Rodzaje domowych elektrowni słonecznych

Systemy fotowoltaiczne są stosowane wszędzie tam, gdzie na odkrytych powierzchniach możemy energię słońca zamienić na energię elektryczną. Są to m.in. jachty, kampery, carporty, budynki (na dachach i elewacji), grunty, a nawet powierzchnie jezior czy mórz. To podział ze względu na usytuowanie. 

Najczęściej mówimy o trzech typach instalacji fotowoltaicznych. Pierwsze rozwiązanie to tzw. instalacja off grid ( ang. poza siecią, niezależna od sieci energetycznej i do niej nie przyłączona). Ta autonomiczna elektrownia, zwana także wyspową posiada moduły słoneczne, falownik z regulatorem ładowania akumulatorów i akumulatory, jako magazyn energii. Wytworzona przez moduły słoneczne energia zasila na bieżąco odbiorniki energii, a jej nadwyżka przeznaczona jest na doładowanie akumulatorów, które zasilają dom w nocy lub przy małym nasłonecznieniu. W naszych warunkach słonecznych trudno jest jednak zapewnić odpowiednią ciągłość i wielkość energii na potrzeby typowego gospodarstwa domowego. O ile w warunkach letnich taka elektrownia, zaprojektowana na odpowiednią moc naszych urządzeń domowych byłaby kosztowo do przyjęcia, to w warunkach zimowych moc zainstalowanych modułów fotowoltaicznych musiałaby być 5-6 większa, aby móc obsłużyć na bieżąco zasilanie domu i oprócz tego naładować akumulatory. To sprawia, że tego typu rozwiązania są mniej efektywne i stosowane w wyjątkowych warunkach np. jachty, kampery, domki letniskowe bez przyłącza elektrycznego itp. 

Domowa instalacja fotowoltaiczna

Drugi rodzaj instalacji słonecznej, to instalacja on grid (ang. w sieci, podłączona do sieci elektrycznej). To najczęściej stosowana elektrownia, składająca się modułów fotowoltaicznych i falownika – inwertera, podłączonego bezpośrednio do zasilania elektrycznego (przyłącza) naszego budynku czy mieszkania.  Falownik przetwarza napięcie stałe uzyskiwane z modułów na użyteczne dla nas napięcie przemienne jednofazowe 230V lub trójfazowe 400V. Z punktu widzenia odbiorcy energii elektrycznej nie zauważamy żadnej różnicy w działaniu domowych urządzeń elektrycznych. Podłączony i co bardzo ważne zsynchronizowany z siecią zasilającą falownik, przy dużej produkcji energii z modułów zapewnia bezpośrednie zasilanie urządzeń, a ewentualną nadwyżkę energii kieruje do sieci (jest ona zapisywana przez specjalny licznik dwukierunkowy). Przy braku energii słonecznej np. w nocy, korzystamy z prądu bezpośrednio od dostawcy, czyli z zakładu energetycznego (fachowo zwanego OSD – operator sieci dystrybucyjnej). Inaczej można powiedzieć, że dla falownika sieć zasilająca OSD pełni rolę magazynu energii. Wadą sieci on grid jest brak możliwości korzystania z instalacji fotowoltaicznej w przypadku „wyłączenia” prądu przez zakład energetyczny.

Trzeci rodzaj instalacji fotowoltaicznej, to instalacja hybrydowa, która posiada własny magazyn energii w postaci akumulatorów, ale także jest podłączona i zsynchronizowana z siecią zasilania OSD i może korzystać w pełni z tej sieci. Mimo, że jest to najbardziej funkcjonalne rozwiązanie, stosowane jest rzadziej ze względu na koszty akumulatorów, ale także z powodu konieczności zapewnienia im odpowiedniego miejsca pracy. 

Przekroczona granica 1GW z instalacji PV w Polsce to nadal mało!

Pisaliśmy ostatnio o przekroczeniu 1GW z instalacji fotowoltaicznych w Polsce. Zestawiono tam dwie liczby, roczna produkcja energii w Elektrowni Bełchatów, która wynosi średnio 28TWh oraz roczna produkcja z 1GW instalacji fotowoltaicznych, która została oszacowana na 1TWh. Należy uzupełnić, że wg raportów Polskich Sieci Energetycznych (PSE) za 2018r. potrzeby naszego kraju to nie mniej niż 170TWh rocznie. Energia elektryczna z Bełchatowa pokrywa ok.
16% zapotrzebowania Polski. Natomiast energia z modułów fotowoltaicznych to jeszcze tylko 0,6% potrzeb naszego kraju.

