Z roku na rok działanie na rzecz środowiska za pomocą Odnawialnych Źródeł Energii zaczęło ewoluować ze statusu zwykłej „mody na bycie eko” w niemal globalny obowiązek. Zdecydowanie się na zapewnienie sobie naturalnego źródła energii to już coś więcej niż „zainstaluję, bo sąsiad ma”. Inwestycja w OZE pozwala na oszczędzenie sporej kwoty pieniędzy na przestrzeni wielu kolejnych lat i zyskanie swego rodzaju niezależności. Taką dziedziną z pewnością jest fotowoltaika. W związku z zapowiedzią tak wymiernych korzyści dobrze przemyślany montaż instalacji fotowoltaicznej i jej komponentów są kluczowym punktem wyjściowym do ich osiągnięcia. Jednym z ważniejszych elementów są właśnie panele słoneczne.
Znaczenie paneli fotowoltaicznych w instalacji fotowoltaicznej
Aby pozyskiwanie energii elektrycznej ze Słońca było efektywne, instalacja fotowoltaiczna powinna być właściwie dopasowana do naszego zapotrzebowania, a jej podzespoły odpowiednio dobrane i profesjonalnie zainstalowane. Jednym z najbardziej kluczowych podzespołów są panele fotowoltaiczne, bowiem to one znajdują się na pierwszej linii frontu w przetwarzaniu promieniowania słonecznego w prąd. W związku z tym istotna jest ich jakość i wydajność. Technicznie rzecz biorąc, panele słoneczne dzielą się na dwie główne grupy: panele polikrystaliczne oraz panele monokrystaliczne.
Jak zbudowane są panele fotowoltaiczne?
Zarówno panele monokrystaliczne, jak i panele polikrystaliczne charakteryzuje podobna struktura, zasadniczą różnicą są sposoby wytwarzania i cięcia płytek krzemowych. Konstrukcja dobrych jakościowo paneli fotowoltaicznych cechuje się niezwykłą zwartością i solidnością wykonania, a każdy element jest bezwzględnie istotny.
Kluczowe elementy konstrukcji paneli słonecznych
Składają się na nie ułożone szeregowo lub równolegle ogniwa krzemowe, które z kolei tworzą moduły/ panele słoneczne. Od dołu i od góry panele pokryte są tzw. folią EVA, zapewniającą utrzymanie ogniw w próżni. Od spodu znajduje się dodatkowo folia elektroizolacyjna i materiał stabilizujący konstrukcję, dobrze połączony z otaczającą panel ramą aluminiową.
Na powierzchni paneli słonecznych w celu ochrony przed uszkodzeniami mechanicznymi, umieszcza się szybę hartowaną o grubości 2-4 mm, która jest dodatkowo wypolerowana, teksturowana i/lub pokryta warstwą przeciwodblaskową, aby zminimalizować straty energii słonecznej, powstające w wyniku odbijania się światła od powierzchni.
Kolejnym nieodłącznym elementem panelu fotowoltaicznego jest tzw. puszka przyłączeniowa. Zawiera ona dwie wtyczki służące łączeniu modułów, diody bocznikujące, które nie dopuszczają do przegrzania panelu i obniżenia produkcji energii elektrycznej w przypadku zacienienia. Niektóre puszki zawierają również rozłącznik, który wyłączy pojedynczy panel lub kilka paneli, jeżeli tylko ulegną awarii.
Ogniwo fotowoltaiczne – budowa najmniejszego i najważniejszego elementu instalacji fotowoltaicznej
W szczególe tkwi siła. Ogniwo fotowoltaiczne zwane inaczej fotoogniwem, to stosunkowo nieduży element panelu, bez którego cała instalacja nie miałaby racji bytu. Budowa ogniwa jest dość prosta – jest to płytka krzemowa, która na górnej powierzchni posiada ułożone w formie siatki, elektrody zbierające ujemnie naładowane. Pod spodem płytki znajdują się elektrody przenoszące, w formie metalowej płytki, naładowane dodatnio. Obie warstwy łączy półprzewodnikowe złącze typu positive-negative (p-n). Wielkość ogniw, od której zależy ich moc, waha się między wymiarem 4x4 cm, a 15x15 cm.
Jak działają panele słoneczne?
Warto wiedzieć, że najważniejszy proces wytwarzania energii zachodzi w ogniwach paneli, gdzie to dzięki właściwościom tworzącego je krzemu, cząsteczki światła zwane fotonami wytrącają elektrony, które są gromadzone w celu produkcji energii – to właśnie ruch elektronów jest kluczowy w tworzeniu energii elektrycznej. Elektrony zbierane są przez metalowe płytki umieszczone na bokach ogniw i przesyłane przewodami do falownika.
Charakterystyka monokrystalicznych paneli fotowoltaicznych
Jest to najbardziej popularny i bez wątpienia zaawansowany i nowoczesny typ paneli. Już sama nazwa (mono) wskazuje, że ogniwa tworzy jednolita, pojedyncza struktura krystaliczna. Ogniwa monokrystaliczne tworzy się za pomocą Metody Czochralskiego. Cylindryczne, krzemowe sztabki pocięte zostają na 4 plastry, które z kolei wykorzystywane są jako podstawowy budulec ogniw. Ogniwa monokrystaliczne mają zaokrąglone krawędzie i jednolity kolor. Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne zazwyczaj są ciemnoniebieskie lub czarne.
