Rodzaje paneli i ogniw solarnych

Czy wiesz, że światowe zapotrzebowanie na energię w ciągu jednego roku może być pokryte przez energię wytwarzaną ze słońca w ciągu zaledwie jednej minuty? W rzeczywistości w ciągu 24 godzin Słońce jest w stanie wytworzyć więcej energii niż ta, którą cała nasza populacja zużyłaby w ciągu 27 lat. Energia słoneczna jest więc nie tylko niezawodnym i trwałym źródłem energii, ale także bardzo opłacalnym i wydajnym, jeśli odpowiednio dobierzemy typy paneli słonecznych do naszych warunków środowiskowych.

Jeśli szukasz wydajnego systemu zasilanego energią słoneczną, główną częścią tego systemu będą panele fotowoltaiczne, które przekształcają światło słoneczne w energię elektryczną wykorzystując zjawisko zwane efektem fotowoltaicznym. 

Istnieją 3 główne rodzaje paneli ze względu na technologie fotowoltaiczne

1. Panele monokrystaliczne
2. Panele polikrystaliczne
3. Panele cienkowartwowe

Panele Monokrystaliczne

Panele soolarne monokrystaliczne są najstarszym i najbardziej rozwiniętym typem paneli fotowoltaicznych. Są one wykonane z około 40 monokrystalicznych ogniw słonecznych. Ogniwa fotowoltaiczne monokrystaliczne są wykonane z czystego krzemu. W procesie produkcyjnym kryształ krzemu umieszczany jest w zbiorniku z roztopionym krzemem. Kryształ jest następnie wyciągany ze zbiornika bardzo powoli, dzięki czemu stopiony krzem tworzy wokół niego solidną kryształową sztabkę. Sztabka jest następnie cienko krojona na wafle silikonowe. Wafel jest umieszczany w ogniwie, a następnie ogniwa są składane razem, tworząc panel słoneczny.

Monokrystaliczne ogniwa słoneczne są czarne z wyglądu ze względu na sposób, w jaki światło słoneczne oddziałuje z czystym krzemem. Chociaż komórki są czarne, istnieje wiele różnych kolorów i wzorów tylnych arkuszy i ramek. Ogniwa monokrystaliczne mają kształt kwadratu ze ściętymi  rogami, więc między ogniwami są niewielkie odstępy.

Monokrystaliczne panele słoneczne mają zwykle najwyższą wydajność i moc spośród wszystkich typów paneli słonecznych. Wydajność paneli monokrystalicznych może wynosić od 17% do 22%.

Wyższa wydajność monokrystalicznych paneli słonecznych oznacza, że wymagają one mniejszej ilości miejsca, aby osiągnąć określoną moc. Tak więc monokrystaliczne panele słoneczne będą zwykle miały wyższą moc wyjściową niż moduły polikrystaliczne lub cienkowarstwowe.

Innymi słowy, potrzebne jest mniej monokrystalicznych paneli słonecznych w instalacji fotowoltaicznej, aby wygenerować taką samą ilość energii, jak, na przykład, większa liczba polikrystalicznych paneli słonecznych. To sprawia, że monokrystaliczne panele słoneczne są idealne dla domów o ograniczonej przestrzeni na dachu.

Ze względu na sposób, w jaki produkowane są panele monokrystaliczne, kosztują one więcej niż inne rodzaje paneli słonecznych. Wysoka wydajność paneli mono i moc znamionowa również podbijają cenę. Większość paneli słonecznych klasy premium jest wykonana w technologii monokrystalicznej.

Panele Polikrystaliczne

Polikrystaliczne panele słoneczne są nowszym wynalazkiem, ale szybko zyskują na popularności i wydajności. Podobnie jak monokrystaliczne panele słoneczne, ogniwa polikrystaliczne są wykonane z krzemu. Jednak ogniwa polikrystaliczne są zbudowane ze stopionych ze sobą fragmentów kryształu krzemu. Podczas procesu produkcyjnego kryształ krzemu jest umieszczany w zbiorniku ze stopionego krzemu. Zamiast wyciągać go powoli, kryształ ten może się rozdrobnić, a następnie ostygnąć. Następnie, gdy kryształ jest schłodzony, rozdrabniany jest w cienkie paski. Te wafle są łączone razem, tworząc panel polikrystaliczny.

