Jak są zbudowane panele fotowoltaiczne?
Panel fotowoltaiczny składa się z kilku elementów, które połączone razem tworzą gotowy produkt o odpowiednich właściwościach. Praktycznie każdy panel zbudowany jest na dokładnie takiej samej zasadzie. Mogą występować drobne różnice pomiędzy produktami, aczkolwiek ogólny schemat budowy jest taki sam. Warto wiedzieć, jak są zbudowane panele fotowoltaiczne, aby mieć świadomość tego produktu.
Każdy panel fotowoltaiczny składa się z:
- Ogniw tworzących moduł fotowoltaiczny, laminowanych foliami EVA i PET,
- Szkła hartowanego o odpowiedniej wytrzymałości,
- Aluminiowej ramy, zapewniającej trwałość i spójność całej konstrukcji,
- Puszki przyłączeniowej, zawierającej całą elektronikę niezbędną do podłączenia panelu.
Jak widać lista elementów jest krótka i żaden z nich nie jest przypadkowy. To dobrze, ponieważ w produktach, które mają służyć przez wiele lat im prościej, tym lepiej – nie ma co się psuć!
Z czego składa się ogniwo fotowoltaiczne?
Ogniwo fotowoltaiczne to esencja panelu fotowoltaicznego, czyli ta część, w której zachodzi produkcja prądu. Ten element jest wykonany najczęściej z krzemu, czyli materiału półprzewodnikowego. Krzem ma odpowiednie właściwości do szerokiego zastosowania w fotowoltaice. Jest wystarczająco wydajny i jednocześnie na tyle tani i dostępny, aby można było go stosować masowo.
Wyróżniamy trzy rodzaje ogniw fotowoltaicznych. Klasyfikacja wynika z różnej budowy na poziomie atomowym – uporządkowania struktury krystalicznej.
- Ogniwa monokrystaliczne są wykonane z krzemu o najbardziej uporządkowanej strukturze krystalicznej. Są wolne od poważnych defektów i charakteryzują się najwyższą sprawnością – od 15 do 19%. Minusem jest wyższa cena i trudniejsza dostępność.
- Ogniwa polikrystaliczne mają mniej uporządkowaną strukturę krystaliczną i występują w nich sporadyczne defekty. Charakteryzują się średnią sprawnością – od 14 do 16%. Ogniwa polikrystaliczne są powszechnie dostępne i szeroko wykorzystywane.
- Ogniwa amorficzne charakteryzują się bardzo nieuporządkowaną strukturę krystaliczną i mają wiele poważnych defektów. Sprawność ogniwa wynosi jedynie około 10%.
Wybierając panele do swojej instalacji warto poruszać się przede wszystkim w obszarze ogniw polikrystalicznych. Mają najlepszy stosunek jakości do ceny i z powodzeniem sprawdzają się w instalacjach fotowoltaicznych na dachach. Nie należy odrzucać propozycji na instalacje z ogniwami monokrystalicznymi, ale warto wszystko sobie w takiej sytuacji przeliczyć. Ogniwa amorficzne omijamy, bo tak jest bezpieczniej.
Parametry elektryczne i mechaniczne paneli fotowoltaicznych
Jak wszystkie urządzenia tego typu, również panele fotowoltaiczne muszą spełniać szereg norm i parametrów, aby można było je uznać za porządne. Dzielimy je na parametry elektryczne i mechaniczne.
Parametry mechaniczne paneli fotowoltaicznych
Zacznijmy od parametrów mechanicznych, bo to mniej skomplikowane zagadnienie. Odpowiadają przede wszystkim za wytrzymałość, wymiary i wagę każdego panelu. W tej kwestii zasada wyboru jest stosunkowo prosta – im lżej, bardziej kompaktowo i wydajniej, tym lepiej. Mniejsze wymiary i niższa waga są lepsze dla konstrukcji dachu, ponieważ będzie mniej obciążona. Moc panelu przy danych wymiarach powinna być możliwie wysoka, bo wtedy cała instalacja może składać się z mniejszej liczby paneli, co przekłada się na niższy koszt, większą estetykę oraz mniejsze obciążenie dachu.
Wytrzymałość określa się w paskalach, czyli wartości ciśnienia, jaka może być wywierana na powierzchnię panelu. Wartości standardowe to 5400 Pa od przodu i 2400 Pa od tylu. Co to oznacza w praktyce? Ma to przełożenie przykładowo na wichurę z wiatrem o prędkości 130km/h lub ponad metrową warstwę śniegu napierającą na panel – w takich warunkach nic nie powinno im się stać.
