Jak działa fotowoltaika w domu?

Fotowoltaika cieszy się dużą popularnością pośród właścicieli domów jednorodzinnych, stając się jednym z najchętniej wybieranych rozwiązań w dziedzinie odnawialnych źródeł energii. W 2023 r. do ponad 1,4 mln wzrosła liczba mikroinstalacji odnawialnych źródeł energii w Polsce, a ich moc zainstalowana przekroczyła 11,3 GW. Inwestycja w technologię paneli słonecznych pozwala nie tylko znacząco obniżyć rachunki za prąd, ale również przyczynia się do ochrony środowiska. Systemy te są coraz bardziej dostępne i efektywne, co sprawia, że stają się atrakcyjną inwestycją na lata. W niniejszym artykule wyjaśniamy: jak dokładnie działa domowa instalacja fotowoltaiczna, jakie są jej rodzaje, jakie korzyści może przynieść Twojemu gospodarstwu domowemu, jak obliczyć wielkość instalacji, jak uzyskać do niej dofinansowanie oraz wyjaśniamy definicje prosumenta i net-billingu.

Fotowoltaika – jak to działa?

Fotowoltaika to technologia, która umożliwia zamianę niewyczerpalnej energii słonecznej na elektryczność. Panel fotowoltaiczny składa się z szeregowo połączonych ogniw fotowoltaicznych, które są wykonane z mono- lub polikrystalicznego krzemu. Do jej wytworzenia zachodzi dzięki wykorzystaniu efektu fotowoltaicznego. Jest to zjawisko przetwarzania energii światła słonecznego na energię elektryczną w materiale półprzewodnikowym. Kiedy światło słoneczne pada na panel fotowoltaiczny, energia fotonów powoduje wyzwolenie elektronów, które przemieszczając się, tworzą prąd elektryczny. W pierwszym kroku, panele fotowoltaiczne przetwarzają światło słoneczne na prąd stały (DC). Kolejnym etapem, przy użyciu falownika (inwertera), prąd stały konwertowany jest na prąd przemienny (AC), używany w domowych instalacjach elektrycznych. Dzięki temu procesowi mamy możliwość korzystania z odnawialnych źródeł energii do zasilania domowych urządzeń.

Z czego składa się instalacja fotowoltaiczna?

Instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku kluczowych elementów. Dzięki swojej modularnej konstrukcji, instalacja może być rozbudowywana i dostosowywana do zmieniających się potrzeb oraz warunków otoczenia, co czyni ją elastycznym rozwiązaniem dla nowoczesnych gospodarstw. Komponenty instalacji fotowoltaicznej to:

• Panele fotowoltaiczne – główny komponent instalacji, który przekształca światło słoneczne w prąd stały (DC). Panele są zazwyczaj zbudowane z ogniw krzemowych.
• Inwerter – urządzenie, które konwertuje prąd stały wyprodukowany przez panele na prąd przemienny, który jest wykorzystywany do zasilania urządzeń domowych i do przesyłania energii do sieci energetycznej.
• System montażowy – konstrukcje używane do zamocowania paneli fotowoltaicznych na dachu lub na gruncie. Zapewniają stabilność i utrzymują odpowiedni kąt nasłonecznienia paneli.
• Licznik dwukierunkowy – urządzenie pomiarowe, które umożliwia monitorowanie zarówno ilości energii pobieranej z sieci, jak i ilości energii dostarczanej do sieci, co jest istotne przy systemach podłączonych do sieci energetycznej.
• Magazyn energii (opcjonalnie) – umożliwia gromadzenie nadwyżek energii elektrycznej wyprodukowanej przez panele słoneczne, które nie są natychmiast wykorzystywane. Pozwala to na przechowywanie energii na użytek w późniejszym czasie, kiedy produkcja energii słonecznej jest niższa niż zapotrzebowanie.
• Zabezpieczenia elektryczne – obejmują wyłączniki nadprądowe i różnicowoprądowe, które chronią instalację przed przeciążeniami czy zwarciami, zapewniając bezpieczeństwo użytkowania.

