Prąd ze słońca. Jak działa instalacja fotowoltaiczna?

Podstawą każdego panelu jest krzem. Wykorzystują one światło słoneczne i właściwości tego pierwiastka chemicznego, dzięki czemu uzyskiwany jest prąd stały. Sercem typowej instalacji jest inwerter, zwany potocznie falownikiem. Przetwarza on prąd stały w przemienny, który następnie jest wykorzystywany do zasilania urządzeń elektrycznych.

Energia z instalacji fotowoltaicznej zużywana jest na bieżąco na potrzeby własne gospodarstwa. Nadwyżka, czyli to, czego nie udało się zużyć, trafia do sieci energetycznej i jest tam magazynowana.

Nie odbywa się to za darmo. Użytkownik instalacji fotowoltaicznej może pobrać z sieci 80% wyprodukowanej i wysłanej energii. Jeśli dysponuje instalacją o mocy większej niż 10 kWp, limit ten wynosi 70%. Nadwyżki trafiają do sieci i są pobierane przez dane gospodarstwo domowe w sytuacjach, kiedy nasza instalacja nie może produkować energii, na przykład zimą lub w nocy.

Możliwe jest to dzięki zainstalowaniu licznika dwukierunkowego, który monitoruje przepływ prądu między instalacją fotowoltaiczną a zewnętrzną siecią energetyczną. Takie rozwiązanie jednak nie gwarantuje energetycznej niezależności. W przypadku awarii sieci domowa instalacja fotowoltaiczna też ulega wyłączeniu. Nie ma bowiem gdzie odprowadzić nadmiaru wyprodukowanej energii elektrycznej.

On-grid, off-grid - co to jest i jak działa?

Kiedy instalacja fotowoltaiczna jest połączona z siecią energetyczną, działa w trybie on-grid. W tym wariancie tracimy nadwyżki prądu, których nie uda się spożytkować w bieżącym użytkowaniu.

Dostępna technologia pozwala na przechowywanie produkowanego prądu na własną rękę. Taki tryb nazywany jest off-grid. Polega na tym, że jest niezależny od dostaw energii z sytemu zewnętrznego. Nadwyżki prądu są magazynowane w ramach własnego układu fotowoltaicznego, który jednak musi być wyposażony w odpowiednie bateryjne magazyny energii.

Są to akumulatory litowo-jonowe lub litowo-żelazowo-fosforanowe. Charakteryzują się długą żywotnością, mogącą sięgać nawet 20 lat. Liczba cykli związanych z ładowaniem i rozładowywaniem dochodzi do 8 tys.

Zasada działania instalacji off-grid jest prosta. Układ fotowoltaiczny najwięcej energii produkuje w ciągu dnia. Z kolei zużycie prądu w gospodarstwie domowym najintensywniejsze jest wieczorami, nocą oraz o poranku. Bezpośrednie zużycie prądu na potrzeby własne gospodarstwa domowego zazwyczaj wynosi około 30% bieżącej produkcji. Prąd wytwarzany jest najintensywniej w ciągu dnia, kiedy zazwyczaj nikogo nie ma w domu. Wielkość baterii należy dobierać, uwzględniając ilość zużywanej energii elektrycznej. W ciągu dnia jest ona ładowana. Po zachodzie słońca zasilanie odbywa się z baterii. Wielkość baterii powinna także uwzględniać przewidywane zapotrzebowanie na prąd w domu oraz możliwości produkcyjne paneli słonecznych.

Wiele zalet, ale niemałym kosztem. Ile kosztuje fotowoltaika?

Magazyny prądu nie lubią bezczynności. Dlatego dla zachowania żywotności muszą być regularnie opróżniane i ładowane. Obowiązuje zasada, że w dzień odbywa się ich napełnianie, nocą zaś rozładowywanie. Taki system ma wiele zalet, ale wymaga kosztownej inwestycji związanej z zakupem odpowiednio wielkiego magazynu energii. Daje niezależność od dostawców energii elektrycznej, co ma szczególne znaczenie w gospodarstwach, w których prowadzona jest hodowla i produkcja zwierząt. Zasoby prądu można bowiem zużywać w przypadku wystąpienia awarii sieci. Daje także możliwość pełnego wykorzystania produkowanego prądu, a nie tylko 70–80%, jak to ma miejsce w przypadku trybu on-gird.

Baterie nie są tanie, jednak wydają się dobrym rozwiązaniem na zapewnienie niezależności energetycznej. Koszt inwertera trójfazowego o mocy 5–10 kW i magazynu energii o pojemności 5–6 kWh wynosi około 26 tys. zł. Urządzenie takie będzie dobrze współpracować z domową instalacją fotowoltaiczną o mocy 4–5 kVp. Uwzględniając żywotność baterii, zapotrzebowanie na energię oraz dodatkowe koszty samego magazynu, rozwiązanie to dla gospodarstw domowych będzie dobre w przypadku ryzyka częstych awarii lub braku możliwości doprowadzenia regularnej sieci energetycznej. Daje bowiem niezależność. Inwestycja w baterie będzie bardziej opłacalna wszędzie tam, gdzie zużywa się duże ilości prądu, a więc w obiektach przemysłowych i gospodarczych.

Tomasz Ślęzak
fot. T. Ślęzak