Budowa modułu fotowoltaicznego

Sercem każdego modułu fotowoltaicznego są płytki krzemowe, połączone ze sobą szeregowo dając moc całkowitą równą sumie mocy pojedynczych ogniw krzemowych (pomniejszona o straty procesu technologicznego oraz straty materiałowe). Tym samym moc modułu fotowoltaicznego uzależniona jest od ilości wbudowanych w niego płytek krzemowych oraz od powierzchni czynnej modułu.

Płytki krzemowe znajdują się między dwoma foliami EVA, które po zalaminowaniu tworzą próżnię i tym samym gwarantują długowieczną pracę.
To właśnie dzięki próżni panującej między płytkami moduły fotowoltaiczne są w stanie pracować bezawaryjnie nawet przez 30 lat (każdego roku tracą przy tym około 0,5% swojej pierwotnej mocy, przyczym największy spadek mocy notowoany jest w pierwszym roku – ok. 2-3 %).

Elementem ochronnym modułu jest szyba hartowana o grubości 3,2 lub 4,0 mm (lub 2 mm zamiast folii backsheet).
Na powierzchni szyba posiada zwykle strukturę skupiającą promienie słoneczne (mat lub pryzma), gwarantującą minimalizację odbicia promieni słonecznych padających na moduł i tym samym strat energii.

Budowa modułu fotowoltaicznego

Zwykle moduły fotowoltaiczne krystaliczne zabudowane są w ramy aluminiowe usztywniające całą konstrukcję modułu i dodatkowo umożliwiające mocowanie modułów do konstrukcji wsporczej (na dachu budynku lub na otwartym terenie).
W przypadku modułów amorficznych nie występuje rama aluminiowa i tym samym zmienia się również system mocowania modułu (specjalne uchwyty).

Szczelność modułu fotowoltaicznego z jednej strony gwarantuje szyba, a z drugiej strony folia backheet lub druga szyba (w wykonaniu modułów bezramowych).

Moduły bezramowe mogą posiadać zwiększoną odporność na pożar co umożliwia zastosowanie ich jako części fasad budynków (biurowych, mieszkalnych) – BIPV (Buiding Integrated PV).

Budowa modułu fotowoltaicznego

Wyprowadzenie energii elektrycznej odbywa się za pomocą puszki przyłączeniowej, która zwykle znajduje się na tylnej ścianie modułu fotowotlaicznego. Istotnym elementem elektronicznym zabudowanym w puszce przyłączeniowej są diody bypasowe odpowiedzialne za wyłączanie części modułu w przypadku jego częściowego zacienienia.
analizując zakup modułu fotowoltaicznego warto zwrócić uwagę na to, aby moduł posiadał 6 diód bypasowych (zwiększa pewność pracy modułu) oraz aby nie były lutowane (utrudnia wymianę w przypadku ich awarii).

Ważnym elementem jest również etykieta modułu, która pozwala na jego identyfikację (w tym na przykład ustalenie pochodzenia zastosowanych materiałów, czy zastosowane parametry procesu produkcyjnego). Jest ona przydatna w sytuacji występowania problemów z modułami fotowoltaicznym podczas ich pracy (awarie, problemy jakościowe) – możliwość ograniczenia ich skutków.

Budowa modułu fotowoltaicznego

Oświetlenie energooszczędne.

Wraz z opracowaniem technologii wytwarzania lasera niebieskiego otworzyły się możliwości produkcji diód krzemowych GaN święcących w kolorze niebieskim (diody święcące w kolorze czerwonym i zielonym znane były już od dłuższego czasu). Technologia produkcji diód LED świecących w kolorze białym (złożenie RGB, czyli Red-Green-Blue) jest stosunkowo nowa, gdyż jej początki sięgają ostatnich lat ubiegłego wieku i dały początki rozwoju oświetlenia bazującego na diodach LED.

Oświetlenie energooszczędne.

Tradycyjne żarówki z włóknem wolframowym większość energii elektrycznej przetwarzają na ciepło – tylko niewielka część energii elektrycznej wytwarza światło. Dlatego moc typowej żarówki wolframowej wynosi od 60 W w górę (można oczywiście spotkać żarówki o niższej mocy, ale uzyskiwany z nich efekt świetlny jest mizerny). Alternatywą dla żarówek z włóknem wolframowym mogą być kompaktowe świetlówki fluoroscencyjne (CFL), w których przepływający prąd elektryczny pobudza cząsteczki gazu do emisji światła. Przykładowo świetlówka fluoroscencyjna o mocy elektrycznej 14 W (moc elektryczna) może zastąpić 75-cio watową żarówkę wolframową (uzyskujemy ponad 4-krotną oszczędność zużycia energii elektrycznej).

