Skip to main content

Posłuchaj artykułów
0:00
0:00
Posłuchaj kolejnych artykułów

zielona energia


Zespół Lepiej.

Zespół Lepiej.


21 557

Fotowoltaika dla laika, czyli czym jest i jak działa?

Zespół Lepiej.
Zespół Lepiej.

W czasach kryzysu energetycznego słowo fotowoltaika jest odmieniane przez wszystkie przypadki. Trudno znaleźć osobę, która nie wie, do czego służy instalacja fotowoltaiczna. Jednak czy rozumie, jak działają panele słoneczne? Jak przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną? Do czego służy inwerter solarny lub magazyn energii słonecznej? Jeśli szukasz przystępnie napisanego kompendium wiedzy o fotowoltaice, ten artykuł jest właśnie dla Ciebie.


 

Czym jest fotowoltaika? 

Fotowoltaika pozwala sięgnąć do naturalnych odnawialnych źródeł energii (OZE). To zasób praktycznie niewyczerpywalny i darmowy. Ponadto można z niego korzystać bez szkodliwego oddziaływania na środowisko naturalne. Zasada działania instalacji fotowoltaicznej polega na wykorzystaniu promieni słonecznych do wytwarzania energii elektrycznej. Podstawowym składnikiem systemu fotowoltaicznego są panele fotowoltaiczne montowane na dachach lub na gruncie. 

Podczas pracy instalacji solarnej nie dochodzi do emisji zanieczyszczeń. Samodzielnie wytwarzasz tani, a po kilku latach, gdy zwrócą się koszty inwestycji, darmowy prąd na własne potrzeby. A przy tym dbasz o środowisko naturalne i własne otoczenie. 

Przydomowa fotowoltaika pozwala skutecznie obniżyć rachunki za prąd. Jednocześnie zwiększa Twoją niezależność od zewnętrznych dostawców energii. 

Prosument – kim jest? 

Określenie prosument to zbitka dwóch słów: producent i konsument. Jeżeli produkujesz energię elektryczną na własne potrzeby, a nie na sprzedaż, jesteś prosumentem. Nie zmienia to faktu, że niezużytą na bieżąco energię możesz przekazać lub sprzedać do publicznej sieci elektroenergetycznej. Sposób zarządzania nadwyżkami zależy od stosowanego systemu rozliczeń – net-metering lub net-biling. Obie formy rozliczeń omawiamy w dalszej części artykułu. 

Szczegółową analizę statusu osób, które produkują prąd na własne potrzeby, znajdziesz w artykule: Kim jest prosument? 

Jak działają panele fotowoltaiczne? 

Panele słoneczne to połączone w zestawy pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne. To w nich dochodzi do zamiany promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Jak działa panel fotowoltaiczny? Proces jest stosunkowo prosty: wykorzystuje tzw. zjawisko fotowoltaiczne. Gdy pojedyncza cząstka światła – foton – pada na ogniwo fotowoltaiczne wykonane z krzemu, wybija elektron. Ruch elektronów powoduje wytworzenie energii elektrycznej. 

Panel fotowoltaiczny produkuje prąd stały. Po zastosowaniu urządzeń zwanych falownikami (inaczej inwerterami solarnymi) zostaje przekształcony w prąd zmienny o parametrach zgodnych z wymaganiami dostawców energii. Dzięki temu można go przekazać do sieci publicznej i na bieżąco wykorzystywać do zasilania urządzeń elektrycznych, ogrzewania pomieszczeń lub przygotowania ciepłej wody użytkowej (c.u.w.). 

Zrozumienie sposobu działania instalacji fotowoltaicznej z pewnością ułatwi poniższy materiał video.

Z jakich elementów składa się instalacja fotowoltaiczna? 

Najłatwiej rozpoznawalnym elementem instalacji solarnej są panele fotowoltaiczne (PV) zbudowane z płytek z półprzewodnika (najczęściej z krzemu). Jednak sercem systemu jest falownik. Od niego zależy efektywność zmiany prądu stałego w prąd zmienny. Ponadto w skład zestawu wchodzą: okablowanie i zabezpieczenia oraz konstrukcja wsporcza. Coraz częściej w skład instalacji fotowoltaicznej wchodzi też magazyn energii elektrycznej (jest niezbędny w instalacjach typu off-grid). 