Parametry elektryczne paneli fotowoltaicznych
Rozmawiając o parametrach elektrycznych paneli fotowoltaicznych trzeba zaznaczyć, że one ściśle zależą od aktualnych warunków atmosferycznych. Ważne są wszelkie czynniki – natężenie promieniowania słonecznego, temperatura, wilgotność, prędkość wiatru a nawet stopień zanieczyszczenia powietrza.
Z tego powodu porównywanie paneli między sobą jest możliwe jedynie w warunkach laboratoryjnych. W celu określenia bazowych parametrów paneli fotowoltaicznych przeprowadza się testy w ściśle określonych warunkach – temperatura panelu fotowoltaicznego 25°C oraz natężenie promieniowania słonecznego w wysokości 1000 W/m kwadratowy. To właśnie z takich badań otrzymujemy parametry bazowe i całą dokumentację techniczną produktu.
Warto zwrócić uwagę przede wszystkim na:
- Moc w MPP (Maximum Power Point), czyli wynik pomiaru mocy panelu we wspomnianym badaniu laboratoryjnym.
Dodatkowo należy zwrócić uwagę na tolerancję mocy panelu fotowoltaicznego, czyli wartość o jaką może różnić się pomiar mocy w wynikach laboratoryjnych. Jeśli jest dodatni, to znaczy, że panel ma możliwość osiągnąć wyższą moc niż ta podana przez producenta. Z kolei wartość tolerancji na minusie prawdopodobnie świadczy o tym, że producent zawyża wartości mocy dla panelu. - Moc w NOCT (Normal Operating Cell Temperature), czyli wynik pomiaru mocy w warunkach zbliżonych do tych panujących zwykle na dachu (natężenie promieniowania słonecznego 800 W/m kwadratowy, temperatura panelu 45°C oraz wiatr o prędkości 1 m/s).
Im bardziej zbliżona jest wartość mocy w NOCT do mocy w MPP, tym lepiej, bo to oznacza wysoką wydajność panelu w różnych warunkach atmosferycznych. - Sprawność panelu określa jaka część energii słonecznej padającej na 1 metr kwadratowy ogniwa zostanie przetworzona na energię elektryczną.
Wybierając pomiędzy panelami o różnej sprawności i powierzchni warto wziąć do ręki kalkulator i przeliczyć, co nam się bardziej opłaca. Dobrej jakości panele mają wysoką sprawność i można ich użyć mniej do stworzenia instalacji o takiej samej wydajności w porównaniu do paneli z mniejszą sprawnością. - Temperaturowy współczynnik mocy informuje o tym, jak zmniejsza się wydajność panelu wraz ze wzrostem jego temperatury.
Brane pod uwagę dane odnoszą się do procentowego spadku mocy na każdy wzrost o 1°C w porównaniu do laboratoryjnych 25°C. W tym przypadku mniej znaczy lepiej, więc warto szukać paneli z tą wartością zbliżoną do zera. - Temperatura modułu w warunkach NOCT określa, do jakiej wysokości może rozgrzać się panel pracując w warunkach zbliżonych do tych na dachu.
Pomiary mocy w NOCT są wykonywane na panelu o temperaturze 45°C – to wartość graniczna, której lepiej nie przekraczać. Warto szukać paneli o temperaturze modułu w warunkach NOCT niższej lub równej 45°C. - Liniowa gwarancja mocy, czyli wskaźnik tego, jak wydajność paneli może spadać wraz z ich starzeniem.
To normalne, że panele wraz z upływem lat tracą na wydajności. Początkowo może to być nawet 2-3% rocznie, ale później spada do wartości 0,5-0,6% każdego roku. Producenci dają gwarancję na minimalną efektywność panelu po upływie konkretnego czasu – na przykład 80% po 25 latach. Powyższe dane należą do standardowych, więc można je uznać jako bazowe. Jeśli producent będzie przewidywał większe spadki mocy, to należy zastanowić się nad wyborem innych paneli.
Teraz, gdy wiesz, jak zbudowane są panele fotowoltaiczne możesz bez obaw wybierać i montować instalację u siebie. W innych wpisach dowiesz się między innymi, jak działa fotowoltaika i z czego składa się instalacja fotowoltaiczna.