Zwykłe żarówki wolframowe znaczną część energii elektrycznej przekształcają w energię cieplną, a tylko ułamek energii do wytworzenia światła.

Jeszcze większe oszczędności może przynieść zastosowanie źródeł światła opartych na technice LED. Żarówkę wolframową o mocy 75 W może zastąpić jej odpowiednik LED zużywający ok. 4 W (moc elektryczna) i jednocześnie dający porównywalny efekt świetlny.

Zakładając, że codziennie korzystamy z oświetlenia przez co najmniej 3 godziny to w ciągu roku – przechodząc z żarówek wolframowych na ledowe – jesteśmy w stanie zaoszczędzić około 78 kWh (przy obecnej cenie energii elektrycznej otrzymamy oszczędność wynoszącą 78 kWh x 0,6 PLN/kWh = 46,8 PLN).

Jedynym problemem w stosowaniu źródeł oświetlenia energooszczędnego może być cena, która jest kilkakrotnie wyższa od ceny zakupu tradycyjnej żarówki wolframowej. Jednakże nierzadko już po 6-12 miesiącach możliwe jest uzyskanie zwrotu poniesionych nakładów w formie niższych rachunków za energię elektryczną – potem to już jest nasz zysk. Warto również wspomnieć o korzyściach dla środowiska naturalnego (niższe zużycie energii elektrycznej to jednocześnie niższa emisja gazów i pyłów do środowiska).

Oświetlenie energooszczędne.

Solarne ładowarki akumulatorków

Ładowanie akumulatorków NiMH może się odbywać za pomocą ładowarek solarnych. Ładowanie akumulatorków bezpośrednio z sieci energetycznej można zrealizować w ciągu 2-3 godzin, jednakże przy ładowaniu energią słoneczna trzeba poczekać na ich pełne naładowanie znacznie dłużej (nawet do 20 godzin). W tym drugim przypadku jesteśmy jednak niezależni od miejsca i ładowanie może się odbywać nawet w czasie wakacji spędzanych pod namiotem, bez dostępu do sieci energetycznej.

Solarne ładowarki akumulatorków

Solarne lampki ogrodowe

Solarne lampki ogrodowe w porze nocnej rozświecają nasz ogród dzięki skumulowaniu energii elektrycznej podczas słonecznego dnia.

Solarne lampki ogrodowe

Każda lampka wyposażona jest obok ogniwa fotowoltaicznego również w baterię akumulatorków oraz czujnik zmierzchu. Ogniwo fotowoltaiczne pracuje wyłącznie w godzinach dziennych, dlatego dzięki zastosowaniu baterii akumulatorków możliwe jest oddawanie energii elektrycznej w porze nocnej.

Światło wytwarzane jest a pomocą diody LED, która zasilana jest napięciem stałym 1,2 V (bezpośrednio z akumulatorka). Zastosowanie diody LED jest jednym z warunków długookresowej pracy lampki solarnej (diodę LED cechuje niskie zużycie energii elektrycznej).

Solarne lampki ogrodowe

Solarne kalkulatory elektroniczne

Pierwsze solarne kalkulatory elektroniczne zasilane energią słoneczną pojawiły się na polskim rynku ponad 20 lat temu. Obecnie mało kto zwraca uwagę na fakt, że posiadają one obok zwykłej baterii/akumulatorka również drugie zasilanie wykonane za pomocą ogniwa fotowoltaicznego.

Ogniwa fotowoltaiczne w kalkulatorach solarnych najczęściej wykonane są w technologii amorficznej.

Kalkulator solarny

Kalkulator solarny leżąc na biurku jest w stanie praktycznie cały czas ładować umieszczony w nim akumulatorek, jeśli tylko dociera do niego promieniowanie słoneczne. Dzięki takiemu rozwiązaniu kalkulator solarny jest w stanie pracować kilka lat bez konieczności wymiany baterii.

