Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne, polikrystaliczne, cienkowarstwowe

Panele polikrystaliczne i monokrystaliczne to dwa główne typy modułów słonecznych, które są obecnie wykorzystywane w produkcji energii słonecznej na całym świecie. Oba te typy modułów mają swoje unikalne właściwości i zastosowania, a wybór między nimi zależy od wielu czynników, takich jak koszt, wydajność i konfiguracja instalacji.

Procesy wytwarzania paneli fotowoltaicznych

Proces produkcji polikrystalicznych paneli fotowoltaicznych rozpoczyna się od krystalizacji krzemu. Kilka bloków krzemu łączy się i tworzy dużą bryłę, która jest następnie topiona w temperaturze 1500 °C. Dzięki temu procesowi możliwe jest usunięcie zanieczyszczeń z krzemu. Po schłodzeniu, bryła jest cięta na cienkie plastry, które są przetwarzane w celu stworzenia ogniw fotowoltaicznych. Proces ten obejmuje czyszczenie, nakładanie specjalnej powłoki antyrefleksyjnej oraz umieszczenie przewodów elektrycznych. Ten proces jest stosunkowo łatwy i tani w porównaniu z produkcją modułów monokrystalicznych. Moduły polikrystaliczne mają nieco niższą wydajność od monokrystalicznych, co oznacza, że wymagają większej powierzchni, aby wyprodukować tą samą ilość energii.

Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne są produkowane metodą Czochralskiego. W procesie produkcji używa się wysokiej jakości polikryształów krzemu, które wrzuca się do tygla i topi w temperaturze 1500 °C. Następnie, do stopionego krzemu wprowadza się zarodek kryształu (pojedynczy blok krzemu), który będzie służył jako podstawa dla całego kryształu. W rezultacie powstaje duży, cylindryczny monokryształ krzemu, który jest następnie cięty na okrągłe plastry. Jednak układanie koło siebie okrągłych plastrów powoduje powstawanie dużych pustych przestrzeni, co nie jest korzystne z punktu widzenia wydajności modułu. Dlatego w celu optymalizacji przestrzeni, wycinane są z nich kształty zbliżone do kwadratu. Poszczególne ogniwa fotowoltaiczne układa się obok siebie, tworząc panel fotowoltaiczny gotowy do instalacji. Moduły te charakteryzują się wyższą wydajnością niż moduły polikrystaliczne, co oznacza, że ​​mniejsza powierzchnia jest wymagana do wyprodukowania tej samej ilości energii.

Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne czy polikrystaliczne?

Jednym z głównych czynników, które decydują o wyborze między panelami fotowoltaicznymi monokrystalicznymi a polikrystalicznymi jest koszt. Panele polikrystaliczne są zazwyczaj tańsze w produkcji i zwykle mają niższe koszty instalacji. Jednakże, ze względu na niższą wydajność, potrzebują większej powierzchni, co może zwiększyć koszt instalacji w przypadku ograniczonej przestrzeni. Panele monokrystaliczne są zazwyczaj droższe, ale ze względu na ich wyższą wydajność, mogą okazać się bardziej opłacalne w przypadku ograniczonej powierzchni instalacji.

Oprócz kosztów, inne czynniki, takie jak konfiguracja instalacji i warunki środowiskowe, również wpływają na wybór między modułami polikrystalicznymi, a monokrystalicznymi. Na przykład, panele polikrystaliczne są bardziej odporne na warunki atmosferyczne, tak jak chłodne temperatury lub niskie poziomy światła słonecznego, co czyni je bardziej odpowiednimi do stosowania w obszarach o mniej sprzyjających warunkach klimatycznych. Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne są bardziej skłonne do uszkodzeń w wyniku wstrząsów i wibracji, dlatego zwykle są one mniej polecane do zastosowań na ruchomych obiektach, takich jak kampery. W przypadku instalacji systemów fotowoltaicznych na dachach budynków, zazwyczaj wybierane są panele fotowoltaiczne monokrystaliczne z tego względu, że wyższa wydajność pozwala na większą produkcję energii przy ograniczonej powierzchni.

Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne vs. cienkowarstwowe

Wybór odpowiedniego typu paneli fotowoltaicznych jest kluczowy dla efektywności i ekonomiczności instalacji fotowoltaicznej. W tym rozdziale skupimy się na porównaniu dwóch popularnych technologii: paneli fotowoltaicznych monokrystalicznych oraz paneli cienkowarstwowych, analizując ich wydajność, koszty oraz zastosowania.

