Przydomowe elektrownie słoneczne to nadzieja na lepszą przyszłość – są coraz wydajniejsze i tańsze, a dodatkowo pozytywnie wpływają na środowisko naturalne. Opłacalność ekonomiczna technologii zależy głównie od rodzaju paneli i ich parametrów technicznych, ale na rentowność ma także wpływ poprawny montaż oraz usytuowanie paneli fotowoltaicznych.

Fotowoltaika dla każdego

Efekt fotowoltaiczny jako zjawisko fizyczne polegające na konwersji (przemianie) energii świetlnej w elektryczną został odkryty w wieku XIX (Aleksander Becquerel 1839 r.). Na powszechne zastosowanie przyszło jednak czekać ponad 150 lat. Od roku 2000 możemy mówić o masowości zjawiska w przypadku wykorzystania fotowoltaiki na użytek domowy oraz coraz większej skali zastosowania paneli fotowoltaicznych do budowy elektrowni słonecznych.
Kolejne lata przynoszą wzrost ilości instalacji o około 40% w stosunku do roku poprzedniego. Zmienia się konstrukcja ogniw – rośnie ich wydajność przy jednoczesnym spadku cen. To wszystko daje podstawy do założenia, że około roku 2050 całkowita światowa energia pozyskana z fotowoltaiki będzie miała moc 4500 GW, co zaspokoi potrzeby ludzkości w około 20% (obecnie produkuje się 500 GW co stanowi 2,2% światowej produkcji).

Jakie panele fotowoltaiczne są używane?

Ze uwagi na budowę wyróżniamy trzy rodzaje paneli:

• Monokrystaliczne – ich podstawową jednostką składową są pojedyncze kryształy krzemu; to panele o najwyższej mocy; popularnie nazywa się je czarnymi,
• Polikrystaliczne – tu w modułach ogniw łączy się wiele kryształów krzemu; niebieskie ogniwa są nieco mniej wydajne od czarnych, ale znacznie tańsze; bardzo dobrze sprawdzają się w naszych warunkach klimatycznych – to oraz przystępna cena sprawia, że polikrystaliczne panele fotowoltaiczne są najczęściej montowane w Polsce,
• Cienkowarstwowe – do budowy tych paneli używa się krzemu amorficznego, czyli takiego, który nie tworzy regularnych kryształów; warstwami niewykrystalizowanego krzemu pokrywa się szklane tafle; ogniwa cienkowarstwowe mają obniżoną wydajność, ale są lżejsze i tańsze; dzięki elastyczności można montować je na ścianach budynków; w ogniwach tego typu poza krzemem amorficznym spotyka się: selen, kadm, gal, ind, miedź, tellur.

Przed zakupem paneli warto skonsultować się ze specjalistami, którzy po zapoznaniu się z warunkami terenowymi, świetlnymi, klimatycznymi wykonają symulację działania instalacji i pomogą dobrać najlepszą opcję jeśli chodzi o rodzaj i parametry instalacji oraz jej usytuowanie.

Usytuowanie paneli fotowoltaicznych – wybór miejsca montażu

Ze względu na miejsce montażu mamy wybór między instalacjami naziemnymi i nadziemnymi – te drugie dotyczą głownie dachów i ścian budynków.
Dla osiągnięcia szczytowej mocy 1 kW potrzeba ogniw o powierzchni ok. 7 m2. Jeśli ktoś dysponuje dużą działką, to opcja naziemna jest bardzo dobrym wyborem. Jednak w przypadku zakupu instalacji do domków jednorodzinnych w miastach lub na ich przedmieściach mamy do czynienia z działkami dość skromnymi jeśli chodzi o powierzchnię. W takiej sytuacji najlepsza jest opcja paneli nadziemnych. Nie ma znaczenia rodzaj dachu – ważne jest aby jego konstrukcja utrzymała panele. Dachy nachylone mają ustawienie niemal idealnie wpisujące się w parametry wymagana przy montażu ogniw (kąt nachylenia 30 – 40°). Na dachach płaskich ogniwa ustawia się pod odpowiednim kątem na wspornikach balastowych.

