Rodzaje modułów fotowoltaicznych – polikrystaliczne, HIT, PERC i inne

Branża fotowoltaiczna cały czas się rozwija, dlatego rynek obfituje w różne rodzaje modułów PV. Z jednej strony istnieją jednostki z ogniwami krzemowymi, a z drugiej cienkowarstwowe panele o konstrukcji hybrydowej. Co ciekawe, w  wielu przypadkach typ danego modułu zależy od rodzaju zastosowanych ogniw. Każda z dostępnych odmian ma swoje wady i zalety. Sprawdź, jakie wyróżniamy rodzaje modułów fotowoltaicznych!

SPIS TREŚCI:
  1. Krzemowe panele fotowoltaiczne
  2. Moduły fotowoltaiczne cienkowarstwowe
  3. Moduły PV z obiema elektrodami z tyłu
  4. Panele fotowoltaiczne w technologii HIT
  5. Moduł PV PERC
  6. Technologia dual glass w panelach PV
  7. Co to jest Smart Wire w fotowoltaice?

Moduły fotowoltaiczne z ogniw krzemowych

Moduły PV stosowane w fotowoltaice są zbudowane z ogniw fotowoltaicznych, które z kolei mogą być wykonane z różnych materiałów półprzewodnikowych. Na rynku dominują produkty z ogniwami w postaci wafli wykonanych z krzemu krystalicznego, o grubości ok. 0,2 mm – to tzw. moduły pierwszej generacji. W każdej z krzemowych płytek znajduje się złącze P-N (wykonane z krzemu i domieszek boru oraz fosforu). Kiedy na moduł padają fotony o energii większej niż szerokość przerwy energetycznej krzemu, dochodzi do przepływu prądu.

Dodatkowo ogniwa użyte w produkcji krzemowych modułów fotowoltaicznych możemy podzielić na dwa rodzaje: P oraz N. Te pierwsze posiadają większą ilość krzemu typu P, a w górnej jego części znajduje się cienka warstwa krzemu typu N. W drugim rodzaju wygląda to zupełnie odwrotnie.

Mimo dosyć skomplikowanej kwestii związanej z rodzajem krzemu użytego do produkcji ogniw fotowoltaicznych, podstawowy podział krzemowych modułów PV obejmuje modele:

  • polikrystaliczne – POLY/mc-Si – wykonane z krzemu, który wykrystalizował w postaci wielu monokryształów. Mają barwę jasnoniebieską, a ogniwa kształt kwadratu lub prostokąta. Są wysoce wydajne, choć nieco mniej niż moduły monokrystaliczne, jednak odznaczają się w stosunku do nich niższym wskaźnikiem spadku mocy wraz ze wzrostem temperatury. Są także tańsze.
  • monokrystaliczne – MONO/c/Si – stworzone z monokryształu krzemu, o barwie od ciemnoniebieskiej do nawet czarnej. Odznaczają się największą sprawnością, mogą też być wyposażone w dodatkowe usprawnienia, np. Technologię HIT.
 

Co ciekawe, półprzewodnikiem mogą być także inne materiały, takie jak np. tellurek kadmu (CdTe) czy CIGS (mieszanka miedzi, indu, selenu i galu). Tego rodzaju panele zaliczamy do modułów PV drugiej generacji. Dlaczego? Ma to przede wszystkim swoje uzasadnienie w ilości materiału półprzewodnikowego – w takich modułach grubość ogniw waha się w granicach od jednego do trzech mikrometrów (sic!). Potrzeba mniej materiału do ich wyprodukowania, co przekłada się na niższe zużycie energetyczne. A to skutkuje zmniejszonym wpływem na środowisko naturalne. Inna nazwa dla tych jednostek to moduły cienkowarstwowe (o których nieco później).

Jednym z ciekawych rodzajów modułów fotowoltaicznych są te zaliczane do trzeciej generacji. Nie posiadają złącza P-N (tak jak w innych typach). Odznaczają się niskimi kosztami produkcji oraz prostotą konstrukcji. Mowa tu o modelach np. zbudowanych z ogniw organicznych (z wykorzystaniem polimerów). Trzecia generacja  wypada jednak niekorzystnie, jeśli chodzi o parametry modułów – charakteryzuje się  bardzo małą sprawnością i krótkim okresem działania w porównaniu z pozostałymi rodzajami paneli PV.

Cienkowarstwowe moduły PV

Jak już wcześniej wspomniano, cienkowarstwowe panele fotowoltaiczne są zbudowane z innych materiałów niż krzem krystaliczny, choć nadal ogniwa posiadają złącze P-N. Tego rodzaju konstrukcje dzielą się na trzy podkategorie:

  • amorficzne,
  • CIGS/CIS,
  • CdTe.
 

Moduły PV amorficzne wprawdzie zbudowane są z krzemu, choć w odmianie bezpostaciowej (niekrystalicznej; wykorzystuje się go także do produkcji wyświetlaczy LCD czy OLED). W tym przypadku ogniwa są ciemnobordowe lub czarne. Ich zalety to niska cena oraz niski wskaźnik spadku mocy wraz ze wzrostem temperatury, jednak kosztem ubogiej sprawności w stosunku do modeli z krzemu krystalicznego. Moduł fotowoltaiczny CIGS/CIS to odmiana cienkowarstwowa, gdzie półprzewodnikiem jest mieszanina miedzi, indu, galu i selenu lub miedzi, indu i selenu. To, co wyróżnia je pośród pozostałych “cienkowarstwowców” to wydajna praca instalacji w okresie zimowym.

