Jak powstaje prąd ze słońca, czyli jak działa fotowoltaika, aby energia słoneczna została zamieniona na prąd?
W tym artykule w prosty sposób wyjaśniamy, jak powstaje prąd ze słońca, tłumacząc, na czym polega konwersja fotowoltaiczna w ogniwach paneli fotowoltaicznych. Rzucamy też nieco światła na potencjał, jaki ma energia słoneczna (energia słońca) i historię jej wykorzystania przez ludzkość, która przywiodła nas do dnia dzisiejszego, czyli dnia, w którym domowa instalacja fotowoltaiczna stanowi opłacalne i bezemisyjne źródło energii.
Wpisz swój adres i otrzymaj darmową wycenę.
Energia słoneczna a prąd ze słońca
Wytłumaczenie tego, jak powstaje prąd ze słońca i jak działa fotowoltaika jest znacznie łatwiejsze, gdy rozumie się, czym tak naprawdę jest energia słoneczna.
Powstaje ona na drodze rozmaitych reakcji fuzji jądrowych, które nieustannie mają miejsce w największej gwieździe naszego układu, czyli Słońcu. Energia ze słońca dociera do planety Ziemia pod postacią promieniowania słonecznego, którego natężenie dla obszaru Polski wynosi średnio 993,5 kWh/m2. Jest to wystarczająca moc instalacji fotowoltaicznej, aby domowa fotowoltaika, nawet małego rozmiaru, czyli do 5 kW, wytwarzała rocznie ok 5000 kWh energii elektrycznej.
Konwersja fotowoltaiczna to nie jedyny sposób, aby energia słoneczna została zamieniona na tzw. prąd ze słońca. Istnieją również dwa inne sposoby - konwersja chemiczna oraz konwersja fotochemiczna. W tym artykule skupimy się jednak wyłącznie na zasadach tej pierwszej, czyli zasadach działania instalacji fotowoltaicznej.
Jak powstaje prąd ze słońca dzięki konwersji fotowoltaicznej
Aby energia słoneczna mogła zostać zamieniona na znany nam prąd ze słońca, potrzebna jest jej zamiana. Tzw. konwersja fotowoltaiczna odbywa się w ogniwach, z których zbudowane są panele PV:
- Ogniwa fotowoltaiczne to urządzenia, które dzięki zastosowaniu w nich dwóch krzemowych płytek o różnych typach przewodnictwa (p i n, czyli + i -) wytwarzają specyficzne pole elektryczne.
- W momencie, gdy energia słoneczna w postaci fotonu promieniowania pada na płytkę krzemową, jest on przez nią pochłaniany, a efektem tego jest wybicie (tj. poruszenie) elektronu.
- To właśnie ten ruch generuje prąd! To właśnie wybicie elektronu powoduje wytworzenie energii elektrycznej w panelu wchodzącym w skład instalacji fotowoltaicznej.Co jednak ważne, “surowy” prąd ze słońca wytwarzany przez ogniwa fotowoltaiczne to prąd stały. W sieci energetycznej potrzebny jest z kolei prąd zmienny. Żeby skonwertować pierwszy na drugi, każdą instalację fotowoltaiczną wyposaża się w tzw. falownik, czyli inwerter.
Jak działa instalacja fotowoltaiczna
Instalacja fotowoltaiczna, na którą składają się wspomniane już panele PV, ale też okablowanie i falownik, zasila domowe urządzenia w energię elektryczną. Ogniwa monokrystaliczne (lub polikrystaliczne) wytwarzają prąd stały, a ten z kolei przesyłany jest do falownika, który zamienia go w prąd zmienny.
Prąd ze słońca nie jest jednak przechowywany przez instalacje fotowoltaiczne, chyba że wyposażymy się w magazyn energii fotowoltaicznej.
Czy w takim razie nadwyżki “zielonej” energii elektrycznej marnują się w Polsce? Nie, bo każda instalacja fotowoltaiczna (nie ważne czy ma magazyn energii czy nie) musi być podłączona do lokalnej sieci energetycznej. Dzięki temu sieć zbiera prąd ze słońca niewykorzystany przez właściciela fotowoltaiki i przesyła go dalej. Ilość tej energii mierzona jest przez licznik dwukierunkowy, dzięki czemu prosument (właściciel mikroinstalacji PV) otrzymuje stosowną zapłatę za każdy przekazany 1 kWh energii elektrycznej. Przy rozliczaniu odnawialnych źródeł energii z zakładem energetycznym stosuje się tzw. system rozliczeń zwany net-billingiem.
Ogniwa fotowoltaiczne a panele i moduły PV - rozróżnienie
Pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne charakteryzuje moc zaledwie kilku watów. To dlatego łączy się je ze sobą w panele fotowoltaiczne, a te z kolei w moduły fotowoltaiczne.