Ogniwa polikrystaliczne mają kolor niebieski ze względu na sposób, w jaki światło słoneczne odbija się od kryształów. Światło słoneczne odbija się od fragmentów krzemu inaczej niż w przypadku ogniwa z czystego krzemu. Zazwyczaj tylne ramki są srebrne. Komórka ma kształt kwadratu i nie ma przerw między rogami komórek.

Wiele kryształów krzemu w każdym ogniwie słonecznym utrudnia przepływ elektronów. Ta struktura ogniwa sprawia, że wydajność paneli polikrystalicznych jest niższa niż paneli monokrystalicznych. Wskaźniki wydajności paneli polikrystalicznych zwykle wahają się od 15% do 17%.

Jednak dzięki nowym technologiom panele polikrystaliczne są teraz znacznie bliższe wydajności monokrystalicznym panelom słonecznym niż to bywało w przeszłości. Poprawa jakości pomogła również zwiększyć moc standardowych 60-ogniwowych paneli polikrystalicznych z 240 watów do ponad 300 watów.

Polikrystaliczne panele słoneczne są tańsze w produkcji niż panele monokrystaliczne, dzięki czemu w ostatnich latach zdobyły znaczący udział w rynku instalacji mieszkaniowych.

Panele Cienkowarstwowe

Cienkowarstwowe panele słoneczne to niezwykle nowe rozwiązanie w technologii paneli słonecznych. Najbardziej charakterystyczną cechą paneli cienkowarstwowych jest to, że nie zawsze są one wykonane z krzemu. Mogą być wykonane z różnych materiałów, w tym tellurku kadmu (CdTe), krzemu amorficznego (a-Si) i selenku miedziowo-indowo-galowego (CIGS). Te ogniwa słoneczne są tworzone przez umieszczenie głównego materiału między cienkimi arkuszami materiału przewodzącego z warstwą szkła na górze w celu ochrony. Panele a-Si wykorzystują krzem, ale jest to krzem niekrystaliczny i są również pokryte szkłem.

Jak sugeruje nazwa, panele cienkowarstwowe są łatwe do zidentyfikowania po ich cienkiej sylwetce. Panele te są około 350 razy cieńsze niż te, które wykorzystują płytki krzemowe. Ale ramy takich paneli mogą czasami być duże, co sprawia, że wygląd całego sustemu fotowoltaicznego będzie porównywalny do systemu monokrystalicznego lub polikrystalicznego. Ogniwa cienkowarstwowe mogą być czarne lub niebieskie, w zależności od materiału, z którego zostały wykonane.

Jeszcze kilka lat temu wydajność cienkowarstwowych ogniw była jednocyfrowa. Naukowcy osiągnęli ostatnio wydajność 23,4% dzięki prototypom ogniw cienkowarstwowych, ale panele cienkowarstwowe, które są dostępne na rynku, mają na ogół wydajność w zakresie 10–13%.

Panele cienkowarstwowe mają również krótszą żywotność niż inne typy paneli słonecznych. Z powodu szybszej degradacji, być może trzeba będzie je częściej wymieniać.

Cienkowarstwowe panele słoneczne mają najniższy koszt spośród trzech typów paneli słonecznych ze względu na ich niską wydajność. Są też łatwiejsze w montażu niż panele z krzemu krystalicznego, co jeszcze obniża ich cenę. Prosty proces instalacji to kolejny powód, dla którego panele cienkowarstwowe doskonale nadają się do dużych projektów komercyjnych.

Najważniejsze cechy poszczególnych typów paneli

Monokrystaliczne	Polikrystaliczne	Cienkowarstwowe
• Osiągają 17-22% wydajności • Najdroższy typ panelu • Wykonane z czystego krzemu • Z wyglądu w kolorze czarnym • Współczynnik temperaturowy od -0.3% / C do -0.5% / C	• Osiągają 15-17% wydajności • Nowsza technologia • Stopione ze sobą fragmenty kryształków krzemu • Z wyglądu w kolorze niebieskim • Współczynnik temperaturowy od -0.3% / C do -0.5% / C	• Osiągają 10-13% wydajności • Najtańszy typ panelu  • Można zaoszczędzić na instalacji ze względu na różnicę wagi • Bardzo nowoczesna technologia • 350 razy cieńszy niż inne warianty • Z wyglądu może być czarny lub niebieski • Współczynnik temperaturowy -0.2% / C

Jaki typ paneli solarnych najlepiej nadaje się dla domu? 

