Znamy łączenie szeregowe i równoległe. Jaki model zastosować - to zależy w głównym stopniu od stref cienia występujących w miejscu montażu paneli PV. Spadek dostępnej mocy zależy bowiem nie tylko od stopnia nasłonecznienia, ale także od zacienienie instalacji. Jeśli w strefie cienia znajdzie się pojedynczy panel w systemie połączenia szeregowego, to traci on na mocy, a pozostałe panele będą oddawać do instalacji tylko taką moc, jak panel zacieniony. Pozostała część energii zostanie natomiast przekształcona na ciepło emitowane przez panel przysłonięty.

Warto więc pamiętać, że przy szeregowym połączeniu paneli fotowoltaicznych częściowe zacienienie jednego z nich skutkuje podobnym spadkiem wydajności każdego z paneli z osobna. Jeśli więc chociażby jeden panel PV może znaleźć się w strefie cienia, to urządzenia powinno się łączyć równolegle.

Przy montażu paneli fotowoltaicznych na dachu trzeba sprawdzić kąt nachylenia dachu, gdyż ten determinuje kąt mocowania ogniw. W przypadku dachów pochyłych panele są montowane równoległe do nachylenia połaci dachowej. Obecnie wielu producentów proponuje gotowe systemy montażowe umożliwiające wybór optymalnego kąta montażu paneli fotowoltaicznych, co znacznie skraca czas przygotowania całej inwestycji.

Trzeba również pamiętać o tym, ażeby montaż paneli uniemożliwiał im wzajemnie tworzenie stref cienia, co znacząco wpłynie na wydajność całej instalacji.

Moc instalacji fotowoltaicznej zależy:

• od szerokości geograficznej, która określa kąt padania promieni słonecznych;
• od nachylenia powierzchni, na której zamontowany jest system PV;
• od azymutu;
• od stref zacienienia, powodowanych przez wysokie drzewa, budynki czy kominy;
• obciążenia paneli przez śnieg, opady deszczu, czy podmuchy wiatru.

Uwaga! Moduły fotowoltaiczne nie mogą być montowane na wybrzeżu, ponieważ kontakt z wodą morską lub morskim powietrzem może spowodować zmętnienie szyby. Ze względów bezpieczeństwa moduły nie mogą też pracować w pobliżu łatwopalnych gazów.

Chcąc odpowiedzieć na te pytania, trzeba przyjąć do analizy konkretny przykład instalacji. Najlepiej, żeby był to taki wariant, który jest najczęściej stosowany w domach jednorodzinnych.

Przyjmijmy więc, że analizujemy opłacalność instalacji fotowoltaicznej o następujących parametrach:

• moc - 3 kW dla typowego domu jednorodzinnego;
• zużycie energii - 3500 kWh/rok;
• koszt inwestycyjny instalacji PV - 6.000 zł/kW brutto, przy założeniu systematycznego spadku cen paneli;
• instalacja jest finansowana: 1. w całości ze środków własnych, 2. z kredytu konsumpcyjnego dla osób fizycznych w 80 proc., 3. z dotacji z programu Prosument;
• bezpośrednie zużycie energii z PV na potrzeby własne – 30 proc.;
• sprzedawca energii będzie miał obowiązek odbioru energii z instalacji przez 15 lat, a następnie nadwyżki prądu trafią do sieci bezpłatnie;
• koszt kapitału własnego (dyskonto) – 2 proc.;
• prognozowany wzrost detalicznych cen zmiennych składników rachunku za energię - 1 proc.

Poniższa tabela przedstawia szacunkową opłacalność inwestycji w trzech wariantach:

Ceny modułów fotowoltaicznych niemal na pewno nadal będą spadać, choć już nie tak szybko, jak w poprzednich latach, ale pełne koszty instalacji niekoniecznie muszą maleć, jeśli weźmiemy pod uwagę konieczność jej ubezpieczenia i serwisowania.

Należy dodać, iż powyższa analiza oparta jest na niepełnych danych, co wynika z braku wykładni przepisów nowej ustawy o OZE. Przyjęliśmy założenie korzystnego dla prosumentów kształtowania się cen energii na rynku, ale dopiero rzeczywistość zweryfikuje te szacunki. Po skreślaniu z ustawy taryf gwarantowanych na sprzedaż energii z najmniejszych mikroinstalacji do sieci, lista nieznanych prosumentom cen i kosztów uległa wydłużeniu.

Największą niewiadomą są ceny energii. Przeważnie w analizach przyjmuje się wzrost cen za pomocą wskaźnika inflacji, jednak w przypadku energii istotne są także proporcje pomiędzy poszczególnymi składnikami taryf.