Niestety, przewaga Elektrowni Bełchatów jest oprócz prądu, także na polu produkcji wszelkiego rodzaju związków chemicznych. Spalanie 1 tony węgla brunatnego na sekundę (tak, tyle trzeba spalać, aby osiągnąć poziom produkcji rocznej) musi wyrządzić środowisku ogromne szkody. Wyprodukowanie w 2018 roku prawie 40Mt (megaton) dwutlenku węgla, czyli tyle ile prawie 7 milionów aut stawia naszą Elektrownie na pierwszym miejscu w Europie, jako największego truciciela.

Emisja m.in. takich związków jak dwutlenek siarki, tlenki azotu, rtęć powoduje choroby układu oddechowego i krążenia oraz przedwczesne zgony. Natychmiastowe wygaszenie pieców w Bełchatowie jest niemożliwe, to jednak jak najszybciej dla dobra naszego i pokoleń musimy zastąpić produkcję energii z węgla, produkcją z odnawialnych źródeł energii (OZE) np. ze słońca, wiatru, wody.

Super News o przekroczeniu mocy 1 GW – czy to dużo?

W październiku 2019 obiegła Polskę wspaniała wiadomość o przekroczeniu w naszym kraju mocy 1 GW (jednego gigawata) w zainstalowanych panelach fotowoltaicznych.

Sama liczba (1GW=1000MW) wydaje się ogromna, ale oczywiście jak i wszystko, także i to jest względne. Kilka przeliczeń i wszystko będzie jasne.

Po pierwsze, ile trzeba użyć modułów fotowoltaicznych?
Przyjmując, że zastosujemy moduł np. 280W, otrzymamy:
1GW/280W = 1*1000*1000*1000W/280W = ok. 3,5 mln modułów!

Jeżeli założymy, że powierzchnia jednego modułu to 1,6m2, to w sumie dadzą powierzchnię 5,6km2 lub w innych jednostkach 560ha.

Dla porównania, powierzchnia największej na świecie elektrowni i kopalni węgla brunatnego w Bełchatowie wynosi ponad 3500ha.

elektrownia belchatow a fotowoltaika
Elektrownia Bełchatów

A teraz to co ważne energetycznie, czyli ile energii w roku wyprodukuje nasz 1GW fotowoltaiki, a ile 5,5GW mocy w Elektrowni Bełchatów?

Ze względów oczywistych nasze elektrownie słoneczne produkują energię elektryczną wyłącznie w odpowiednich warunkach nasłonecznienia. Nie popełniając istotnego błędu można przyjąć, że 1kW fotowoltaiki wyprodukuje w ciagu roku 1000kWh energii czyli nasz rekordowy gigawat wyprodukuje jej 1000GWh. W Elektrowni Bełchatów węgiel może być spalany całą dobę i niezależnie od pogody. Według informacji jakie podaje wikipedia Elektrownia Bełchatów produkuje rocznie ok. 28TWh, czyli 28000GWh.

Jakie inne wynikają wnioski z powyższej zabawy liczbami oraz wątek ochrony środowiska? Czytaj tutaj.

Co to jest fotowoltaika i jak działa?

Jak podaje Wikipedia Fotowoltaika to dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem światła słonecznego na energię elektryczną czyli inaczej wytwarzaniem prądu elektrycznego z promieniowania słonecznego przy wykorzystaniu zjawiska fotowoltaicznego.

Ogniwo fotowoltaiczne

Fotoogniwa są produkowane z materiałów półprzewodnikowych, najczęściej z krzemu (Si), germanu (Ge), selenu (Se). Zwykłe ogniwo słoneczne z krystalicznego krzemu ma nominalne napięcie ok. 0,5 wolta. Poprzez połączenie szeregowe ogniw słonecznych otrzymujemy moduły słoneczne.

Moduły (panele) fotowoltaiczne

Ogniwo słoneczne, ogniwo fotowoltaiczne, ogniwo fotoelektryczne, fotoogniwo – element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana (konwersja) energii promieniowania słonecznego (światła) w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego. Po raz pierwszy efekt fotowoltaiczny zaobserwował A.C. Becquerel w 1839 r.

Albert Einstein

Ciekawostka: Za co Albert Einstein otrzymał nagrodę Nobla? Czy za teorię względności?

Albert Einstein jest laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w 1921 roku za „wkład do fizyki teoretycznej, zwłaszcza opis prawa efektu fotoelektrycznego”. źródło: Wikipedia