Instalacja fotowoltaiczna – budowa, schematy podłączenia i koszty

Większość z nas kojarzy instalację fotowoltaiczną z niebieskimi lub czarnymi panelami na dachach budynków. Jednak, aby zasilać domowe urządzenia własnym prądem potrzebujemy także inwertera oraz kilku innych elementów, bez których prąd ze słońca nie popłynie do naszych gniazdek. Urządzenia, okablowanie, a także projekt i montaż instalacji

Przeczytaj jak zbudowana jest instalacja fotowoltaiczna, jaką funkcję pełnią w niej poszczególne urządzenia, jakie są schematy podłączenia instalacji PV i ile kosztuje domowa elektrownia o mocy 5 kW.

 

Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna?

Głównymi elementami instalacji PV są moduły fotowoltaiczne oraz inwerter (falownik).  Oprócz tego niezbędne są okablowanie i stelaż, na którym montowane są moduły PV na dachu lub gruncie. W przypadku instalacji podłączonej do sieci dystrybucyjnej (instalacja on-grid) montuje się także licznik dwukierunkowy, który odprowadza nadwyżki prądu do sieci oraz pobiera z niej prąd, gdy nasza domowa elektrownia nie może pokryć zapotrzebowania budynku na energię elektryczną.

 

Jak zbudowany jest moduł fotowoltaiczny?

Moduł fotowoltaiczny składa się z kilku połączonych paneli fotowoltaicznych, jednak często te dwa pojęcia stosuje się wymiennie. Pojedynczy panel jest zbudowany z półprzewodników, które tworzą fotoogniwa wytwarzające ładunki elektryczne pod wpływem promieni słonecznych. Dostępne w Polsce panele PV zwykle zawierają 60 ogniw połączonych szeregowo lub równolegle w aluminiowej ramie.

Półprzewodnikiem najczęściej wykorzystywanym w panelach fotowoltaicznych jest krzem. Na górnej powierzchni płytki krzemowej umieszczone są w postaci siatki elektrody zbierające (ujemne), a na dolnej w postaci metalowej płytki – elektrody przenoszące (dodatnie). Moc panelu fotowoltaicznego różni się w zależności od wielkości pojedynczego ogniwa krzemowego. Najmniejsze ogniwa (4 x 4 cm) generują prąd o mocy około 1 kW, a największe (15 x 15 cm) o mocy około 7 kW.

W zależności od rodzaju zastosowanego krzemu wyróżniamy:

  1. Panele monokrystaliczne – zawierają ogniwa składające się z pojedynczego kryształu krzemu, mają zwykle ciemniejszy kolor, a powłoka wizualnie składa się z kwadratów.
  2. Panele polikrystaliczne – zbudowane z oszlifowanych płytek krzemowych, a powłoka wizualnie składa się z niebieskich prostokątów. Panele polikrystaliczne mają mniejszą sprawność niż panele monokrystaliczne stąd są coraz rzadziej stosowane w instalacjach fotowoltaicznych.
  3. Panele cienkowarstwowe (amorficzne) – tworzą je cienkie warstwy niewykrystalizowanego krzemu, które nakładane są na powierzchnię innego materiału, na przykład szkła. W odróżnieniu od paneli monokrystalicznych i polikrystalicznych nie widać na nich pojedynczych ogniw.

Rodzaj modułów fotowoltaicznych ma istotne znaczenie przy projektowaniu instalacji fotowoltaicznej. Aby inwestycja była wydajna i opłacalna należy prawidłowo dobrać moc i wydajność energetyczną paneli do zapotrzebowania budynku na prąd. Ponadto, im lepsza jakość i dłuższy okres gwarancyjny zastosowanych modułów PV, tym mamy większą pewność, że mikroinstalacja będzie działać bezawaryjnie i efektywnie przez długie lata.

 

Jaką rolę pełni inwerter w instalacji fotowoltaicznej?

Inwerter, inaczej falownik jest urządzeniem, które odbiera energię elektryczną z modułów PV i zamienia prąd o napięciu stałym w prąd o napięciu zmienny zasilający urządzenia w budynku. Inwerter podłączony jest do całego modułu składającego się z kilkunastu lub nawet kilkudziesięciu paneli fotowoltaicznych.

 

Czy potrzebujemy magazynu energii?

