Panele w pigułce

Ogniwo fotowoltaiczne to układ zbudowany z materiału półprzewodnikowego (najczęściej krzemu), który przewodzi ładunek elektryczny w wyniku działania czynników zewnętrznych m.in. w postaci temperatury lub promieniowania słonecznego. Ale na rynku dostępne są różne rodzaje ogniw. Generalnie ogniwa fotowoltaiczne rozróżniamy ze względu na ich budowę (uporządkowanie) struktury krystalicznej krzemu. Z tego względu wyróżniamy trzy rodzaje ogniw: monokrystaliczne, polikrystaliczne i amorficzne. Warto poznać wady i zalety każdego rodzaju, aby dokonać najwłaściwszego dla siebie wyboru.

Ogniwa monokrystaliczne
To ogniwa które zbudowane są z krzemu o silnie uporządkowanej strukturze pozbawionej licznych defektów. Panele zbudowane z takich ogniw charakteryzują się najwyższą efektywnością przetwarzania energii słonecznej w energię elektryczną (sprawnością). Sprawność modułu monokrystalicznego osiąga poziom 17-20%. Oznacza to, że energia promieniowania słonecznego padająca na 1m2 ogniwa zostaje w 17% przekształcona na energię elektryczną.

Ogniwa polikrystaliczne
Charakteryzują się mniej uporządkowaną strukturą krzemu oraz większą liczbą skaz. Powoduje to, że sprawność modułów fotowoltaicznych zbudowanych z polikryształów krzemu osiąga 14-18%.

Ogniwa amorficzne
W tych rodzajach ogniw, krzem nie ma postaci kryształu i przez to ma bardzo chaotyczną strukturę z dużą liczbą wad. Tego typu budowa powoduje, że moduły mają niską sprawność wynoszącą zaledwie 9-14%.

Które panele wybrać?
Patrząc pod kontem sprawności, panele fotowoltaiczne o budowie monokrystalicznej i polikrystalicznej mogą być stosowane w przydomowych instalacjach fotowoltaicznych. Trzeba mieć jednak na uwadze, że moduły monokrystaliczne są o wiele bardziej skomplikowane w produkcji, a przez to droższe od polikrystalicznych. Każdy kij ma dwa końce, panele monokrystaliczne są bardziej wydajne od polikrystalicznych. W naszej szerokości geograficznej jest to bardzo istotny parametr. Jeszcze jedną istotą zaletą paneli monokrystalicznych jest ich większa odporność na mikropęknięcia i ładniejszy wygląd, co ma szczególnie znaczenie, przy ułożeniu paneli na spadzistym dachu.

Mniejszą wydajność paneli polikrystalicznych możemy zniwelować ich większą ilością, niestety wtedy będą one zajmowały również większą powierzchnię.

Budowa i podstawowe parametry paneli fotowoltaicznych


Pojedyncze ogniwa fotowoltaiczne osiągają moc od kilkudziesięciu miliwatów do kilku watów. Dla tego, aby móc zasilać urządzenia domowe, trzeba zwiększyć ich moc. W tym celu ogniwa łączy się w moduły. Moduły te laminuje się foliami EVA i PET, następnie umieszcza się pod szkłem hartowanym, a całość łączy aluminiową ramką. Taka konstrukcja zwiększa żywotność i wytrzymałość modułu jak i samych ogniw. W skład modułu wchodzi również puszka przyłączeniowa z kablami. Pozwalają one na łączenie modułów ze sobą. Tak połączone moduły tworzą panel fotowoltaiczny.

Warunki montażu, pracy oraz inne parametry techniczne znajdziemy w karcie technicznej danego produktu lub na tabliczce znamionowej. Ale, który wybrać? Co jest najważniejsze?

Jeżeli porównujemy między sobą moduły o tej samej mocy, powinniśmy wybierać te lżejsze i mniejsze. Pozwoli to na lepsze rozplanowanie położenia paneli, ale również będzie stanowiło mniejsze obciążenie dla konstrukcji dachu.

Wytrzymałość mechaniczna modułu informuje nas o tym, jaka jest maksymalna wartość obciążenia modułu zalegającym śniegiem i wiejącym wiatrem. Szacunkowa optymalna wytrzymałość paneli fotowoltaicznych wynosi 5400 Pa nacisku od przodu i 2400 Pa od tyłu. Oznacza to, że ani wiatr o prędkości 130 km/h, ani metrowa warstwa zalegającego śniegu nie powinny wyrządzić krzywdy naszym panelom. Przy porównaniu paneli różnych producentów należy unikać tych które mają parametry niższe niż wskazane 5400/2400 Pa.

