Rodzaje paneli fotowoltaicznych

Rodzaje paneli fotowoltaicznych

Przeczytaj, jakie rodzaje paneli PV są obecnie dostępne na rynku i czym się różnią. Dzięki temu łatwiej ci będzie wybrać najlepsze dla ciebie rozwiązanie.

Decyzja o montażu instalacji fotowoltaicznej to jeden z najważniejszych kroków na drodze do czystszego powietrza, obniżenia emisji CO2 czy zdobycia większej niezależności od zewnętrznych dostawców prądu. Nie jest niestety jedynym ważnym wyborem, jakiego tu trzeba dokonać. Kiedy postanowisz już, że chcesz pozyskiwać energię ze słońca, musisz chociażby ustalić, jaki rodzaj paneli solarnych najbardziej ci odpowiada. A możliwości jest co najmniej kilka – opisujemy je w poniższym artykule.

Dowiesz się z niego m.in.:

  • czym są panele fotowoltaicznej pierwszej, drugiej i trzeciej generacji,
  • które panele są najlżejsze, które najtańsze, a które najbardziej wydajne,
  • czym są ogniwa grubo- i cienkowarstwowe,
  • po czym na pierwszy rzut oka rozpoznać różne typy paneli PV,
  • z jakich materiałów mogą być wykonane panele fotowoltaiczne,
  • jakie są wady i zalety poszczególnych typów paneli PV,
  • jak powstają panele monokrystaliczne, a jak panele polikrystaliczne – i czym się różnią,
  • co to są panele hybrydowe,
  • czym się kierować przy wyborze paneli solarnych.

Owe panele solarne – zwane inaczej właśnie fotowoltaicznymi lub panelami PV (z ang. photovoltaics) – składają się z modułów, które z kolei zbudowane są z połączonych ze sobą ogniw. I to właśnie charakterystyka tych ostatnich decyduje o tym, z jakim rodzajem panelu będziemy mieć do czynienia. Poszczególne typy ogniw fotowoltaicznych różnią się natomiast między sobą chociażby materiałem wykonania czy technologią użytą do ich produkcji – co przekłada się m.in. na różnice w wydajności, żywotności i cenie.

Najczęściej jednak spotykany podział to ten na ogniwa pierwszej, drugiej i trzeciej generacji. I tu pojawia się pewien haczyk. Przykłady z wielu dziedzin życia przyzwyczaiły nas już, że każda kolejna generacja jakiegoś wynalazku czy leku jako bardziej nowoczesna jest zasadniczo lepsza od poprzednich. Tymczasem w przypadku paneli PV sprawa nieco się komplikuje.

Ogniwa III generacji

Otóż ogniwa PV najnowszej, trzeciej generacji cechują się w tej chwili najniższą sprawnością i żywotnością ze wszystkich dostępnych rozwiązań fotowoltaicznych. Z tego względu obecnie nie wykorzystuje się ich komercyjnie – ale być może to z nich właśnie będą się składać panele przyszłości. Ogniwa te produkuje się w sposób stosunkowo prosty, szybki i tani, z powszechnie dostępnych i nietoksycznych materiałów. Co więcej, są cienkie, bardzo lekkie, giętkie i elastyczne (można je więc np. nadrukowywać), a w dodatku poddają się recyklingowi. Nic dziwnego, że cały czas trwają prace nad udoskonaleniem tych innowacyjnych i bardzo obiecujących technologii, z których najważniejsze to:

  • organiczne ogniwa fotowoltaiczne (OPV), przypominające strukturą plastik;
  • ogniwa barwnikowe (ang. Dye Sensitized Solar Cells, DSSC), inspirowane procesem fotosyntezy, w którym zielony barwnik chlorofil przekształca energię słoneczną w energię potrzebną roślinom do wzrostu.