Z punktu widzenia rentowności instalacji znaczenie ma zmienna część taryf, uzależniona od zużycia energii. W ostatnich latach obserwuję się tendencję zmniejszania części zmiennej i zwiększanie stałej taryf. Jest to korzystne dla dostawców energii, ponieważ zmniejsza zależność ich przychodów od zużycia energii, ale już nie dla konsumentów, którzy są skutecznie zniechęcani do tego, ażeby oszczędzać energię.

Jeśli tendencja wzrostu opłat stałych i stabilizacji lub nawet spadku opłat zmiennych się utrzyma, będzie to miało bardzo negatywny wpływ na opłacalność instalacji prosumenckich pracujących w systemie opustów. Całkiem możliwy spadek zmiennych składników cen energii nie pozwoli na osiągnięcie rentowności przez instalację fotowoltaiczną.

Na znaczące pogorszenie wyniku ekonomicznego wpłynie także zmniejszenie przez prosumenta zużycia energii na potrzeby własne. Wymiana odbiorników energochłonnych na efektywne energetycznie będzie pogarszała wskaźniki ekonomiczne samej instalacji prosumenckiej. To paradoks, o którego uzyskanie zapewnie nie chodziło w nowym prawie o odnawialnych źródłach energii.

Inwestycja planowana na 30 lat musi dysponować odpowiednimi warunkami gwarancyjnymi. W przypadku modułów fotowoltaicznych, można taką gwarancję podzielić na dwie podgrupy - gwarancję wykonania oraz gwarancję parametrów pracy.

Gwarancja wykonania obejmuje wszystkie fizyczne wady powstałe w wyniku złego projektu, niewłaściwych materiałów oraz nieprawidłowego procesu produkcji i trwa standardowo 10 lat.

Gwarancja parametrów pracy (parametrów mocy) obejmuje natomiast minimalne wartości produkcji energii elektrycznej w związku ze zużywaniem się modułów. Zwykle określa się tę wartość w odniesieniu do czasu i minimalnej mocy panelu. Standardem rynkowym jest 90 proc. mocy nominalnej po 10 latach i 80 proc. mocy po 25 latach.

Mając wszystko powyższe na względzie, inwestor powinien zwrócić uwagę na następujące składowe gwarancji:

• Czy obejmuje ona kompensatę za utraconą moc w związku z wadliwe działającym modułem?
• Czy obejmuje moduły instalowane przez osoby przeszkolone i zgodnie z instrukcją montażu?
• Czy obejmuje zwrot kosztu wymiany wadliwego modułu na nowy?
• Od kiedy liczona jest gwarancją - od daty produkcji modułu, czy od daty pierwszego załączenia instalacji?
• Czy obejmuje również szkody w transporcie?

Instalacja fotowoltaiczna składa się z:

• generatora solarnego - stanowią go wszystkie moduły podłączone do jednego inwertera, skierowane w ten sam sposób i pod takim samym kątem. Na całą powierzchnię generatora fotowoltaicznego nie powinien padać cień, przy tym należy również uwzględnić niskie położenie Słońca w zimie. Każdy zacienie bowiem redukuje moc całego systemu.
• inwertera - urządzenie przekształcające prąd stały otrzymywany z ogniw w prąd zmienny pobierany przez odbiorniki energii. Inwertery pracujące z instalacją on-grid wyłączają dopływ prądu z instalacji w przypadku zaniku prądu w sieci elektrycznej, zaś te współpracujące z instalacją off-grid dostarczają energię elektryczną z instalacji zawsze, kiedy jest ona dostępna.
• akumulatury uzupełniające instalację off-grid.
• okablowanie – czyli przewody i kable o odpowiednim dla danej instalacji przekroju, odporne na zmienne warunki atmosferyczne i promieniowanie UV.
• piorunochron – alternatywnie do niego, gdy nie chcemy instalować tego urządzenia, to wówczas wszystkie części metalowe generatora PV i konstrukcji montażowej muszą być zintegrowane z głównym wyrównaniem potencjału budynku.

Moduły fotowoltaiczne to połowa kosztów całej instalacji, tak więc ich właściwy wybór jest dla każdego inwestora kluczowy. W tym momencie rodzi się pytanie o sprawność tych urządzeń.

