Chcąc założyć instalację fotowoltaiczną i czerpać z niej korzyści warto wiedzieć co w głównej mierze warunkuje wysokość zysków z takiej instalacji. Poza takimi kryteriami jak wielkość instalacji, czyli ilość paneli słonecznych, usytuowanie instalacji, nachylenie paneli, przeszkody zacieniające panele oraz warunki pogodowe bardzo istotny czynnik warunkujący wielkość dochodów to nasłonecznienie.

Pojęcie nasłonecznienia określa ilość energii promieniowania słonecznego padającej na powierzchnię równą 1m2 w skali roku. Jednostką jest kWh/m2/rok. W Polsce wartość nasłonecznienia jest różna dla różnych regionów kraju, ale waha się w bardzo wąskim zakresie (rys. 1). Najniższe wartości odnotowuje się na północy kraju i wynoszą one około 1000 kWh/m2/rok, natomiast najwyższe wartości występują na południu i południowym wschodzie Polski i wynoszą około 1150 kWh/m2

Największy potencjał słoneczny w naszym kraju przypada na okres od maja do końca sierpnia (rys. 2), a roczna średnia suma nasłonecznienia wynosi 1600 godzin. Taki poziom nasłonecznienia oznacza, że z instalacji o mocy 1kW możemy uzyskać rocznie około 950 kWh energii elektrycznej w warunkach optymalnych. Biorąc pod uwagę fakt, iż inwestycja zwraca się po około 10 latach, a zasoby energii słonecznej według szacunków mają wystarczyć na kolejne 5 mld lat warto już dzisiaj zainwestować w szybko rozwijającą się fotowoltaikę i zacząć zarabianie na Słońcu.

W centralnej części kraju nasłonecznienie wynosi około 1080

Rys. 1. Wartości nasłonecznienia w Polsce

Rys. 2. Nasłonecznienie w Polsce w poszczególnych miesiącach.

Termin fotowoltaika odnosi się do sposobu produkcji energii elektrycznej z energii słonecznej. Czerpanie korzyści z energii słonecznej odbywa się poprzez specjalną instalację jaką należy zamontować w swoim gospodarstwie domowym. Schemat takiej instalacji pokazano na rysunku 1.

Energia promieniowania słonecznego trafia do paneli fotowoltaicznych zamontowanych w miejscu do którego dociera najwięcej promieni słonecznych w ciągu doby (najczęściej jest to dach budynku). W panelach zachodzą reakcje, które pozwalają przekształcić energię w prąd elektryczny. Tak wyprodukowany prąd trafia dalej poprzez inwerter solarny do domowej sieci elektrycznej (zużywany jest na potrzeby własne) lub do sieci energetycznej (nadmiar prądu możemy odsprzedać do elektrowni).

Rys. 1. Schemat działania instalacji fotowoltaicznej

Dzięki dużemu zapotrzebowaniu na odnawialne źródła energii proces wytwarzania ogniw słonecznych jest w bardzo zaawansowanym stadium. Obecnie najbardziej popularnymi ogniwami stosowanymi w instalacjach fotowoltaicznych są ogniwa monokrystaliczne i polikrystaliczne.

Ogniwa monokrystaliczne wykonane są z jednego dużego kryształu krzemu (rys. 2). Mają wysoką sprawność energetyczną i są dość drogie. Wyróżniają się ciemnym, niemal czarnym kolorem. Tego rodzaju ogniwa stosowane są zazwyczaj przy mocach 150 – 180 W na jeden panel. Ogniwa monokrystaliczne mają kształt wielokątów (najczęściej ośmiokątów) co powoduje, że nie pokrywają powierzchni panelu w 100%.

Ogniwa polikrystaliczne robione są z wykrystalizowanego krzemu (rys. 3). Mają niższą sprawność energetyczną, kolor niebieski i są tańsze w produkcji niż ogniwa monokrystaliczne. Technologia polikrystaliczna stosowana jest przy produkcji modułów o wyższych mocach – powyżej 200 W na jeden panel. W przeciwieństwie o paneli monokrystalicznych ogniwa są w kształcie prostokątnym, co powoduje, że pokrywają one powierzchnię panelu w 100%.

Ogniwo fotowoltaiczne to urządzenie służące do bezpośredniej konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną, poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n. Pod wpływem fotonów, o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony w ogniwach przemieszczają się do obszaru n, a dziury (nośniki ładunku) do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.

Obecnie znanych jest wiele typów materiałów umożliwiających uzyskanie efektu fotowoltaicznego. W przemyśle najczęściej wykorzystywane są ogniwa zbudowane na bazie krzemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego, ale produkuje się też ogniwa oparte na krzemie amorficznym, polimerach, tellurku kadmu (CdTe) i wielu innych.

            Panel polikrystaliczny

        Panel monokrystaliczny    

Intensywny rozwój przemysłu fotowoltaicznego w ostatnich latach pociąga za sobą duże zainteresowanie badaniami nad wydajniejszymi i tańszymi ogniwami. Wyniki tych badań widać gołym okiem - co raz częściej w gospodarstwach domowych czy na budynkach użyteczności publicznej można zauważyć ogniwa fotowoltaiczne, które pozwalają wytwarzać energię elektryczną w niekonwencjonalny sposób.