Ogniwa fotowoltaiczne na dachu mocuje się do aluminiowych szyn przytwierdzonych do połaci dachowej. Ze względu na silne nagrzewanie się ogniw należy zapewnić swobodny przepływ powietrza miedzy dachem a fotoogniwami – nie wolno kłaść paneli tak, aby przylegały do połaci.

Usytuowanie paneli na ziemi – zalety i wady

Na ziemi, jeśli mamy dość miejsca, montujemy panele na wspornikach ze stali. Kwestią istotną jest wybór miejsc bez choćby drobnych zacienień oraz osłoniętych od wiatru.
Zaletą paneli naziemnych jest łatwość konserwacji i zachowania czystości oraz możliwość stosowania wsporników z trakerami – urządzeniami wprawiającymi panele w ruch zgodny z pozorną wędrówką słońca po niebie.
W przypadku paneli ruchomych należy wiedzieć, że każdy silniejszy ruch powietrza powoduje zatrzymanie ogniw i ich powrót do pozycji wyjściowej – bezpiecznej ze względu na ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi. Podczas takich operacji następują znaczne spadki mocy ogniw.

Fotowoltaika naziemna

Fotowoltaika a warunki świetlne i temperaturowe

Poszukiwanie optymalnych ustawień ogniw fotowoltaicznych ma związek z warunkami świetlnymi oraz temperaturą. Odpowiednie naświetlenie jest determinowane wyborem kierunku ustawienia oraz kąta nachylenia. W Polsce nie należy ustawiać paneli skierowanych na północ – to zmarnowane pieniądze i wysiłek. Najlepszym rozwiązaniem jest ustawienie na południe z kątem nachylenia 30 – 40° (zmiana parametrów kątowych w każdą stronę oznacza ubytek mocy o kilka – kilkanaście procent). Jeśli nie można zainstalować ogniw w kierunku południa, to wybierając inną stronę świata dopasować należy również kąt nachylenia:

• Południowy-wschód oraz południowy-wschód kąt nachylenia ogniw 25-55°,
• Zachód lub wschód – kąt 20 – 40°.

Przy takim montażu nawet przy wystawie innej niż południowa możemy uzyskać wydajność instalacji na poziomie ok. 95%.

Zobacz także: Jak działa fotowoltaika zimą.

Mówiąc o warunkach świetlnych nie wolno zapomnieć o zacienieniu. Nawet niewielki cień rzucony przez liść obniża sprawność urządzenia. Warto wiedzieć, że cień na jednym module ma wpływ na działanie pozostałych, które są połączone z nim szeregowo. Aby nie dopuścić do spadku mocy w całym panelu stosuje się diody bypassowe, które powodują czasowe odizolowanie tej części ogniwa, która jest zacieniona. Eliminowanie zacienienia powinno mieć miejsce już na etapie planowania usytuowania, a w trakcie działania instalacji należy dbać o usuwanie zanieczyszczeń, które działają podobnie jak cień.

Nie baz znaczenia dla wydajności jest wysokość temperatury otoczenia oraz panującej na powierzchni ogniw. Wiele osób utożsamia wysoką jakość paneli z upalnymi letnimi dniami. Jest w tym trochę racji – nagrzane powietrze rozrzedza się, a to ułatwia promieniom słonecznym dotarcie do powierzchni ogniw. Krzem, z którego zbudowane są panele najlepiej działa w warunkach stałych temperatur – wysokie wartości w ciągu dnia i znacznie niższe temperatury nocne wpływają bardzo niekorzystnie na osiągi instalacji. Optymalna temperatura zewnętrzna dla pracy fotowoltaiki to ok. 20° C.

Zobacz także: Naziemna instalacja fotowoltaiczna

Niekorzystnie działa także zbytnie nagrzewanie się paneli – źródłem prądu jest światło, a nie ciepło, więc ogniwa na dachu rozgrzane do temperatury nawet 70° C pracują na zwolnionych obrotach. Fotoogniwa umieszczane na dachach muszą mieć zapewniony odstęp od połaci w celu właściwej cyrkulacji powietrza.