Ogniwa II generacji

Na bieżąco udoskonalane są też ogniwa drugiej generacji, które z uwagi na swe ograniczenia przez wiele lat wykorzystywane były co najwyżej do zasilania drobnej elektroniki jako baterie słoneczne m.in. w zegarkach czy kalkulatorach. Od niedawna pełnią jednak także funkcję dodatkowego źródła energii w budynkach, głównie jako fotowoltaiczne… dachówki, elewacje czy szyby.

Jest to możliwe, bo ogniwa PV drugiej generacji – rozpoznawalne na pierwszy rzut oka po ciemnej barwie wpadającej w odcienie czerwieni, bordo i brązu – są bardzo cienkie. Mają zaledwie kilka mikronów grubości (dla porównania: średnica ludzkiego włosa to przeciętnie 60-80 mikronów), co pozwala nimi powlec np. szkło albo metal. Stąd też zresztą ich alternatywna nazwa, czyli ogniwa cienkowarstwowe, a po angielsku „thin film” – oraz dość niska cena, jako że do produkcji nie potrzeba wiele surowca. Wszystkie bazują na półprzewodnikowym złączu p-n (zob. „Ogniwa fotowoltaiczne – budowa i zasada działania”), ale mogą być wykonane z różnych materiałów, opisanych poniżej.

Tellurek kadmu (CdTe)

Charakterystyczną cechą paneli CdTe jest fakt, że każdy z nich składa się zazwyczaj z pojedynczego ogniwa, powstałego w drodze napylenia półprzewodnika na wybrane podłoże. Ich wydajność oscyluje w granicach 10-12%. Światowe wydobycie telluru, czyli wykorzystywanego w ich produkcji pierwiastka, wynosi zaledwie 100 ton rocznie, co czyni je najdroższymi spośród ogniw cienkowarstwowych (wciąż jednak są tańsze niż te grubowarstwowe, o których piszemy w dalszej części tekstu). Choć drugi kluczowy pierwiastek, kadm, jest toksyczny, to stosowanie paneli CdTe uznaje się za bezpieczne. Dopiero demontaż i późniejsza utylizacja muszą być przeprowadzone z zachowaniem szczególnych środków ostrożności.

CIGS / CIS

Skróty CIGS, CIS i GIS pochodzą od pierwszych liter nazw pierwiastków – miedzi (ang. copper), indu, galu oraz selenu – które miesza się ze sobą w odpowiednich proporcjach, aby uzyskać ogniwa fotowoltaiczne o wydajności rzędu 12-14%. Jedną z największych zalet zbudowanych z nich paneli jest zdolność do przetwarzania na energię elektryczną światła odbitego i rozproszonego (a nie tylko promieni słonecznych bezpośrednio padających na panel), co sprawia, że można je montować na chociażby pionowych fasadach budynków.

Krzem amorficzny

Ogniwa z krzemu amorficznego (inaczej: bezpostaciowego, niewyspecjalizowanego lub niekrystalicznego) cechują się najniższą ceną, ale też najniższą wydajnością, wynoszącą zaledwie 6-10%.

Wady i zalety paneli II generacji

Niska cena i niska wydajność – choć wciąż niezła w porównaniu z ledwie kilkuprocentową wydajnością ogniw III generacji – charakteryzują właściwie wszystkie panele cienkowarstwowe. Nie są też one niestety zbyt żywotne. W związku ze spadkiem przewodnictwa krzemu pod wpływem słońca ich sprawność z czasem wydatnie maleje, a po ok. 10 latach nadają się do wymiany. Co więcej, instalacja PV wykorzystująca panele II generacji wymaga montażu droższych inwerterów, np. tych transformatorowych galwanicznie izolowanych, które chronią warstwę przewodzącą krzemu amorficznego przed korozją powodującą zmętnienie i spadek sprawności ogniw (nawet o kilkanaście procent rocznie!).

