Fotowoltaika jest nauką zajmującą się pozyskiwaniem prądu elektrycznego z promieni słonecznych. Wydajność nowoczesnych paneli sprawia, że wiele obiektów uniezależnia się energetycznie. Poznaj zasadę działania fotowoltaiki i płynące z niej korzyści.
Choć fotowoltaika znana jest od wielu lat, dopiero w ostatnim czasie rośnie zainteresowanie tą metodą produkcji prądu. Każdego roku notowany jest znaczny przyrost mocy instalacji pozyskujących energię słoneczną. Jak działają elektrownie fotowoltaiczne i czy słusznie uznawane są za przyszłość energetyczną dla naszej planety?
Fotowoltaika – co to jest?
Od początku swojego istnienia człowiek z niepokojem i jednocześnie podziwem spogląda w stronę Słońca. Szybko dało się zauważyć, jak ogromny wpływ na planetę ma ta najbliższa jej gwiazda. Pomimo upływu tysięcy lat, nadal nie zostały poznane wszystkich możliwości wykorzystania naturalnego światła. Fotowoltaika jest jedną z nauk, która stara się rozwiązać niektóre z pozostałych zagadek.
Fotowoltaika – jak działa i co to jest? Tak nazywano naukę, która bada zależności pomiędzy promieniami słonecznymi a pozyskiwaniem prądu elektrycznego. Jest to także dziedzina techniki, która zajmuje się wytwarzaniem mechanizmów potrzebnych do takiego działania. Potocznie fotowoltaiką określa się gotowe instalacje, które pobierają energię ze słońca. Warto pamiętać jednak o pełnym znaczeniu tej nazwy.
Kiedy odkryto zjawisko fotowoltaiczne?
Popularność paneli słonecznych w ostatnich latach może sugerować, że zjawisko fotowoltaiczne jest czymś stosunkowo nowym. Tymczasem samo odkrycie zostało opublikowane już w 1904 roku przez samego Alberta Einsteina. To on w swojej pracy dokładnie opisał zjawisko fotowoltaiki, za co otrzymał nagrodę Nobla.
Choć od czasu odkrycia minęło prawie 120 lat, nie oznacza to, że na cały wiek ludzkość zapomniała o zjawisku fotowoltaicznym. Pozyskiwanie energii dotychczas było tak drogie, że fotowoltaika stosowana była tylko w specjalistycznych instalacjach. Wykorzystywano ją przy zasilaniu promów kosmicznych, a także w niektórych eksperymentalnych pojazdach. Dopiero pod koniec XX wieku rozwój technologiczny pozwolił na opracowanie tańszych metod pozyskiwania energii fotowoltaicznej.
Fotowoltaika – zasada działania
Głównym obiektem, który bada fotowoltaika, jest foton. To cząsteczka światła, która dociera na Ziemię, przemierzając wcześniej 150 milionów kilometrów. To właśnie na Słońcu, w mieszaninie gazów, dochodzi do zderzenia cząsteczek wodoru i helu, w wyniku czego powstaje foton. Ta cząsteczka pola elektromagnetycznego dociera na Ziemię w postaci światła słonecznego. Następnie trafia na płytki krzemowe, które pokrywają ogniwa fotowoltaiczne w panelach. Tam wytrącane są elektrony.
Analizując zasadę działania fotowoltaiki, pewnie zastanawiasz się, czy to źródło energii rzeczywiście można uznać za w pełni odnawialne. W końcu w wyniku zderzenia cząsteczek masa Słońca zmniejsza się z każdą chwilą. Istotnie, każdego roku ta najbliższa Ziemi gwiazda traci kilkaset bilionów ton masy, jednak są to straty niezauważalne. Szacuje się, że zasobu starczy na kilka milionów lat, dlatego fotowoltaika uznawana jest za źródło w pełni odnawialne.
Elektrownie fotowoltaiczne – źródła czystej energii elektrycznej
Elektrony pozyskane przez panele fotowoltaiczne nie są jeszcze końcowym produktem tego procesu. Żeby fotowoltaika mogła być wykorzystywana do zasilania urządzeń elektrycznych w domach, potrzebne będzie przetworzenie cząsteczek w prąd zmienny. Dlatego wszystkie elektrownie fotowoltaiczne, a także przydomowe sieci, są wyposażone w przynajmniej jeden falownik. To urządzenie przetwarza zgromadzoną energię w prąd zmienny i odpowiada za dalszą dystrybucję.