Kalkulator solarny

Solarne latarki przenośne

Solarne latarki przenośne mogą być wyposażone w akumulatorki i ogniwa fotowoltaiczne, co sprawia, że działają niemalże jak “perpetuum mobile”. Dzięki zastosowaniu ogniwa fotowoltaicznego są one ciągle podładowywane i tym samym działają bez konieczności wymiany baterii. Oczywiście akumulatorki również się zużyją, jednakże w przypadku częstego korzystania z latarki, ich okres użytkowania znacząco się wydłuża (w stosunku do tradycyjnych baterii). Jako źródło światła najczęściej stosuje się oświetlenie diodowe, które cechuje stosunkowo niewielki pobór energii.

Solarne latarki przenośne

Solarne ładowarki telefonów komórkowych

Solarne ładowarki telefonów komórkowych umożliwiają wykorzystanie energii słonecznej do ładowania baterii telefonów komórkowych. Dzięki zastosowaniu specjalnego systemu złączek oraz przetwornika napięcia, możliwe jest ładowanie baterii telefonu za pośrednictwem ogniwa fotowoltaicznego.

Solarne ładowarki telefonów komórkowych

Złączki w które wyposażona jest ładowarka telefonu komórkowego umożliwiają podłączenie telefonów komórkowych różnych marek (warto się upewnić, że w zestawie występują złączki do naszego telefonu komórkowego).

Ładowarka wyposażona jest w przetwornik napięcia, który jest niezbędny do podniesienia napięcia do poziomu ok. 5,5 V – typowej wartości ładowania większości telefonów komórkowych.

Solarne ładowarki telefonów komórkowych

Elektrownia słoneczna

Energia słoneczna może zostać wykorzystana zarówno do produkcji energii elektrycznej (przetwarzania energii słonecznej na elektryczną), jak i do ogrzewania wody (przetwarzania energii słonecznej na cieplną).

Planując budowę domu mieszkalnego lub innego obiektu budowlanego warto wziąć pod uwagę fakt jego rozmieszczenia wobec słońca (jeśli tylko oczywiście mamy w planach wykorzystanie w przyszłości energii słonecznej).

Najlepsze warunki do wytwarzania energii elektrycznej oraz do ogrzewania wody występują od strony południowej i o ile do zabudowy instalacji kolektorów grzewczych nie musimy posiadać zbyt dużej powierzchni (5- 10 m2), to już fotowoltaika wymaga zdecydowanie większej wolnej powierzchni dachu – najlepiej od strony południowej, chociaż możliwe jest również wykorzystanie strony zachodniej i wschodniej.

Elektrownia słoneczna

W przypadku budowy instalacji dachowych najczęściej wykorzystuje się naturalne nachylenie dachu (dachy skośne), natomiast w przypadku dachów płaskich wykonuje się specjalne konstrukcje wsporcze (optymalizując kąt nachylenia instalacji fotowoltaicznej w stosunku do padających na nie promieni słonecznych).

Elektrownia słoneczna

W przypadku budowy instalacji wolnostojących (na terenie płaskim), głównym kryterium podczas planowania instalacji fotowoltaicznej jest zagwarantowanie odbioru wytworzonej energii elektrycznej. Oczywiście w przypadku terenu otwartego ograniczenia powierzchni mają mniejsze znaczenie, natomiast wiodącą rolę stanowią ograniczenia techniczne (warunki przyłączenia i odbioru energii elektrycznej). Szczegółowe wymagania w tym zakresie można otrzymać od operatora systemu energetycznego zapisane w postaci warunków przyłączenia instalacji fotowoltaicznej do sieci elektroenergetycznej. Warunki te mogą zawierać wymagania w zakresie dopasowania infrastruktury do wymagań odbioru energii elektrycznej w ilości zadeklarowanej przez operatora instalacji fotowoltaicznej. W przypadku instalacji o mocy powyżej 1 MWp może wystąpić konieczność przeprowadzenia bilansowania elektrowni fotowoltaicznej z systemem energetycznym.

Elektrownia słoneczna

Jaki typ modułu fotowoltaicznego wybrać?

Jaki rodzaj modułu fotowoltaicznego wybrać?

Wiele zależy od tego, jaką dysponujemy powierzchnią, jaka jest jej obciążalność mechaniczna oraz jakimi dysponujemy środkami finansowymi (są to główne kryteria wyboru, które rozważa się na pierwszym miejscu podczas planowania budowy instalacji fotowoltaicznej).