Te elementy współpracują, aby efektywnie przetwarzać energię słoneczną na użyteczną energię elektryczną i zarządzać jej dystrybucją wewnątrz i na zewnątrz budynku.

Jak dobrać moc instalacji fotowoltaicznej?

Dobór mocy instalacji fotowoltaicznej zależy od kilku kluczowych parametrów i wymaga zrozumienia potrzeb energetycznych domu lub budynku, do którego instalacja ma być przystosowana. Warto rozważyć uwzględnienie w ogólnym bilansie pompy ciepła, która stanowi kolejne rozwiązanie w domach jednorodzinnych z rodziny urządzeń ekologicznych. Oto kroki, które pomogą w obliczeniu zapotrzebowania na energię elektryczną i doborze odpowiedniej mocy instalacji:

• Obliczenie rocznego zapotrzebowania na energię – określenie całkowitego rocznego zapotrzebowania na energię elektryczną. Można to zrobić, analizując rachunki za energię elektryczną z ostatniego roku i sumując zużycie energii (podawane zazwyczaj w kilowatogodzinach (kWh)).
• Analiza lokalnych warunków nasłonecznienia – ilość energii, którą można wygenerować, zależy od nasłonecznienia w miejscu instalacji. W Polsce przeciętna produkcja energii z 1 kW zainstalowanej mocy w instalacji fotowoltaicznej wynosi około 1000 kWh rocznie, ale może to się różnić w zależności od lokalizacji.
• Wybór kierunku i nachylenia – panele ustawione na południe i pod odpowiednim kątem (zazwyczaj około 30-35 stopni) maksymalizują wydajność.
• Wybór i określenie efektywności paneli – przyjmując, że przeciętna moc panelu fotowoltaicznego to 400 W, a efektywność instalacji może być różna, należy uwzględnić również inne czynniki, jak cień, temperaturę czy straty w systemie.
• Obliczenie wymaganej liczby paneli – jeśli znasz swoje roczne zapotrzebowanie na energię, możesz obliczyć, ile paneli będzie Ci potrzebnych dzięki temu, uproszczonemu wzorowi:

Zatem produkcja z jednego panelu fotowoltaicznego o mocy 400W w warunkach na terenie Polski będzie wynosić ok. 400 kWh/rok

Przykład:

Załóżmy, że Twoje roczne zapotrzebowanie wynosi 4800 kWh. Liczbę paneli otrzymamy dzieląc 4800 kWh przez 400 W. Tak więc, potrzebujesz 12 paneli o mocy 400 W każdy, aby zaspokoić swoje roczne zapotrzebowanie na energię.

Nie wiesz jakie jest średnie zapotrzebowanie na energię elektryczną konkretnego urządzenia? Możesz je obliczyć za pomocą tego wzoru:

Zużycie prądu = [Moc urządzenia (kW) x Czas pracy/1 dzień] x 365 (liczba dni w roku)

Montaż paneli fotowoltaicznych

Poprawne zamontowanie paneli fotowoltaicznych jest kluczowe dla ich efektywności i długotrwałej pracy ale i bezpieczeństwa. Przedstawiamy kilka kluczowych aspektów, które należy uwzględnić podczas montażu:

• Kierunek montażu – optymalnie panele powinny być skierowane na południe, co pozwala na maksymalne wykorzystanie promieniowania słonecznego przez cały dzień. W innych kierunkach, jak wschód czy zachód, panele również mogą być skuteczne, ale mogą generować mniej energii.
• Kąt nachylenia – w Polsce zalecany kąt nachylenia to około 30-35 stopni, choć wartość może różnić się dla Twojej lokalizacji.
• Unikanie cieniowania – panele fotowoltaiczne powinny być montowane w miejscu, gdzie nie są zacienione przez drzewa, budynki czy inne przeszkody, szczególnie w godzinach największego nasłonecznienia.
• Bezpieczna odległość między panelami – instalując więcej niż jedną linię paneli, ważne jest, aby zachować odpowiednią odległość między nimi, aby uniknąć cieniowania w wyniku niskiego stanu słońca, szczególnie w zimie.
• Wytrzymałe mocowanie – panele powinny być solidnie zamocowane, aby wytrzymać różne warunki pogodowe, takie jak silny wiatr, śnieg czy grad. Systemy montażowe powinny być dostosowane do typu dachu lub gruntu, na którym są instalowane.
• Dostęp do paneli – panele powinny być zamontowane w taki sposób, aby umożliwić łatwy dostęp do nich dla przeglądów, czyszczenia czy ewentualnych napraw.
• Zgodność z przepisami – montaż instalacji fotowoltaicznej powinien być zgodny z lokalnymi przepisami budowlanymi, normami bezpieczeństwa oraz wytycznymi dotyczącymi instalacji elektrycznych.

