Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak produkuje się panele fotowoltaiczne? Te niewiarygodne urządzenia, które przetwarzają energię słoneczną w prąd elektryczny, są coraz bardziej popularne na całym świecie. Dlaczego? Ponieważ są ekologiczne, odnawialne i przynoszą oszczędności w dłuższej perspektywie. W tym artykule przyjrzymy się procesowi produkcji paneli fotowoltaicznych, ich typom oraz zaletom i wadom. Zapraszam do lektury!
Spis treści:
- Jak powstają panele fotowoltaiczne?
- Jak zbudowane są panele fotowoltaiczne?
- Jak powstaje energia elektryczna w panelach słonecznych?
Jak powstają panele fotowoltaiczne?
Produkcja modułów PV składa się z kilku kluczowych etapów, które postaram się Wam przybliżyć. Zacznijmy od pierwszego kroku.
- Wytwarzanie krzemowego substratu: Większość paneli słonecznych jest oparta na krzemie. Pierwiastek ten jest półprzewodnikowym materiałem o szerokim zastosowaniu. Otrzymuje się go z piasku kwarcowego, który jest poddawany procesom rafinacji, czyszczenia i wytapiania. Następnie krzem jest kształtowany w wielkie monokrystaliczne lub polikrystaliczne bloki (tzw. lingoty).
- Cięcie na wafle krzemowe: Lingoty (półprzewodniki) są cięte na cienkie płaty zwane waflami krzemowymi za pomocą specjalnych pił diamentowych. Wafle te mają grubość od 150 do 200 mikrometrów i stanowią podstawę dla ogniw fotowoltaicznych.
- Czyszczenie i obróbka wafli: Wafle są czyszczone, aby usunąć zanieczyszczenia powstałe podczas cięcia. Następnie wafle są poddawane procesowi domieszkowania, czyli dodawania domieszek (na ogół boru i fosforu) w celu stworzenia warstw typu p (dodatnie) i n (ujemne) w strukturze krzemu.
- Tworzenie ogniw fotowoltaicznych: Na wafel nanoszone są cienkowarstwowe elektrody z metalu, tworząc w ten sposób ogniwo. Aby zwiększyć ich wydajność, powierzchnia wafli jest często teksturyzowana. Taka budowa ogniwa fotowoltaicznego umożliwia zwiększenie absorbcji światła.
- Łączenie ogniw w moduły: Następnym krokiem w produkcji to łączenie ich szeregowo i równolegle, tworząc moduły słoneczne. Łączenie te pozwala na zwiększenie napięcia i mocy wyjściowej modułu.
- Montaż i laminacja modułów: Są one laminowane za pomocą warstw EVA (etylenu winylu acetatu) i szkła hartowanego. Laminacja zapewnia ochronę przed wilgocią, zanieczyszczeniami i wpływami atmosferycznymi, przedłużając żywotność modułu.
- Ramowanie i testowanie: Na koniec moduły fotowoltaiczne są montowane w aluminiowej ramie, która zapewnia dodatkowe wsparcie strukturalne i ułatwia montaż paneli na dachu czy innym miejscu. Przed wydaniem na rynek panele są poddawane testom jakościowym, (zdjęcie elektroluminescencyjne) aby sprawdzić ich wydajność, trwałość oraz odporność na różne warunki atmosferyczne.
- Pakowanie i wysyłka: Po zakończeniu procesu produkcji i testowania panele PV, są pakowane i wysyłane do dystrybutorów oraz klientów na całym świecie.
Warto zauważyć, że w ostatnich latach opracowywane są także alternatywne technologie produkcji paneli słonecznych, takie jak cienkowarstwowe moduły słoneczne oparte na innych materiałach, np. na telurku kadmu (CdTe) czy na siarczku miedzi-indu-galenu-selenku (CIGS). Panele cienkowarstwowe mogą być lżejsze i tańsze w produkcji, ale zazwyczaj mają niższą sprawność energetyczną w porównaniu z panelami opartymi na krzemie.
Jak zbudowane są panele fotowoltaiczne?
Panele słoneczne składają się z ogniw fotowoltaicznych, które przekształcają promienie słoneczne w energię elektryczną. Materiały używane do ich produkcji zależą od rodzaju paneli. Oto trzy główne typy paneli słonecznych oraz materiały, z których są wykonane:
- Panele Monokrystaliczne – są wykonane z jednorodnego krzemu krystalicznego. Krzem monokrystaliczny jest bardzo czystym materiałem, co przekłada się na wysoką wydajność tych paneli. Charakteryzują się czarną barwą oraz prostokątnym kształtem wafli.
- Polikrystaliczne – są produkowane z wielu drobnych kryształów krzemu, które są połączone ze sobą. Panel polikrystaliczny ma nieco niższą jakość w porównaniu do monokrystalicznego, co skutkuje niższą wydajnością paneli. Panele te mają niebieskawą barwę i nieco mniej regularne kształty.
- Cienkowarstwowe – są wykonane z innych materiałów, takich jak tellurek kadmu (CdTe), diselenek miedzi i galu (CIGS) czy amorficzny krzem (a-Si). W porównaniu do krzemowych, mają niższą wydajność, ale zaletą jest ich niższa cena oraz możliwość zastosowania na nietypowych powierzchniach.
Panele słoneczne składają się również z innych elementów, takich jak:
- Rama, która zwykle jest wykonana z aluminium, służy do zabezpieczenia i utrzymania ogniw na miejscu. Zazwyczaj ma ona grubość od 30 do 40 milimetrów. Przeważnie występuje w standardowym kolorze srebrnym lub czarnym.
