Moduły fotowoltaiczne

W ciągu ośmiu minut nasze Słońce wysyła do Ziemi tyle energii, ile nasza planeta potrzebuje do wykorzystania w ciągu roku. Mamy zatem potężne źródło naturalnej energii, z którego można skorzystać i odpowiednio przetworzyć na energię elektryczną. Moduły fotowoltaiczne są jednym z istotnych elementów w tym procesie.

Do czego służy moduł fotowoltaiczny?

Moduły fotowoltaiczne są urządzeniami przetwarzającymi energię słoneczną w energię elektryczną. Wykorzystują w tym celu zjawisko fizyczne zwane fotoemisją. Pod pływem światła w module fotowoltaicznym generowane są ładunki elektryczne. Z tego powodu moduły potrzebują być umieszczone w miejscach, gdzie mamy dobre naświetlenie powierzchni i bezpośrednie działanie promieniowania słonecznego. Takimi miejscami są np. dachy budynków czy domów lub grunty (na których można postawić specjalne naziemne konstrukcje), które pozwalają na usytuowanie ich po słonecznej stronie, pod odpowiednim kątem.

Aby panele słoneczne mogły absorbować światło słoneczne, potrzebują być ustawione pod kątem ok. 35-45 st. Dlatego też najlepszym rozwiązaniem są spadziste dachy domów i budynków, które zapewniają im odpowiedni kąt nachylenia.

Budowa i wymiary modułu fotowoltaicznego

Panele fotowoltaiczne składają się z ogniw – zbudowanych głównie z krzemu oraz materiału półprzewodnikowego, które w pewnych warunkach (pod wpływem światła) wykazują zdolności przewodzące prąd elektryczny. Ogniwa są wykonane z cienkich krzemowych płytek, mogą zawierać również dodatki innych pierwiastków, wzmacniających działanie całego ogniwa. Głównym elementem generującym prąd jest złącze p-n, w którym to jedna część jest dodatnia, a druga ujemna. Promienie słoneczne wywołują reakcję fizyczną, dzięki której wzbudzają wolne elektrony krzemu w ogniwie. Ze względu na to, że mamy do czynienia ze stroną + i – powstaje tzw. różnica potencjałów, która powoduje przepływ wolnych elektronów krzemy z + do -. To zjawisko nazywamy prądem elektrycznym.

Od spodu moduły PV wyposażone są w metalową powłokę przewodzącą, od góry w metalową siatkę. Elementy te pozwalają na odprowadzenie wygenerowanych przez fotoogniwo ładunków elektrycznych o stałej częstotliwości (prąd stały). Każdy panel fotowoltaiczne składa się z kilkudziesięciu takich ogniw. Na ogół korzysta się z modułów 60-ogniwowych (wersja standard) lub 72-ogniwowych (wersja przemysłowa). W zależności od ilości ogniw, wymiary paneli fotowoltaicznych mogą mieć następujące wielkości: 170 cm x 100 cm lub 200 cm x 100 cm.

Całość modułu fotowoltaicznego pokryta jest od góry szybą ze szkła hartowanego, posiadającą powłokę antyrefleksyjną – przeznaczona jest dla lepszej absorpcji światła. Od dołu panel PV jest zamknięty folią EVA (standardowe panele PV) lub drugą szybą ze szkła hartowanego (panele glass-glass). Ponadto moduły PV wyposażone są w metalowe ramki po bokach, trzymające całą konstrukcję. Taka budowa gwarantuje szczelność całej konstrukcji i ochronę przed warunkami zewnętrznymi oraz gwarantuje bezawaryjną pracę paneli fotowoltaiczne przez długie lata.

Panel fotowoltaiczny a moduł fotowoltaiczny – czym się różnią?

Moduły fotowoltaiczne, panele fotowoltaiczne oraz ogniwa fotowoltaiczne dotyczą tego samego elementu, jakim jest urządzenie przetwarzające energię słoneczną na elektryczną. Ze względu na to, że w panelu fotowoltaicznym produkcją prądu zajmują się pojedyncze ogniwa, z których składa się cały moduł PV, zwykło się nazywać te urządzenia zamiennie:

• panele fotowoltaiczne, ponieważ wyglądają jak panele składające się z wielu ogniw
• moduły fotowoltaiczne, ze względu na budowę modułową
• ogniwa fotowoltaiczne, w związku ze składaniem się z pojedynczych ogniw

Jakie są rodzaje modułów fotowoltaicznych?

Wyróżniamy trzy główne rodzaje paneli fotowoltaicznych:

Moduły monokrystaliczne

Obecnie najbardziej popularne ogniwa PV. Wykonywane są z krystalicznego krzemu, gdzie jego struktura atomowa nie jest naruszona. W związku z tym mają jednolity kolor i zaokrąglone krawędzie ogniw. Wykazują sprawność na poziomie 19%-25%.

Moduły polikrystaliczne

Panele polikrystaliczne wykonane są z ukształtowanych w specjalnych kokilach ogniw krzemowych, które przedtem były poddane obróbce cieplnej i formowane do kokili. W tym wypadku krzem jest surowcem formowanym cieplnie, zatem moduły polikrystaliczne mają nieregularną powierzchnię i ziarnistą budowę ogniw.

W tym wypadku możemy mówić o naruszonej strukturze krzemu. Związku z tym te panele PV cechują się niższymi sprawnościami niż monokryształy – 16%-18%.

Moduły amorficzne

To cienkowarstwowe panel fotowoltaiczne (CdTe, CIS, CIGS). Charakteryzują się niską sprawnością – zakres 6%-14%. Cena też ich jest niska, ze względu na słabe parametry wydajnościowe. Jeżeli ktoś zdecyduje się na tego typu panele PV, musi się liczyć z doborem droższego inwertera solarnego. Cechuje je krótka żywotność. Zaletą ich jest niska wrażliwość na zmianę temperatury, co przedkłada na ich stabilność sprawnościową w zależności od temperatury otoczenia. Poznamy je po brązowawym odcieniu.

Cena modułów fotowoltaicznych – od czego zależy?

Cena modułów fotowoltaicznych zależy od wielu czynników:

• rodzaj modułu –monokrystaliczne przeważnie są droższe ze względu na wyższe koszty produkcyjne;
• moc i wydajność modułu – im wyższe parametry sprawnościowe i moc, tym cena rośnie;
• żywotność i strata wydajności – to co charakteryzuje dobre panele fotowoltaiczne(cenowo droższe) to ich straty na wydajności ze względu na wzrost temperatury otoczenia. Wysokiej klasy panele PV osiągają żywotność przekraczającą 30 lat, a po 20 latach pracują z wydajnością 90% swojej początkowej mocy;
• odporność na degradację czynnikami zewnętrznymi – wolnym potencjałem (PID), światłem (LID), wilgocią, substancjami chemicznymi (np. amoniakiem) oraz innymi czynnikami;
• obecność substancji wspomagających produkcję energii elektrycznej oraz ułatwiających czyszczenie – obecnie popularna jest technologia grafenową (panele z grafenem). Grafen jest surowcem dość drogim, a panel PV z powłoką grafenową ma wiele większe właściwości np. absorpcji i wykorzystania energii świetlanej do produkcji prądu. Warto wspomnieć też o technologii PERC, która wspomaga wykorzystuje tzw. światło odbite do produkcji prądu;
• technologii – z roku na rok powstają nowe, wydajniejsze moduły, zawierające w sobie coraz bardziej zaawansowane rozwiązania z branży IT.