Panele fotowoltaiczne dla gospodarstw domowych składają się najczęściej z ok. 60-64 ogniw fotowoltaicznych, a te dla firm, gospodarstw rolnych i farm PV z 72. W zależności od tego jak dużej są wielkości, w jakiej technologii je wytworzono i ile ich zastosowano na dachu budynku lub na gruncie, taką moc będzie miał cały system fotowoltaiczny.
Ilość prądu ze słońca a moc instalacji fotowoltaicznej
W Polsce przyjmuje się, że z każdego 1 kWp instalacji fotowoltaicznej spodziewać się należy mniej więcej 1000 kWh energii elektrycznej. Im zatem więcej paneli PV o większej mocy, tym większa będzie finalna ilość wyprodukowanego prądu.
Żeby prawidłowo dobrać moc instalacji fotowoltaicznej, czyli obliczyć ile i jakiej mocy paneli fotowoltaicznych potrzeba, należy oszacować swoje zapotrzebowanie na energię elektryczną. Do tego, warto też uwzględnić, ile realnie będziesz zużywać swojego prądu ze słońca na własne potrzeby, a ile będziesz oddawać do sieci energetycznej.
Domowe systemy fotowoltaiczne w Polsce mają zazwyczaj moc od 3 do 10 kWp. Na takiej wielkości instalacje jest też największe dofinansowanie do fotowoltaiki.
Wyceń swoją instalację w 3 prostych krokach.
Prąd ze słońca w ujęciu historycznym
Energia słońca wykorzystywana była już wieki temu przez naszych przodków. Zdaniem antropologów, odkrycie tego, że energia słoneczna może służyć rozpalaniu ognia datuje się na ok. 7 w. p. n. e. Choć początkowo używano do tego szkieł powiększających, to już w III w. p. n. e. Grecy i Rzymianie ten sam proces wykorzystywali dzięki lustrom, rozpalając w ten sposób pochodnie.
Dalej historia wiedzie nas przez liczne budowle, które choć nie były zaopatrzone w prąd ze słońca, to wykorzystywały energię promieniowania słonecznego do ogrzewania pomieszczeń. Pod koniec XVIII wieku dostrzeżono też jego potencjał do ogrzewania kotłów na licznych statkach, które wówczas kursowały na długich dystansach.
Kto odkrył to, jak działa fotowoltaika i że da się pozyskać prąd ze słońca?
Odkrycie tego, jak powstaje prąd ze słońca i pierwsze udane próby jego pozyskania przypisuje się młodemu naukowcowi, Alexandre Edmond Becquerelowi, który w 1839 roku zbudował elektrodę, w której nastąpiła pierwsza, historyczna konwersja fotowoltaiczna.
Pierwsze opatentowane ogniwo fotowoltaiczne pojawiło się jednak dużo później, bo w 1941 roku. Z kolei powszechne dziś wykorzystanie paneli fotowoltaicznych zawdzięczamy m.in. wojsku, o czym więcej przeczytasz w osobnym artykule Ciekawostki i historia fotowoltaiki.
Zasada działania fotowoltaiki a Einstein
Mało znaną ciekawostką jest fakt, że prąd ze słońca jako taki zainteresował też Alberta Einsteina, a nawet przyniósł mu Nagrodę Nobla.
To właśnie ten znany fizyk w 1904 roku steoretyzował zjawisko fotowoltaiczne, dokładnie opisując naturę strumienia światła oraz ruch elektronów w wyniku, którego zachodzi przepływ prądu elektrycznego. Innymi słowy, to Einstein opisał jak działają ogniwa fotowoltaiczne i że da się je wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej.
Wpisz swój adres i otrzymaj darmową wycenę.
Prąd ze słońca, jaki generuje fotowoltaika to oszczędność i dbałość o ekologię
Już wiesz, że ogniwa fotowoltaiczne zamieniają energię promieniowania słonecznego w prąd. Nadszedł więc moment, aby uzmysłowić sobie, że energia słoneczna to całkowicie bezemisyjne źródło energii elektrycznej i cieplnej. Prąd ze słońca nie ma negatywnych konsekwencji dla środowiska - nie emituje zanieczyszczeń, nie zmniejsza zasobów naturalnych naszej planety, takich jak węgiel czy ropa. To dlatego dynamicznie rośnie liczba osób, która w odnawialnych źródłach energii widzi jedyną słuszną przyszłość.
Decydując się zostać prosumentem, czyli osobą z własną fotowoltaiką dla potrzeb domowych, możesz rocznie zaoszczędzić nawet kilka tysięcy złotych na rachunkach za prąd. Nie potrzebujesz wtedy pobierać tyle energii elektrycznej z zakładu energetycznego. Zyskujesz własny, darmowy prąd ze słońca. Instalacja fotowoltaiczna pomaga tym samym uniezależnić się od ciągłych podwyżek cen prądu.
