Rodzaje i generacje ogniw fotowoltaicznych

Z czego składają się panele fotowoltaiczne?

Chociaż coraz częściej pracuje się nad nowym podejściem do pozyskiwania energii ze słońca, wszystkie rodzaje paneli fotowoltaicznych muszą spełniać pewne podstawowe zasady budowy. Panele składają się z tzw. ogniw słonecznych, które przejmują ładunek energii przenoszony przez strumień światła słonecznego i przetwarzają go na energię elektryczną.

Najważniejszymi składnikami paneli są półprzewodniki naładowane ujemnie i dodatnio (dzięki domieszce wybranych pierwiastków) oraz elektrody, które zapewniają uporządkowanie przepływu prądu wzdłuż wyznaczonych ścieżek. Do utworzenia złącza ujemnego zwykle używa się warstwy fosforu, a do złącza dodatniego domieszki glinu lub boru. Jak się przekonamy dalej, prowadzone są też eksperymenty z innymi sposobami przetwarzania energii słonecznej, ale powyższe są najbardziej popularne.

W ten sposób powstaje prąd stały, który można magazynować w akumulatorze lub przetworzyć na zmienny i używać do zasilania urządzeń elektrycznych.

O co chodzi z tymi generacjami?

Pewnie wiecie już, że najczęściej używane typy paneli należą do I generacji. Są to klasyczne panele grubowarstwowe, których głównym składnikiem są kryształy krzemu. Ponieważ jednak ciągle trwają badania nad udoskonaleniem urządzeń pobierających energię ze słońca, powstały kolejne generacje ogniw fotowoltaicznych. Druga generacja dopiero wchodzi na rynek, ale opracowywane są też tzw. panele trzeciej generacji. Jak je odróżnić?

  • Panele I generacji, inaczej grubowarstwowe – panele polikrystaliczne i monokrystaliczne, wykorzystujące krystaliczny krzem jako półprzewodnik. Na każdy panel składają się moduły fotowoltaiczne, złożone z pojedynczych ogniw słonecznych.
  • Panele II generacji, inaczej cienkowarstwowe – do nich należą panele amorficzne złożone z niekrystalicznego krzemu, a także dwa inne rodzaje paneli: CDTE (z tellurkiem kadmu) i CIGS/CIS (z mieszanką miedzi, indu, selenu i galu).
  • Panele III generacji – różne typy paneli wykorzystujących podobną konstrukcję do cienkowarstwowej, ale nastawione na zwiększenie wydajności i zmniejszenie kosztów. Do nich zaliczamy m.in. ogniwa CZTS, ogniwa Grätzela, ogniwa organiczne, perowskitowe oraz oparte na tzw. kropce kwantowej. Żadne z nich nie weszły jeszcze do powszechnego użytku, chociaż są produkowane i stosowane eksperymentalnie.

Niebieskie czy czarne?

Czy wybierać panele niebieskie czy czarne? Dziś to pytanie nie jest aż tak ważne jak jeszcze parę lat temu. Dzięki wprowadzeniu na rynek nowych technologii mamy do wyboru różne inne kolory modułów fotowoltaicznych.

Czarne to najczęściej panele monokrystaliczne, które mają bardzo wysoką wydajność. Sprawdzają się podczas mniej słonecznych dni, bo czarna powierzchnia lepiej absorbuje promienie słoneczne. Dodatkowo są to produkty wysokiej jakości, trwałe i odporne na zmienne warunki pogodowe. To nie znaczy, że panele full-black są zawsze najbardziej korzystnym wyborem. Czarny kolor, dzięki zastosowaniu czarnego tła, ma wysokie walory estetyczne, ale obniża wydajność w pełnym słońcu, bo ogniwa zbyt szybko się nagrzewają. Panele monokrytaliczne mogą być też granatowe i te są bardziej odporne na wysokie temperatury, ale nie tak wydajne podczas zachmurzenia czy deszczu.

Niebieskie panele polikrystaliczne nadal są bardzo wydajne, ale nie wyglądają tak dobrze na dachu. Poza tym parametry paneli polikrystalicznych są nieznacznie słabsze od monokrystalicznych. Jeśli szukasz więcej porad i informacji, sprawdź także zebrane w tym miejscu artykuły na temat fotowoltaiki.

Zalety i wady paneli fotowoltaicznych – porównanie

Żeby lepiej zrozumieć jakie panele fotowoltaiczne wybrać, najlepiej jest porównać ich wady i zalety. Dzięki temu będzie łatwiej zdecydować, które typy paneli mogą się okazać najlepsze w danym przypadku.

