Rodzaje paneli fotowoltaicznych. Czym się różnią?

Panele fotowoltaiczne różnią się od siebie mocą i sprawnością (wydajnością). Różnicuje je również sposób budowy i zastosowanych komponentów i półprzewodników.

Wszystkie one mają wpływ na osiągane parametry pracy zarówno w warunkach laboratoryjnych (STC), jak i tych realnych towarzyszących już codziennej pracy (NOCT). Poniższy artykuł przybliży problematykę budowy paneli PV, ich funkcjonowania, a także sposobu dokonania optymalnych wyborów przy ich zakupie. Tak aby prosument mógł czerpać jak największe zyski z instalacji fotowoltaicznej.

Rodzaje paneli fotowoltaicznych - które wybrać?

Decydując się na przydomową instalację fotowoltaiczną większość inwestorów skupia się jedynie na marce ewentualnie cenie paneli, tymczasem obecna technologia to już 3 generacje, z których każda może mieć swoje wady i zalety. Często ludzie zastanawiają się, jak tak młoda technologia może się tak szybko rozwijać. Technologia fotowoltaiczna nie jest młoda i ma swoją długą i bogatą historię.

Fotowoltaika jako technologia nie mogłaby się rozwijać bez mechaniki kwantowej Alberta Einsteina, bo choć zjawisko fotowoltaiczne opisano już w XIX w. to dopiero w 1954 roku dzięki rozwojowi nauki stworzono pierwsze ogniwo fotowoltaiczne. Miało to miejsce w oddziale badawczym Bell Laboratories. Opracowali je Gerald Pearson, a także Daryl Chapin i Calvin Fuller. Sprawność pierwszych modeli oscylowała na poziomie 6%. i Były one w stanie zasilać jedynie wiatraki, zabawki czy radio. Jednak dokonania trójki naukowców opisano w The New York Times jako „początek nowej ery, prowadzącej ostatecznie do realizacji wykorzystania niemal nieograniczonej energii słońca do zastosowań cywilizacyjnych”.

Na dalszy rozwój technologii wpływ miało na pewno możliwość jej wykorzystania w przestrzeni kosmicznej. W czasie wyścigu zbrojeń jako pierwsza sięgnęła po nią armia USA. W 1958 roku Amerykanie postanowili wykorzystać ogniwa słoneczne do tajnego projektu zasilania satelitów orbitujących wokół Ziemi. O dziwo poniesiono fiasko, jednak Hans Ziegler przekonał amerykańskich specjalistów, że ogniwa słoneczne będą znacznie skuteczniejsze. Dlatego satelity Vanguard wyposażono ponownie w hybrydowe połączenie ogniw krzemowych z bateriami chemicznymi. Ten projekt zakończył się sukcesem, co oczywiście skutkowało tym, że NASA kontynuowała wykorzystanie paneli słonecznych w latach 60. W latach 70.fotowoltaika przestała być horrendalnie droga i w kolejnej dekadzie ogniwa zaczęły pojawiać się już amerykańskich domach. Dla Europy czas energii słonecznej nastał pod koniec XX wieku – najwcześniej w Niemczech. I choć typowo masowa produkcja paneli wystartowała na dobre w 2000 roku, jak wspomniano już wyżej, stworzono już 3 generacje paneli.

Jakie są rodzaje paneli fotowoltaicznych?

I czym tak naprawdę się od siebie różnią? Czy któreś z nich mają zdecydowaną przewagę? Czy jest sens decydować się jedynie na najnowszą generację?

Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne – panele I typu

Konstruuje się z jednorodnego monolitycznego kryształu krzemu o uporządkowanej budowie wewnętrznej. Bloki krzemu tnie się na warstwy o grubości około 0,3mm. Posiadają charakterystyczny ciemny kolor oraz „ścięte” rogi. Dostępne na rynku najdłużej i najlepiej poznane, Ich konstrukcja opiera się o złącze P-N. Główną zaletą tak zbudowanych paneli fotowoltaicznych jest ich wydajność (20%, a nawet więcej u czołowych producentów). Na czym polega ich przewaga w wydajności? Dzięki temu, że kryształ krzemu jest jednorodny elektrony poruszają się w nim bardziej swobodnie, co „wzmacnia” zjawisko fotowoltaiczne, tym samym więcej energii słonecznej może zostać przetworzone na prąd elektryczny.

