Typy paneli fotowoltaicznych

Najczęściej mówiąc o panelach fotowoltaicznych, czy też przeglądając oferty naszych sklepów mamy dostęp do paneli fotowoltaicznych wytwarzanych na bazie krzemu.
Podstawowy podział paneli obejmuje panele:

• Monokrystaliczne
• Polikrystaliczne 
• Amorficzne

Poszczególne panele różnią się kosztami wytwarzania czy uzyskiwaną sprawnością.

Poszczególni producenci starają się osiągać jak najlepsze wyniki, stąd różne rekordy sprawności paneli. Jednak uzyskiwane w laboratoriach wyniki dopiero po jakimś czasie przenoszone są na panele produkowane seryjnie. 

Kolejne badania dążą do obniżenia kosztów paneli lub wzrostu ich wydajności, oznacza to także prace z panelami, które nie koniecznie tworzone są na bazie krzemu.

Wracając do paneli krzemowych. W części opracowań dla niektórych serwisów zdarzają się informacje o panelach silikonowych. Owszem dostępne są panele elastyczne jednak w większości jest to błąd tłumaczenia.

Żeby nie być gołosłownym na jednym (żeby tylko) z serwisów z domeny edu ze słowem fotowoltaika w nazwie znalazłem zdanie:

„Tradycyjne ogniwa PV produkowane są na bazie silikonu, zwykle mają kształt płaskiej płyty i jak narazie uznawane są za najbardziej efektywne.”

Skąd błąd? Ogniwa produkowane na bazie krzemu – to nasza nazwa pierwiastka. Jeśli przypomnimy sobie szkołę chodzi o  pierwiastek oznaczony jako Si. Jego angielska nazwa to: Silicon 

Owszem słowo silikon występuje także w języku polskim. Ma jednak inne znaczenie – dotyczy produktów w formie olejów, żywic silikonowych czy elastomerów.

Porównanie paneli krzemowych

Chociaż nadal mówi się, że ogniwa krzemowe osiągają sprawność na poziomie 15% jest to pewne uogólnienie. 

Panele monokrystaliczne (krzemowe)

Krzem monokrystaliczny umożliwia tworzenie ogniw osiągających sprawność ok. 17-18% (oczywiście rekordy sięgają 22%). Wzrost temperatury ogniwa (panelu) powoduje stosunkowo niski współczynnik spadku wydajności. Z biegiem czasu (w kolejnych latach używania) ich sprawność spada także wolniej niż w przypadku ogniw polikrystalicznych. Ogniwo tego typu jest barwy ciemnoniebieskiej lub czarnej. Najczęściej  kryształy krzemu wytwarza się w procesie opracowanym przez naszego rodaka  Jana Czochralskiego w 1916 roku (proces jest drogi, więc firmy starają się go modyfikować, tak by był prostszy i tańszy). Wytworzony kryształ w kształcie walca cięty jest na płytki o grubości 0,3mm o promieniu od kilku do kilkunastu cm. – Stąd też jest ograniczenie co do powierzchni pojedynczych ogniw. Żywotność najnowszych paneli tego typu szacowana jest na 30 lat.

Panele polikrystaliczne (krzemowe)

Mają nieco niższą sprawności – 14-15% (najlepsze koło 18%). Za to są produkowane w sposób prostszy, dzięki czemu proces produkcji jest tańszy. Krzem polikrystaliczny nie ma tak jednorodnej struktury – stąd nieco niższa sprawność. Niższa cena paneli rekompensuje ich gorszą sprawność, o ile jest na to miejsce zabudowuje się panelami większą przestrzeń. Ogniwa mają niebieską barwę, wyraźnie widoczne mogą być także krawędzie kryształów, które opisywane są często jako podobne do szronu. Kryształy krzemu są topione w specjalnych formach, a po zastygnięciu cięte na prostokątne płytki o grubości poniżej 0,2mm. Ze względu na cenę cieszą się sporym zainteresowaniem na naszym rynku. Niektórzy producenci gwarantują że w czasie 25 lat sprawność panelu nie spadnie poniżej 80%. 

po lewej ogniwo polikrystaliczne po prawej ogniwo monokrystaliczne

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/71/Comparison_solar_cell_poly-Si_vs_mono-Si.png

W literaturze fachowej w zależności od wielkości ziaren i kryształów krzemu wyróżniane są trzy rodzaje struktury:

• mikrokrystaliczna (μc-Si) – wielkość ziaren nie przekracza 1 μm,
• polikrystaliczna (pc-Si) – wielkość ziaren waha się od 1 μm do 1 mm,
• multikrystaliczna (mc-Si) – wielkość ziaren zawiera się od 1 mm do 10 cm.

Panele cienkowarstwowe, amorficzne (krzemowe)

Panele wykonane są z amorficznego, bezpostaciowego niewykrystalizowanego krzemu Posiadają niską sprawnością (nawet na poziomie 2%) najczęściej w przedziale 6-10%, za to ich produkcja jest tania. Moduły amorficzne sprawdzają się w systemach fotowoltaicznych zintegrowanych z budownictwem – ważne są ogromne powierzchnie, na których można je nanieść. Moduły są lekkie i elastyczne. Niestety ich żywotność sięga maksymalnie do 10 lat.

Typowo moduły mają podobno „charakterystyczny” lekko bordowy kolor i oczywiście nie zobaczymy w nich kryształów krzemu. Warstwy nanoszone na szkło mają grubość rzędu 2 mikronów (co chyba tłumaczy nazwę - cienkowarstwowe). Ze względu na niskie współczynniki temperaturowe można z nich korzystać w pustynnych i gorących klimatach. 

Oczywiście powyższe zestawienie to opis „podstawowych” paneli fotowoltaicznych.

Mówiąc o panelach nie sposób wspomnieć o generacjach.

Panele mono i polikrystaliczne należą do pierwszej generacji paneli. Panele amorficzne to jak się okazuje wyższy poziom zaawansowania (druga generacja).

Dość ważna jest informacja, iż zwykłe ogniwo fotowoltaiczne z krystalicznego krzemu ma nominalne napięcie ok. 0,5 wolta co ma wpływ na sposób tworzenia z nich modułów/paneli. 

Jak w powyższym kontekście ma się post: Rekordowa sprawność ogniw fotowoltaicznych – 46%?

Pozostałe typly paneli w kolejnym (mam nadzieje) poście.