Energia elektryczna pozyskiwana z promieniowania słonecznego często nazywana jest zieloną energią. Jest ona określana w ten sposób, ponieważ produkowanie energii w ten sposób nie zanieczyszcza środowiska naturalnego, co w dzisiejszych czasach jest bardzo istotne. Jest to główna zaleta i przyczyna dla której produkcję energii elektrycznej co raz częściej wykonuje się przy pomocy alternatywnych źródeł energii. Ponadto, czerpanie energii ze Słońca ma wiele innych zalet takich jak:

1. Nieograniczone zasoby energii - szacuje się, że energii pochodzącej z promieniowania słonecznego wystarczy na najbliższe 5 mld lat.
2. Nieograniczony dostęp do energii - promieniowanie słoneczne dociera praktycznie wszędzie.
3. Brak wytwarzania szkodliwych substancji - produkcja jest w 100% ekologiczna.
4. Nieskomplikowany montaż i obsługa instalacji.
5. Gwarancja żywotności instalacji - na poszczególne elementy instalacji producenci udzielają od 10 do 25 lat gwarancji.
6. Pewny zwrot kosztów i czerpanie zysków z instalacji.

Każdy system fotowoltaiczny składa się z kilku podstawowych elementów. Poniżej prezentujemy elementy zestawu o mocy 3 kW - jest to zestaw o mocy typowej dla domu jednorodzinnego. W jego skład wchodzą:

- panele fotowoltaiczne - ich ilość zależy od wielkości i mocy instalacji oraz od mocy samych modułów,

- inwerter solarny - urządzenie przekształcające prąd stały na prąd zmienny o parametrach wymaganych w sieci energetycznej,

- zestaw montażowy - tu pokazano zestaw stosowany na dachach pokrytych dachówką

- kable, wtyki, złączki itp. rodzaju elementy potrzebne do zamontowania instalacji w gospodarstwie domowym.

Optymalizery to urządzenia służące do optymalizacji wydajności paneli fotowoltaicznych, a co za tym idzie do optymalizacji całej instalacji. Panele połączone są ze sobą szeregowo, przez co całkowita ich sprawność jest taka sama jak sprawność najsłabszego panelu. Spadek sprawności poszczególnych paneli może być spowodowany np. przez ich częściowe zacienienie lub niedopasowanie modułów. Żeby podwyższyć sprawność i wydajność instalacji stosuje się optymalizery. Montuje się je na każdym module po jednej sztuce. Ich zastosowanie pozwala na uzyskanie optymalnej produkcji energii przez każdy moduł. Zainstalowanie optymalizerów gwarantuje:

• uzyski energii większe nawet o 25%

• znakomitą sprawność równą 99,5%,

• unikatowe rozwiązanie, które zapobiega problemowi niedopasowania modułów lub częściowego zacienienia,

  maksymalne wykorzystanie powierzchni dzięki elastycznemu systemowi projektowania instalacji,

  szybki montaż za pomocą jednej śrubki,

  odrębny monitoring dla każdego modułu znacznie ułatwiający zarządzanie systemem,

  redukcję napięcia każdego modułu - przy montażu lub w przypadku pożaru.

  

  Optymalizer firmy SolarEdge 

Panele fotowoltaiczne są często mylone z kolektorami słonecznymi. Obie konstrukcje wykorzystują słońce jako źródło energii, jednak przetwarzają energię na dwa różne sposoby. Panele fotowoltaiczne przetwarzają energię z promieniowania w prąd elektryczny, natomiast kolektory słoneczne przetwarzają ją w ciepło. Dzięki panelom fotowoltaicznym możemy sami produkować prąd i wykorzystywać go na własny użytek lub odsprzedawać go do elektrowni. Możemy w ten sposób zaspokoić swoje całe zapotrzebowanie na energię elektryczną i dodatkowo czerpać z tego korzyści. W przypadku kolektorów ich głównym zadaniem jest podgrzewanie wody lub wspomaganie centralnego ogrzewania.

Program „Wspieranie rozproszonych, odnawialnych źródeł energii Część 4) Prosument - linia dofinansowania z przeznaczeniem na zakup i montaż mikroinstalacji odnawialnych źródeł energii” ma na celu promowanie nowych technologii OZE oraz postaw prosumenckich (podniesienie świadomości inwestorskiej i ekologicznej), a także rozwój rynku dostawców urządzeń i instalatorów oraz zwiększenie liczby miejsc pracy w tym sektorze. Program stanowić będzie kontynuację i rozszerzenie kończącego się w 2014 r. programu „Wspieranie rozproszonych, odnawialnych źródeł energii. Część 3) Dopłaty na częściowe spłaty kapitału kredytów bankowych przeznaczonych na zakup i montaż kolektorów słonecznych dla osób fizycznych i wspólnot mieszkaniowych”.