1. Charakterystyka paneli monokrystalicznych
   Panele monokrystaliczne, znane z ich charakterystycznego ciemnego koloru i zaokrąglonych krawędzi, są wykonane z pojedynczego, wysokiej czystości kryształu krzemu. Są one cenione za wysoką efektywność, nawet w warunkach ograniczonego nasłonecznienia, co wynika z ich zdolności do lepszego przetwarzania światła słonecznego.
2. Charakterystyka paneli cienkowarstwowych
   Panele cienkowarstwowe, zbudowane z cienkich warstw materiałów fotowoltaicznych (takich jak amorficzny krzem, tellurek kadmu czy CIS/CIGS) na podłożu szklanym, metalowym lub plastikowym, są znacznie lżejsze i bardziej elastyczne niż tradycyjne panele krzemowe. Ich elastyczność pozwala na instalację w miejscach, gdzie tradycyjne panele mogą być niepraktyczne, na przykład na powierzchniach o nieregularnych kształtach lub tam, gdzie obciążenie strukturalne jest ograniczone.
   Ze względu na ich mniejszą grubość i różnorodne opcje wykończenia, panele te mogą być łatwiej integrowane z architekturą budynków, co jest szczególnie ważne w przypadku instalacji miejskich i komercyjnych, gdzie wygląd odgrywa istotną rolę.
3. Porównanie wydajności
   Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne osiągają wydajność nawet do 22%, co czyni je jednymi z najbardziej efektywnych na rynku. Z drugiej strony, wydajność paneli cienkowarstwowych waha się zwykle w przedziale 10-13%. Ta różnica ma istotne znaczenie w kontekście efektywnego wykorzystania przestrzeni dachowej i uzyskiwanej mocy.
   Niemniej, panele cienkowarstwowe charakteryzują się lepszą wydajnością w słabym oświetleniu, na przykład w pochmurne dni lub w warunkach częściowego zacienienia. Ich zdolność do pracy w szerszym zakresie warunków oświetleniowych sprawia, że są one atrakcyjną opcją w regionach o mniej intensywnym nasłonecznieniu.
4. Trwałość i długość życia
   Panele monokrystaliczne są również znane ze swojej długowieczności, często z gwarancją wydajności przekraczającą 25 lat. Panele cienkowarstwowe, chociaż zazwyczaj mają krótszą żywotność, są bardziej elastyczne w zastosowaniu, szczególnie w nietypowych lub zmiennych warunkach środowiskowych.
5. Koszty i zastosowania
   Choć panele monokrystaliczne są droższe w zakupie, ich wyższa efektywność często przekłada się na lepszy zwrot z inwestycji w dłuższym okresie. Panele cienkowarstwowe są korzystniejsze kosztowo i mogą być preferowane w dużych instalacjach, gdzie przestrzeń nie jest ograniczona.
6. Wnioski
   Decyzja o wyborze między panelami monokrystalicznymi a cienkowarstwowymi powinna być podyktowana specyficznymi potrzebami projektu, dostępną przestrzenią, budżetem oraz oczekiwaniami co do wydajności i trwałości. Panele monokrystaliczne są idealne dla tych, którzy poszukują maksymalnej efektywności i długoterminowej wytrzymałości, podczas gdy panele cienkowarstwowe mogą być lepszym rozwiązaniem dla projektów o ograniczonych wymaganiach wydajnościowych i większej elastyczności montażowej.

Tabela 1. Panele fotowoltaiczne monokrystaliczne, polikrystaliczne i cienkowarstwowe – porównanie

Wpływ modułów fotowoltaicznych na środowisko

Ważnym aspektem w przypadku wyboru modułów słonecznych jest także ich wpływ na środowisko. Zarówno panele fotowoltaiczne monokrystaliczne, polikrystaliczne, jak i warstwowe produkowane są w procesach, które zużywają znaczne ilości energii i generują emisję gazów cieplarnianych. Proces produkcji obejmuje wydobycie i przetwarzanie krzemu oraz innych materiałów, co wymaga dużego nakładu energii i zasobów. Dodatkowo, transport gotowych paneli do miejsca instalacji również przyczynia się do śladu węglowego.

Jednakże, podczas użytkowania, energia wytwarzana z modułów słonecznych jest bezemisyjna. Oznacza to, że choć początkowy wpływ na środowisko jest znaczący, panele fotowoltaiczne kompensują swoje „ekologiczne długi” przez lata eksploatacji. W rzeczywistości, moduły słoneczne są w stanie wygenerować czystą energię przez okres od 25 do 30 lat, znacznie zmniejszając całkowity ślad węglowy systemu.

Istotnym czynnikiem jest także kwestia recyklingu paneli fotowoltaicznych po zakończeniu ich żywotności. W miarę rozwoju technologii recyklingu, możliwe staje się odzyskiwanie coraz większej ilości użytecznych materiałów, co dodatkowo minimalizuje wpływ fotowoltaiki na środowisko.

Podsumowanie

Podsumowując, panele  fotowoltaiczne monokrystaliczne, polikrystaliczne i cienkowarstwowe mają unikalne właściwości i zastosowania. Wybór między nimi zależy od wielu czynników, takich jak koszt, wydajność, konfiguracja instalacji i warunki środowiskowe. W zależności od potrzeb, można wybrać jeden z tych typów, lub też połączyć je w celu zoptymalizowania produkcji energii słonecznej. Bez względu na wybór, energia słoneczna jest jednym z najczystszych i najbardziej ekologicznych źródeł energii.

Poniżej krótki film w języku angielskim opisujący różnicę pomiędzy modułami monokrystalicznymi i polikrystalicznymi:

Źródła:

https://pl.wikipedia.org/wiki/Metoda_Czochralskiego

https://fotowoltaikaonline.pl/panele-monokrystaliczne-czy-polikrystaliczne

https://zielona.interia.pl/eko-niezbednik/fotowoltaika/news-fotowoltaika-z-czego-sa-zrobione-panele-sloneczne,nId,5437352

Jastrzębska: „Ogniwa słoneczne. Budowa, technologia i zastosowanie”