Wszystko na temat wyboru inwerterów przeczytasz w artykule: Falownik do fotowoltaiki – rodzaje, parametry i dobór 

Jakie są rodzaje instalacji fotowoltaicznych? 

Istnieją trzy rodzaje instalacji fotowoltaicznych: off-grid (wyspowy), on-grid (sieciowy) oraz wyspowo-sieciowy (hybrydowy). Pierwszy jest całkowicie niezależny od sieci zewnętrznej. Drugi pracuje wyłącznie z siecią. Trzeci pozwala zachować autonomię i jednocześnie wymieniać energię z siecią. 

Instalacje fotowoltaiczne off-grid 

Systemy fotowoltaiczne off-grid (zwane także wyspowymi) nie są podłączone do sieci elektroenergetycznej. To autonomiczne systemy energetyczne, w których nadwyżki energii magazynowane są w specjalnych akumulatorach. Z tak zmagazynowanej energii możesz skorzystać w dowolnym czasie i o dowolnej porze. 

W skład instalacji fotowoltaicznej typu off-grid wchodzą: 

  • panele fotowoltaiczne, 
  • inwerter (falownik), 
  • regulator ładowania, 
  • akumulator (magazyn energii), 
  • okablowanie i zabezpieczenia. 

Instalacje fotowoltaiczne on-grid 

W instalacjach on-grid nadwyżki produkcji prądu trafiają do sieci elektroenergetycznej. Zależnie od stosowanego modelu rozliczeń oddajesz lub sprzedajesz prąd zewnętrznemu operatorowi. Gdy produkcja własna nie pokrywa aktualnego zapotrzebowania (np. nocą, w czasie pochmurnej pogody lub w okresie zimowym), uzupełniasz niedobory, kupując lub odbierając energię z sieci. W obu przypadkach wymiana jest automatyczna, nie wymaga podejmowania szczególnych działań przez prosumentów. 

W skład instalacji fotowoltaicznej typu on-grid wchodzą: 

  • panele fotowoltaiczne, 
  • inwerter (falownik), 
  • okablowanie i zabezpieczenia, 
  • licznik dwukierunkowy. 

Hybrydowe instalacje fotowoltaiczne 

Jak działa fotowoltaika typu hybrydowego? Może współpracować zarówno w połączeniu z siecią elektroenergetyczną, jak i autonomicznie. Dzięki temu zapewnia najwyższy poziom bezpieczeństwa energetycznego. System hybrydowy nie przestaje działać w czasie awarii sieci. Pozwala też skuteczniej zarządzać nadwyżkami produkcji energii: przekazujesz lub sprzedajesz prąd operatorowi tylko wtedy, gdy jest to dla Ciebie korzystne. 

Szczegółowe omówienie różnic pomiędzy systemem fotowoltaiki wyspowej i sieciowej prezentujemy w artykule: Fotowoltaika off-grid czy on-grid – którą opcję wybrać? 

Rodzaje paneli fotowoltaicznych – monokrystaliczne i polikrystaliczne 

Wśród dostępnych na rynku paneli fotowoltaicznych wyróżniamy najczęściej dwa rodzaje – panele monokrystaliczne i polikrystaliczne. Każde ogniowo w panelu monokrystalicznym zbudowane jest z jednego kryształu krzemu – ma on kształt walca i średnicę około 30 cm. Natomiast ogniwa polikrystaliczne tworzy wiele kryształów krzemu. 

W początkach rozwoju fotowoltaiki większym zainteresowaniem cieszyły się panele polikrystaliczne – były nieco mniej wydajne, lecz znacznie tańsze. W miarę rozwoju technologii sytuacja uległa odwróceniu: obecnie na rynku dominują moduły monokrystaliczne. Przy wyborze konkretnego modelu paneli fotowoltaicznych kieruj się wydajnością, jakością wykonania i ceną konkretnego modelu. 

 

Fotowoltaika od TAURONA

Masz pytanie związane z fotowoltaiką, na które nie znalazłeś odpowiedzi w powyższym artykule?

Sprawdź szczegóły oferty bądź zamów kontakt z ekspertem TAURONA, który udzieli Ci niezbędnych informacji, a także dobierze instalację fotowoltaiczną dopasowaną do Twojego domu.