Ogólnie rzecz biorąc, cienkowarstwowe panele słoneczne nie mają sensu w przypadku domowych instalacji słonecznych. Chociaż są tańsze, będą wymagały więcej miejsca i nie będą wytwarzać takiej energii elektrycznej, co panele monokrystaliczne lub polikrystaliczne.

W przypadku większości domowych instalacji fotowoltaicznych najbardziej sensowne jest instalowanie paneli monokrystalicznych. Mimo, iż musisz zapłacić wyższą cenę, uzyskujesz wyższą wydajność i bardziej elegancką estetykę niż w przypadku paneli polikrystalicznych.

Jeśli jednak masz ograniczony budżet, panele polikrystaliczne mogą mieć dla Ciebie większy sens.

Rozmiary paneli

Większość paneli słonecznych obecnie sprzedawanych jest wykonana z 60 lub 72 ogniw fotowoltaicznych. 60-ogniwowe panele słoneczne mają wymiary zbliżone do 170cm x 100cm, podczas gdy 72-ogniwowe panele słoneczne mają wymiary około 200cm x 100cm.

Kiedy wybrać panele 60-ogniwowe, a kiedy 72-ogniwowe?

Ostateczna decyzja jest w zależności od wartość panelu, mierzonej jako koszt na wat. Podziel cenę panelu przez znamionową moc wyjściową panelu (zwykle 250W-375W na panel). Daje to podstawę do porównania wartości panelu, niezależnie od jego rozmiaru. Zawsze radzimy, aby wybrać najlepszy wariant kosztu w przeliczeniu na wat.

Oto przykład. Jeśli twoja przestrzeń montażowa ma 10m szerokości i 3m wysokości, to możesz tu zmieścić tylko rząd 10 paneli. Możesz zainstalować więcej mocy, korzystając z paneli 72-ogniwowych, ponieważ masz wystarczająco dużo miejsca, aby pomieścić wyższy rozmiar panelu (2m).

Z drugiej strony, jeśli twoja przestrzeń montażowa ma 10m szerokości i tylko 1,8m wysokości, będziesz musiał użyć paneli 60-ogniwowych.

W skrócie: kup panele, które pasują do Twojej przestrzeni montażowej. Nie martw się o indywidualny rozmiar panelu lub liczbę komórek. Liczy się przede wszystkim całkowity koszt systemu.

Wybieraj wśród paneli, które zapewniają najlepszy koszt w przeliczeniu na wat, niezależnie od rozmiaru. Ostatecznym celem jest jak najefektywniejsze pokrycie zużycia energii.

Wydajność

Wydajność to ilość energii, jaką panel słoneczny może wytworzyć z danej ilości otrzymywanego światła słonecznego. Najbardziej wydajnymi panelami słonecznymi są monokrystaliczne panele solarne. Monokrystaliczne panele słoneczne mogą osiągać ponad 20 procent wydajności. Z drugiej strony, panele polikrystaliczne zwykle osiągają wydajność tylko od 15 do 17 procent. Ta różnica między dwoma panelami może się w przyszłości zmniejszać, ponieważ technologia jest stale udoskonalana, aby panele polikrystaliczne były bardziej wydajne. Najmniej wydajny panel solarny to panel cienkowarstwowy. Cienka warstwa ma zwykle niższą wydajność i wytwarza mniej energii niż którakolwiek z pozostałych technologii przy wydajności zaledwie około 11 procent. Moce paneli cienkowarstwowych mogą się jednak znacznie różnić, ponieważ nie ma standardowego rozmiaru tego typu, a wybrane modele mogą wytwarzać dużo więcej energii niż inne.

Koszt

Cena wpływa najczęściej na twoją decyzję, a rodzaj wybranych ogniw słonecznych jest jednym z czynników, które najbardziej wpływają na cenę. Najtańsze panele słoneczne to panele cienkowarstwowe, ponieważ można je wyprodukować po najniższych kosztach. Najtańsze panele słoneczne na rynku są wykonane z tellurku kadmu (CdTe), a te z miedzi, indu, galu i selenu (CIGS) mogą być droższe. Ramki cienkowarstwowe są zwykle lżejsze, dzięki czemu często można zaoszczędzić na kosztach instalacji.

