Moduły fotowoltaiczne (panele): budowa i rodzaje
Moduły fotowoltaiczne: budowa i rodzaje. Rynek fotowoltaiczny dynamicznie się rozwija. Jest bardzo dużo paneli fotowoltaicznych produkowanych w różnych technologiach. Różnią się pod względem materiałów użytych do ich wytworzenia, wydajności elektrycznej i cen.
Moduły (panele) fotowoltaiczne mają kształt prostokąta o wymiarach 100 x 165-170 cm. Wewnątrz ramy jest umieszczona zafoliowana i przykryta szkłem warstwa ogniw wykonanych z krzemu. Szkło powinno być jak najjaśniejsze, żeby do-brze pochłaniało promieniowanie słoneczne. Powszechnie stosuje się powłoki antyrefleksyjne, żeby zmniejszyć odbijanie promieni.
Wielkość pojedynczego ogniwa fotowoltaicznego to około 15 x 15 cm. W skład jednego modułu wchodzi standardowo 60 ogniw ustawionych w sześciu rzędach po 10 sztuk. Na rynku można też znaleźć panele fotowoltaiczne złożone z 48 lub 72 ogniw, które różnią się wielkością i osiąganą mocą. Ponieważ moc panelu fotowoltaicznego to suma mocy wszystkich jego ogniw, nie należy porównywać tych trzech grup paneli.
Moduł fotowoltaiczny budowa
Moduł fotowoltaiczny ma budowę warstwową. Najważniejsza to cienka, około 0,2-milimetrowa warstwa krzemu krystalicznego, która jest z obu stron osłonięta folią EVA. Od góry moduł jest przykryty szybą hartowaną odporną na uderzenia. Pod spodnią warstwą folii znajduje się podkład usztywniający z tworzywa sztucznego. Całość obejmuje rama z aluminium odpornego na obciążenia i czynniki atmosferyczne. Ogniwa krystaliczne są połączone przewodami przewodzącymi prąd (busbarami – szynowodami). Jest on odprowadzany do instalacji elektrycznej przewodami ze złączami solarnymi.
Rodzaje modułów fotowoltaicznych
Najpopularniejsze są grubowarstwowe krzemowe ogniwa fotowoltaiczne. Mogą być one dwojakiego rodzaju: monokrystaliczne lub polikrystaliczne. Mają dobrą wydajność energetyczną i takie ceny, że opłaca się z nich budować instalacje. Ważna jest także ich duża trwałość i zachowanie wysokiej sprawności przez dostatecznie długi czas. To funkcjonujący i perspektywiczny segment rynku fotowoltaicznego, więc jest intensywnie rozwijany. Na rynku dominują moduły monokrystaliczne, które są bardziej wydajne. Wielu producentów wprowadza coraz to nowe modyfikacje, żeby osiągnąć wyższą sprawność, dłuższą wydajność i lepsze właściwości użytkowe. Obok nich znajdziemy moduły cienkowarstwowe (wykonywane z krzemu lub innych materiałów, na przykład tellurku kadmu), perowskitowe (zbudowane z nieorganicznych związków chemicznych), a nawet wykorzystujące materiały organiczne. Są to jednak wciąż technologie nieprzystosowane do masowego stosowania ze względu na niską wydajność, wysoki koszt wytworzenia oraz stosunkowo krótką żywotność.
Moduły fotowoltaiczne monokrystaliczne
Moduły fotowoltaiczne monokrystaliczne mają sprawność na poziomie 19-20%. Zdarzają się i takie o sprawności 25%, lecz są bardzo drogie. Na rynku znajdziemy monokrystaliczne moduły fotowoltaiczne o mocy znamionowej przekraczającej 350 Wp. Można z nich zbudować wydajniejszą instalację o mniejszej powierzchni niż z ogniw polikrystalicznych.
Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne są bardziej wydajne, ponieważ proces powstawania prądu zachodzi wewnątrz pojedynczych kryształów stanowiących poszczególne ogniwa. W modułach polikrystalicznych ruch elektronów jest mniej efektywny, gdyż pojedyncze kryształy są mniejsze, a ogniwo jest wycinane z bloku zbudowanego z wielu kryształów. Istotna jest również metoda produkcji kryształów krzemu. W wersji monokrystalicznej materiał osiąga większy stopień czystości, co sprzyja zwiększeniu wydajności.
Produkcja ogniw monokrystalicznych jest droższa niż polikrystalicznych, więc i ich ceny są wyższe. Ogniwa monokrystaliczne mają kolor ciemnoniebieski, granatowy, a nawet czarny. Wyróżnia je kształt romboidalny – kwadratu ze ściętymi narożnikami.
