Jak wybrać panele fotowoltaiczne?

Czym się od siebie różnią panele fotowoltaiczne? Na co zwracać uwagę przy ich zakupie?

Ogniwa fotowoltaiczne, z których składa się panel to elementy półprzewodnikowe przetwarzające energię promieniowania słonecznego na prąd elektryczny. Pojedyncze moduły mają zbyt małe wartości napięć i mocy, aby mogły zasilać domową instalację. Dlatego łączy się je szeregowo w łańcuchy, co pozwala sumować wartości. Wszystkie moduły tworzące łańcuch powinny pochodzić od jednego producenta, być tego samego typu, mieć tę samą moc znamionową i być podobnie ustawione względem słońca. Obecnie dostępne są panele fotowoltaiczne wykorzystujące ogniwa wykonane w różnych technologiach, każda z nich ma swoje wady i zalety.

Ogniwa monokrystaliczne

Pierwszy rodzaj to ogniwa monokrystaliczne powszechnie wykorzystywane w domowych instalacjach fotowoltaicznych. Charakteryzują się eleganckim, ciemnym kolorem i jednolitą strukturą. Wykonuje się je ze stopionego piasku krzemowego (z domieszką boru), z którego po oczyszczeniu formowany jest monokryształ w kształcie walca. Walec jest cięty laserem na okrągłe płytki, których boki ścina się, aby uzyskać kształt zbliżony do kwadratu. Wydajność ogniw monokrystalicznych jest największa. Przetwarzają one na prąd elektryczny średnio ponad 20% energii pochodzącej ze słońca (aktualny rekord sprawności wynosi ok. 25%). Produkcja ogniw monokryształowych jest najdroższa, co przekłada się na najwyższą cenę paneli fotowoltaicznych, ale dzięki swojej wysokiej wydajności instalacja zajmuje mniej miejsca na dachu.

Ogniwa polikrystaliczne

W drugiej grupie znajdują się bardzo popularne obecnie ogniwa polikrystaliczne. Dzięki mniej skomplikowanej produkcji, są one tańsze od ogniw monokrystalicznych. Podczas wytwarzania bloki krzemu łączy się i krystalizuje w jedną bryłę, która następnie cięta jest na „plastry” o kształcie kwadratu lub prostokąta. Polikryształy charakteryzują się niebieskawą barwą (powstałą dzięki nałożeniu warstwy antyrefleksyjnej), z widoczną strukturą krzemu. W porównaniu do monokryształów mają niższą sprawność wynoszącą ok. 16–18%, oraz nieco mniejszą trwałość. Grosze parametry są spowodowane tym, że ruch elektronów pomiędzy połączonymi kryształami nie odbywa się tak swobodnie, jak w przypadku monokryształów. Inna przyczyną spadku wydajności jest niższa czystość kryształów. Mimo że konstrukcje te są coraz lepsze, to pod względem parametrów nadal ustępują monokrystalicznym. Aby uzyskać porównywalna moc, instalacja wymaga większej powierzchni na dachu. Zaletą paneli polikrystalicznych, oprócz korzystnego stosunku ceny do uzysku energetycznego, jest niższy spadek mocy wraz ze wzrostem temperatury pracy. Ponadto, w odróżnieniu od paneli monokrystalicznych, panele polikrystaliczne wyłapują dużo więcej promieniowania odbitego oraz załamanego. Dzięki temu, mimo niższej sprawności, pracują bardziej stabilnie w przeciągu całego roku.

Ogniwa fotowoltaiczne krystaliczne z warstwą PERC

Wykorzystywana coraz częściej w modułach PV technologia PERC (Passivated Emitter Rear Cell - pasywacja tylnej ścianki ogniwa) zwiększa skuteczność absorpcji promieniowania słonecznego. Krzemowe ogniwa fotowoltaiczne wykorzystujące technologię PERC charakteryzują się większą wydajnością, ponieważ przechodzące przez nie światło słoneczne odbijając się od tylnej warstwy refleksyjnej kieruje fotony z powrotem do ogniwa. Dzięki temu promieniowanie staje się dodatkowym źródłem energii elektrycznej. Inną zaletą zastosowania warstwy PERC jest obniżenie temperatury pracy ogniwa, co ma pozytywny wpływ na jego sprawność.