Technologia produkcji modułów fotowoltaicznych ma wpływ na osiągane moce z jednostki powierzchni.

Największą moc z jednostki powierzchni uzyskujemy z modułów monokrystalicznych i w takim przypadku aby osiągnąć wydajność 1 kWp musimy zabudować ok. 5-7 m2 (wydajność rzędu 14-19 %). W przypadku zastosowania modułów polikrystalicznych aby osiągnąć podobną moc musimy pokryć 6-8m2 (wydajność 12-15 %). Jeżeli natomiast zastosujemy moduły amorficzne, wtedy do osiągnięcia 1 kWp będziemy potrzebowali pokryć powierzchnię czynną rzędu 9-11 m2 (wydajność 9-11 %).

Moduł fotowoltaiczny

Tak więc jeśli chcemy zbudować elektrownię i mamy ograniczenia co do powierzchni, wtedy najlepiej zastosować moduły monokrystaliczne, przy czym ich cena z trzech typów jest najwyższa. Jeżeli natomiast nie mamy ograniczeń powierzchniowych to wtedy możemy wybierać między modułami polikrystalicznymi lub amorficznymi.

O ile moduły amorficzne należą do najtańszych (najniższe koszty wykonania z uwagi na stosunkowo niski wkład energetyczny), to cechują się mniejszą stabilnością pracy (w szczególności wraz z upływem czasu od ich montażu).

Z drugiej strony moduły amorficzne nie są tak bardzo czułe na zacienienie, dlatego w sytuacji występowania okresowych problemów z zacienieniem słońca w miejscu przewidzianym do budowy instalacji fotowoltaicznej technologia ta jest warta rozważenia.

Ponadto z uwagi na wykonanie modułów amorficznych (najczęściej jako bezramowe), posiadają one najniższy ciężar (może mieć znaczenie przy ograniczeniach obciążalności dachu).

Rodzaj modułu fotowoltaicznego który chcemy wykorzystać do budowy instalacji fotowoltaicznej zależy od wielu czynników i warto rozważyć wszystkie z nich, aby w efekcie uzyskać jak najlepsze osiągi instalacji fotowoltaicznej przy jak najniższych kosztach.

Moduł fotowoltaiczny

Płytka krzemowa

Płytki krzemowe mogą być wykonane z monokryształu, polikryształu Si lub w wersji amorficznej.
W każdym z tych przypadków praktyczna wydajność osiąga wartość rzędu 10-20 % (najniższa wartość odpowiada płytkom amorficznym, a najwyższa monokrystalicznym). Oznacza to, że jeżeli w stadardowych warunkach testowych na płytkę pada promieniowanie słoneczne o natężeniu 1.000 W/m2, to przy powierzchni płytki wynoszącej 0,156×0,156 = 0,02434 m2 pada na nią energia o mocy 24,34 W.

Przy średniej sprawności wynoszącej 17,0 % pojedyncza płytka krzemowa będzie wytwarzała moc ok. 4,13 W.
Płytka krzemowa

Płytki krzemowe polikrystaliczne posiadają kształt kwadratu z lekko zaokrąglonymi rogami, natomiast płytki monokrystaliczne wyglądają tak jakby posiadały ścięte narożniki. Związane jest to z faktem, że płytki monokrystaliczne cięte są walca – w takiej postaci rośnie monokryształ krzemu (płytki polikrystaliczne cięte są z bloków krzemowych, dzięki czemu możliwe jest osiągnięcie prawie regularnego kształtu kwadratu).

Technologia otrzymywania monokryształów została opracowana przez polskiego uczonego Jana Czochralskiego.

Ważnym parametrem płytki krzemowej jest liczba busbarów (głównych szyn prądowych umieszczonych na płytce). To właśnie te busbary odprowadzają cały prąd elektryczny z płytki i wraz ze wzrostem ich liczby maleje wartość natężenia prądu elektrycznego (przez płytkę płynie ok. 8 A, przy czym przez pojedynczy busbar płynie odpowiednio 4 A w przypadku 2 busbarów lub 2,86 A dla 3 busbarów). Dzięki lepszemu rozprowadzeniu prądów na płytce krzemowej możliwe jest również obniżenie temperatury ich pracy (wraz ze wzrostem natężenia prądu wzrasta temperatura płytki krzemowej).

Płytka krzemowa

Prosun : Energia prosto ze słońca.