Jak działa fotowoltaika i co wpływa na jej skuteczność?

Rosnące zainteresowanie odnawialnymi źródłami energii skłania wielu do poszukiwania rzetelnych informacji na temat ich działania. Wśród najczęściej wybieranych rozwiązań znajduje się technologia słoneczna, lecz nie każdy wie, jak działa fotowoltaika w praktyce. Czy rzeczywiście możliwe jest wytwarzanie prądu wyłącznie z promieniowania słonecznego? W niniejszym artykule przybliżymy zasady funkcjonowania instalacji opartych na ogniwach słonecznych, ich konstrukcję oraz czynniki wpływające na wydajność systemów PV.

Proces przekształcania energii słonecznej w elektryczność

Wykorzystanie światła do produkcji energii elektrycznej opiera się na zjawisku fotoelektrycznym, za którego odkrycie przyznano Nagrodę Nobla. Kluczową rolę w tym procesie odgrywają specjalne moduły składające się z ogniw wykonanych najczęściej z krzemu – materiału o właściwościach półprzewodnikowych. Gdy na powierzchnię tych elementów padają promienie słoneczne, wywołują one ruch elektronów. W wyniku tego przepływu powstaje napięcie, które można wykorzystać w sieci energetycznej. Początkowo wytwarzany jest prąd stały, który następnie – za pomocą falownika – przekształcany jest w zmienny. Dopiero taka forma energii może zasilać urządzenia codziennego użytku. Z punktu widzenia użytkownika istotna jest świadomość, że system działa tylko wtedy, gdy ogniwa są wystawione na działanie światła dziennego. Z tego powodu uzysk energetyczny uzależniony jest od pory roku, zachmurzenia i kąta nachylenia modułów.

Elementy składowe instalacji i ich funkcje

Na funkcjonalność systemu składa się nie tylko sam panel, ale także zestaw urządzeń towarzyszących. Poza modułami, które przetwarzają energię słoneczną, niezbędny jest falownik, pełniący funkcję przekształtnika. Jego zadaniem jest zamiana napięcia stałego na zmienne.

W zależności od konfiguracji można również zastosować magazyn energii, który umożliwia przechowywanie nadwyżek wyprodukowanego prądu. To rozwiązanie staje się coraz bardziej popularne w gospodarstwach domowych oraz w przedsiębiorstwach. Więcej tutaj.

Ważną częścią całego systemu są także elementy montażowe, przewody oraz zabezpieczenia chroniące instalację przed przepięciami i innymi niepożądanymi zjawiskami. Odpowiedni dobór komponentów wpływa nie tylko na efektywność, ale również na żywotność całej infrastruktury.

Wpływ warunków zewnętrznych na sprawność fotowoltaiki

Choć powszechnie uważa się, że systemy słoneczne są skuteczne jedynie latem, rzeczywistość okazuje się bardziej złożona. Oczywiście intensywność promieniowania wpływa na ilość generowanego prądu, jednak nowoczesne ogniwa potrafią pracować także w warunkach ograniczonego nasłonecznienia.

Czynnikiem mającym niebagatelne znaczenie jest także temperatura otoczenia. Wbrew pozorom nadmierne ciepło może obniżać wydajność modułów. Z tego powodu idealnym miejscem montażu niekoniecznie są regiony pustynne, a raczej umiarkowane strefy klimatyczne z dużą liczbą dni słonecznych.

Z punktu widzenia efektywności istotna jest również orientacja dachów lub konstrukcji wsporczych. Najlepsze rezultaty osiąga się przy skierowaniu paneli na południe pod odpowiednim kątem. Z kolei regularna konserwacja – w tym czyszczenie ogniw z kurzu, pyłu i liści – znacząco wpływa na wydajność całego układu.

Znajomość tych zależności pozwala lepiej zrozumieć, co to fotowoltaika i dlaczego jej działanie może różnić się w zależności od lokalizacji oraz warunków atmosferycznych.