Zobacz też:

• Projekty gotowe domów z panelami fotowoltaicznymi >>>

Ogniwa fotowoltaiczne krzemowe typu HALF CUT

Technologia HALF CUT ma na celu uzyskanie jeszcze wyższej wydajności krzemowych ogniw fotowoltaicznych oraz redukcję strat spowodowanych ich zacienieniem lub zabrudzeniem. Tego typu moduł składa się ogniw fotowoltaicznych przeciętych na pół, które łączy się równolegle w łańcuchy. Tak powstałe ogniwa połówkowe mają parametry porównywalne do ogniw tradycyjnej budowy. Zaletami modułów HALF CUT są: większa moc wyjściowa i wytrzymałość mechaniczna oraz lepsza wydajność przy częściowym zacienieniu lub zanieczyszczeniu ogniwa. Przykładowo, w przypadku standardowej technologii, cień padający na dolną część modułu wyłączy go całkowicie, a przy zastosowaniu technologii HALF CUT przestanie działać tylko jedna połowa. Ponadto temperatura pracy modułu HALF CUT jest o ok. 2 stopnie Celsjusza niższa od temperatury moduł wykonanego w technologii klasycznej. Poprawia to jego wydajność i żywotność.

Inne rodzaje fotoogniw

Oprócz powszechnie stosowanych ogniw mono i polikrystalicznych, na rynku dostępne są również inne rodzaje fotoogniw. Ogniwa cienkowarstwowe z krzemu amorficznego mają czerwono-bordowy kolor, a struktura ich kryształów nie jest widoczna. Ich sprawność jest niższa od sprawności fotoogniw krystalicznych (wynosi od 10 do 14%). Aby więc uzyskać wystarczającą moc, powierzchnia paneli fotowoltaicznych musi być dużo większa. Ich zaletą jest dobra praca przy niskim nasłonecznieniu. Ogniwa fotowoltaiczne wykonuje się także z innych półprzewodników. Zamiast krzemu stosuje się tellurek kadmu (CdTe) lub mieszaniny miedzi, indu, galu i selenu (CIGS). Ich produkcja polega na napylaniu na szklane podłoże bardzo cienkiej warstwy półprzewodnika, o grubości zaledwie kilku mikrometrów. Ich sprawność to około 7–15%.

Przeczytaj też:

• Ile kosztuje instalacja fotowoltaiczna. Czy to się opłaca? Kiedy się zwróci? >>>

Istnieją również fotoogniwa barwnikowe. Są wykonywane z materiałów organicznych, np. z polimerów. Energia elektryczna powstaje w nich podczas procesu sztucznej fotosyntezy. Technologia produkcji ogniw polega na nadrukowywaniu warstw polimerowych na podłoże z tworzywa sztucznego. Ogniwa polimerowe są lekkie i elastyczne, a ich produkcja jest tania i nieuciążliwa dla środowiska. Panele fotowoltaiczne tego typu są przezroczyste i mogą być instalowane np. jako płyty fasadowe. Ich sprawność wynosi około kilku procent.

Panele fotowoltaiczne - ważne parametry

Koszt paneli fotowoltaicznych to około 45% wydatków na cały system. Aby dokonać dobrego wyboru należy porównać kilka parametrów technicznych.

• Sprawność paneli fotowoltaicznych

Pierwszym z parametrów, na który należy zwrócić uwagę jest sprawność paneli fotowoltaicznych. Jest to procentowy stosunek maksymalnej mocy elektrycznej do mocy promieniowania światła słonecznego padającego na powierzchnię fotoogniw. Im większa jest sprawność, tym lepiej, gdyż potrzebna moc będzie możliwa do uzyskania z panelu fotowoltaicznego o mniejszej powierzchni. Producenci informują jeszcze o procentowej redukcji sprawności paneli fotowoltaicznych przy natężeniu promieniowania słonecznego wynoszącym 200 W/m² oraz o procentowym spadku mocy przy natężeniu promieniowania, najczęściej występującym w rzeczywistych warunkach pracy (800 lub 400 W/m²). Im wartości redukcji są mniejsze, tym lepiej.

• Moc szczytowa (P_max)

Kolejny istotny parametr paneli fotowoltaicznych to moc szczytowa (P_max). Jest to moc elektryczna uzyskiwana w optymalnych warunkach laboratoryjnych (STC - Standard Test Conditions), gdy natężenie docierającego do paneli promieniowania słonecznego wynosi 1000 W/m², a ich temperatura 25 stopni Celsjusza. Rzadko jednak zdarza się, że panele fotowoltaiczne osiągają moc szczytową. W rzeczywistości promieniowanie jest dużo słabsze, np. podczas całkowitego zachmurzenia wynosi ono poniżej 100 W/m². Temperatura paneli fotowoltaicznych w gorące letnie dni może dochodzić do 75 stopni Celsjusza, co również przekłada się na zmniejszenie ich mocy. W polskich warunkach w skali roku średnia moc paneli fotowoltaicznych stanowi około 10% mocy szczytowej. Aby podkreślić, że dana wartość informuje o mocy szczytowej, podaje się ją w watach z indeksem p (Wp).

• Tolerancja mocy

Następny z parametrów paneli fotowoltaicznych to tolerancja mocy. Informuje o tym, jak duża może być różnica między rzeczywistą a nominalną mocą szczytową ogniwa. Jeżeli podawana tolerancja mocy jest dodatnia, mamy gwarancję, że rzeczywista moc szczytowa panelu nie będzie mniejsza od podanej mocy nominalnej (może być nawet wyższa o podaną wartość tolerancji).

Wraz ze wzrostem temperatury fotoogniw maleje ich moc. Temperaturowy współczynnik mocy (Temperature Coefficient of Pmax) informuje o tym, jaki jest procentowy spadek mocy przy wzroście temperatury o 1 stopień Celsjusza. Im jego wartość  jest niższa, tym lepiej.

• Napięcie w punkcie mocy maksymalnej UMPP

Kolejny ważny parametr paneli fotowoltaicznych to napięcie w punkcie mocy maksymalnej UMPP. Im większa jest różnica między tą wartością a napięciem w systemie zasilanym przez panel fotowoltaiczny, tym większe są straty energii i spadek mocy. Do rozwiązywania tego problemu służy system śledzenia maksymalnego punktu pracy (MPPT), w który często wyposażane są falowniki (przetwornice prądu stałego na przemienny).

• Współczynnik wypełnienia (FF)

Następnym parametrem paneli fotowoltaicznych jest współczynnik wypełnienia (FF) opisujący jakość ogniwa. Im jego wartość jest bliższa 100%, tym bardziej charakterystyka prądowo-napięciowej panelu fotowoltaicznego jest zbliżona do idealnej. Zwrócić uwagę należy również na napięcie obwodu otwartego U_oc. Jest to największa możliwa różnica potencjałów na stykach panelu fotowoltaicznego, tzw. napięcie jałowe, występujące przy braku poboru prądu. Mierzy się je w woltach (V), nie może ono przekraczać maksymalnego napięcia wejściowego regulatora ładowania akumulatorów.

• Prąd zwarcia I_sc

Ostatnim parametrem paneli fotowoltaicznych jest prąd zwarcia I_sc – największy możliwy prąd (wartość podawana w amperach) generowany wyłącznie przez światło padające na ogniwa. Świadczy o wydajności zastosowanych fotoogniw, im wartość jest wyższa, tym lepiej.

Jakość paneli fotowoltaicznych

Zdecydowana większość paneli fotowoltaicznych jest produkowana w Chinach, a nawet te europejskie są składane z chińskich ogniw krzemowych – można uznać, że jakość wszystkich jest podobna, choć na pewno zdarzają się wyjątki – trzeba być czujnym, gdy cena jest szczególnie okazyjna.

Natomiast dużych różnic można się spodziewać w konstrukcji falowników przetwarzających prąd o stałym napięciu płynący z paneli na przemienny, nadający się do wprowadzenia do sieci elektroenergetycznej i zasilania domowych urządzeń. Wybierając falownik, warto się kierować renomą producenta. Tanie urządzenia chińskie nie dorównują solidnością i zaawansowaniem technologicznym produktom z zachodu, za które trzeba oczywiście więcej zapłacić.

Z symulacji komputerowych wynika, że jeśli panele fotowoltaiczne są usytuowane w optymalny sposób, instalacja wykonana poprawnie, a do jej budowy użyje się urządzeń o najlepszych parametrach, to w polskich warunkach na 1 kW zainstalowanej mocy szczytowej przypada rocznie nieco ponad 1000 kWh uzyskiwanej energii elektrycznej. Zastosowanie najgorszych pod względem parametrów paneli i falownika (spośród popularnych na rynku) skutkuje uzyskiem mniejszym o przeszło 25%. Ale to nie znaczy, że nie warto takich urządzeń kupować, bo jeśli różnica w cenie jest wyższa, to ich zastosowanie może być nawet bardziej opłacalne. Jeżeli większa ilość miejsca, które muszą zająć mniej sprawne panele fotowoltaiczne, żeby dostarczyć założoną ilość energii, nie jest problemem, to wtedy o wyborze nie powinna decydować sprawność, tylko inne czynniki, na przykład warunki gwarancji czy dostępność serwisu.

Kluczem do sukcesu jest zatrudnienie solidnego i doświadczonego instalatora, który potrafi doradzić w sprawie wyboru urządzeń i oczywiście poprawnie wykona instalację.

Piotr Laskowski

Sebastian Malinowski