Panele fotowoltaiczne stanowią kluczowy element transformacji energii słonecznej w prąd elektryczny. Ich złożona budowa, oparta na kilku warstwach, umożliwia efektywną konwersję światła słonecznego. W tym artykule omówimy, jak zbudowany jest panel fotowoltaiczny oraz jakie są główne cechy określające jego specyfikację techniczną.
Jak zbudowany jest panel fotowoltaiczny?
Panel fotowoltaiczny to urządzenie, które przekształca energię słoneczną w prąd elektryczny. Zbudowany jest z kilku warstw, z których każda pełni określoną funkcję:
Ogniwa fotowoltaiczne: Stanowią serce panelu i odpowiadają za konwersję światła słonecznego na energię elektryczną. Wykonane są z półprzewodników, najczęściej krzemu, domieszkowanych innymi pierwiastkami.
Szyba ochronna: Wykonana z hartowanego szkła, chroni ogniwa fotowoltaiczne przed zjawiskami atmosferycznymi takimi jak grad, deszcz czy śnieg oraz zapewnia również wysoką przepuszczalność światła słonecznego, umożliwiając dotarcie fotonów do ogniw.
Folia EVA: folia umieszczona pomiędzy szybą a ogniwami, pełni funkcje uszczelniania paneli, chroniąc je przed wilgocią i kurzem, izolowania elektrycznego, zapobiegając zwarciom oraz laminowania, spajając ze sobą poszczególne elementy panelu.
Rama aluminiowa: rama nadająca panelowi sztywność i stabilność, ułatwiająca montaż i transport paneli.
Pudełko przyłączeniowe: zawiera złącza elektryczne umożliwiające podłączenie panelu do instalacji fotowoltaicznej, diody bocznikujące chroniące ogniwa przed przegrzaniem i uszkodzeniem w przypadku zacienienia części panelu oraz zaciski uziemiające zapewniające bezpieczeństwo instalacji.
Jak wytwarzany jest prąd w panelu fotowoltaicznym?
Panele fotowoltaiczne przekształcają energię słoneczną w prąd elektryczny dzięki zjawisku fotowoltaicznemu. Promienie słoneczne padają na panele i docierają do ogniw fotowoltaicznych zbudowanych z półprzewodników, najczęściej krzemu. W ogniwach fotony (cząstki światła) wybijają elektrony z atomów, tworząc przepływ prądu stałego.
Prąd stały z ogniw jest następnie kierowany do falownika, który przekształca go w prąd zmienny, zgodny ze standardami sieci elektroenergetycznej. Wytworzony prąd może być zużywany na bieżąco w domu, zasilając urządzenia elektryczne, lub nadwyżki mogą zostać oddane do sieci elektroenergetycznej i odebrane w późniejszym czasie.
Jakie są główne cechy określające specyfikację techniczną paneli fotowoltaicznych?
Panel fotowoltaiczny może być definiowany za pomocą szeregu cech o charakterze technicznym i handlowym. Niemniej, do głównych cech określających specyfikację techniczną paneli fotowoltaicznych należą:
Moc znamionowa: Moc znamionowa (Wp) to kluczowa cecha panelu, informująca o ilości energii elektrycznej, jaką może on wygenerować w idealnych warunkach. Im wyższa moc, tym więcej energii panel może wyprodukować.
Sprawność: Sprawność (%) to procentowa część energii słonecznej przekształconej w prąd elektryczny. Im wyższa sprawność, tym panel jest bardziej wydajny. Typowe wartości mieszczą się w zakresie 15-22%.
Współczynnik temperatury mocy (Ptc): Współczynnik Ptc (%) informuje o tym, jak zmienia się moc panelu wraz z temperaturą. Im niższy Ptc, tym mniejszy spadek mocy przy wzroście temperatury.
Napięcie robocze (Voc): Napięcie robocze (V) to napięcie generowane przez panel w stanie jałowym. Znajomość napięcia jest ważna przy doborze falownika.
Prąd zwarciowy (Isc): Prąd zwarciowy (A) to prąd generowany przez panel w stanie zwarcia. Znajomość prądu zwarciowego jest ważna z punktu widzenia bezpieczeństwa.
Współczynnik odbicia światła: Współczynnik odbicia (%) określa ilość światła słonecznego odbijanego od panelu. Im niższy współczynnik, tym więcej światła jest absorbowane i przekształcane w energię.
Jakie są rodzaje paneli fotowoltaicznych na rynku?
Panele fotowoltaiczne co do zasady funkcjonują zwykle w podobny sposób. Niemniej, technologie wykorzystywane do ich produkcji potrafią się różnić, co z kolei przekłada się na ich wydajność oraz cenę. Głównymi typami paneli fotowoltaicznych są jednak:
Monokrystaliczne Wykorzystują ogniwa wykonane z jednego kryształu krzemionki, co daje im jednolitą barwę i wyższą sprawność w porównaniu z innymi rodzajami paneli. Są skuteczne nawet przy niskim nasłonecznieniu.
Polikrystaliczne: Ogniw polikrystalicznych jest wykonanych z wielu kryształów krzemionki. Mają nieco niższą sprawność niż monokrystaliczne, ale są zazwyczaj tańsze w produkcji.
Cienkowarstwowe: Wykorzystują cienkie warstwy materiałów półprzewodnikowych, takich jak amorficzny krzem, CdTe (tellurkadm) czy CIGS (ind selenek miedziowy). Są lżejsze, tańsze w produkcji i bardziej elastyczne niż panele krystaliczne, ale mają zazwyczaj niższą sprawność.
Heterostrukturalne: Wykorzystują kombinację różnych materiałów półprzewodnikowych, co pozwala na osiągnięcie wyższej sprawności niż tradycyjne panele.
Organiczne: Wykorzystują materiały organiczne, takie jak polimery przewodzące lub organiczne barwniki czułe na światło. Są elastyczne, co umożliwia ich zastosowanie w niestandardowych miejscach..
Ponadto, na rynku są dostępne również mniej standardowe rozwiązania takie jak:
Panele hybrydowe: Łączą technologie monokrystaliczne i polikrystaliczne, oferując kompromis między ceną a wydajnością.
Panele perowskitowe: Nowa technologia o potencjalnie wyższej sprawności i niższych kosztach produkcji, wciąż w fazie rozwoju.
Podsumowanie
Panel fotowoltaiczny jest kluczowym urządzeniem do przekształcania energii słonecznej w prąd elektryczny. Składa się z różnych warstw, z których każda pełni swoją rolę. Wytwarzanie prądu opiera się na zjawisku fotowoltaicznym w ogniwach fotowoltaicznych. Kluczowe cechy techniczne paneli to moc, sprawność, współczynnik temperaturowy, napięcie i prąd roboczy. Na rynku dostępne są różne rodzaje paneli, takie jak monokrystaliczne, polikrystaliczne, cienkowarstwowe czy heterostrukturalne, z różnymi zaletami i zastosowaniami. Wykorzystanie ich przyczynia się do promowania energii odnawialnej i zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych.
