Rodzaje paneli słonecznych i który typ panelu słonecznego jest najlepszy?

Dodano:2023-03-13

Jeżeli zdecydowałeś się na zakup paneli słonecznych, ale nie wiesz, które z nich będą dla Ciebie najbardziej odpowiednie, to ten wpis jest dla Ciebie oraz dla ciekawskich, którzy chcieliby pogłębić swoją wiedzę na temat paneli słonecznych czy ogniw fotowoltaicznych.

Mamy nadzieję, że ten artykuł pomoże Ci wybrać idealną opcję paneli dla siebie.

Krzem krystaliczny (c-Si) do technologii fotowoltaicznej

Krzem krystaliczny (c-Si) jest krystaliczną formą krzemu (Si), która jest szeroko stosowana w procesie produkcji krystalicznych paneli słonecznych w technologii fotowoltaicznej. Prawie 90% tej właśnie technologii opiera się na krzemie.

 

Istnieje wiele czynników przemawiających za wykorzystaniem krzemu w tej dziedzinie, ale najważniejszym z nich jest oczywiście czystość krzemu. Oznacza to, że im bardziej krzem jest oczyszczony, tym większa jest zdolność panelu słonecznego do przekształcania światła słonecznego w energię elektryczną jako moc wyjściową.

 

Krystaliczny krzem (c-Si) stanowi podstawę polikrystalicznych lub wielokrystalicznych i monokrystalicznych krzemowych ogniw fotowoltaicznych.

 

Monokrystaliczne panele słoneczne


Przedrostek „mono” oznacza „pojedynczy”, co oznacza, że monokrystaliczne ogniwa paneli słonecznych wykonane są z pojedynczego czystego kryształu krzemu. Można również spotkać się z nazwą „krzem monokrystaliczny”’ ponieważ monokryształ był kiedyś używany do produkcji macierzy zapewniającej czystość panelu słonecznego i jednolity wygląd w całym module fotowoltaicznym.

 

Monokrystaliczne panele słoneczne mają zaokrąglony kształt, a pręty kryształu krzemu formują się w cylindryczne kształty w całym module fotowoltaicznym.

 

Zalety:

  • wydajność monokrystalicznych paneli słonecznych wynosi 15-20%, a w serii X SunPower PV (panele fotowoltaiczne) sięga ona nawet 21,5%,
  • monokrystaliczne panele fotowoltaiczne lub słoneczne wymagają najmniej miejsca i zajmują niewielką powierzchnię na dachu,
  • średnia żywotność paneli monokrystalicznych wynosi około 25 lat,
  • ich wydajność w tych samych warunkach oświetleniowych jest lepsza od wydajności paneli polikrystalicznych, panele monokrystaliczne wytwarzają również do czterech razy więcej energii elektrycznej od cienkowarstwowych paneli słonecznych,

Podsumowując, monokrystaliczne panele słoneczne są najbardziej wydajnym modułem fotowoltaicznym, najpopularniejszą technologią na rynku i zajmują najmniej powierzchni, a przy tym są łatwe w użyciu oraz wymianie.

 

Wady:

  • monokrystaliczne panele słoneczne są kosztowne, ich początkowy koszt jest zdecydowanie wyższy w porównaniu z panelami cienkowarstwowymi czy polikrystalicznymi,
  • ze względu na pojedynczą budowę kryształu krzemu, panel, nawet częściowo, pokryty śniegiem, brudem lub cieniem może przerwać cały obwód PV
  • duża ilość krzemu kończy jako odpad przez cylindryczny kształt płytki tego właśnie surowca,
  • działa lepiej w ciepłe dni i przy pełnym słońcu.

 

 

Polikrystaliczne panele słoneczne

W tym wypadku przedrostek „poli” oznacza „wiele”. Znaczy to, że składają się one z wielu różnych czystych kryształów krzemu, połączonych ze sobą, tworząc ogniwo słoneczne lub fotowoltaiczne. Ogniwa te mają kształt prostokątny, przez co wymagają mniej krzemu w porównaniu z panelami monokrystalicznymi, co czyni je tańszymi, ale ich wydajność automatycznie spada (około 13,5-17%). Można się spotkać również z nazwą „polikrzem” czy „krzem wielokrystaliczny”.

