Zarówno panele fotowoltaiczne jaki i kolektory słoneczne służą do pozyskiwania energii słonecznej i jej przetwarzania – w przypadku paneli fotowoltaicznych na energię elektryczną, a w przypadku solarów na ciepło. Ponieważ oba rodzaje instalacji, zwłaszcza jeśli ulokowane są na dachu, wyglądają bardzo podobnie, łatwo je pomylić. Trzeba jednak wiedzieć, że zasada działania każdej z nich jest inna. Jaka jest różnica w budowie i działaniu obu rodzajów instalacji?
Panele fotowoltaiczne a kolektory słoneczne
Kolektory słoneczne wybierają ci inwestorzy, którym zależy przede wszystkim na obniżeniu kosztów uzyskaniu ciepłej wody użytkowej. Panele fotowoltaiczne są o wiele bardziej uniwersalne – w grę wchodzi zasilanie, ogrzewanie, przygotowanie ciepłej wody użytkowej a także magazynowanie w akumulatorach i sprzedawanie do sieci.
Panele fotowoltaiczne
Zasada działania: fotony światła padają na krzemową płytkę mono-, poli- lub multikrystaliczną a następnie są pochłaniane przez krzem, co skutkuje wybijaniem elektronów ze swojej pozycji i zmuszaniem ich do ruchu. Ten ruch to właśnie przepływ prądu elektrycznego.
Dzięki zastosowaniu złącza półprzewodnikowego typu p-n możliwe jest połączenie tego procesu z obiegiem elektronów w istniejącej już sieci energetycznej i tak oto energia świetlna zostaje przekształcona w elektryczną.
Budowa panelu: ogniwa fotowoltaiczne od dołu i od góry laminuje się przezroczystą folią, dzięki czemu pozostają one w próżni; cały moduł umieszcza się za szybą z hartowanego szkła, które zmniejsza ilość odbitego promieniowania słonecznego i przyczynia się do ograniczenia strat energii.
Całość osadzona jest na aluminiowej ramie i chroniona dodatkowo szczelną folią typu backsheet; z puszki przyłączeniowej wychodzą dwa kable zakończone wtyczkami umożliwiającymi łączenie paneli w szeregi, w puszce są także tzw. diody bocznikujące, których zadaniem jest ochrona panelu przed przegrzaniem oraz niedopuszczenie do znaczącego obniżenia ilości wytwarzanej energii elektrycznej
Instalacja On-grid i Off-grid
Decydując się na instalację fotowoltaiczną możemy wybrać wersję On-grid, czyli instalację podłączoną do sieci energetycznej. Oto jej schemat:
- Panele fotowoltaiczne
- Falownik (inwerter) – zmienia prąd stały na zmienny
- Licznik energii oddanej i pobranej z sieci (licznik dwukierunkowy)
- Zabezpieczenia AC DC
Nadwyżki prądu można wówczas oddawać do sieci energetycznej korzystając z systemu prosumenckiego (usługa dotycząca wytwórcy a zarazem konsumenta energii z mikroinstalacji fotowoltaicznej. W takim rozliczeniu odejmuje się ilość energii zakupionej z sieci od ilości energii wyprodukowanej we własnej instalacji).
W wersji Off-grid mamy do czynienia z instalacją niepodłączoną do sieci elektroenergetycznej. Oto jej schemat:
- panele fotowoltaiczne
- Falownik (inwerter)
- Regulator ładowania
- Akumulator
- Obciążenie
- Zabezpieczenia
Przy nadwyżkach energii elektrycznej użytkownicy systemu Off-grid nie mają możliwości sprzedaży energii do sieci i korzystania z systemu prosumenckiego. Ten rodzaj instalacji stosuje się np. wtedy, kiedy gospodarstwo domowe leży poza zasięgiem linii energetycznej. Korzysta się wówczas z akumulatorów, które gromadzą energię, by można ją było wykorzystać w późniejszym czasie.
Prąd wyprodukowany w panelu fotowoltaicznym trafia do kontrolera (regulatora ładowania), który ma za zadanie regulować ładowanie i rozładowywanie akumulatora. Prąd stały trafia do falownika, gdzie zamieniany jest na prąd zmienny i wędruje do odbiorników.
System Off-grid jest całkowicie pozbawiony sensu w przypadku gospodarstwa domowego przyłączonego do sieci. Nie możemy wówczas korzystać z doskonałego systemu prosumenckiego, a żywotność baterii w takiej instalacji jest ograniczona co stawia pod znakiem zapytania sens ekonomiczny takiego przedsięwzięcia.
Kolektory słoneczne
Budowa kolektora płaskiego:
- absorber = blacha miedziana pokryta warstwą pochłaniającą promieniowanie słoneczne (absorbcja rzędu 90-95%, materiał – czarny chrom, tlenki tytanu lub krzemu) lub aluminiowa plus rury miedziane lub aluminiowe – układ przewodów odbierających z absorbera wytwarzane ciepło. Orurowanie w układzie harfowym (rurki równoległe) albo meandrowym (tzw. wężownica)
- obudowa: aluminium plus izolacja z wełny mineralnej (niskie straty ciepła)
- okrycie szklane (szyba jest specjalnie przystosowana do obciążeń mechanicznych – (zaleganie śniegu, wiatr) a także uderzeń (odporność na gradobicie). Zapewniać musi także maksymalnie wysoką przepuszczalność promieniowania słonecznego (np. najwyższa klasa U1 – powyżej 90%) do wnętrza kolektora słonecznego
Zasada działania: słońce nagrzewa absorber, który zamienia promieniowanie słoneczne w ciepło. W kolektorze (orurowaniu) krąży nośnik ciepła (np. glikol propylenowy albo woda), który zabiera ciepło i przenosi je do zasobnika i tam oddaje ciepło wodzie użytkowej, po czym schłodzony wraca do kolektora.
Od czego zależy wydajność kolektora słonecznego?
Od ustawienia względem stron świata, od kąta ustawienia kolektora, od miejsca montażu urządzenia – jeżeli kolektory rurowe lub płaskie próżniowe są ustawione na powierzchni ziemi lub przy ścianach budynków, to im bardziej są nachylone, tym więcej pada na nie promieniowania odbitego od otaczających go powierzchni. A to oznacza, że kolektor zaabsorbuje więcej ciepła.
W przypadku kolektorów słonecznych nie ma możliwości magazynowania nadwyżek energii.