Niezależnie od tego, czy masz do czynienia z elektrownią fotowoltaiczną, czy sieciami przydomowymi, energia w pierwszej kolejności wykorzystywana jest na własne potrzeby obiektu. Nadwyżki przesyłane są do sieci i przekazywane na potrzeby innych odbiorników. Istnieją też sieci off-grid, które nie są podłączone do ogólnodostępnej sieci energetycznej i zbierają elektrony do akumulatorów. Są one jednak stosunkowo mało funkcjonalne i stosuje się je w miejscach, gdzie fotowoltaika może być jedynym źródłem prądu.
Solary fotowoltaiczne i ich wkład w światową energię
Energia słoneczna, docierająca każdego roku na Ziemię, przekracza zapotrzebowanie o przeszło 5000 razy. Dobrze lokując odpowiednie ilości paneli, można całkowicie uniezależnić się od paliw kopalnych. Pojawia się zatem pytanie, w jakim stopniu solary fotowoltaiczne zaspokajają zapotrzebowanie energetyczne świata i Polski? Czy można już uznać, że fotowoltaika wypiera tradycyjne źródła energii?
Choć z każdym rokiem przybywa paneli, a moc generowana przez fotowoltaikę rośnie o 30-40%, nadal większość energii wytwarza się z paliw kopalnych. Szacuje się, że w 2021 roku całkowita moc paneli fotowoltaicznych na Ziemi przekroczy 900 GW. Analizując tempo rozwoju, eksperci wskazują, że w 2025 roku moc instalacji przekroczy 2 TW.
Niestety, te dane nie będą już wyglądały tak imponująco, jeśli weźmiesz pod uwagę proporcję energii wytworzonej z fotowoltaiki do innych jej źródeł. Obecnie fotowoltaika pokrywa zaledwie nieco ponad 3% światowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Stopniowo wysuwa się na czoło w porównaniu ze wszystkimi OZE, doganiając energię wiatrową. Największe przyrosty instalacji notują takie kraje jak Chiny i Stany Zjednoczone, a w Europie do potentatów należą Niemcy i Hiszpania.
Instalacja fotowoltaiczna i jej wkład w zasoby energii w Polsce
Pora przejść na lokalne podwórko i ocenić, jak wygląda wykorzystanie zasobów fotowoltaiki w Polsce. W 2021 roku zanotowano ogromny wzrost liczby sieci PV, a moc wszystkich instalacji fotowoltaicznych już we wrześniu przekroczyła 6 MW. Dla porównania, na koniec 2020 roku szacowano ją na 3 MW.
Niemniej jednak, fotowoltaika nadal stanowi marginalne źródło energii w Polsce, podobnie zresztą jak pozostałe OZE. W szczytowych miesiącach, kiedy sieci pobierają najwięcej energii, wkład w cały rynek był na poziomie 4%. Średnia roczna wynosi około 2%. To bardzo niewiele nie tylko w porównaniu do świata, ale nawet na tle Europy.
Fotowoltaika – instalacja przyszłości
Coraz niższe ceny akcesoriów do pobierania energii słonecznej i dodatkowe dopłaty powodują niesłabnące zainteresowanie prywatnych inwestorów. Walka z efektem cieplarnianym na świecie sprawia, że w to źródło energii chcą inwestować koncerny energetyczne. Instalacja fotowoltaiki jest świetnym pomysłem także dla małych i średnich przedsiębiorstw, które nie zajmują się energetyką. Z jej pomocą można rozwiązać kilka istotnych problemów każdego przedsiębiorstwa.
Inwestycja w systemy fotowoltaiczne należy do zachowań wpisujących się w koncepcję społecznej odpowiedzialności biznesu, czyli CSR. Odnawialne źródła energii są nie tylko sposobem na ograniczenie emisji dwutlenku węgla, wykorzystywanego do ogrzewania czy zasilania. Fotowoltaika to także inwestycja, która w przyszłości będzie przynosiła wymierne korzyści.
W przedsiębiorstwach produkcyjnych fotowoltaika może być wykorzystywana do zasilania całego procesu wytwarzania. Przy dobrze zaprojektowanej sieci i możliwości przechowywania nadwyżek energii u operatora, nie będzie konieczności korzystania z prądu sieciowego. Przy szacunkowych założeniach, że instalacja zwróci się po 7-8 latach, a ogniwa fotowoltaiczne mają żywotność określoną na poziomie 25 lat, sieć będzie przynosiła wymierny zysk przez prawie dwie dekady.
Powiązane:
- Cena fotowoltaiki z pompą ciepła w 2023 roku
- Praca jako monter fotowoltaiki. Jak wygląda praca, na jakie zarobki może liczyć?
- Farma fotowoltaiczna – kompendium wiedzy o polach solarnych
- Jak sprawdzić, czy wszystkie panele fotowoltaiczne działają?
- Skąd się bierze energia słoneczna i jak można ją pozyskiwać?
- Jak działa pompa ciepła i czy warto w nią inwestować?
