Konstrukcja i działanie paneli fotowoltaicznych. Co warto wiedzieć?

Instalacje fotowoltaiczne zapewniają darmową energię, która może być wykorzystywana do zasilania urządzeń elektrycznych. Najbardziej rozpoznawalnym elementem takich instalacji są charakterystyczne panele słoneczne, w których zachodzi reakcja fizyczna skutkująca przemianą światła słonecznego w prąd stały. Montuje się je w miejscach dobrze nasłonecznionych: na dachach, ścianach budynków lub gruncie.

Z jakich elementów składa się instalacja fotowoltaiczna?

Każda instalacja musi być wyposażona w moduły fotowoltaiczne. Kilka połączonych modułów tworzy panele. Przekazują one wytworzoną energię do inwertera, w którym zachodzi przemiana prądu stałego w prąd zmienny. To urządzenie ma również inne funkcje: monitoruje pracę instalacji oraz identyfikuje ewentualne problemy. Niezbędnym elementem jest również licznik, który na bieżąco kontroluje przepływ prądu. W przypadku instalacji połączonych z siecią energetyczną (on-grid), wykorzystuje się liczniki dwukierunkowe, które zliczają przepływ prądu z instalacji do sieci oraz w odwrotnym kierunku. Z kolei instalacje niepołączone z siecią (off-grid) magazynują nadwyżki energii w akumulatorach. Instalacja fotowoltaiczna umieszczana jest na specjalnych konstrukcjach montażowych, które zaprojektowane są w sposób zapewniający maksymalne wykorzystanie energii słonecznej.

Budowa modułów fotowoltaicznych

Moduły składają się z ogniw, w których zachodzi zjawisko fotowoltaiczne. Ogniwa wykonane są z półprzewodników. Najczęściej można spotkać ogniwa krzemowe, wśród których najbardziej popularne są panele monokrystaliczne oraz polikrystaliczne. Pierwsze cechuje wysoka wydajność, która wynika z  jakości krzemu użytego do ich produkcji. Ogniwa monokrystaliczne zapewniają wysoką sprawność instalacji przy niewielkich rozmiarach paneli. Są one wyjątkowo trwałe, ale trzeba liczyć się z wyższą ceną. W panelach polikrystalicznych wykorzystuje się krzem o niejednolitej strukturze, pozyskiwany w mniej skomplikowanym procesie produkcji, niż ten z paneli monokrystalicznych. Są zatem od nich tańsze, ale zapewniają dobrą wydajność, dlatego są chętnie stosowane w instalacjach przydomowych.

Ogniwa zbudowane są z dwóch warstw półprzewodników: wierzchnia warstwa to płytka krzemowa, która zawiera elektrody ujemne (w postaci charakterystycznej siatki), a dolna to płytka metalowa z elektrodami dodatnimi. Oddzielone są złączem p-n, czyli barierą potencjałów, w której powstaje energia elektryczna. Ogniwa łączy się szeregowo w moduły, które zabezpieczone są szkłem hartowanym i osadzone w aluminiowych  ramach – mówi specjalista z firmy Pure Energy, zajmującej się projektowaniem i montażem instalacji fotowoltaicznych. Zależnie od planowanej mocy instalacji oraz dostępnej powierzchni, moduły łączy się w mniejsze lub większe panele.

Jak działają panele fotowoltaiczne?

W słoneczny dzień fotony docierają do ogniw i wywołują ruch elektronów, przekazując im energię. W ten sposób elektrony zostają wybite z orbit i powstają pary: dodatnio naładowane dziury po elektronach i ujemnie naładowane elektrony. Różnica potencjałów powoduje pojawienie się napięcia elektrycznego. Moduły wyposażone są w puszki przyłączeniowe, które za pomocą diod bocznikujących na bieżąco regulują pracę ogniw w stosunku do aktualnego zacienienia oraz pełnią funkcję zabezpieczającą w przypadku awarii.  Wytworzony przez panele prąd stały jest przekazywany do inwertera i licznika.