Technologia monokryształu to doskonały wybór na mniejsze dachy z ograniczoną ilością miejsca. Ogniwa monokrystaliczne charakteryzuje też niższy współczynnik temperaturowy. O co chodzi? Ogniwa fotowoltaiczne wbrew pozorom tracą wydajność wraz ze wzrostem temperatury o każdy pojedynczy stopień Celsjusza, ale monokryształy właśnie lepiej znoszą wyższe temperatury. Według raportu Instytutu Energii Odnawialnej "Rynek Fotowoltaiki w Polsce 2021" z czerwca 2021 roku moduły polikrystaliczne stanowią jedynie 2% rynku, a monokrystaliczne 98%.

Monokryształ wytwarzany z lepiej oczyszczonego krzemu metodą Czochralskiego jest jednak droższy. Dlatego też w drodze poszukiwania oszczędności stworzono…

Panele fotowoltaiczne polikrystaliczne – panele II typu

Ogniwa polikrystaliczne jak mówi sam przedrostek poli-, tworzy się w oparciu o krzem, który wykrystalizował w małe kryształki Blok krzemu otrzymuje się tu najczęściej dwoma metodami, metodą Brigmana lub metodą odlewania bloku. Następnie blok jest cięty na mniejsze części o grubości do 0,2 mm. Cięcie odbywa się z jednoczesnym szlifowaniem powierzchni powstających płytek. Dalsza obróbka polega m.in. na: szlifowaniu, uszlachetnianiu domieszką fosforu, nakładaniu metalizowanych elektrod czy pokrywaniu powierzchni paneli antyodblaskiem. Panele polikrystaliczne posiadają charakterystyczny niebieski kolor z dobrze widoczną strukturą kryształów. Sprawność jest mniejsza niż w przypadku ich monokrystalicznych odpowiedników i nie przekracza 20%. Jednak ogniwa polikrystaliczne mają tę przewagę, że lepiej działają przy świetle rozproszonym, a chmury, które w polskim klimacie są zjawiskiem częstym o każdej porze roku rozpraszają światło — działają jak filtr.

Panele fotowoltaiczne cienkowarstwowe – panele III typu

Należą do II generacji ogniw fotowoltaicznych. Podczas badań nad zjawiskiem fotowoltaicznym odkryto, że przemiana energii światła w energię elektryczną zachodzi tylko w warstwie granicznej między elektrodami, której grubość wynosi ok. 0,001 [mm]. Postanowiono więc skupić się na tej właśnie warstwie granicznej. Ogniwa cienkowarstwowe tworzy się poprzez nanoszenie znikomych warstw półprzewodników, na podłoża bazowe. Oprócz krzemu amorficznego jako półprzewodniki wykorzystywane są: siarczek kadmu, tellurek kadmu, dwuselenek indowo-miedziowy, arsenek galu, dwuselenku miedziowo-indowo-galowego. Sprawność cienkowarstwowych ogniw fotowoltaicznych nawet 26%. Zależy ona ściśle od zastosowanego półprzewodnika.

Jeśli chodzi o ogniwa III generacji to są to ogniwa polimerowe. Dzięki temu, że mogą być tworzone na bazie zupełnie innych materiałów – przykładowo takich jak guma – w przyszłości panele fotowoltaiczne będą zapewne wyglądać zupełnie inaczej. A dziś naukowcy i inżynierowie walczą o to, by polimerowe ogniwa osiągnęły większą sprawność.

A skoro o sprawności mowa…

Czym się różni moc [Wp] i sprawność [%] panelu fotowoltaicznego?