Jakie moduły PV obecnie istnieją na rynku?:

• moduły monokrystaliczne z ogniw pierwszej generacji – mają sprawność powyżej 15 proc., są zbudowane z warstw krzemu (o grubości około 0,3 mm) o uporządkowanej budowie wewnętrznej;
• moduły polikrystaliczne – tworzą ogniwa wielu małych kryształków krzemu, są mniej wydajne, niż monokrystaliczne, ale za to proces produkcji jest tańszy, co obniża automatycznie cenę tych urządzeń, są najbardziej rozpowszechnione w domowych instalacjach PV;
• moduły cienkowarstwowe - z ogniwami z selenku indowo-miedziowego CIS (CIGS) lub tellurku kadmu CdTe, o sprawności od 12 do 14 proc., wykorzystywane są w nowoczesnej architekturze;
• ogniwa amorficzne – także zbudowane z krzemu, ale niezwykle cienkiego – jego warstwa wynosi zaledwie 2 mikrony, warstwa to osadzona jest na innym materiale, głównie szkle, ich sprawność wynosi około 8,5 proc. i znajdują zastosowanie głównie w urządzeniach przenośnych, np. zegarkach.

Standardowa domowa instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku do kilkunastu paneli PV, połączonych w pola, zwane z j. angielskiego stringami. Każdy string jest podłączany do inwertera, który w zależności od modelu może obsługiwać jeden string lub więcej. Panel fotowoltaiczny tworzą moduły zbudowane z ogniw (ang. cells), łączonych ze sobą szeregowo. Od liczby ogniw w module zależy jego moc i napięcie, które generuje. Obecnie większość paneli fotowoltaicznych ma dodatkowo tzw. diody obejścia umożliwiające pracę instalacji przy częściowym zacienieniu ich powierzchni.

Właściwości ogniwa fotowoltaicznego określają następujące wielkości:

• moc w punkcie mocy maksymalnej (Pmpp)
• napięcie w punkcie mocy maksymalnej (Vmpp)
• napięcie rozwarcia (Voc)
• prąd w punkcie mocy maksymalnej (Impp)
• prąd zwarciowy (Isc)
• maksymalne napięcie pracy 

Instalacje fotowoltaiczne dzielą się na:

• instalacje na dachach domów jednorodzinnych
• instalacje wolnostojące
• małe i duże instalacje do ładowania samochodów elektrycznych
• instalacje produkujące energię tylko dla potrzeb domowych
• instalacje produkujące energię dla potrzeb domowych oraz sprzedawaną do sieci

Obecnie najbardziej rozpowszechnionym systemem PV są elektrownie słoneczne podłączone do sieci, nazywane systemami PV on-grid (grid z ang. oznacza sieć). W systemach tych produkcja prądu odbywa się na zasadzie zasilania przez system fotowoltaiczny lokalnej sieci energetycznej i sprzedaży wyprodukowanego prądu. Cena oraz forma skupu prądu regulowana jest w większości krajów UE ustawowo.

Do zalet takiej instalacji należą:

• bardzo prosta budowa pozwalająca na uruchomienie własnej minielektrowni, niezależnie od miejsca, w którym stoi dom;
• możliwość rozbudowy systemu o kolejne moduły, w zależności od możliwości finansowych inwestora;
• brak konieczności montowania akumulatorów, gdyż energia elektryczna wykorzystywana jest natychmiast, a nadwyżka przekazywana do sieci;
• bezobsługowość systemu, czyli jego praca bez jakiejkolwiek ingerencji użytkownika;
• możliwość przekazywania nadwyżki prądu do sieci za cenę, która jest stała i regulowana ustawowo.

Innym rodzajem instalacji PV są systemu off-grid, czyli wyspowe, które nie są podłączone do sieci elektroenergetycznej. W systemach tych wytworzony prąd albo zużywany jest natychmiast, albo trafia do akumulatorów, skąd można go czerpać, gdy wystąpi taka potrzeba. Największym problemem instalacji off-grid jest samo magazynowanie energii, czyli akumulator – jego pojemność, temperatura składowania, możliwy stopień rozładowania urządzenia. Systemy stanowią jednak idealne rozwiązanie wszędzie tam, gdzie zasilanie z sieci energetycznej jest nieopłacalne lub gdzie sieć taka po prostu nie istnieje.

Systemy fotowoltaiczne dobrze sprawdzają się we współpracy z pompą ciepła, bowiem podnoszą jej ekonomiczność. Z jednej kilowatogodziny prądu i bezpłatnej energii Słońca można w ten sposób uzyskać nawet cztery kilowatogodziny ciepła. Jeśli więc taki hybrydowy system zaspokaja potrzebę ogrzania domu oraz wytworzenia ciepłej wody użytkowej, to zwiększa się efektywność pracy tak instalacji PV, jak i pompy ciepła, a koszty maleją. Nie można także zapominać o wymiernych korzyściach ekologicznych takiej instalacji.