DOWIEDZ SIĘ WIECEJ

Od czego zależy efektywność systemu fotowoltaicznego? 

Efekt fotowoltaiczny wymaga dostępu do światła – im jest go więcej, tym więcej prądu produkuje instalacja fotowoltaiczna. Z tego względu panele fotowoltaiczne montuje się na dachu budynku lub gruncie – tak, aby nie były zacienione. 

Ustawienie i kąt nachylenia paneli fotowoltaicznych 

Kluczowe znaczenie dla wydajności ma też zwrócenie paneli fotowoltaicznych w odpowiednią stronę i ustawienie ich pod odpowiednim kątem. Na terytorium Polski najlepszy jest kierunek południowy i kąt nachylenia pomiędzy 20 a 50° (kąt wobec poziomu wyznaczonego przy użyciu odpowiednich urządzeń pomiarowych). W południowej części kraju lepsze będą ustawienia bliższe 20°, a w województwach północnych 50°. 

W praktyce precyzyjne ustawienie jest możliwe głównie w przypadku paneli posadowionych na gruncie. O kierunku i kącie ustawienia paneli montowanych na budynkach w większości przypadków decyduje kierunek i nachylenie połaci dachowej. Zmiana ustawienia przy użyciu odpowiednich konstrukcji wsporczych jest konieczna tylko wtedy, gdy powierzchnia dachu budynku jest nachylona pod kątem mniejszym niż 10°. 

Temat konstrukcji wsporczych omawiamy szczegółowo w artykule: Konstrukcja pod panele fotowoltaiczne na gruncie – co musisz wziąć pod uwagę? 

Pora dnia i roku decydują o ilości energii wytwarzanej przez panele słoneczne 

Efektywność, z którą działa fotowoltaika, jest bezpośrednio zależna od pory dnia i pory roku. W nocy ogniwa fotowoltaiczne przestają wytwarzać prąd. Natomiast szczyt wydajności przypada na godziny południowe (orientacyjnie pomiędzy godziną 10.00 a 14.00). Oczywiście realna wydajność zależy od warunków atmosferycznych. Panele fotowoltaiczne osiągają szczyt efektywności przy słonecznej pogodzie i w temperaturze do 25°C. 

Ilość prądu, którą może wytworzyć ogniwo fotowoltaiczne, zależy w największym stopniu od pory roku. Promieniowanie słoneczne jest najbardziej intensywne latem. W ciepłych miesiącach roku dni trwają dłużej, co zwiększa efektywność, z którą działają ogniwa fotowoltaiczne. Najtrudniej pozyskiwać energię promieniowania słonecznego zimą: dni są krótkie, a światło pada pod zbyt ostrym kątem w stosunku do ustawienia paneli. Dodatkowym utrudnieniem jest śnieg pokrywający panele PV. W efekcie ilość produkowanej energii elektrycznej spada w skrajnych przypadkach nawet dziesięciokrotnie w porównaniu do miesięcy letnich. 

Przeczytaj, jak pogoda wpływa na działanie systemu fotowoltaiki w artykule: Warunki atmosferyczne w Polsce a fotowoltaika 

Jakość komponentów i montażu fotowoltaiki

Dwa panele złożone o identycznej mocy nominalnej mogą dostarczać różnych ilości prądu. Wynika to z jakości wykonania oraz spadku wydajności w czasie eksploatacji. Realna wydajność, z którą pracuje instalacja PV, jest też zależna od sprawności falownika. Wysokiej jakości urządzenia efektywniej zamieniają prąd stały na prąd przemienny. 

Na wydajność własnej produkcji prądu ze słońca wpływa też jakość użytych przewodów i właściwe połączenie wszystkich elementów, z których składa się instalacja fotowoltaiczna. Błędy w doborze komponentów skutkują stratami prądu i spadkiem ogólnej wydajności. 

Jeżeli zainteresował Cię temat, przeczytaj artykuł, w którym doradzamy, jak zwiększyć efektywność instalacji fotowoltaicznej? 

