Moduły fotowoltaiczne – budowa, rodzaje generacje
Podstawę każdej instalacji fotowoltaicznej stanowią moduły. Są to płaskie płyty złożone z pojedynczych ogniw o budowie półprzewodnikowej, w których zachodzi proces wytwarzania prądu stałego z energii słonecznej. Moduły fotowoltaiczne są zabezpieczone przed działaniem czynników środowiskowych i mają określoną efektywność. Mogą być łączone w większe zespoły nazywane panelami fotowoltaicznymi.
Budowa modułów fotowoltaicznych
Fotowoltaika jest dziedziną, która bardzo szybko się rozwija. Dlatego stosowane obecnie elementy składowe instalacji są znacznie nowocześniejsze, trwalsze i bardziej efektywne od tych produkowanych przed kilkudziesięciu laty. Stąd też na rynku można obecnie spotkać moduły fotowoltaiczne trzech generacji.
Podstawowymi elementami składowymi modułu fotowoltaicznego są kolejno od góry:
- hartowana szyba,
- folia EVA,
- moduł fotowoltaiczny z szeregiem ogniw,
- folia PET,
- spód ramy i rama.
Uzupełnieniem tego zestawu jest puszka przyłączeniowa z okablowaniem. Z konstrukcji modułu wynika, że pozostaje on w szczelnej osłonie zarówno od strony wystawionej na działanie promieni słonecznych, jak i od spodu.
Moduły fotowoltaiczne I generacji
Moduły fotowoltaiczne I generacji – zaliczają się do najstarszych modeli krzemowych, wciąż jeszcze stosowanych ze względu na ich stosunkowo niskie ceny. Za różnicę potencjałów odpowiadają różne domieszki takie jak np. bor czy fosfor. Pierwszy przyczynia się do powstawania ładunków dodatnich w warstwie typu p, drugi – tworzy ujemną warstwę typu n.
Moduły I generacji mogą składać się z ogniw:
- monokrystalicznych,
- polikrystalicznych
- quasi-monokrystalicznych.
Każdy z typów ogniw ma postać wafla o grubości około 2 mm. Najwyższą sprawnością cechują się modele monokrystaliczne, wykonane z jednego monokryształu krzemu. Są to również ogniwa najdroższe.
Moduły fotowoltaiczne II i III generacji
Opisane wyżej moduły starszego typu są już powoli wypierane przez nowsze, lepsze komponenty. II generacja ogniw cechuje się tym, że krzem jest w nich zastępowany przez inne materiały takie jak mieszanina indu, galu i selenu (CIGS) czy tellurek kadmu (CdTe). Substancje te są nanoszone na ogniowo cienką warstwą, co pozwala też na zmniejszenie grubości ogniw i zbudowanych z nich modułów fotowoltaicznych o grubości 1–3 mikrometrów. Nowa struktura nie tylko jest lżejsza, ale też znacznie skuteczniej pochłania fotony.
Rodzaje modułów fotowoltaicznych II generacji to:
- moduły z krzemu amorficznego – ogniwa tworzą w nich zwartą płaszczyznę w kolorze czarnym lub ciemnobrązowym. Są tanie, ale też mają niewielką sprawność,
- moduły CIGS/CIS – półprzewodnikiem są w nich mieszaniny pierwiastków takich jak selen, miedź, gal i ind lub w kombinacji bez galu. Powierzchnia modułu jest jednolita i czarna, cena niska, a sprawność umiarkowana,
- moduły CdTe – są stosunkowo tanie i mają umiarkowaną sprawność. Przewodnikiem jest w nich tellurek kadmu CdTe. Charakteryzują się zwartą czarną powierzchnią, jednak z uwagi na zawartość kadmu po demontażu wymagają utylizacji.
Ogólna budowa modułów II generacji jest taka sama jak ich poprzedników. W konstrukcji stosuje się szybę folię EVA oraz folię PET, a cały zestaw jest umieszczany w ramie. Elementy tego typu niedługo mogą wyprzeć starsze modele i będą chętnie wybierane do budowy efektywnych instalacji fotowoltaicznych. W przyszłości z pewnością powszechnie będą też moduły fotowoltaiczne III generacji, obecnie dopiero wdrażane. Do ich produkcji wykorzystuje się różne technologie. Są to ogniwa tanie, ale mają krótką żywotność i niską sprawność oscylacyjną. Przykładem są polimerowe ogniwa organiczne oraz ogniwa DSSC.
