Jak działają panele fotowoltaiczne?

Słońce jest naturalnym źródłem energii, który uwalnia maleńkie pakiety energii zwane fotonami. W ciągu około 8,5 minuty docierają one na Ziemię, przemierzając 150 milionów kilometrów. Co godzinę na naszą planetę oddziałuje więc ogromna liczba fotonów, które są w stanie zaspokoić globalne zapotrzebowanie na energię przez cały rok . Niestety tylko część tej energii jest wykorzystana przez człowieka. Aby to zmienić stosowane są różnego rodzaju rozwiązania instalacyjne lub konstrukcje budowlane, które są w stanie pozyskać energię słoneczną i zamienić ją na ciepło lub prąd elektryczny.

Instalacja fotowoltaiczna zalicza się do najbardziej popularnych technologii wykorzystujących energię słoneczną. Za konwersję fotowoltaiczną odpowiadają ogniwa fotowoltaiczne, które tworzą moduły. Zanim jednak szczegółowo opowiemy, jak działa instalacja fotowoltaiczna, przyjrzyjmy się jej budowie.
Do prawidłowego działania instalacji potrzebne są jeszcze: inwerter, okablowanie, skrzynki przyłączeniowe, zabezpieczenia, złącza oraz elementy montażowe. Ponadto zestaw może być wyposażony w magazyny energii oraz optymalizatory, które zwiększają wydajność modułów w przypadku ich częściowego zakrycia lub zacienienia.

Proces przetwarzania energii słonecznej na elektryczną, która służy do zasilania urządzeń lub jest przekazywana sieci energetycznej, składa się z kilku etapów. Jak działają panele słoneczne? 

1. Światło składające się z fotonów dociera do ogniw fotowiltaicznych. Znajdujący się w nich krzem wybija elektrony z atomów, których ruch zamienia się w przepływ prądu elektrycznego.
2. Wytworzony prąd stały trafia do falownika (inwertera), gdzie zamieniany jest w prąd przemienny, który może być już wykorzystany przez urządzenia domowe. Falownik nie tylko zamienia prąd stały na przemienny, ale również zarządza całą instalacją. Odpowiada za jej automatyczne uruchamianie i wyłączanie, a także oblicza ilość energii elektrycznej wytworzonej oraz wskazuje aktualną moc instalacji.
3. Może się zdarzyć, że ilość wytworzonego prądu nie pokrywa się z aktualnym zapotrzebowaniem na energię. Dlatego jej nadwyżki trafiają przez licznik dwukierunkowy do sieci energetycznej lub magazynów energii. Odwrotna sytuacja ma miejsce wtedy, gdy instalacja jest wyłączona lub pracuje z niewielką mocą, a odbiorca w danej chwili potrzebuje więcej energii. Wówczas prąd jest pobierany z sieci energetycznej lub magazynu energii.

Fotowoltaika może działać w określonych warunkach bez zewnętrznego zasilania. W systemie off-grid energia elektryczna zasila urządzenia elektryczne lub trafia do magazynu energii. Ze względów praktycznych częściej jednak wybierana jest instalacja on-grid.
Pamiętaj również, że choć popularna instalacja fotowoltaiczna on-grid produkuje prąd, to sama również potrzebuje zewnętrznego źródła zasilania. Dlatego w przypadku przerw w dostawie prądu system po prostu się wyłączy.
Optymalnym rozwiązaniem może być fotowoltaika hybrydowa, która łączy w sobie zalety instalacji on-grid oraz off-grid. Taka instalacja wyposażona jest w magazyny energii, dlatego w przypadku przerwy w dostawie prądu jest ona w stanie przez pewien czas zasilać urządzenia elektryczne. 

Wydajność fotowoltaiki zależy głównie do warunków atmosferycznych: im więcej promieni słonecznych dociera do instalacji, tym więcej wytwarza ona prądu. Dlatego najwięcej energii elektrycznej produkuje w okresie wiosenno-letnim.
Należy przy tym podkreślić, że ważny jest sam dopływ promieni słonecznych, a nie temperatura powietrza. Dlatego w bezchmurne dni instalacja może wytworzyć większą ilość energii niż w analogicznym okresie przypadającym na upalny, ale pochmurny sierpień.
Jak działa fotowoltaika zimą? W tym okresie produkcja energii elektrycznej jest najmniejsza. Wynika to przede wszystkim z bardzo krótkich dni, zachmurzenia i opadów śniegu.  Dlatego planując instalację należy uwzględnić roczny bilans energetyczny i fakt, że praca instalacji zależna jest między innymi od pory roku.