 

Aby wytworzyć polikrystaliczne ogniwa fotowoltaiczne, czysty, surowy krzem jest topiony i wlewany do kwadratowej formy, która jest chłodzona i cięta na idealnie kwadratowe płytki oraz tablice. W polikrystalicznych panelach słonecznych istnieje losowy układ kryształów, przez co odbijane jest padające na nie światło, a dzięki temu zjawisku panele wydają się bardziej niebieskie. 

 

Zalety:

  • mają niższą tolerancję na ciepło, co oznacza, że ich wydajność jest niższa w wysokiej temperaturze w porównaniu z panelami monokrystalicznymi (ciepło może zakłócać panele i skracać ich żywotność),
  • proces produkcji krzemu polikrystalicznego jest coraz mniej skomplikowany,

Są opłacalne w produkcji, mają dobrą wydajność, zajmują niewielką powierzchnię na dachu, są powszechnie dostępne oraz łatwe w wymianie i obsłudze.

 

Wady:

  • wydajność polikrystalicznych paneli słonecznych wynosi około 13,5-17%, technicznie oznacza to, że jeśli 100 W energii słonecznej uderzy w panel słoneczny, wówczas jego moc wyniesie około 13,5 W do 17 watów energii elektrycznej wytwarzanej przez energię słoneczną. Stąd jest nieco mniej wydajny niż monokrystaliczny panel słoneczny,
  • ta sama powierzchnia polikrystalicznych modułów fotowoltaicznych wytwarza mniej energii w porównaniu z monokrystalicznym panelem słonecznym (nie zawsze tak jest),
  • nie nadaje się do stosowania pod względem elegancji, ponieważ nie ma jednolitego wyglądu, a jedynie losowy i dziwny niebieski kolor.

 

 

Ogniwa słoneczne ze wstążką sznurkową

Proces, w którym produkowane są paski i folie z krzemu wielokrystalicznego w technologii fotowoltaicznej (PV). W tym procesie druty odporne na wysoką temperaturę są przeciągane przez stopiony krzem, tworząc wielokrystaliczną cienką wstęgę jego kryształów. Te bardzo cienkie wstążki następnie przecinają się na różne długości, tworząc ogniwa fotowoltaiczne i słoneczne. Panele słoneczne wykonane w technologii String Ribbon wyglądają tak samo jak tradycyjne polikrystaliczne panele fotowoltaiczne. Należy pamiętać, że te panele fotowoltaiczne nie tylko wyglądają, ale również są wykonane z polikrystalicznego krzemu.


 

Zalety:

  • niższe koszty produkcji, proste i łatwe w użyciu,
  • wydajność wynosi około 13-14%.

 

Wady:

  • do produkcji potrzebna jest spora ilość energii,
  • najniższa oszczędność miejsca.

 

 

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne (TFSC) lub (TFPV)

Cienkowarstwowe ogniwa słoneczne (TFSC) są również znane jako cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne (TFPV) lub amorficzne moduły fotowoltaiczne.

 

Integracja jednej lub więcej cienkich warstw materiałów fotowoltaicznych lub cienkiej folii (TF) na podłożu, np. metalu, szkle, plastiku itp. jest podstawowym procesem wytwarzania cienkowarstwowych paneli słonecznych i jest to ogniwo słoneczne drugiej generacji. Grubość folii waha się od kilku nanometrów (nm) do tendencji mikrometrów (μm). Ogniwo słoneczne z krzemu krystalicznego pierwszej generacji (c-SI) wykorzystuje do 200 μm wafli krzemowych.

 

Poniżej przedstawione są podkategorie (rodzaje cienkowarstwowych paneli słonecznych), za pomocą których materiały fotowoltaiczne są integrowane na podłożu:

  • krzem amorficzny (a-Si/TF-Si),
  • selenek miedziowo-indowo-galowy (CIGS/CIS),
  • tellurek kadmu (CdTe).

 

Poniżej znajdują się cienkowarstwowe ogniwa słoneczne trzeciej generacji, które w ogóle nie są dostępne na rynku, a naukowcy mają nadzieję, że marzenie o wprowadzeniu ich na rynek szybko się spełni:

  • organiczne ogniwa fotowoltaiczne (OPC/OPC) ... (Jest już dostępny),
  • barwnik uczulony,
  • polimerowe ogniwa słoneczne,
  • kropka kwantowa,
  • siarczek miedzi,
  • nanokryształ,
  • perowskitowe ogniwa słoneczne.