Rodzaje ogniw fotowoltaicznych

Ogniwa używane do konstrukcji modułów fotowoltaicznych są produkowane z krzemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego. Prąd elektryczny generowany jest ogniwa dzięki zastosowaniu płytki krzemowej, która tworzy półprzewodnikowe złącze P-N. W tym złączu zaś zachodzi przepływ prądu, co umożliwia przetwarzanie energii słonecznej na energię elektryczną.

• Ogniwa monokrystaliczne – moduły monokrystaliczne są uznawane za najbardziej efektywne z dostępnych rodzajów paneli fotowoltaicznych, ponieważ są wykonane z pojedynczych, ciągłych kryształów krzemu, co zapewnia im wyższą wydajność w przetwarzaniu światła słonecznego na energię. Charakteryzują się one charakterystycznym czarnym lub bardzo ciemnym kolorem i regularnymi krawędziami ogniw, co jest wynikiem precyzyjnego cięcia krystalicznego krzemu. Ich sprawność wynosi od 19 do 22%.
• Ogniwa polikrystaliczne – panele polikrystaliczne, znane również jako wielokrystaliczne, są wykonane z krzemu, który został stopiony i schłodzony w bloki składające się z wielu krystalicznych struktur. Mają nieco niższą efektywność w porównaniu do modułów monokrystalicznych i są łatwo rozpoznawalne po ich niebieskawym kolorze oraz nieregularnym wzorze ogniw, co odzwierciedla mozaikową strukturę materiału.
• Ogniwa amorficzne – moduły amorficzne, znane również jako panele z cienkowarstwowego krzemu, różnią się od pozostałych paneli tym, że nie są zbudowane z krystalicznego krzemu, lecz z krzemu amorficznego, który jest rozpylany jako cienka warstwa. Panele te są mniej efektywne niż ich krystaliczne odpowiedniki, ale mają lepszą wydajność w słabym oświetleniu, co czyni je przydatnymi w regionach o mniejszej ilości dni słonecznych.

Kim jest prosument i co to jest net-billing?

Termin prosument jest wynikiem połączenia dwóch pojęć – producenta i konsumenta. Oznacza to osobę lub firmę, która samodzielnie produkuje energię elektryczną na własny użytek. Zgodnie z Ustawą z dnia 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii, prosument energii odnawialnej to odbiorca końcowy, który produkuje energię elektryczną z odnawialnych źródeł energii na własny użytek w ramach mikroinstalacji. Warunkiem jest, że dla odbiorcy końcowego, który nie jest użytkownikiem energii w gospodarstwie domowym, działalność ta nie jest główną działalnością gospodarczą i moc instalacji nie przekracza 50 kWp. Prosument energii elektrycznej może przekazywać nadwyżki produkcji do sieci publicznej w ramach wymiany bezgotówkowej lub sprzedawać na zasadach rynkowych.

System opustów (net-metering) umożliwia prosumentom wprowadzanie nadwyżek wyprodukowanej energii do sieci, z możliwością późniejszego jej odebrania w momentach, gdy własna produkcja jest niewystarczająca. W zależności od wielkości instalacji, za każdą kilowatogodzinę energii dostarczonej do sieci, prosument otrzymuje 0,8 kWh (dla instalacji do 10 kWp) lub 0,7 kWh (dla instalacji powyżej 10 kWp). Właściciele instalacji fotowoltaicznych uruchomionych przed 31 marca 2022 r. mają możliwość kontynuowania rozliczeń w systemie bezgotówkowym lub przejścia na nowy system net-billing.