Rozliczanie fotowoltaiki – systemy net-metering i net-billing 

Aktualnie prosumenci rozliczają się w dwóch systemach: net-metering (system opustów) lub net-biling. Początkowo obowiązywał wyłącznie system opustów. Mogą z niego korzystać jeszcze przez 15 lat (maksymalnie do 2037 r.) ci prosumenci, którzy uruchomili fotowoltaikę przed 1 kwietnia 2022 r. W każdej chwili mogą też wybrać nowszy system rozliczeń, czyli net-biling. Posiadacze instalacji uruchomionych po 31 marca 2022 r. są zobligowani do rozliczania się w systemie net-biling. 

Jak działa bilansowanie energii w systemie opustów (net-metering)? 

Kluczową cechą systemu opustów jest brak możliwości sprzedaży energii generowanej w instalacji fotowoltaicznej. Obrót nadwyżkami prądu odbywa się całkowicie bezgotówkowo. Część prądu zużywasz na bieżąco w momencie produkcji. Jest to tak zwana autokonsumpcja. Pozostała część energii, której nie wykorzystają urządzenia i systemy w gospodarstwie domowym, trafia do sieci energetycznej. Możesz ją odebrać w każdym momencie, gdy produkcja własna nie pokrywa aktualnego zapotrzebowania. 

Wartość opustu jest uzależniona od mocy mikroinstalacji

  • Instalacje do 10 kWp – możesz odebrać 0,8 kWh za każdą 1 kWh energii wprowadzonej do sieci publicznej. 
  • Instalacje powyżej 10 kWp – możemy odebrać 0,7 kWh za każdą 1 kWh wprowadzoną do sieci elektroenergetycznej. 

W systemie opustów odbiór „zmagazynowanego” prądu przebiega całkowicie automatycznie i nie wymaga ingerencji ze strony prosumentów. Odprowadzana do sieci energia podlega bilansowaniu w cyklu rocznym. Jest dostępna na bieżąco w ciągu 365 dni od wprowadzenia do sieci i zakończenia okresu rozliczeniowego. Jeżeli nie wykorzystasz jej w ciągu roku, zapas przepadnie bezpowrotnie. Oznacza to, że budowanie przewymiarowanych instalacji fotowoltaicznych nie ma sensu ekonomicznego ani energetycznego. 

Analizę zasad stosowania rozliczeń prezentujemy w artykule: Rozliczenie fotowoltaiki w praktyce 

Jakie są zasady rozliczenia fotowoltaiki w systemie net-billing? 

System net-biling zastępuje wymianę ilościową wymianą wartościową. Nie oddajesz prądu do sieci „na przechowanie”, lecz sprzedajesz go operatorowi energetycznemu. W zamian nie otrzymujesz pieniędzy na konto bankowe, lecz gromadzisz środki na specjalnym rachunku prosumenckim. 

Wpływy ze sprzedaży nadwyżek służą prosumentom wyłącznie do zakupów energii elektrycznej z sieci. Gdy własna produkcja nie wystarcza na pokrycie zapotrzebowania, system automatycznie pobiera z sieci prąd po aktualnych cenach operatora. 

Czy możliwa jest wypłata środków zgromadzonych na rachunku prosumenckim? Tak, jednak pod dwoma warunkami. Po pierwsze możesz wypłacić tylko te środki, których nie wykorzystasz na zakup energii w ciągu 12 miesięcy od ich zaksięgowania na rachunku. Po drugie zwrot nie może przekroczyć 20% energii, którą prosument sprzedał do sieci w rozliczanym miesiącu. 

Szczegółowe omówienie zasad rozliczania fotowoltaiki w systemie wartościowym omawiamy w artykule: Czym jest net-billing?

Jak dobrać moc instalacji fotowoltaicznej? 

Moc instalacji fotowoltaicznej powinna być przede wszystkim dostosowana do zużycia energii. Im większa jest autokonsumpcja, tym fotowoltaika przynosi wyższe oszczędności. Dlatego należy ograniczać wymianę z siecią np. dzięki zastosowaniu magazynów energii. W ten sposób przyspieszysz zwrot inwestycji. 

Gdy odprowadzasz energię do sieci w systemie net-metering, ponosisz koszty przechowywania – operator zatrzymuje 20 lub 30% energii. Z kolei wymiana wartościowa w systemie net-biling jest zagrożona stratą wynikającą z różnicy cen rynkowych. Prosument nigdy nie ma pewności, czy cena zakupu prądu na pokrycie niedoborów nie okaże się wyższa od stawek, po których sprzedawał nadwyżki. 