Prąd ze słońca z instalacji fotowoltaicznej a inne OZE
Ekologiczne pozyskanie energii elektrycznej jest możliwe nie tylko ze słońca - prawie tak popularna jak energia słoneczna jest w Polsce również energia wiatrowa. “Prawie”, bo to systemy fotowoltaiczne mają w tej chwili największy udział w wyprodukowanej energii OZE. W naszym kraju jest już ponad milion instalacji prosumenckich PV podłączonych do sieci elektroenergetycznej. Łączna zainstalowana moc ogniw fotowoltaicznych to ponad 10 tysięcy MW.
Warto przy tym pamiętać, że odnawialne źródła energii to nie tylko energia elektryczna, ale i cieplna. Przykładem są powszechnie dostępne pompy ciepła.
Wyceń swoją instalację w 2 minuty.
Jak powstaje prąd ze słońca i jak działa fotowoltaika - FAQ
Czy w Polsce jest wystarczające promieniowanie słoneczne, aby produkować prąd ze słońca?
Tak - średnie natężenie promieniowania słonecznego w Polsce to prawie 1000 kWh/m2, co sprawia, że panele fotowoltaiczne powinny produkować energię elektryczną w dokładnie takiej ilości, jaką podaje producent. Tym samym, moc instalacji fotowoltaicznej na poziomie np. 3 kWp powinna przełożyć się na produkcję ok. 3000 kWh energii elektrycznej.
Czy 100% energii słonecznej padającej na ogniwa fotowoltaiczne zamieniana jest na prąd?
Nie, współczesne ogniwa fotowoltaiczne nie działają (jeszcze) w tak efektywny sposób. Promienie słoneczne nie są zamieniane na prąd w stosunku 1:1. Spodziewana produkcja energii elektrycznej z instalacji fotowoltaicznej jest mniejsza.
Sprawność paneli fotowoltaicznych to najczęściej ok. 22%. Innymi słowy, przy energii słonecznej 1000 Wh/m2 padającej na panel fotowoltaiczny 1,64m2 i sprawności 22%, spodziewać się należy produkcji 360,4 kWh prądu ze słońca ( 1000 Wh/m2 x 1,64 x 22%).
Jak działają panele fotowoltaiczne monokrystaliczne a polikrystaliczne?
Sama zasada działania instalacji fotowoltaicznej pozostaje ta sama. W obu typach paneli zachodzi konwersja fotowoltaiczna. W obu wykorzystuje się krzem jako przewodnik. Po prostu panele monokrystaliczne są budowane w innej technologii niż te polikrystaliczne.
Aktualnie przyjmuje się, że ogniwa monokrystaliczne dają lepsze wyniki - ich sprawność oscyluje pomiędzy 20% a 25%. Ogniwa polikrystaliczne charakteryzuje z kolei 16-18%. Monokrystaliczne panele fotowoltaiczne są więc w stanie wyprodukować więcej prądu z tej samej ilości promieniowania słonecznego.
Ile prądu ze słońca wytwarza przeciętna instalacja fotowoltaiczna dla domu?
Wszystko zależy od tego, jaka jest moc instalacji fotowoltaicznej. Zazwyczaj zapotrzebowanie na energię elektryczną domu jednorodzinnego plasuje się na poziomie ok. 5000 KWh rocznie - tyle prądu ze Słońca wyprodukuje instalacja fotowoltaiczna 5 kWp.
Czy prąd ze słońca produkują też panele słoneczne?
W przeciwieństwie do paneli fotowoltaicznych, panele słoneczne (inaczej: kolektory lub solary) nie produkują prądu ze słońca. Nie dochodzi w nich do wybicia elektronu jak w ogniwach fotowoltaicznych i nie są podłączane do instalacji elektrycznej.
Panele słoneczne wykorzystują energię słoneczną w zupełnie inny sposób i w innym celu - krąży w nich substancja chemiczna zwana glikolem, która przekazuje ciepło promieni słonecznych bezpośrednio do wody. Solary służą więc wyłącznie do ogrzewania wody.
Jak prosto wyjaśnić jak działa instalacja fotowoltaiczna?
Instalacje fotowoltaiczne działają następująco:
- Gdy na ogniwo fotowoltaiczne pada promieniowanie słoneczne, dochodzi do poruszenia elektronów.
- Tak powstały prąd ze słońca przesyłany jest z paneli fotowoltaicznych do falownika i w tym urządzeniu zamieniany na prąd zmienny.
- Nadwyżkę energii, której nie wykorzystuje Twój dom, można albo przechować w magazynie energii albo automatycznie przesłać do sieci publicznej.
Wpisz swój adres i otrzymaj darmową wycenę.