 

Zalety:

  • produkcja cienkowarstwowych paneli słonecznych na dużą skalę jest mniej skomplikowana niż produkcja krystalicznych ogniw fotowoltaicznych,
  • są tanie w porównaniu do innych monokrystalicznych paneli fotowoltaicznych/słonecznych,
  • jednolity wygląd jest bardziej atrakcyjny i może być również wykorzystywany do celów upiększających,
  • występują w elastycznej formie, która może być używana do wielu celów i ma sens, gdy jest używana tam, gdzie przestrzeń nie stanowi problemu,
  • wysoka tolerancja temperaturowa, tj. wysoka temperatura i zacienienie mają mniejszy wpływ na cienkowarstwowe panele słoneczne.

 

Wady:

  • wymagają dużo miejsca, przez co zazwyczaj nie są przydatne dla właścicieli mieszkań i domów,
  • dodatkowa konstrukcja nośna, konserwacja, itp., instalacja cienkowarstwowych paneli słonecznych sprawia, że system jest kosztowny,
  • całkowita żywotność jest niższa niż poli- i monokrystalicznych paneli słonecznych.

 

 

Amorficzny krzem (s-Si lub a-Si:H) ogniwa słoneczne i moduły fotowoltaiczne

Amorficzne krzemowe ogniwo słoneczne, które jest podkategorią krzemowych cienkowarstwowych paneli słonecznych, stało się popularne na rynku, ponieważ potrzebują mniej niż, powiedzmy, 1% krzemu stosowanego w krystalicznych ogniwach słonecznych i o wiele mniej wydajnego niż poli- lub monokrystaliczne panele słoneczne (około 5-6%).

 

Aby wyprodukować amorficzne krzemowe ogniwo słoneczne, jedna lub więcej warstw materiałów fotowoltaicznych jest umieszczana na podłożu za pomocą rozpylania gazu, co nazywa się "osadzaniem z fazy gazowej".

 

 

Ogniwa słoneczne z tellurku kadmu (CdTe)

Cienkowarstwowe panele słoneczne z tellurku kadmu oparte są na tellurku kadmu i jedynej technologii PV (fotowoltaicznej), która jest opłacalna w porównaniu z krzemowymi krystalicznymi panelami słonecznymi w znacznej części rynku.

 

Wydajność tych paneli słonecznych mieści się w przedziale 9-11%.

 

First Solar zainstalował ponad 5 gigawatów (5 GW) cienkowarstwowych paneli słonecznych z tellurku kadmu na całym świecie. Ta sama firma posiada światowy rekord wydajności modułów fotowoltaicznych CdTe wynoszący 14,4%.

 

 

Ogniwa słoneczne z miedzią, indem i selenkiem galu (CIGS / CIS)

Komercyjna produkcja elastycznych ogniw fotowoltaicznych z miedzi indu i galu rozpoczęła się w Niemczech w 2011 roku. Są one wykonane z miedzi, indu, galu i selenku poprzez integrację na podłożu takim jak plastik lub szkło, wraz z anodą i katodą (elektrodami) z tyłu i z przodu w celu zebrania elektrycznej mocy wyjściowej. Ogniwa paneli słonecznych CIGS lub CIS mają wysoką tolerancję temperaturową i działają lepiej w ciepłym klimacie.

 

Wskaźniki sprawności paneli słonecznych CIGS zazwyczaj mieszczą się w przedziale 11-14%, jednak najwyższa wartość osiągnięta przez zespół badawczy Krajowego Laboratorium Energii Odnawialnej wynosi 19,9%, a ponownie najlepsza wydajność osiągnięta w październiku 2013 r. wyniosła 20,8%.

 

 

BIPV: Zintegrowane panele fotowoltaiczne budynku

Nie jest to coś nowego, ale mogą to być cienkowarstwowe lub krzemowe krystaliczne panele słoneczne, ewentualnie oba, w kształcie dachówek lub innych elementów domu umieszczonych w projekcie. BIPV (Building Integrated Photovoltaic) jest zaprojektowany jako część budynku, taka jak ściany, dachy, fasady, okna i inne, które mogą pasować do materiałów fotowoltaicznych. Prezentują się pięknie, ale mają swoją, wysoką cenę.

 

Building Integrated Photovoltaic (BIPV) jest bardzo drogim systemem i mało wydajnym w porównaniu do innych ogniw i paneli fotowoltaicznych PV, dlatego nie zaleca się właścicielom domów lub małym użytkownikom integracji systemów BIPV, ponieważ raczej są one wykorzystywane w dużych projektach, takich jak np. elektrownia o mocy 10 MW.

