Moduły fotowoltaiczne (panele): budowa i rodzaje

Fotowoltaika to jeden z najszybciej rozwijających się sektorów OZE w Polsce. Na rynku znajdziemy wiele rodzajów paneli fotowoltaicznych, różniących się wydajnością elektryczną, składem materiałów, które wykorzystano do ich produkcji, czy też różnym przedziałem cenowym. Panele fotowoltaiczne produkuje się przy zastosowaniu różnorodnych technologii.

Moduły fotowoltaiczne, nazywane powszechnie jako panele fotowoltaiczne posiadają wymiary 100 x 165-170cm i mają kształt prostokąta. Do ich budowy stosuje się powłoki antyrefleksyjne, celem ograniczenia odbijania promieni słonecznych. Wewnątrz ramy montuje się wykonaną z krzemu warstwę ogniw, którą uprzednio owija się folią i przykrywa szkłem. Aby moduły odpowiednio chłonęły promieniowanie, wybiera się jak najjaśniejsze szkło.

Ogrzewanie elektryczne i ogniwa fotowoltaiczne

Na jeden moduł składa się 60 ogniw, z których każdy ma wymiar około 15×15. Umieszcza się je w sześciu rzędach po 10 sztuk. Występują także panele posiadające 48 lub 72 ogniwa o innej wielkości oraz możliwej do uzyskania mocy. Wymienione grupy paneli nie powinny być do siebie przyrównywane, gdyż moc panelu wynika z łącznej mocy tychże ogniw.

Budowa modułu fotowoltaicznego

Moduł fotowoltaiczny składa się z kilku warstw. Najistotniejsza jest warstwa krzemu krystalicznego, około 0,2-milimetra, osłonięta folią EVA. Moduł okrywa odporna na uderzenia szyba hartowana. W celu usztywnienia modułu, pod dolną warstwę, umieszcza się podkład wykonany z tworzywa sztucznego. Na całość kładzie się aluminiową ramę. Prąd płynący pomiędzy ogniwami krystalicznymi odprowadza się do instalacji elektrycznej za pomocą przewodów ze złączami solarnymi.

Moduły fotowoltaiczne – rodzaje

Jak wspomniano na początku, na rynku dostępnych mamy kilka rodzajów modułów. Najczęściej stosowane są grubowarstwowe krzemowe ogniwa fotowoltaiczne. Powodem, dla którego stały się najchętniej wybieraną opcją, jest ich trwałość, duża wydajność energetyczna oraz przystępne ceny. Pośród nich wyróżnia się ogniwa monokrystaliczne oraz polikrystaliczne. Rynek zdecydowanie zdominował pierwszy z wymienionych typów. Moduły monokrystaliczne często poddaje się różnorodnym modyfikacjom, aby uzyskać jeszcze większą wydajność. Kolejnym rodzajem modułów są moduły cienkowarstwowe, stworzone z krzemu lub tellurku kadmu, perowskitowe, zbudowane z nieorganicznych związków chemicznych, a także moduły wykorzystujące materiały organiczne. Warto wspomnieć, że wymienione wyżej rodzaje, z uwagi na niewielką wydajność, a wysoki koszt ich wyprodukowania, rzadko znajdują zastosowanie.

Monokrystaliczne moduły fotowoltaiczne

Panele monokrystaliczne uchodzą za bardzo wydajne, ponieważ prąd powstaje wewnątrz pojedynczych kryształków składających się na ogniwa, natomiast w modułach polikrystalicznych, wspomniane kryształy są mniejszej wielkości, a ogniwo wycina się z bloku stworzonego z wielu kryształów. W panelach monokrystalicznych, kryształy krzemu posiadają większy stopień czystości, dzięki czemu ich wydajność również wzrasta.

Wersja monokrystaliczna cechuje się sprawnością w przedziale 19-20%. Na rynku dostępne są również modele o sprawności 25%, jednak ich cena jest znacznie wyższa. Z monokrystalicznych modułów fotowoltaicznych o mocy znamionowej powyżej 350 Wp można stworzyć mniejszą a bardziej wydajną instalację niż z ogniw polikrystalicznych.

Ogniwa monokrystaliczne zwykle są koloru granatowego, ciemnoniebieskiego lub czarnego, a ich kształt przypomina kwadrat ze ściętymi narożnikami. Ceny ogniw monokrystalicznych są wyższe niż polikrystalicznych, z uwagi na droższy proces produkcji.