Z drugiej strony, panel monokrystaliczny jest obecnie najdroższą dostępną opcją spośród paneli solarnych. Produkcja czystego krzemu bywa kosztowna, a same panele i ramki są ciężkie, co prowadzi do wyższych kosztów instalacji.

Panele polikrystaliczne zostały opracowane w celu obniżenia kosztów paneli słonecznych i są zwykle tańsze niż monokrystaliczne. Ale ta różnica między panelami monokrystalicznymi i polikrystalicznymi może się zmienić, jeśli badacze odkryją bardziej wydajne sposoby produkcji monokrystalicznych ogniw solarnych.

Inne parametry - współczynnik temperaturowy, odporność na grad, odporność na ogień itp. 

Oprócz kosztów i wydajności przy wyborze paneli słonecznych należy wziąć pod uwagę kilka innych czynników. Jednym z czynników jest współczynnik temperaturowy. Monokrystaliczne i polikrystaliczne panele solarne mają zazwyczaj współczynnik temperaturowy od -0,3%/°C do -0,5%/°C. Panele cienkowarstwowe mają współczynniki bliższe -0,2% / °C.

Oznacza to, że wraz ze wzrostem temperatury niektóre typy paneli słonecznych będą wytwarzać więcej energii niż inne. Jest to o tyle istotne, iż w niektórych rejonach skoki temperatur mogą być znacznie większe.

Innym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, jest ochrona przeciwpożarowa, która może się różnić w zależności od rodzaju dachu i rodzaju wybranego panelu. Pożar nie jest jedynym żywiołem, który może zniszczyć Twój dach, dlatego warto również wziąć pod uwagę odporność na grad. ‍Panele fotowoltaiczne testowane są na uderzenia gradu o średnicy 25 mm z prędkością  23m/s (ok 82km/h), a w samych testach wykorzystuje się metalowe kulki, które są niejednokrotnie dużo cięższe od gradu.

Możesz również rozważyć zastosowanie technologii heterozłączy ogniw słonecznych (HJT) dla twojego systemu. Technologia ta polega na łączeniu monokrystalicznych płytek krzemowych z krzemem amorficznym. HJT ma szczytową wydajność przy najniższym współczynniku temperaturowym.

Wszystkie te wymienione wyżej czynniki są brane pod uwagę podczas projektowania i rekomendowania systemu fotowoltaicznego. 

Warto mieć podstawową wiedzę na temat działania paneli słonecznych, ale wybór odpowiedniego typu paneli słonecznych może być czasem przytłaczający. Nasi eksperci są po to, aby ocenić Twoje potrzeby i pomóc Ci podjąć najlepszą decyzję dla twoich potrzeb.

Ogniwa typu PERC

PERC oznacza technologię pasywacji emitera tylnej części ogniwa (Passivated Emitter and Rear Cell). Ogniwa PERC wyróżniają się dodatkową warstwą materiału na tylnej stronie panelu słonecznego, zwaną warstwą pasywacyjną.

Technologia ogniw PERC zyskuje na popularności, ponieważ wstawienie warstwy pasywacyjnej nie powoduje dużych opóźnień w produkcji ani kosztów. Wzrost wydajności uzyskiwany jest dzięki dodatkowej warstwie dielektryka, odbijającego każde światło docierające do dolnej warstwy płytki bez wygenerowania elektronu z powrotem w głąb ogniwa. Poprzez to odbicie, fotony mają drugą szansę na wytworzenie prądu.

Panele Half-Cut

W przypadku ogniw słonecznych typu Half-Cut proces produkcyjny jest taki sam, jak przy standardowych ogniwach monokrystalicznych. Oznacza to, że ogniwa solarne są nadal produkowane w konwencjonalnych rozmiarach.

Następnym krokiem jest podzielenie ogniw na pół. Nie używa się do tego żadnej piły łańcuchowej, ale technologii, która jest nieco bardziej wyrafinowana - często piły diamentowej lub nawet lasera.

Otrzymane komórki mogą teraz mieć rozmiar 6"x3" zamiast 6"x6". Oznacza to, że gotowy panel słoneczny będzie miał 120 ogniw zamiast 60.