Panele cienkowarstwowe mają jednak także kilka wyraźnych zalet. Są lekkie i elastyczne, a przy tym przejawiają stosunkowo niską wrażliwość na zmiany temperatur, dzięki czemu ich wydajność nie ulega gwałtownym wahaniom np. w klimacie tropikalnym czy nawet w Polsce latem, gdy mocno się nagrzewają. Na naszej szerokości geograficznej jeszcze większe natomiast znaczenie ma fakt, że panele II generacji świetnie sobie radzą w słabszych warunkach oświetleniowych, takich jak:

  • zachmurzenie – występujące u nas częściej niż dni całkiem słoneczne,
  • padanie promieni słońca pod mniejszym kątem wcześnie rano i późnym popołudniem – co w Polsce trwa dłużej niż w krajach położonych bliżej równika,
  • zacienienie – np. w związku z obecnością drzew, ale też osiadaniem kurzu czy ptasich odchodów.

W połączeniu z atrakcyjną ceną wszystko to sprawia, że coraz więcej osób rozważa instalację paneli cienkowarstwowych. Zauważają to też ich producenci i dystrybutorzy, których oferta w tym zakresie z roku na rok się poszerza. Niemniej, na razie panele II generacji zajmują bardzo niewielki segment rynku, ich wybór jest więc jeszcze dość ograniczony, a serwis znacznie słabiej dostępny niż w przypadku najpopularniejszego rozwiązania, jakim są…

Ogniwa I generacji

Wytwarzane z krzemu krystalicznego. Warstwa tego półprzewodnika nie osiąga tu nawet pół milimetra grubości, ale w porównaniu z kilkoma mikronami ogniw II generacji jest dość pokaźna, ogniwa I generacji czasem więc nazywa się grubowarstwowymi. Mimo że znacznie gorzej znoszą zacienienie, generalnie cechuje je wyższa sprawność i ponad dwa razy dłuższa żywotność, współpracują z praktycznie dowolnym typem inwerterów, a poza tym to sprawdzona technologia, oferowana przez wielu wykonawców w sporej liczbie wariantów. Nic zatem dziwnego, że to właśnie ogniwa krzemowe są w Polsce wybierane najchętniej. Z uwagi na sposób produkcji podzielić je można na dwa podstawowe typy, czyli ogniwa mono- i polikrystaliczne.

Ogniwa monokrystaliczne

Te pierwsze wytwarza się, roztapiając zlepki kryształów krzemu w temperaturze przekraczającej 1420°C. Do tak powstałej gorącej masy wprowadzony zostaje następnie obracający się krzemowy pręt, wokół którego narasta jednolity kryształ. Ma on kolisty przekrój, dlatego gdy po wystygnięciu zostanie pokrojony laserem na cienkie płytki, mają one zaokrąglone rogi lub przybierają kształt np. ośmiokąta. Między łączonymi w panele ogniwami pozostają więc niewykorzystane przestrzenie (które mogłyby zbierać światło i przerabiać je na prąd, ale tego nie robią).

W tym sensie panelom monokrystalicznym można by zarzucić pewną nieefektywność. Prawda jest jednak taka, że dzięki uporządkowanej strukturze pojedynczego kryształu krzemu są one znacznie bardziej efektywne niż panele polikrystaliczne i do wytworzenia takiej samej ilości energii wystarczy mniejsza ich powierzchnia. Sprawność ogniw dochodzi tu nawet do 22-25%, choć na rynku najczęściej można spotkać takie, gdzie oscyluje ona w granicach 15-19%.

Charakterystyczna struktura odpowiada też za większą odporność, a więc i dłuższą żywotność (do 30-35 lat) paneli monokrystalicznych, jak również za ich wygląd. Są one gładkie i czarne, przez co część producentów określa je angielskim terminem „full-black”, a część użytkowników – uważa za bardziej eleganckie i estetyczne od paneli polikrystalicznych.

Ogniwa polikrystaliczne

Ogniwa wchodzące w skład tych ostatnich mają błękitny odcień, a przy wnikliwszym spojrzeniu dojrzeć można w nich mieniącą się niby szron siatkę kryształów. Nie wszystkim się to podoba, zwłaszcza gdy kolor paneli nie pasuje np. do pokrycia dachu. Warto w tym miejscu wspomnieć, że obecnie istnieją sposoby nadawania panelom PV praktycznie dowolnej barwy – wpływa to jednak ujemnie na ich sprawność, która w przypadku ogniw polikrystalicznych i tak wynosi „zaledwie” 14-17%. Niejednorodna struktura odpowiada ponadto za nieco krótszą żywotność tego rodzaju ogniw (20-25 lat).