Zalety i wady paneli monokrystalicznych
Niewątpliwa popularność tego typu paneli spowodowana jest szeregiem zalet, ale jak wszystko na tym świecie posiada również wady. Przeanalizujmy panele monokrystaliczne:
Zalety:
- Lepsza wydajność instalacji fotowoltaicznej – im bliżej siebie umieszczone są cząsteczki krzemu, tym lepiej przyciągane są elektrony, a tak dużym zagęszczeniem charakteryzuje się tylko wysokiej klasy krzem, z którego zbudowane są ogniwa monokrystaliczne. W związku z tym panele monokrystaliczne są niezwykle wydajne.
- Powierzchnia – z racji tego, iż każdy panel monokrystaliczny złożony jest z ogniw monokrystalicznych, sprawia, że jest bardzo wydajny, potrzeba ich mniej, by wytworzyć potrzebną dla domu energię elektryczną, a co za tym idzie – potrzeba mniejszej powierzchni.
- Trwałość i produktywność – zdecydowana większość producentów paneli monokrystalicznych oferuje aż 25-letnią gwarancję na swoje produkty. Sprawność paneli monokrystalicznych przy słabszym nasłonecznieniu jest lepsza niż produktywność polikrystalicznych w tych samych warunkach.
- Odporność na wysokie temperatury – panele monokrystaliczne charakteryzują się nieco wyższą odpornością na wysoką temperaturę niż panele fotowoltaiczne polikrystaliczne, co oznacza, że ich sprawność nie jest zbyt podatna na destrukcyjne działanie wysokiej temperatury.
Wady:
- Ze względu na złożoność procesu produkcji panele monokrystaliczne są droższe niż ogniwa polikrystaliczne.
- Zanieczyszczenie lub zacienienie panelu skutkować może awarią całego obwodu, dlatego należy dbać o ich czystość i najlepiej – zainstalować dodatkowo optymalizatory.
Charakterystyka polikrystalicznych paneli fotowoltaicznych
Jest to stosunkowo nowy typ modułów. Ogniwo polikrystaliczne charakteryzuje się nieregularną, lekko ziarnistą powierzchnią i niebieskim, nieco odblaskowym kolorem. Ziarnista powierzchnia ogniwa wynika z wielu kryształów zawartych w pojedynczej jego jednostce. Niebieski, odblaskowy kolor paneli polikrystalicznych sprawia, że są mniej estetyczne od paneli monokrystalicznych.
Zalety i wady paneli polikrystalicznych
Tego typu panele charakteryzuje przewaga wad nad zaletami, ale z roku na rok ich jakość jest sukcesywnie poprawiana, więc jest to produkt zasługujący na uwagę. Moduły polikrystaliczne są na pewno przyszłościowe i obiecujące, ale czy na pewno dadzą radę przebić panele monokrystaliczne?
Zalety:
- Znacznie niższa cena – ta cecha przekłada się na koszty instalacji. Odpady krzemowe z produkcji tych paneli również są ilościowo mniejsze niż w przypadku produkcji paneli monokrystalicznych. Panele fotowoltaiczne polikrystaliczne są po prostu tańsze.
Wady:
- Słabsza wydajność — panele fotowoltaiczne gorzej działają. A dlaczego? Wydajność paneli polikrystalicznych wynika z faktu, iż ich połączone kryształy nie zapewniają elektronom wystarczającej swobody ruchu. Im mniej kryształów, tym elektrony mają więcej swobody w poruszaniu się i tym samym ogniwo ma większą wydajność. Celem inżynierii jest dążenie do stworzenia ogniwa składającego się z jednego kryształu.
- Wystarczająca powierzchnia – potrzeba więcej miejsca i większej ilości paneli do zagospodarowania pod panele polikrystaliczne, niż pod panele monokrystaliczne o takiej samej mocy sumarycznej. W przypadku małej powierzchni dachu musimy mieć na uwadze czy uda nam się zamontować wystarczającą ilość paneli polikrystalicznych, jeśli nie do dyspozycji zostają nam panele monokrystaliczne
- Mniejsza estetyka wykonania — ze względu na kolor paneli polikrystalicznych mogą nie zgrywać się z pozostałymi elementami budynku.
- Niższy współczynnik temperaturowy – moduły polikrystaliczne poddawane wysokiej temperaturze tracą na produktywności szybciej niż panele monokrystaliczne.
Jako materiał uzupełniający i systematyzujący informacje o wspomnianych rodzajach paneli fotowoltaicznych oraz obrazowo ukazujący, na czym polega różnica, warto obejrzeć tematyczne video.
Podsumowanie. Monokrystaliczne i polikrystaliczne typ paneli słonecznych wybrać?
Jak przedstawiono powyżej, zarówno moduły pokryte polikrystalicznymi ogniwami fotowoltaicznymi jak i złożone z ogniw monokrystalicznych, mają swój zestaw wad i zalet. Patrząc pod kątem swoich potrzeb i możliwości finansowo-infrastrukturalnych, to do nas i profesjonalnych firm z branży fotowoltaicznej należy decyzja, który typ będzie dla nas odpowiedni. Musimy wziąć pod uwagę takie kwestie jak: potrzeby energetyczne, powierzchnię, jaką dysponujemy, wydajność modułów, cena, klimat i prawdopodobieństwo przeszkód w postaci zacienień i zabrudzeń. Kilka przemyślanych decyzji dzieli nas od niezależności energetycznej i wieloletniej oszczędności, dzięki którym możemy poczuć satysfakcję ze swojej inwestycji.