Magazyn energii, czyli akumulator pozwala przechowywać nadwyżki wyprodukowanego prądu. Zmagazynowany prąd wykorzystuje się w sytuacji awarii sieci dystrybucyjnej lub gdy panele PV nie są w stanie pokryć bieżącego zapotrzebowania budynku na energię elektryczną, a nasza instalacja nie jest podłączona do sieci (instalacja off-grid). Na rynku dostępnych jest kilka rodzajów akumulatorów do fotowoltaiki, z których najbardziej popularne są jonowo-litowe. Magazyny energii są dodatkowym i nadal dość kosztownym urządzeniem.

 

Co to są optymalizatory mocy?

W niektórych schematach instalacji fotowoltaicznej wykorzystuje się optymalizatory, czyli małe skrzyneczki z elektroniką, które podpina się pojedynczo do każdego panelu PV z osobna.  Optymalizatory mocy stosuje się głównie w celu zmniejszenia strat związanych z zacienieniem, jak również, aby zwiększyć bezpieczeństwo instalacji w przypadku pożaru oraz monitorować działanie poszczególnych paneli fotowoltaicznych.  Montaż optymalizatorów mocy nie jest konieczny dla prawidłowego działania instalacji PV.

 

Jakie są schematy podłączenia instalacji fotowoltaicznej?

W zależności od indywidualnych potrzeb możemy wybrać system fotowoltaiczny,  który będzie zasilał konkretne urządzenia w budynku lub system z akumulatorem umożliwiający magazynowanie nadwyżek energii elektrycznej.

Obecnie niemal wszyscy właściciele instalacji fotowoltaicznych decydują się na magazynowanie prądu w sieci dystrybucyjnej (instalacja on-grid) stając się prosumentami. Jedynie nieliczni, głównie na terenach, gdzie występuje problem z siecią energetyczną decydują się na magazynowanie prądu w akumulatorze (instalacja off-grid).

Podłączenie mikroinstalacji do sieci dystrybucyjnej wymaga montażu licznika dwukierunkowego oraz podpisania umowy z dystrybutorem energii elektrycznej. Jest to na dzień dzisiejszy najbardziej opłacalny schemat podłączenia instalacji fotowoltaicznej. Instalacja off-grid z magazynem energii wymaga większej inwestycji finansowej (akumulatory do fotowoltaiki wciąż są dosyć drogie) ale w zamian zyskuje się pełną niezależność energetyczną.

Specjaliści przewidują, że już w najbliższych latach na popularności zyskają instalacje hybrydowe, które łączą system on-grid i off-grid. Takie rozwiązanie wymusza po pierwsze coraz mniej wydajna sieć dystrybucyjna, która nie była projektowana do przesyłu prądu w obydwu kierunkach, a po drugie ostatnia nowelizacja prawa energetycznego, która przewiduje zniesienie możliwości magazynowania prądu w sieci na obecnych zasadach. Ministerstwo Klimatu i Środowiska już zapowiedziało wprowadzenie w przyszłym roku dopłat do zakupu akumulatorów w celu magazynowania prądu z fotowoltaiki.

 

Ile kosztuje instalacja fotowoltaiczna o mocy 5 kW?

Decydując się na instalację fotowoltaiczną musimy wziąć pod uwagę koszty niezbędnych urządzeń (moduły PV, inwerter, okablowanie, stelaż, licznik dwukierunkowy), dostawy, projektu i montażu. Im więcej modułów fotowoltaicznych, tym oczywiście wyższe koszty inwestycji.

W przypadku instalacji o mocy 5 kW koszt instalacji wynosi zwykle 19 – 20 tys. złotych. Jeśli zdecydujemy się na magazyn energii musimy doliczyć dodatkowe 6 tys. lub nawet 10 tys. złotych. W sytuacji, gdy panele fotowoltaiczne są narażone na regularne zacienianie warto zainwestować w optymalizatory mocy.  Koszt jednego optymalizatora wynosi od 150 zł do kilkuset złotych w zależności od producenta.

Jednak, aby dokładnie oszacować koszt instalacji fotowoltaicznej warto zwrócić się do profesjonalnej firmy fotowoltaicznej. PVTEC fotowoltaika Tarnów bezpłatnie dokonuje wyceny instalacji PV klienta i pomaga w uzyskaniu dotacji do fotowoltaiki.