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?

Produkcja modułów PV składa się z kilku kluczowych etapów, które postaram się Wam przybliżyć. Zacznijmy od pierwszego kroku.

  1. 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).
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.

Film przedstawiający proces produkcji paneli fotowoltaicznych w fabryce Bruk-Bet Fotowoltaika.

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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?

    Jakie są różnice między panelami monokrystalicznymi a polikrystalicznymi?

    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.

    Czy produkcja paneli fotowoltaicznych jest przyjazna dla środowiska?

    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.

    Czy istnieją inne technologie ogniw słonecznych poza krzemowymi?

    Tak, istnieje kilka alternatywnych technologii ogniw słonecznych.

    Zobacz również:

    Maciej Spałek
    Latest posts by Maciej Spałek (see all)