Praktyczne zasady szacowania mocy fotowoltaiki 

Prosta zasada mówi, że produkcja prądu w instalacji fotowoltaicznej nie powinna przekraczać całkowitego rocznego zużycia w gospodarstwie domowym. Taki dobór mocy równoważy tę część energii, która pozostaje w sieci zgodnie z systemem opustów. Jednocześnie pozwala uniknąć nadmiarowej produkcji energii w stosunku do realnego zapotrzebowania. 

Opisana zasada nie zawsze sprawdzi się przy rozliczeniach w systemie net-metering. Jeżeli chcesz sprzedawać więcej prądu i liczysz na korzystne relacje cen, zaplanuj instalację, która dostarcza o 10–20% więcej niż jesteś w stanie zużyć. 

Jak przeliczyć kilowatogodziny (kWh) na kilowatopiki? 

Moc instalacji fotowoltaicznej podaje się w kilowatopikach (kWp). Określają one maksymalną wydajność paneli PV, którą osiągają w tzw. warunkach pomiarowych, w tym m.in. przy optymalnym naświetleniu i temperaturze otoczenia. 

Aby we własnym zakresie dokonać wstępnej, uproszczonej weryfikacji mocy instalacji, można przyjąć następujące założenie: 

  • na każde zużyte rocznie 1000 kWh energii dobierz 1 kWp mocy instalacji PV. 
 

Jeżeli potrzebujesz więcej informacji na temat funkcjonowania, optymalnej wielkości czy kosztów związanych z inwestycją w PV, pobierz bezpłatny poradnik. Znajdziesz w nim odpowiedzi na najczęściej zadawane pytania o produkcję prądu ze słońca na własne potrzeby.

POBIERZ ZA DARMO

Ile kosztuje fotowoltaika?

Przydomowa instalacja fotowoltaiczna ma zazwyczaj moc od 4 do 6 kWp, rzadko przekracza 10 kWp. W 2023 r. 1 kWp kosztował średnio 4–5 tys. zł. Przy większych instalacjach stawka będzie niższa, natomiast przy mniejszej mocy wyższa. 

Od czego zależy koszt fotowoltaiki? 

Planując własną instalację fotowoltaiczną, musisz mieć świadomość, że jej ostateczny koszt zależy od jakości sprzętu i materiałów instalacyjnych oraz kosztów montażu. Na wszystkich składnikach możesz oszczędzić, jednak to pozorna oszczędność. Jeżeli zależy Ci na trwałości i bezawaryjnym działaniu przez dziesięciolecia, postaw na markowy sprzęt i sprawdzonych wykonawców. 

Które składniki instalacji fotowoltaicznej są najdroższe? 

Panele słoneczne to nawet 40–50% ogólnych kosztów inwestycji. Dobry falownik to kolejne 20%. Na poziomie 20% plasują się też koszty projektu i wykonawstwa. Udział poszczególnych elementów systemu w ogólnych kosztach inwestycji zależy przede wszystkim od mocy instalacji. 

Szczegółowemu omówieniu kosztów zakupu i montażu instalacji fotowoltaicznej poświęciliśmy osobny artykuł: Ile kosztuje fotowoltaika? Koszt instalacji i urządzeń 

Jak obniżyć koszty inwestycji w fotowoltaikę? 

W pozyskaniu środków na instalację fotowoltaiczną pomagają liczne programy dofinansowań. Najważniejszym z nich jest Mój Prąd uruchomiony w 2019 r. Bezzwrotne dopłaty do fotowoltaiki są przewidziane także w programie Czyste Powietrze

Możesz z powodzeniem wykorzystać Ulgę Termomodernizacyjną, czyli odpis od podstawy opodatkowania części lub całości kosztów budowy instalacji fotowoltaicznej. Ponadto warto sprawdzić lokalne programy dopłat do OZE. Dobrym rozwiązaniem są też przyznawane na preferencyjnych warunkach kredyty. Jeśli skorzystasz z wymienionych źródeł dofinansowania, znacznie obniżysz wkład własny i skrócisz czas oczekiwania na zwrot inwestycji.