Polikrystaliczne moduły fotowoltaiczne

Ogniwa modułu polikrystalicznego wycina się z sześciennego bloku krzemu krystalicznego i z uwagi na metodę ich wytwarzania, przyjmują specyficzny niebieski kolor.  Przeciętną wydajność ogniw polikrystalicznych określa się na poziomie 15-16%. Najlepsze modele osiągają wydajność do 18-19%. W porównaniu do paneli z ogniw monokrystalicznych, moc znamionowa modułów polikrystalicznych jest niższa. Pomimo mniejszej wydajności, warto zastanowić się nad ich użyciem, w szczególności w miejscach gdzie nie ogranicza nas wielkość powierzchni. Warto oszacować i porównać ile musielibyśmy przeznaczyć środków, aby uzyskać instalację fotowoltaiczną o danej mocy.

Wybór modułów na instalację fotowoltaiczną – parametry paneli

Parametry techniczne to najważniejsza kwestia jaką powinniśmy się sugerować przy wyborze modułów na instalację fotowoltaiczną. Mowa tu przede wszystkim o wydajności i mocy. Wydajność, czyli sprawność modułów uzależniona jest od rodzaju konstrukcji.  Wraz z upływem czasu, ich eksploatacją, spada wydajność. Obecnie, wydłużenie okresu sprawności ogniw, stanowi największe wyzwanie dla producentów. Moc paneli fotowoltaicznych wyznacza jednostka Wp – Watt peak, co oznacza wat mocy szczytowej. Określa to jaką maksymalną moc może osiągnąć ogniwo w warunkach badawczych.

Moduły fotowoltaiczne PERT i PERC

PERT (Passivated Emitter Rear Cell Totally Diffused) to innowacyjne moduły, w których warstwa pasywacyjna jest całkowicie rozproszona, nie posiada dziurek. Warstwa ta nie dopuszcza do wypływu elektronów, ale powoduje, że odbijają się i zaczynają ponownie krążyć w ogniwie. Wskutek tego poziom odbitego promieniowania jest wyższy, a to przekłada się na większą wydajność.

PERC (Passivated Emitter Rear Cell) to moduły, które zawierają warstwę dielektryka w dolnej części . Zmniejsza to przyciąganie elektronów do elektrody dolnej. Spodnia pasywacja wywołuje powtórne odbicie promieni słonecznych do wnętrza ogniwa. Moduły PERC posiadają wiele małych dziurek, dzięki którym możliwe jest połączenie elektryczne pomiędzy górą i spodem ogniwa. Dużym plusem tego rozwiązania jest bardzo wydajna praca, zwłaszcza w warunkach małego nasłonecznienia.

Moduły dwustronnie aktywne – bifacjalne

Zasada działania modułów dwustronnie aktywnych polega na tym, że ogniwo pochłania promienie słoneczne z dwóch stron – na wierzchu oraz od spodu. Jego dolna część jest przezroczysta, zakryta folią lub szkłem. Wówczas gdy fotony pracują aktywniej, zwiększa się produkcja prądu. Ogniwa te mają zatem większą moc.

Z tym rodzajem paneli fotowoltaicznych wiąże się konieczność odpowiedniego zamontowania – na konstrukcjach wolnostojących na gruncie. Panele fotowoltaiczne dwustronnie aktywne muszą zostać zainstalowane w kierunku wschód-zachód. Jeśli zamontujemy moduły pionowo, możliwa będzie produkcja prądu zarówno rano jak i wieczorem.

Nasłonecznienie

Warto wspomnieć, gdyż powszechnie panuje inne przekonanie, że wraz z podwyższaniem się temperatury, spada moc modułów fotowoltaicznych. Najkorzystniejsze warunki do produkcji prądu to dni chłodniejsze, lecz słoneczne. Testy nad modułami wykonuje się przy temperaturze około 25 stopni, jednak w porze letniej na powierzchni dachu, temperatura może być dużo wyższa. W związku z tym, istotnym parametrem jest współczynnik temperatury mocy. Pokazuje on zależność, o ile spada moc modułu wraz ze wzrostem temperatury powyżej testowej wartości 20 stopni.