Moduły fotowoltaiczne polikrystaliczne
Moduły fotowoltaiczne polikrystaliczne ze względu na sposób produkcji mają charakterystyczną niebieską barwę. Pojedyncze ogniwo ma kształt kwadratu, ponieważ wycina się je z sześciennego bloku krzemu krystalicznego. Ogniwa polikrystaliczne osiągają wydajność na poziomie 15-16%, a najlepsze nawet 18-19%. Dlatego zbudowane z nich panele mają mniejszą moc znamionową (do ok. 300 Wp) niż wytworzone z ogniw monokrystalicznych. Do skonfigurowania instalacji o określonej mocy potrzeba więcej takich modułów. Choć moduły fotowoltaiczne polikrystaliczne są mniej wydajne, warto rozważyć ich zastosowanie tam, gdzie powierzchnia, na której można je zamontować, nie jest ograniczona. Należy też przeliczyć, ile trzeba będzie zapłacić za uzyskanie określonej mocy instalacji fotowoltaicznej z modułów polikrystalicznych.
Jakie wybrać moduły na instalację fotowoltaiczną: ważne parametry paneli
Podczas wybierania modułów na instalację fotowoltaiczną należy się kierować nie tylko ich rodzajem, ale przede wszystkim parametrami technicznymi. Najważniejsze z nich to moc i wydajność. Moc paneli fotowoltaicznych jest określana przy użyciu jednostki Wp (Watt peak, czyli wat mocy szczytowej) oznaczającej maksymalną moc, jaką może osiągnąć ogniwo w warunkach badawczych. Wydajność (sprawność) modułów fotowoltaicznych zależy od ich rodzaju i zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych. Wydajność modułów spada wraz z ich wiekiem (okresem eksploatacji). Prawdziwym wyzwaniem dla producentów jest więc przedłużanie wysokiej sprawności ogniw fotowoltaicznych.
Przeczytaj też:
Do czego wykorzystać energię z instalacji fotowoltaicznej? Opłacalne rozwiązania >>>
Nasłonecznienie
Wbrew temu, czego można by się spodziewać, będąc laikiem, moc modułów fotowoltaicznych spada wraz z podwyższaniem się temperatury powietrza. Fotowoltaika najlepiej działa w niskiej temperaturze, ale przy dobrym nasłonecznieniu. Moc modułów bada się w temperaturze 25oC, ale na nasłonecznionych połaciach dachu temperatura latem może być znacznie wyższa. Dlatego ważnym parametrem jest także współczynnik temperaturowy mocy, który wskazuje, o ile procent zmniejsza się moc modułu wraz z każdym stopniem wzrostu temperatury powyżej wartości testowej – 20oC. Im ten współczynnik jest niższy, tym lepiej.
Moduły fotowoltaiczne PERC i PERT
Moduły Passivated Emitter Rear Cell (PERC) mają w spodniej części dodatkową warstwę dielektryka, który ogranicza przyciąganie elektronów do elektrody dolnej. Spodnia pasywacja powoduje odbicie promieni słonecznych z powrotem do wewnątrz ogniwa. Panele fotowoltaiczne w technologii PERC – z dodatkową spodnią warstwą z wieloma małymi dziurkami – umożliwiają połączenie elektryczne między górą a spodem ogniwa. Ich zaletą jest to, że lepiej wykorzystują promieniowanie podczerwone o dużej długości fali, co pozwala im na bardziej wydajną pracę – szczególnie przy mniejszym nasłonecznieniu.
Przeczytaj też:
Jak otrzymać wsparcie finansowe inwestycji w fotowoltaikę >>>
Innowacyjnym i jeszcze bardziej wydajnym elektrycznie rozwiązaniem w stosunku do PERC jest PERT (Passivated Emitter Rear Cell Totally Diffused), w którym nie ma dziurek w warstwie pasywacyjnej, lecz jest ona całkowicie rozproszona. Taka warstwa pasywacyjna nie pozwala na ucieczkę elektronów, tylko zmusza je do odbijania się od spodu i ponownego krążenia w ogniwie. To sprawia, że odzyskiwanie promieniowania odbitego jest jeszcze bardziej efektywne niż w rozwiązaniu PERC, co zwiększa wydajność ogniwa.
Bifacjalne - moduły fotowoltaiczne dwustronnie aktywne
W modułach dwustronnie aktywnych chodzi o to, żeby ogniwo absorbowało światło z dwóch stron, nie tylko na wierzchu, ale również odbite od spodu. Aktywniejsza praca fotonów sprzyja większej produkcji prądu, więc takie ogniwa mają większą moc. Żeby to osiągnąć, panel od spodu musi być przezroczysty – jest zakryty szkłem lub odpowiednią folią.
Przeczytaj też:
Ogniwa fotowoltaiczne: montaż krok po kroku >>>
Panele fotowoltaiczne dwustronnie aktywne wymagają też odpowiedniego sposobu zamontowania. Nie sprawdzą się w standardowych sytuacjach, za to warto po nie sięgnąć, gdy ze względu na warunki lokalizacyjne na działce panele trzeba ustawić w kierunku wschód-zachód. Można wtedy zainstalować moduły pionowo, żeby wytwarzać prąd rano i wieczorem. Panele typu bifacial najlepiej wykorzystywać w konstrukcjach wolnostojących na gruncie. Należy je ustawiać dość pionowo, aby uniknąć zacienienia ich tyłu.
Polecany artykuł:
