Panele fotowoltaiczne, coraz częściej montowane na dachach budynków, elewacjach oraz na gruncie, wykorzystują energię z promieniowania słonecznego do produkcji energii elektrycznej, która następnie może być wykorzystana do zasilania urządzeń elektrycznych w gospodarstwach domowych, rolnych czy firmach. Instalacja fotowoltaiczna składa się z kilku ważnych elementów, z których głównym są panele fotowoltaiczne. Te panele odpowiadają za pozyskiwanie energii słonecznej i przekształcanie jej w energię elektryczną. Zbudowane są one z komórek fotowoltaicznych, które są zazwyczaj wykonane z krzemu i umieszczone w szczelnie zamkniętych, odpornych na warunki atmosferyczne obudowach. Panele te są kluczowym składnikiem systemów fotowoltaicznych, umożliwiając efektywne przetwarzanie energii słonecznej na energię elektryczną.
Panele fotowoltaiczne – podstawowe informacje
Na wstępie warto zaznaczyć, że budowa panela fotowoltaicznego dzieli się na kilka poziomów. Przed przejściem do szczegółów, należy wyjaśnić niektóre kwestie związane z terminologią. Terminy takie jak ogniwo fotowoltaiczne, moduł fotowoltaiczny i panel fotowoltaiczny często są używane zamiennie. Jednakże, według Florida Solar Energy Center, afiliowanego z Uniwersytetem Centralnej Florydy, te określenia dotyczą różnych poziomów konstrukcji paneli PV.
Ogniwo fotowoltaiczne stanowi najmniejszą jednostkę składową, w której zachodzi zjawisko fotowoltaiczne umożliwiające zamianę promieni słonecznych na energię elektryczną. Moduł fotowoltaiczny to zestaw funkcjonalnie połączonych ogniw, które mogą być połączone szeregowo, równolegle lub w sposób hybrydowy. Z kolei panele fotowoltaiczne składają się z modułów zmontowanych i spiętych przewodami.
W praktyce, zarówno w Polsce, jak i na świecie, granice znaczeniowe pomiędzy tymi terminami często się zacierają, co jest szczególnie widoczne w przypadku modułów i paneli fotowoltaicznych, gdzie obecnie te dwa pojęcia są stosowane zamiennie. W niniejszym artykule terminy „moduły fotowoltaiczne” i „panele fotowoltaiczne” będą używane jako synonimy, aby ułatwić zrozumienie treści przez czytelników.
Jak zbudowane są panele fotowoltaiczne?
Moduły fotowoltaiczne to zróżnicowana kategoria podzespołów fotowoltaicznych, a w tym artykule skupiono się na krzemowych modułach PV, które są zbudowane z połączonych ze sobą ogniw fotowoltaicznych.
Konstrukcja pojedynczego panelu fotowoltaicznego zawiera kilka warstw. Na wierzchu umieszczona jest hartowana szyba, zazwyczaj o grubości około 3,2 mm, która chroni moduł przed czynnikami zewnętrznymi, takimi jak grad czy deszcz. Szyba często jest pokrywana specjalnymi powłokami, w tym antyrefleksyjną, która zwiększa produkcję energii przez minimalizowanie odbicia promieni słonecznych oraz powłoką ułatwiającą samoczyszczenie.
Pod szybą znajduje się pierwsza warstwa enkapsulantu, wykonana zwykle z folii EVA (etylenowy polioctan winylu), która chroni wnętrze modułu, w tym połączenia elektryczne przed brudem i wilgocią. Laminacja folią EVA zwiększa także wytrzymałość modułu. Kolejną warstwą są połączone ze sobą ogniwa fotowoltaiczne, stanowiące kluczowy element modułu, odpowiedzialny za przemianę energii słonecznej w energię elektryczną. Grubość tej warstwy zależy od rodzaju ogniw i wynosi od około 0,3 mm do kilku lub kilkudziesięciu mikronów.
Kolejną warstwą jest druga warstwa enkapsulantu, tworząca wraz z pierwszą szczelną ochronę dla płytek krzemowych. Na spodzie modułu umieszczona jest folia elektroizolacyjna, pełniąca funkcję ochronną i często nadająca modułowi kolor. Na zewnątrz modułu zamontowana jest aluminiowa rama, która nadaje sztywność i wytrzymałość całej konstrukcji. Na tylnej części modułu znajduje się puszka przyłączeniowa z diodami obejściowymi oraz przewodami ze złączami do łączenia modułów w instalację.
Jaka jest zasada działania fotowoltaiki?
Fotowoltaika Sosnowiec można opisać jako urządzenie przekształcające promieniowanie słoneczne w energię elektryczną, czyli prąd stały, dzięki zjawisku fotowoltaicznemu.
Analizując ten proces, zauważyć można, że przemiana światła w prąd zachodzi dzięki obecności półprzewodnika w ogniwie fotowoltaicznym, którym najczęściej jest krzem. Elektrony krzemu reagują na strumień światła słonecznego, a dokładniej – na strumień fotonów, co powoduje ich ruch. Elektrony przemieszczają się między elektrodami umieszczonymi w ogniwie, generując różnicę potencjałów, czyli napięcie elektryczne.
Otrzymany w ten sposób prąd to prąd stały (DC), który nie jest odpowiedni do zasilania większości urządzeń. Dlatego konieczne jest jego przekształcenie na prąd przemienny (AC), co odbywa się za pomocą urządzenia zwanego falownikiem. To urządzenie jest kluczowym elementem w efektywnym wykorzystaniu energii wyprodukowanej przez panele fotowoltaiczne.
