapewniają ich właściwą wentylację. Wybierając konstrukcję wsporczą pod fotowoltaikę należy szczególną uwagę zwrócić na materiał, z którego jest ona wykonana. Powinny to być elementy odporne na korozję, działanie zmiennych czynników atmosferycznych, w tym wysokich i niskich temperatur czy promieniowania UV.
  Najwyższą jakością wykazują się konstrukcje wsporcze wykonane z aluminium. Zachowują one długi okres żywotności, choć na etapie montażu podwyższają koszt całej instalacji. Systemy wsporne do fotowoltaiki mogą być też wykonane ze stali nierdzewnej czy ocynkowanej. W tym zestawieniu pod względem cenowym najkorzystniej wypadają zwykle elementy wykonane ze stali ocynkowanej, jednak trzeba mieć na względzie fakt, że niski koszt zakupu może się przełożyć na ich jakość i pojawienie się korozji.

Aby cała instalacja fotowoltaiczna pracowała wydajnie, trzeba odpowiednio oszacować jej moc. Pomocne w tym przypadku jest przeanalizowanie dotychczasowych kosztów poniesionych na rachunki za energię elektryczną w ujęciu rocznym. 

Do kalkulacji można przyjąć, że w polskich warunkach z każdego 1,25 kWp mocy instalacja PV jest w stanie wygenerować rocznie około 1000 kWh energii elektrycznej. Zatem fotowoltaika o mocy 1 kWp dostarczyć powinna w ciągu roku średnio 900-980 kWh prądu. Jeśli więc z naszych kalkulacji wyszło, że zużywamy średnio rocznie 4000 kWh energii elektrycznej, to powinniśmy przyjąć, że instalacja PV o mocy 3,5-4 kW powinna spełnić nasze zapotrzebowanie na prąd.

Zanim jednak podejmiemy ostateczną decyzję, musimy też zastanowić się nad możliwym wzrostem zapotrzebowania na energię w kolejnych latach. Montaż fotowoltaiki jest bowiem przedsięwzięciem długoterminowym ‒ żywotność instalacji fotowoltaicznej szacuje się średnio na 25 lat. Jeśli więc w niedalekiej przyszłości planujemy zakup auta z napędem elektrycznym, montaż klimatyzacji, powiększenie rodziny, zwiększenie linii produkcyjnej (jeśli fotowoltaika montowana jest w firmie) czy też zakup nowych maszyn rolniczych (w przypadku fotowoltaiki dla rolnictwa), to warto założyć pewien zapas do oszacowanej mocy instalacji PV. 

Warto również przy tym pamiętać, że moc elementów instalacji fotowoltaicznej wraz z biegiem czasu maleje. Największa spadki występują w pierwszym roku użytkowania fotowoltaiki i wynoszą one średnio od 3% do 5%. W kolejnych latach kształtują się one natomiast na poziomie około 1%.

Wybierając elementy instalacji fotowoltaicznej, musimy zastanowić się nad tym, czy planujemy podłączyć ją do sieci energetycznej i mieć możliwość magazynowania wyprodukowanych nadwyżek prądu, czy raczej zależy nam na uzyskaniu całkowitej niezależności energetycznej.

W tym kontekście należy poznać dwa pojęcia: 

• instalacje PV on grid
• instalacje fotowoltaiczne off grid.

Instalacje PV typu on grid są podłączane do sieci energetycznej, z którą inwestor ma podpisaną umowę. Dzięki temu zyskuje on status prosumenta, czyli podmiotu, który jednocześnie produkuje i konsumuje wytworzony we własnej mikroinstalacji prąd. Zgodnie z zapisami ustawy o OZE, prosumenci mogą wyprodukowane nadwyżki energii elektrycznej przesyłać do sieci energetycznej i odbierać w okresie wzmożonego zapotrzebowania w systemie bezgotówkowym. Zwykle owe nadwyżki powstają w okresie wiosny i lata, gdy nasłonecznienie jest większe i odbierane są w czasie jesieni i zimy, gdy dni są krótsze i bardziej pochmurne. 

Rozliczenia z zakładem energetycznym realizowane są w ujęciu rocznym i bazują na systemie upustów. Zakłada on, że właściciele instalacji PV o mniejszej mocy (do 10 kW) mogą odebrać 80% zmagazynowanej energii, natomiast posiadacze fotowoltaiki o mocy od 10 do 50 kW mogą odzyskać 70% energii przesłanej do sieci. Zasady te mogą ulec zmianie od 2022 roku, gdyż planowane są zmiany w systemie rozliczeń za energię z fotowoltaiki przesłaną do sieci. Wszystko wskazuje na to, że system opustów zostanie zmieniony na możliwość odsprzedaży wyprodukowanych nadwyżek prądu. Jak jednak można się domyślać, późniejsze ceny ewentualnego zakupu energii elektrycznej od zakładu energetycznego mogą być wyższe niż kwoty otrzymane przy sprzedaży.

W przypadku instalacji off grid instalacja PV jest całkowicie niezależna od sieci energetycznej. Do magazynowania wyprodukowanych nadwyżek prądu wykorzystuje się akumulatory do fotowoltaiki, które stają się wówczas kolejnym elementem instalacji fotowoltaicznej. Nie jest to rozwiązanie tanie, jednak w przypadku inwestorów, którzy planują montaż fotowoltaiki, gdzie nie ma dostępu do sieci energetycznej, staje się jedyną możliwą opcją na wytwarzanie zielonej energii ze słońca. Instalacje off grid dobrze sprawdzają się także wtedy, gdy w miejscu montażu fotowoltaiki występują częste przestoje w dostawie prądu.

Decyzja o zainwestowaniu w fotowoltaikę przynosi szereg korzyści. Niższe rachunki za prąd, niezależność energetyczną, brak konieczności śledzenia kolejnych podwyżek cen prądu, działanie na rzecz ekologii. Trzeba jednak pamiętać, że każdy z elementów instalacji fotowoltaicznej musi być odpowiednio dobrany, aby cały system pracował wydajnie i bezawaryjnie. Zanim więc przystąpimy do montażu, warto o pomoc w wyborze poszczególnych elementów fotowoltaiki zapytać doświadczonych instalatorów, zweryfikować renomę producentów i poznać opinie innych użytkowników.

Masz pytania? Potrzebujesz więcej informacji? Skontaktuj się z nami