Nie można także pominąć ostatniego cienkowarstwowego modułu PV, czyli CdTe. Materiałem półprzewodnikowym jest tutaj tellurek kadmu. Warto zapamiętać, że w odróżnieniu od CIGS/CIS, moduły CdTe odznaczają się efektywną pracą w bardzo ciepłe dni, a to ze względu na niski wskaźnik spadku wydajności wraz ze wzrostem temperatury.

Niestety moduły fotowoltaiczne cienkowarstwowe to stosunkowo niska sprawność (na poziomie kilku procent). Dlatego też powstały cienkowarstwowe hybrydowe moduły fotowoltaiczne, które powstają poprzez połączenie krzemu amorficznego z krzemem mikrokrystalicznym (moduły mikromorficzne. W ich przypadku trzeba jednak zwracać uwagę na możliwą korozji warstwy TCO.

Monokrystaliczne panele PV z obiema elektrodami z tyłu

Te moduły PV oparte są na krzemie krystalicznym typu N. Odznacza je najwyższa sprawność, średnio o ok. 25 % więcej niż standardowe moduły z ogniw krzemowych, w których jedna elektroda znajduje się na wierzchu modułu, a druga w jego dole. Dzięki temu nie zachodzi konieczność stosowania szerokich ścieżek, przez co ogniwa mogą większą powierzchnią absorbować światło, aby doszło do zamierzonego efektu fotowoltaicznego. To także lepsza odporność na korozję połączeń elektrycznych. W stosunku do standardowych modułów z krzemu krystalicznego ich temperaturowy spadek mocy jest niski, przez co ich wydajność wraz ze wzrostem temperatury spada relatywnie wolno.

Minusem modułów z elektrodami z tyłu może być polaryzacja, a tym samym powstanie degradacji indukowanym napięciem PID. Przez to przy dużej wilgotności powietrza dochodzi do zauważalnych spadków mocy. Jeśli chodzi o cenę takich modułów, to pomimo wysokiej sprawności są one stosunkowo drogie (konieczność zastosowania bardzo czystego krzemu).

Moduły fotowoltaiczne z ogniwami HIT

Ogniwa HIT to jednostki z heterozłączem z wewnętrzną cienką warstwą. Moduły skonstruowane w oparciu o tę technologię to kolejna grupa modeli o wysokiej sprawności. Należy zaznaczyć, że oprócz monokrystalicznego krzemu w ogniwach znajdują się także dwie warstwy krzemu amorficznego.

Głównymi zaletami modułów HIT jest dobre pobieranie energii przy wykorzystaniu promieniowania rozproszonego (np. Światło w okresie zimowym) oraz niezwykle niski temperaturowy współczynnik spadku mocy na poziomie zaledwie 0,29%/℃. Ich efektywność stoi na zadowalającym poziomie także w okresie letnim, gdzie straty wydajności można porównać z modułami cienkowarstwowymi.

Konstrukcje z ogniwami fotowoltaicznymi PERC

Moduły oparte o tę technologię posiadają ogniwa ze spodnią pasywacją emitera – PERC różni się od klasycznych ogniw spodnią częścią. Między dołem złącza P-N a górną częścią elektrody umieszcza się wstawkę izolatora, która ogranicza przyciąganie elektronów do aluminiowej elektrody dolnej. Pasywacja złącza skutkuje odbijaniem promieni słonecznych z powrotem do bazy ogniwa, a kontakt elektrody ze złączem P-N jest możliwy dzięki specjalnym otworom.

Panele PV z PERC to przede wszystkim wyższa wydajność w pochmurną pogodę, wieczorem i rano. Technologia ogniw ze spodnią pasywacją emitera pozwala także na produkcję modułów PV z wyższą mocą.

Panele PV w technologii dual glass

Moduły fotowoltaiczne typu dual glass zbudowane są na zasadzie podwójnej szyby (z jednej i drugiej strony paneli), bez ramy. Choć tę technologię stosuje się głównie do konstrukcji cienkowarstwowych, coraz częściej występuje także w ogniwach z krzemu krystalicznego.

Co ciekawe, panele dual glass mogą pracować w trudniejszych warunkach, czyli wysokiej temperaturze, lub na wilgotnych obszarach. Brak ramy to także lepsze usuwanie zabrudzeń podczas deszczu lub śniegu. Konstrukcje dual glass z drugiej strony mogą być trudniejsze w montażu, ze względu na ograniczone strefy mocowania klem.

Moduły fotowoltaiczne Smart Wire

Smart Wire to technologia nowych metod łączenia ogniw w całość. Dzięki temu moduły tego typu są bardziej odporne na mikropęknięcia i posiadają wyższą moc. Smart Wire polega na zastąpieniu lutowania ogniw szynowodami laminacją siatki. Dzięki temu możliwe staje się z jednej strony zwiększenie uzysku z pracującej instalacji fotowoltaicznej, a z drugiej obniżenie kosztów produkcji przez producenta.

Call Now Button