Profesjonalnie zaprojektowanej oraz wykonanej instalacji nie powinien zaszkodzić śnieg,  grad, deszcz czy zmienne temperatury. Nie oznacza to jednak, że nie należy przeprowadzać okresowych przeglądów instalacji.

Parametry elektryczne – moc panelu fotowoltaicznego w warunkach standaryzowanych (moc w MPP)


Oprócz materiału półprzewodnikowego, z jakiego wykonane są panele fotowoltaiczne, parametry elektryczne silnie zależą od czynników atmosferycznych, takich jak: natężenie promieniowania słonecznego, temperatura, prędkość wiatru, wilgotność powietrza, zanieczyszczenie atmosfery itd.

Dla tego wszyscy producenci porównują swoje wyroby w identycznych warunkach laboratoryjnych:

  • promieniowanie słoneczne o natężeniu -1000 W/m2,
  • temperatura panelu fotowoltaicznego -25°C,

Tego typu warunki nazywane są standaryzowanymi warunkami testowymi (STC), a moc paneli uzyskana przy takich parametrach nazywana jest mocą w MPP (ang. Maximum Power Point). Parametr ten informuje nas, ile prądu wyprodukuje dany panel w zadanych warunkach i o określonej powierzchni podanej w m2.

Tolerancja mocy


Określa ona, o ile może się różnić wynik mocy maksymalnej danego panelu w warunkach laboratoryjnych.

Przy wartościach dodatnich jest wszystko w porządku, panele mogą osiągnąć jedynie większą moc niż podana przez producenta.

Natomiast paneli fotowoltaicznych z ujemną wartością tolerancji mocy należy unikać, ponieważ ich osiągi prawdopodobnie zostały przez producentów zawyżone.

W rzeczywistości rzadko zdarza się, że warunki atmosferyczne są dokładnie takie same jak parametry testowe w laboratoriach. Z tego powodu producenci poza mocą maksymalną w kartach katalogowych podają również moc w NOCT (ang. Normal Operating Cell Temperature). Wartość ta odpowiada mocy, jaką panele fotowoltaiczne osiągają w warunkach bliższych tym, które występują po zamontowaniu ich na dachach naszych domów tzn.:

  • promieniowanie słoneczne o natężeniu – 800 W/m2,
  • temperatura panelu fotowoltaicznego – 45°C,
  • prędkość wiatru – 1 m/s.

Przyjęte jest, że im wartość mocy w NOCT jest bliższa wartości mocy w MPP, tym lepiej.

Sprawność paneli fotowoltaicznych


Oznacza ona, jaka część energii promieniowania słonecznego padającego na 1 m2 ogniwa przetwarzana jest na energię elektryczną. Panele słoneczne o większej sprawności i mniejszej powierzchni wyprodukują tyle samo energii co panele o niższej sprawności, jednak mające większą powierzchnię.

Temperatura panelu w trakcie pracy


Dwa istotne parametry odnoszą się do temperatury, jaką osiągają panele fotowoltaiczne w trakcie swojej pracy.

  • temperaturowy współczynnik mocy

Określa, o ile procent zmniejsza się moc panelu wraz ze wzrostem jego temperatury o każdy 1°C w stosunku do temperatury z warunków testowych, tzn. 25°C.

  • temperatura modułu w warunkach NCOT

Wskazuje jaką temperaturę osiągnie pojedynczy panel fotowoltaiczny pracujący w warunkach najbardziej zbliżonych do tych rzeczywistych.

W trakcie porównywania ofert producentów powinniśmy te panele słoneczne, dla których temperaturowy współczynnik mocy jest bliski zeru, a temperatura modułu w warunkach NCOT jest mniejsza lub równa 45°C.

Liniowa gwarancja mocy a gwarancja instalacji fotowoltaicznej


Panele fotowoltaiczne wraz z upływem lat tracą swoją sprawność. Na początku ich eksploatacji starty te są na poziomie 2-3%, natomiast w kolejnych latach wynoszą około 0,6% rocznie.

Wybierając panele fotowoltaiczne trzeba sprawdzić, ile wynosi ich liniowa gwarancja mocy.

Gwarancja ta określa ona minimalną efektywność panelu, jaką osiągnie on w danym okresie czasu. Standardowo gwarancje te powinny oscylować na poziomie 80% po 25 latach korzystania z paneli fotowoltaicznych.