Co to jest net-billing? Od 1 kwietnia 2022 r. obowiązują nowe przepisy dotyczące rozliczeń prosumentów w ramach systemu net-billing, który jest obowiązkowy dla właścicieli instalacji fotowoltaicznych uruchomionych po 31 marca 2022 r. W ramach tego systemu, prosument sprzedaje nadwyżki wyprodukowanej energii do sieci energetycznej po cenach rynkowych ustalanych przez PSE (Polskie Sieci Energetyczne). Środki uzyskane ze sprzedaży są akumulowane w depozycie prosumenckim, z którego mogą być wykorzystane na zakup energii z sieci w okresach, gdy produkcja własna jest niewystarczająca.

Jakie dofinansowanie do fotowoltaiki w 2024 roku?

W roku 2024 w Polsce osoby zainteresowane energią słoneczną mogą skorzystać z wielu atrakcyjnych programów dofinansowania instalacji fotowoltaicznych. Inicjatywy te oferują znaczące wsparcie finansowe, co pozwala znacznie obniżyć koszty związane z zakupem i montażem systemów fotowoltaicznych, czyniąc inwestycję w zieloną energię bardziej dostępną i ekonomicznie opłacalną dla szerokiego grona odbiorców. Otrzymanie dopłat do systemów fotowoltaicznych nie jest procesem skomplikowanym, choć wymaga przygotowania i zgromadzenia niezbędnych dokumentów oraz przestrzegania ustalonych terminów ich składania.

W 2024 roku dostępnych jest wiele programów dofinansowania do realizacji inwestycji fotowoltaicznej w tym 4 z nich to programy dla przeznaczonych dla osób fizycznych:

• Mój Prąd
• Czyste Powietrze
• Czyste Powietrze Plus
• Stop Smog

Kolejne programy skierowane do rolników, są to:

• Agroenergia
• Zielona Energia
• Energia dla Wsi

Ostatnim z programów to „Energia Plus”, który został przewidziany dla przedsiębiorstw. Ponad to dostępne są również takie programy jak: ,,Stop Smog”, ,,Białe Certyfikaty”, ,,Kredyt Ekologiczny BGK”, premie czy ulgi termomodernizacyjne. Istnieje także szereg lokalnych programów wsparcia finansowego, na temat których informacji należy szukać np. w urzędzie gminy czy na samorządowych portalach internetowych.

Zakup fotowoltaiki można odliczyć od podatku dzięki uldze termomodernizacyjnej w formularzu . To oferta dla właścicieli lub współwłaścicieli domów jednorodzinnych decydujących się na dokonanie termomodernizacji budynku, który zamieszkują. Odliczeniu od podatku podlegają zakup i montaż instalacji fotowoltaicznej, ale do określonej kwoty 53 000 zł, czyli zakładając rozliczanie się w ramach pierwszego progu podatkowego (17%), możesz ostatecznie zaoszczędzić 9010 zł.

Podsumowanie

Branża fotowoltaiczna wciąż rozwija się dynamicznie, a panele słoneczne dla gospodarstw jednorodzinnych stają się coraz bardziej popularnym rozwiązaniem, pozwalającym na oszczędność i zwiększenie efektywności energetycznej domu. Ważną cechą systemów PV jest ich długowieczność (15-25 lat) i stosunkowy brak konserwacji (poza awariami i czyszczeniem), a także możliwość skorzystania z różnorodnych programów dopłat i ulg podatkowych. Dla gospodarstw jednorodzinnych, panele słoneczne nie tylko obniżają rachunki za prąd, ale także zwiększają wartość nieruchomości. Warto również zwrócić uwagę na nowe technologie i materiały, które czynią instalacje jeszcze bardziej wydajnymi i dostosowanymi do indywidualnych potrzeb użytkownika. Już wiesz jak działa fotowoltaika w Twoim domu. Zachęcamy zatem do zapoznania się z innymi artykułami na naszej stronie, które oferują więcej informacji na temat zalet i możliwości wykorzystania energii słonecznej w domach jednorodzinnych i firmach.