Dofinansowanie przedsięwzięć obejmie zakup i montaż nowych instalacji i mikroinstalacji odnawialnych źródeł energii do produkcji:

• energii elektrycznej lub
• ciepła i energii elektrycznej

dla potrzeb budynków mieszkalnych jednorodzinnych lub wielorodzinnych, w tym dla wymiany istniejących instalacji na bardziej efektywne i przyjazne środowisku.

Finansowane będą instalacje do produkcji energii elektrycznej lub ciepła i energii elektrycznej wykorzystujące:

• źródła ciepła opalane biomasą, pompy ciepła oraz kolektory słoneczne o zainstalowanej mocy cieplnej do 300 kWt,
• systemy fotowoltaiczne, małe elektrownie wiatrowe, oraz układy mikrokogeneracyjne (w tym mikrobiogazownie) o zainstalowanej mocy elektrycznej do 40 kWe.

Podstawowe zasady udzielania dofinansowania:

• pożyczka/kredyt preferencyjny wraz z dotacją łącznie do 100% kosztów kwalifikowanych instalacji,
• dotacja w wysokości 20% lub 40% dofinansowania (15% lub 30% po 2015 r.),
• maksymalna wysokość kosztów kwalifikowanych 100 tys. zł - 450 tys. zł, w zależności od rodzaju beneficjenta i przedsięwzięcia,
• określony maksymalny jednostkowy koszt kwalifikowany dla każdego rodzaju instalacji,
• oprocentowanie pożyczki/kredytu: 1%,
• maksymalny okres finansowania pożyczką/kredytem: 15 lat.
• wykluczenie możliwości uzyskania dofinansowania kosztów przedsięwzięcia z innych środków publicznych

Program będzie wdrażany na trzy sposoby:

a)dla jednostek samorządu terytorialnego (jst) i ich związków

• pożyczki wraz z dotacjami dla jst,
• wybór osób fizycznych, wspólnot mieszkaniowych lub spółdzielni mieszkaniowych (dysponujących lub zarządzających budynkami wskazanymi do zainstalowania małych lub mikroinstalacji OZE) należy do jst,
• nabór wniosków od jst w trybie ciągłym, prowadzony przez NFOŚiGW,
• kwota pożyczki wraz z dotacją ≥ 1000 tys. zł.

b)za pośrednictwem banków

• środki udostępnione bankom, z przeznaczeniem na udzielanie kredytów bankowych łącznie z dotacjami,
• nabór wniosków od osób fizycznych, wspólnot i spółdzielni mieszkaniowych, w trybie ciągłym, prowadzony przez banki.

c) za pośrednictwem WFOŚiGW

• środki udostępnione WFOŚiGW z przeznaczeniem na udzielenie pożyczek łącznie z dotacjami,
• nabór wniosków od osób fizycznych, wspólnot i spółdzielni mieszkaniowych, w trybie ciągłym, prowadzony przez wojewódzkie fundusze, które podpiszą umowy z NFOŚiGW.
   

Zgodnie z przyjętym harmonogramem planowane jest:

• ogłoszenie naboru wniosków dla jst - od 26.05.2014 r.
• ogłoszenie naboru wniosków dla WFOŚIGW - 30.06.2014 r.
• nabór wniosków dla banków po ogłoszeniu przez NFOŚiGW na podstawie obowiązujących przepisów.

Chcąc zamontować w swoim domu instalację fotowoltaiczną warto zastanowić się, czy chcemy mieć system który będzie produkował prąd tylko do wykorzystania na nasze własne potrzeby, czy chcemy również wyprodukowany prąd odsprzedawać do sieci publicznej. Do tych dwóch różnych celów stworzono dwa rodzaje systemów fotowoltaicznych. 

Pierwszy z nich to t.zw. system fotowoltaiczny autonomiczny (off-grid). Jest to system, który stosowany jest w przypadku kiedy nie mamy możliwości podłączenia swojego domu lub instalacji do sieci energetycznej. Cechuje go duża niezawodność oraz samoobsługowość.

Drugi system to system fotowoltaiczny sieciowy (on-grid). Jego główna zaletą jest fakt, że poza produkcją prądu na własny użytek, wyprodukowany prąd możemy odsprzedawać do sieci publicznej i czerpać z tego dodatkowe korzyści.

Obydwa systemy są bliźniaczo podobne i różnią się tylko jednym elementem. W ich skład wchodzą panele fotowoltaiczne, odpowiedni dla danego systemu inwerter, system montażowy do paneli. W przypadku systemów off-grid dodatkowe elementy to regulator ładowania oraz akumulatory, natomiast do systemu on-grid należy dokupić licznik dwukierunkowy, dzięki któremu możemy odsprzedawać prąd do sieci publicznej.

Decydując się na instalację fotowoltaiczną warto przemyśleć co nam się bardziej opłaca. Systemy sieciowe są tańsze ze względu na brak akumulatorów, jednakże elementem niezbędnym do ich instalacji jest możliwość połączenia z siecią publiczną. W przypadku systemów autonomicznych nie mamy możliwości czerpania dodatkowych zysków z odsprzedaży prądu, ale ważną zaletą jest fakt, że system jest w 100% samoobsługowy.