Moc panelu to wielkość, która określa, ile energii dany panel wyprodukuje, ale tylko w warunkach testowych. Natomiast sprawność pozwala oszacować w jakim stopniu dany panel przetwarza promieniowanie słoneczne w energię elektryczną. Wspomniano już o tym, że dla różnych rodzajów ogniw wydajność w warunkach niskiego lub wysokiego nasłonecznienia może być różna. Monokryształy lepiej radzą sobie w pełnym słońcu, a polikryształy w świetle rozproszonym.

Jak wybrać najlepszy rodzaj paneli?

Z powyższych rozważań inwestor może wysnuć wniosek, że oczywiście marka i idąca za nią jakość ma znaczenie. Jednak dokonując wyboru osprzętu elektrowni fotowoltaicznej powinno się znać przynajmniej podstawowe zagadnienia i parametry techniczne, które decydują o końcowym uzysku i tym samym zysku tegoż inwestora.

Które panele fotowoltaiczne są zatem najbardziej opłacalne?

Po pierwsze te, których moc będzie najlepiej dostosowana do zapotrzebowania na prąd danego gospodarstwa domowego. Po drugie ich sprawność będzie jak największa i dostosowana do warunków jakie panują w miejscu, gdzie instalacja PV zostanie zlokalizowana. Tam, gdzie ma miejsce duże nasłonecznienie bez zacienień, a powierzchnia dostępna pod montaż instalacji jest ograniczona dobrze sprawdzą się panele monokrystaliczne. Natomiast tam, gdzie nawet w dni słoneczne nie będzie możliwe w pełni wykorzystanie potencjału słońca lepiej wybrać polikryształowe panele, które doskonale wykorzystują światło rozproszone przez cały rok. Po trzecie najbardziej opłacalne są te panele, których tolerancja mocy jest dodatnia. Czym dokładnie jest tolerancja mocy panelu fotowoltaicznego? Najprościej wyjaśnić to w następujący sposób. Jeśli tolerancja mocy testowanego w warunkach laboratoryjnych panelu jest dodatnia, to oznacza, że w warunkach codziennej pracy osiągnięta moc nigdy nie będzie mniejsza niż ta zadeklarowana przez producenta, a może być wyższa o zadeklarowane na karcie katalogowej wskaźniki.

Przy zakupie określonych paneli ważne jest również, by rozumieć stosunek NOCT / STC. Pozwala on określić wydajność paneli fotowoltaicznych w warunkach rzeczywistych. Najlepiej by stosunek ten wyniósł 80% lub był jak najbardziej zbliżony do tego wyniku.

Gwarancja na panele fotowoltaiczne - rodzaje i znaczenie

Na panele fotowoltaiczne udzielane są dwa rodzaje gwarancji. Dla użytkownika indywidualnego najważniejsza jest gwarancja produktowa. Im dłuższa tym większa pewność, że panele są wysokiej jakości. Wysokiej i najwyższej klasy panele otrzymują gwarancję na ponad ćwierć wieku. Równie istotna dla przysłowiowego Kowalskiego może okazać się gwarancja na montaż. Dlaczego? Błędy przy konstruowaniu instalacji szybko pozbawiają producenta gwarancji produktowej.

Na panele PV udzielana jest również gwarancja mocy, ale ta jest o wiele istotniejsza dla właścicieli farm fotowoltaicznych. Osoba fizyczna raczej nie wyśle modułów do laboratorium, by oszacować ich sprawność po kilku czy kilkunastu latach pracy. Poza tym taka gwarancja nie obejmuje awarii.

Zobacz pozostałe wpisy na blogu

Gdzie najlepiej zamontować panele fotowoltaiczne – na gruncie czy na dachu? Nie ma jednej właściwej odpowiedzi na to pytanie. Obie lokalizacje mogą być optymalnym lub nawet jedynym możliwym rozwiązaniem w określonych warunkach.

Żyj pod prąd z Revolt Energy!

Żyj pod prąd z Revolt Energy!

Nie wiesz od
czego zacząć?