 

 

Panele słoneczne

Jest to inny system energii fotowoltaicznej lub słonecznej. Nie wytwarzają energii elektrycznej, ale przekształcają energię słoneczną w wymagane ciepło do podgrzewania wody do basenu lub ogólnego użytku w domu. Warto również wiedzieć, że niektóre panele słoneczne lub fotowoltaiczne mogą być nawet używane do ogrzewania i klimatyzacji.

 

 

Hybrydowe ogniwa słoneczne i panele fotowoltaiczne

Materiał organiczny (materiał półprzewodnikowy, którego właściwości leżą między izolatorem a przewodnikami i są używane do przewodności elektrycznej) jest umieszczony w nieorganicznym materiale o wysokim przewodnictwie elektronów, tworząc warstwy fotowoltaiczne (PV). Ich wydajność jest większa niż pojedyncza warstwa materiału i ma zarówno zalety organicznych, jak i nieorganicznych mistrzostw półprzewodnikowych.

 

Hybrydowe ogniwa fotowoltaiczne są tanie dzięki procesowi R2R (roll-to-roll lub Real-to-Real process, czyli tworzenie komponentów elektronicznych i urządzeń na elastycznej rolce z tworzywa sztucznego lub metalowej blachy i folii) oraz rozwojowi konwersji energii słonecznej.

 

Najbardziej wydajnymi hybrydowymi panelami słonecznymi dostępnymi na rynku są moduły fotowoltaiczne Panasonic (formalnie Sanyo) HIT o niesamowitej wydajności 18,6%, które zajmują mniej miejsca na dachu.

 

Hybrydowe panele słoneczne są droższe od poli- lub monokrystalicznych paneli fotowoltaicznych. Jeśli masz dużo miejsca na dachu, nie zaleca się korzystania z hybrydowego systemu paneli słonecznych, w przeciwnym razie możesz zmarnować pieniądze na generowanie takiej samej energii elektrycznej, jaką generujesz za pomocą krystalicznych paneli słonecznych.

 

 

Jaki jest najlepszy rodzaj panelu słonecznego do użytku domowego?

Trudno jest nam stwierdzić, który z paneli jest dla Ciebie najlepszym rozwiązaniem, a jeżeli nie znasz żadnych szczegółów w tej tematyce, to zalecamy skontaktowanie się w tej sprawie z ekspertem. Możemy jednak naprowadzić Cię trochę na odpowiedni wybór.

 

Ponieważ zależy to od wielu czynników, takich jak wymagania dotyczące obciążenia, środowisko i region godzin szczytowego nasłonecznienia oraz rodzaje baterii używanych jako zasilanie awaryjne itp., to postaramy się omówić krótko główne czynniki właściwego doboru paneli fotowoltaicznych, czyli koszty i przestrzeń.

 

 

Przestrzeń:

Ponieważ większość z nas nie ma dużej przestrzeni na dachu czy oknach, cienkowarstwowy panel słoneczny nie jest tutaj dobrym rozwiązaniem. Panele słoneczne o krystalicznej podstawie są najlepszym wyborem, a jeśli rozmiar naprawdę ma znaczenie, wybierz najwyżej oceniane panele słoneczne pod względem mocy, ponieważ panele fotowoltaiczne o tych samych rozmiarach mają różne wartości, takie jak 60W, 150W, 200W itp.

 

 

W takim razie monokrystaliczny czy polikrystaliczny panel słoneczny pod względem przestrzeni?

Oby dwa wydają się tutaj dobrym rozwiązaniem, należy jednak zwrócić uwagę, że monokrystaliczne panele słoneczne zajmują mniej miejsca i wytwarzają ciut więcej energii elektrycznej niż polikrystaliczne, wynika z tego, że polikrystaliczne panele słoneczne są nieco tańsze, ale przy tym zajmują trochę więcej miejsca.

 

Ponadto, dla tej samej mocy znamionowej (powiedzmy 150W) mono- i polikrystalicznych paneli słonecznych byłaby generowana w przybliżeniu taka sama elektryczna moc wyjściowa (z kilkoma nieistotnymi różnicami).

 

 

Koszty:

Jeśli chcesz wybrać najtańszą cenę za moc znamionową, musisz porównać ceny różnych dostępnych mono- i polikrystalicznych paneli słonecznych dostępnych na rynku i w Internecie.