Ich przewagą nad ogniwami monokrystalicznymi jest niższy spadek mocy spowodowany wzrostem temperatury, ale główny powód, dla którego Polacy pomimo ogólnie nieco gorszych parametrów częściej decydują się na instalację paneli polikrystalicznych, to ich niższa cena. Wynika ona z prostszego procesu produkcji, polegającego na stopieniu licznych kryształów krzemu i umieszczeniu ich po prostu w specjalnych formach. Wystygłą masę tnie się na koniec w prostokątne lub kwadratowe płytki ogniw, które można następnie układać obok siebie w moduły i panele.

Ogniwa hybrydowe lub quasi-monokrystaliczne
Warto nadmienić, że kilka lat temu w sprzedaży pojawiły się także ogniwa hybrydowe, zwane quasi-monokrystalicznymi. Każde takie ogniwo w części centralnej zawiera monokryształ, podczas gdy na obrzeżach znajduje się krzem polikrystaliczny. Taka budowa pozwala łączyć ogniwa w szeregi bez „strat” przestrzennych, a co ważniejsze – uzyskać sprawność zbliżoną do tej uzyskiwanej przez ogniwa monokrystaliczne, ale przy zachowaniu niższej ceny. Stosunkowo nieduża popularność tego rozwiązania wynika zapewne stąd, że wciąż jeszcze niewiele osób zdaje sobie sprawę z jego istnienia.

Które panele fotowoltaiczne wybrać

Decydując się na konkretny rodzaj paneli PV, pod uwagę należy wziąć kilka czynników. Najważniejsze z nich to:

  • cena – pamiętaj jednak, że o ile np. panele cienkowarstwowe są znacznie tańsze od grubowarstwowych, o tyle trzeba je będzie wymienić na nowe po dwa razy krótszym czasie; podobnie panele monokrystaliczne, choć droższe od polikrystalicznych, mogą okazać się bardziej opłacalną opcją, zważywszy na ich wydajność i długowieczność;
  • powierzchnia pod instalację PV – panel monokrystaliczny zajmuje zwykle mniej miejsca niż panel polikrystaliczny o tej samej mocy, więc przy ograniczonej przestrzeni często będzie jedynym wyjściem; w niektórych lokalizacjach, gdzie klasyczna instalacja byłaby zbyt ciężka, w grę wchodzą z kolei wyłącznie panele cienkowarstwowe;
  • warunki nasłonecznienia – one również potrafią sprawić, że panele polikrystaliczne to lepszy wybór niż te monokrystaliczne, a cienkowarstwowe – niż polikrystaliczne (p. wyżej);
  • warunki gwarancji producenta – nie wolno zapomnieć, że także w ramach tej samej technologii do czynienia możemy mieć z modelami paneli o różnych parametrach; zdarzają się więc chociażby polikrystaliczne panele bardziej wydajne od swych monokrystalicznych odpowiedników.

Mamy nadzieję, że lektura niniejszego artykułu ułatwi ci dokonanie właściwego wyboru. Zakup paneli PV to inwestycja na długie lata, w razie wątpliwości nie wahaj się więc jednak zapytać o zdanie specjalistów. Dysponując fachową wiedzą i doświadczeniem, często będą w stanie doradzić, która technologia w twoim akurat przypadku sprawdzi się najlepiej.

View Comments (0)

Leave a Reply

Your email address will not be published.

Eko360.pl - podpowiemy Ci, jak żyć ekologicznie na co dzień. Wyjaśnimy, jak znaleźć ekologiczne zamienniki rzeczy codziennego użytku. Rozwiejemy Twoje wątpliwości na temat ekologicznej żywności. Doradzimy, jak założyć i prowadzić dom ekologiczny.
Do góry