Jak działa i z czego się składa zestaw fotowoltaiczny?

Podstawowym elementem zestawu fotowoltaicznego jest moduł fotowoltaiczny, czyli urządzenie, które widzimy na dachu budynku, mające za zadanie zamianę energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Wielkość generowanej przez moduł mocy jest ściśle powiązana z natężeniem promieniowania słonecznego padającego na jego powierzchnię. Naturalna jest zależność, gdzie moduł osiąga swoją maksymalną moc przy bezchmurnym niebie, kiedy promieniowanie słoneczne pada prostopadle na jego powierzchnię. Należy również mieć świadomość, że takie czynniki jak zachmurzenie czy pora dnia mają bardzo duży wpływ na moc generowaną przez moduł. I tak przy pochmurnym niebie, na którym nie jesteśmy w stanie wskazać pozycji słońca, moc modułu spada do około 20% jego mocy nominalnej. Równie istotna jest również pora dnia, rano kiedy słońce jest jeszcze nisko nad horyzontem, mamy do czynienia z sytuacją kiedy promieniowanie słoneczne pada pod niekorzystnym kontem na powierzchnią modułu, a ponadto musi przebić się przez grubszą warstwę atmosfery niż w południe. Skutkuje to zwiększonym rozproszeniem promieniowania słonecznego. Efektem przytoczonych czynników są zmiany mocy w skali dnia, co obrazuje wykres poniżej.Widać na nim, że do około godziny 11:00 niebo było bezmchmurne a na osiąganą moc wpływ miała jedynie pora dnia. Zauważyć można, że system zaczął pracę około godziny 5:00 rano, a jego moc rosła wraz z podnoszącą się nad horyzontem wysokością słońca, aby po południu rozpocząć wędrówkę ku zachodowi, ale już przy pojawiającym się częściowym zachmurzeniu.
Komercyjnie dostępne moduły występują najczęściej w dwóch odmianach tj. modułów polikrystalicznych lub monokrystalicznych. W obu technologiach wykorzystywane są ogniwa, których materiałem bazowym jest krzem. Bardziej popularne są moduły polikrystaliczne, co prawda osiągają one niższe sprawności, ale dzięki niższej cenie są bardziej opłacalne ekonomicznie co bezpośrednio przekłada się na krótszy czas zwrotu inwestycji. Moduły monokrystaliczne stopniowo zwiększają swój udział w rynku, powodem tego jest malejąca różnica w cenie w odniesieniu do modułów polikrystalicznych oraz osiągane większe moce, przekraczające coraz częściej 300Wp i sprawności zbliżające się do 20%. Ilustracja poniżej przedstawia moduł monokrystaliczny oraz polikrystaliczny. Monokrystaliczny charakteryzuje się bardziej uporządkowaną struktórą, wynika to z faktu, że ogniwo monokrystaliczne, jak sama nazwa wskazuje, zbudowane jest z jednego kryształu krzemu. Moduł monokrystaliczny, można najłatwiej poznać po charakterystycznych ściętych rogach każdego z ogniw. Moduły polikrystaliczne z kolei posiadają ogniwa o kształcie kwadratu. To co wyróżnia je strukturalnie to nieuporządkowana ilość wielu kryształów składających się na jedno ogniwo. Przyglądając się ogniwu polikrystalicznemu z bliska, zauważalne staną się granice pomiędzy poszczególnymi kryształami, przypomniające nieco zamarznięty na szybie szron.


Poza modułami w skład systemu fotowoltaicznego wchodzi falownik, stanowiący serce całego układu. Sam moduł fotowoltaiczny generuje prąd stały, czyli o takich właściwościach jak np. akumulator samochodowy, lub prąd czerpany z baterii zasilających urządzenia elektroniczne codziennego użytku.To właśnie zadaniem falownika jest przekształcenie prądu stałego płynącego z modułów na prąd przemienny o takich parametrach jak w domowej instalacji elektrycznej. Kolejnym zadaniem falownika jest prezentowanie parametrów pracy, czy to w postaci danych na zintegrowanym wyświetlaczu, bądź zdalne ich przekazywanie do internetu na poral służący monitoringowi. Możemy za jego pośrednictwem wygodnie śledzić, na wyświetlaczu smartfona lub komputera, jak pracuje nasz system. Falowniki najczęściej dzielimy na 1-fazowe oraz 3-fazowe, gdzie najczęście 1-fazowe to falowniki o mniejszych mocach z przedziału od 1kW do 3kW lub 5kW. 3-fazowe jednostki z kolei to falowniki o większych mocach, zdaża się że od 3kW, jednak częściej od 5kW, w górę.

Uzupełnieniem systemu fotowoltaicznego jest konstrukcja montażowa dopasowana do odpowiedniego pokrycia dachowego. Bez względu na rodzaj dachu, producenci dostarczają konstrukcję na miarę każdego pokrycia, od dachówki ceramicznej począwszy na płycie wielowarstwowej kończąc.

Należy również pamiętać o zastosowaniu kabli dedykowanym zastosowaniom fotowoltaicznym, kable takie będą miedziane, chronione przez podwójną izolację odporną na promieniowanie UV oraz pozostałe warunki zewnętrzne.

Równie istotnym jest zadbanie o bezpieczeństwo naszej instalacji, zagwarantuje je odpowiednio dobrane zabezpieczenie przepięciowe, ważne aby było dedykowane pracy z prądem stałym, jak i odpowiedni wyłącznik nadprądowy, umożliwiający bezpieczne wyłączenie instalacji w razie potrzeby, od strony zmienno prądowej.