- Szkło hartowane lub tworzywo sztuczne, które pokrywa moduł i chroni je przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz wpływem warunków atmosferycznych. Przeważnie ma grubość od 2 do 3,2 milimetra. Szkło solarne powinna mieć odpowiednią przejrzystość.
- Warstwa izolacji i powłoki na tylnej stronie modułu – tj. warstwa folii eva. Występują również moduły szło-szkło (glass-glass). Zamiast foli eva, używa się również szyby hartowanej.
- Elementy elektryczne tj. przewody i złącza służące (puszka przyłączeniowa wraz z MC4) do przesyłania wytworzonego prądu do inwertera i dalszych elementów instalacji fotowoltaicznej.
Realizujemy instalacje:
Jak powstaje energia elektryczna w panelach słonecznych?
Prąd w panelach fotowoltaicznych powstaje dzięki zjawisku znanemu jako efekt fotowoltaiczny. Efekt ten polega na przekształcaniu energii słonecznej (fotonów) w prąd elektryczny za pomocą materiałów półprzewodnikowych. Oto ogólny opis procesu powstawania prądu z fotowoltaiki:
- Absorpcja fotonów – Gdy światło słoneczne pada na powierzchnię panelu fotowoltaicznego, fotony zawarte w promieniowaniu słonecznym są pochłaniane przez materiał półprzewodnikowy (na przykład krzem) w płytkach fotowoltaicznych.
- Tworzenie pary elektron-dziura – Absorpcja fotonów powoduje, że elektrony w materiale półprzewodnikowym zyskują energię i zostają wybite z wiązań atomowych. W wyniku tego procesu powstaje para elektron-dziura, gdzie elektron to naładowana negatywnie cząstka, a dziura to pozycja, z której został wybity elektron, naładowana dodatnio.
- Podział par elektron-dziura – W ogniwach słonecznych istnieje zbudowane pole elektryczne, które powstaje przez połączenie dwóch warstw półprzewodnikowych o różnym typie przewodnictwa (typu n i typu p). Pole to powoduje, że wybite elektrony są przyciągane do warstwy typu n, a dziury do warstwy typu p.
- Przepływ prądu elektrycznego – W wyniku podziału par elektron-dziura, zachodzi zjawisko powstania różnic potencjałów między warstwami półprzewodnikowymi. Gdy płytki krzemowe są podłączone do obwodu elektrycznego, elektrony zaczynają przemieszczać się w obwodzie, przez co są zdolne, by wyprodukować prąd elektryczny. Dziury zamykają obwód, przemieszczając się w przeciwnym kierunku.
- Przetwarzanie prądu – Prąd generowany przez panele fotowoltaiczne jest prądem stałym (DC). Aby można było wykorzystać energię odnawialną w domowych urządzeniach lub przesłać do sieci energetycznej, konieczne jest przekształcenie go na prąd zmienny (AC) za pomocą urządzenia zwanego inwerterem.
FAQ – Często zadawane pytania dotyczące tego, jak produkuje się panele słoneczne?
Główną różnicą między panelami monokrystalicznymi a polikrystalicznymi jest struktura krystaliczna krzemu użytego do produkcji. Panele monokrystaliczne są wykonane z jednolitej struktury krystalicznej, co pozwala na większą sprawność energetyczną. Panele polikrystaliczne, z kolei, składają się z wielu ziaren krzemowych o różnych orientacjach krystalicznych, co sprawia, że są mniej wydajne, ale tańsze w produkcji. Wybór między nimi zależy od budżetu i wymagań energetycznych projektu.
Produkcja paneli fotowoltaicznych, podobnie jak inne technologie, ma pewien wpływ na środowisko. Należy jednak zauważyć, że wpływ ten jest znacznie mniejszy w porównaniu z konwencjonalnymi źródłami energii, takimi jak paliwa kopalne.
Tak, istnieje kilka alternatywnych technologii ogniw słonecznych.
Zobacz również:
- Instalacja fotowoltaiczna – słów kilkaMontaż instalacji fotowoltaicznych to coraz bardziej popularna forma radzenia sobie z wciąż rosnącymi rachunkami za energię elektryczną. Wzrastające ceny prądu to problem, który dotyczy już […] Jak produkuje się panele fotowoltaiczne?
- Fotowoltaika jak zacząć?Fotowoltaika to coraz bardziej popularny w Polsce trend. Rosnące wciąż ceny energii elektrycznej sprawiają, że chętniej niż kiedyś, kierujemy się ku odnawialnym źródłom energii. Jaki […] Jak produkuje się panele fotowoltaiczne?
- Fotowoltaika – opłacalnośćInstalacja fotowoltaiczna na Śląsku, w Małopolsce czy też w innym regionie Polski jest inwestycją, którą warto poznać od przysłowiowej podszewki. Decyzja o zakupie fotowoltaiki bardzo […] Jak produkuje się panele fotowoltaiczne?
- Fotowoltaika – Mój PrądZastanawiasz się nad zakupem instalacji fotowoltaicznej w województwie śląskim, opolski, małopolskim, świętokrzyskim, podkarpackim lub w innym regionie? Poszukujesz atrakcyjnych form dofinansowania? Zapoznaj się z poniższym […] Jak produkuje się panele fotowoltaiczne?
- Rodzaje modułów fotowoltaicznych w PolscePanele fotowoltaiczne są produktem, którego tworzenie oparte jest na różnych procesach technologicznych. W ciągu kilkunastu lat proces produkcji zmieniał się, dzięki czemu poszczególne panele osiągały […] Jak produkuje się panele fotowoltaiczne?
- Panele fotowoltaiczne bifacial – Co to jest? - 10 maja 2023
- Jak produkuje się panele fotowoltaiczne? - 16 kwietnia 2023
- Pompy ciepła – 6 rzeczy, które musisz wiedzieć - 11 kwietnia 2023