Całkowite wymiary panelu słonecznego z ogniwami Half-Cut są takie same. Poszczególne komórki są wyraźnie mniejsze (tj. o połowę mniejsze), a odstępy między komórkami również się zmniejszają.

Najbardziej zauważalną różnicą jest wyraźna linia przechodząca przez środek panelu:

Są dwa ważne powody do używania paneli Half-Cut i oba dotyczą zwiększenia ogólnej wydajności panelu.

1. Zmniejszony opór elektryczny

Być może pamiętasz z lekcji fizyki, że opór elektryczny wzrasta wraz ze wzrostem prądu. Jeśli kiedykolwiek używałeś(aś) suszarki do włosów na pełnych obrotach, wiesz, że drut może się dość nagrzać po kilku minutach. Wynika to z oporności elektrycznej.

Ale jeśli suszarka do włosów ma niską moc – to znaczy, jeśli zmniejszysz ilość prądu zużywanego przez urządzenie – drut nie nagrzewa się tak samo. Dzieje się tak, ponieważ przy mniejszym poborze prądu spada również opór elektryczny.

Jest to jeden z powodów, dla których ogniwa cięte na pół tworzą bardziej wydajne panele. Gdy ogniwo słoneczne jest o połowę mniejsze, ma połowę powierzchni do zbierania światła, a więc będzie generować tylko połowę energii elektrycznej oryginalnego ogniwa.

Przy maksymalnym prądzie elektrycznym, ogniwo Half-Cut ma o 25% mniejszą rezystancję niż oryginalne pełnowymiarowe ogniwo słoneczne.

Dwa razy więcej ogniw jest używanych do wytworzenia panelu słonecznego przyciętego do połowy, co podwaja całkowity prąd panelu, aby był on równoważny z ogniwami pełnowymiarowymi - z wyjątkiem tego, że teraz jest nieco wyższy ze względu na lepszą wydajność.

2. Lepsza tolerancja na zacienienie w niektórych warunkach

Ponieważ liczba ogniw jest podwojona w panelu HC, to gdyby zostały one połączone w konwencjonalny sposób, napięcie również by się podwoiło.

To spowodowałoby, że panel byłby niekompatybilny ze standardowymi falownikami. Aby to obejść, panel jest zasadniczo podzielony na dwie połówki, które są połączone ze sobą równolegle. To równoległe okablowanie dwóch połówek pozwala panelowi mieć takie samo napięcie jak panel konwencjonalny.

Ponieważ panel solarny jest podzielony na pół, to są tak naprawdę dwa mniejsze panele współpracujące ze sobą, i co za tym idzie ma lepszą tolerancję na zacienienie niż konwencjonalny panel.

Panele solarne All-black / Full-Black - lepiej wyglądająca alternatywa

Z relacji z klientami i instalatorami paneli słonecznych można wywnioskować, że całkowicie czarne panele słoneczne wyglądają lepiej. Dzieje się tak szczególnie w przypadku ciemnego dachu, ale jest to również prawdą, jeśli pokrycie dachowe jest w jasnym kolorze.

Jak widać na powyższych zdjęciach, poszczególne komórki w tych czarnych panelach nie są już widoczne, a panele również mają czarne ramki. Rezultatem jest tablica solarna, która wygląda jak jednolite czarne pole.

Istnieje kilka rzeczy, które producent może zrobić, aby stworzyć czarną wersję panelu słonecznego:

- Użyć krzemu monokrystalicznego

- Użyć ciemnego podkładu

- Zmodyfikować przewody z przodu panelu

- Użyć czarnej ramki (lub nawet całkowicie pozbyć się ramki)

- Wyciąć ogniwa słoneczne w inny sposób

Główną strategią stosowaną przez producentów do tworzenia całkowicie czarnych paneli słonecznych jest zamiana standardowego białego arkusza tylnego na ciemniejszy.

Większość domowych paneli słonecznych składa się z 60 pojedynczych ogniw słonecznych. W przypadku białego podkładu panel będzie miał wzór szachownicy ze względu na kontrastujące kolory, ale gdy producent użyje podkładki, która pasuje do koloru ogniw słonecznych, ten wzór zniknie, a panel będzie wyglądał jak jeden jednolity element.