Zalety i wady paneli fotowoltaicznych

Generacje ogniw fotowoltaicznych

Rodzaje paneli fotowoltaicznych

Zalety

Wady

I generacja

Polikrystaliczne


  • Względnie niska cena
  • Duża wydajność (14-16%)
  • Niski koszt i krótki okres produkcji
  • Szeroka dostępność

  • Mniej wydajne niż monokrystaliczne (dlatego instalacja, która ma tę samą moc zajmuje więcej miejsca)
  • Trudne do utylizacji

Monokrystaliczne


  • Bardzo dobra wydajność (15-20%)
  • Szeroka dostępność
  • Długa żywotność

  • Wysoka cena
  • Długa i kosztowna produkcja

II generacja

Krzemowe amorficzne


  • Niska cena
  • Łatwa produkcja
  • Elastyczne i lekkie
  • Odporne na wysokie temperatury (nie tracą mocy wyjściowej)
  • estetyczny wygląd

  • Wydajność na poziomie 6-10%
  • Krótsza żywotność niż u ogniw I generacji
  • gorsza dostępność niż paneli mono- i polikrystalicznych

CTDE

CIGS/CIS


  • Odporność na wysokie temperatury
  • wydajność przy mniejszej ilości światła
  • duża plastyczność w dopasowaniu kształtów
  • estetyczny wygląd

  • Toksyczność kadmu
  • Wysoka cena w stosunku do mocy
  • mniejsza wydajność długoterminowa
  • mniejsza dostępność falowników

III generacja

CZTS


  • Zawiera nietoksyczne, powszechnie dostępne pierwiastki
  • duża plastyczność
  • dobra absorpcja światła
  • docelowo niska cena (przy zwiększeniu masowej produkcji)

  • Słaba wydajność (laboratoryjna na poziomie 11%)
  • wysoka cena (ze względu na małą produkcję)
  • niska dostępność

Ogniwa Grätzela (barwnikowe, DSSC)


  • Większość składników jest dostępna i nietoksyczna
  • łatwe w produkcji
  • z tanich materiałów
  • wydajne
  • możliwość adaptacji do różnych powierzchni

  • Słaba odporność na uszkodzenia
  • niedopracowana stabilność
  • mała dostępność

Ogniwa perowskitowe


  • Niska cena
  • wysoka wydajność (do 29,15%)
  • łatwe w produkcji
  • lekkie i elastyczne

  • W fazie badań
  • niska dostępność
  • niedopracowana stabilność krótko- i długoterminowa

Od razu musimy zaznaczyć, że tylko niektóre rodzaje paneli fotowoltaicznych prezentowanych powyżej są dostępne dla przeciętnego inwestora. Najnowsze generacje ogniw fotowoltaicznych są w fazie badań. Z tych powodów zalety ogniw słonecznych III generacji rzadko bierze się pod uwagę podczas wybierania paneli do domowej instalacji.

Panele fotowoltaiczne montowane na dachu domu, a także porównanie, właściwości, najważniejsze informacje
Panele fotowoltaiczne i ich rodzaje, a także porównanie, szczegóły, wydajność

Nie da się łatwo odpowiedzieć na pytanie jakich paneli nie kupować. Jeżeli mamy małe wymagania estetyczne, a chcemy zyskać maksymalnie na wydajności, to optymalne są monokrystaliczne lub polikrystaliczne moduły fotowoltaiczne. Parametry paneli fotowoltaicznych tego typu są zwykle całościowo lepsze od innych.

Jako część dachu fotowoltaicznego dobrze sprawdzają się amorficzne ogniwa krzemowe. Są jednak mniej wydajne i żywotne, więc za kilkanaście lat możemy być zmuszeni do wymiany tej części dachu.

Jakie panele są najwydajniejsze?

Wydajność dziś i w przyszłości

Nadal najwydajniejsze z powszechnie dostępnych są krystaliczne panele krzemowe, zwłaszcza monokrystaliczne. Wysoka moc przekłada się na możliwość pokrycia nimi mniejszej powierzchni. W zależności od firmy i techniki wykonania optymalnym rozwiązaniem dla przeciętnego użytkownika są panele polikrystaliczne. Ich wydajność jest niewiele mniejsza niż monokrystalicznych, a cena nieco niższa. W przypadku dużych instalacji może to mieć spore znaczenie.

Wkrótce na rynku mogą być bardziej dostępne ustabilizowane panele nowej generacji, dlatego co kilka lat inwestorzy powinni od nowa sprawdzać jakie panele fotowoltaiczne są najwydajniejsze. Jak dotąd w fazie laboratoryjnej największą moc wykazały ogniwa perowskitowe. Mamy szczęście, bo to właśnie polska naukowiec – Olga Malinkiewicz – założyła pierwszą na świecie fabrykę ogniw perowskitowych we Wrocławiu.

Nie tylko typ paneli

Duże znaczenie w optymalnym wykorzystaniu fabrycznych parametrów paneli ma to kto i jak będzie je instalować. Dlatego wybierając najlepsze panele fotowoltaiczne warto przyjrzeć się producentom i instalatorom. Oprócz opinii klientów w internecie dobrze jest też zwrócić uwagę na to jak wygląda oferta. Na przykład czy firma odbierze panele do utylizacji, jak długą daje gwarancję i co mieści się w ramach tej gwarancji.

Na rynku pojawiło się wiele nowych technologii przerabiających energię ze słońca, takich jak: panele amorficzne, CDTE czy perowskitowe. Mimo wszystko większość inwestorów nadal wybiera panele I generacji. To sprawdzona technologia. Produkty mają przystępną cenę, łatwo dostać na nie dopłaty i korzystne kredyty. Poza tym dużo większa jest dostępność urządzeń dodatkowych, takich jak falowniki czy magazyny energii, dobrze dopasowanych do tego typu ogniw fotowoltaicznych. Co przyniesie przyszłość? Wygląda na to, że może się pojawić wiele ciekawszych alternatyw, dlatego warto śledzić rozwój rynku zanim zdecydujemy jakie panele fotowoltaiczne będą dla nas najlepsze.

ikona podziel się Przekaż dalej