Jak się robi energię ze Słońca, czyli o fotowoltaice

W Polsce gwałtownie rośnie zainteresowanie panelami słonecznymi. Moce zainstalowane w tej technologii osiągnęły w październiku rekordowy pułap 1 gigawata. Żeby zrozumieć fenomen tych źródeł energii warto dowiedzieć się, czym dokładnie jest fotowoltaika.

Ujarzmić Słońce

Mianem fotowoltaiki określa się zarówno technologię, jak i dziedzinę nauki. Wspólnym mianownikiem tych dwóch obszarów jest pozyskiwanie energii elektrycznej z promieniowania słonecznego. Innymi słowy mówiąc, fotowoltaika – w obu znaczeniach – skupia się na produkcji prądu za pomocą światła ze Słońca.

Fotowoltaika upowszechniła się dzięki tzw. panelom słonecznym, czyli łatwym do zainstalowania i prostym w eksploatacji urządzeniom umożliwiającym produkcję energii elektrycznej. Choć technologia ta uchodzi za rzecz dość nową, to możliwość pozyskania prądu za światła została zaobserwowana już w I połowie XIX wieku.

Za popularnością paneli słonecznych stoi fakt, że technologia ta uznawana jest za niskoemisyjną i odnawialną, co ma istotne znaczenie w kontekście walki ze zmianami klimatu. Jest ona też z roku na rok coraz tańsza – najważniejsze gospodarki świata wydają miliardy dolarów na badania i systemy wsparcia dla fotowoltaiki, napędzając jej rozwój i zmniejszając już i tak niewysokie ceny. Niewątpliwą zaletą tej technologii jest też to, że światło słoneczne jest dostępne w zasadzie wszędzie na świecie, choć w różnym natężeniu.

Kluczowym zastosowaniem dla tego typu urządzeń jest zapewnianie energii elektrycznej systemom energetycznym, fabrykom czy gospodarstwom domowym. Panele słoneczne pomagają też zasilać całe mnóstwo urządzeń – jachty, samochody osobowe, kampery, lampy uliczne i ogrodowe, ładowarki do elektroaut, kalkulatory czy nawet tak wyjątkowe maszyny, jak łaziki marsjańskie czy sondy kosmiczne.

Wartym odnotowania jest fakt, że panele słoneczne są postrzegane przez przedsiębiorców i odbiorców indywidualnych jako remedium na problemy z cenami prądu, a nawet jako sposób na zarobek – jest to bowiem wymarzone źródło energii dla prosumentów, czyli podmiotów, które chcą nie tylko produkować prąd na własne potrzeby, ale także przekazywać nadwyżki do sieci.

Anatomia fotowoltaiki

Działanie panelu słonecznego możliwe jest dzięki reakcji jego kluczowego budulca – czyli w większości przypadków krzemu – z fotonami, poruszającymi się z prędkością światła cząsteczkami, które tworzą różne rodzaje promieniowania. Panele złożone są z tzw. ogniw fotowoltaicznych, z których każde wyposażone jest w płytkę z krzemu. Płytka ta ma dwie powłoki między którymi zachodzi różnica potencjału – tę starają się wyrównać elektrony tworząc wiązania, rozbijane następnie przez fotony. Elektrony zaczynają się więc poruszać, ich skanalizowanie umożliwia przepływ energii elektrycznej.

Na rynku są obecnie dostępne trzy główne rodzaje paneli fotowoltaicznych, wchodzące w skład dwóch generacji tych urządzeń. Generację pierwszą tworzą panele złożone z ogniw krzemowych mono- i polikrystalicznych. Różnią się one między sobą sprawnością, żywotnością i kosztem produkcji. Bardziej wydajne i wytrzymałe są ogniwa monokrystaliczne, jednakże jednostki te są też znacznie droższe niż polikrystaliczne. Istnieje też druga generacja ogniw, tzw. ogniwa amorficzne, do produkcji których można użyć innych surowców niż tylko krzem. Te urządzenia cechują się niską ceną i dużą elastycznością, dzięki czemu można je formować w kształty dopasowane do indywidualnych warunków budowlanych.

Ile energii da światło?

Podstawowym pytaniem dla osób planujących inwestycję w panele fotowoltaiczne jest to, ile prądu wygeneruje takie urządzenie. Odpowiedź jednak nie jest prosta i zależy od wielu czynników.

Przede wszystkim, trzeba wziąć pod uwagę moc planowanej instalacji. Ta standardowo może wahać się od 1 do 10 kW. Bardzo istotną kwestią jest też dobór technologii – najbardziej wydajne są bowiem panele wyposażone w ogniwa monokrystaliczne, pozostałe rodzaje tych urządzeń dawać będą mniej prądu. Dużą rolę odgrywają też warunki atmosferyczne, geograficzne, kąt nachylenia i wiek urządzenia. W tych kalkulacjach można za dobrą monetę wziąć wyliczenia portalu kotly.pl, który podaje, że panel fotowoltaiczny o mocy 1 kW jest w stanie dostarczyć w ciągu roku ok. 900-980 kWh energii elektrycznej.

Coraz więcej Polaków decyduje się na to, by na swym dachu zainstalować panele fotowoltaiczne. Pomagają w tym szeroko zakrojone programy wsparcia, czyli np. ogólnokrajowy program Mój Prąd, Energia Plus, a także szereg inicjatyw realizowanych przez samorządy. Warto wykorzystać tę szansę i zaopatrzyć się w to nowoczesne źródło taniej i czystej energii.

  tchomski@eneria.pl

Autor: Tomasz Chomski
Ekspert ds. Rozwiązań Fotowoltaicznych