Jak powstają panele fotowoltaiczne?
Jeśli interesujesz się tematami związanymi z odnawialnymi źródłami energii, to zapewne nie raz zastanawiałeś się, jak powstają moduły PV. W tym artykule postaramy się przybliżyć Ci proces produkcji paneli fotowoltaicznych, a także przybliżymy bliżej zasady ich działania i tego, jak generują one niemal darmowy prąd ze słońca z instalacji PV.
Czy wiesz, że według National Geographic, w ciągu zaledwie 15 minut słońce emituje tyle energii, ile ludzie zużywają we wszystkich możliwych postaciach w ciągu roku? To ogromny potencjał, który z roku na rok cieszy się coraz większą popularnością – przez możliwość znacznej redukcji wysokości dotychczasowych rachunków za prąd, jak i perspektywy pozytywnego wpływu na ochronę środowiska.
Instalacje fotowoltaiczne - sposób na pozyskiwanie energii ze słońca
W ostatnich latach instalacje fotowoltaiczne stały się bardziej dostępne niż kiedykolwiek wcześniej dzięki zwiększeniu wydajności produkcji. Panele PV są obecnie widoczne na dachach wielu gospodarstw domowych, gospodarstw rolnych i nieruchomości komercyjnych, zwłaszcza na nowych osiedlach.
Według danych Solar Energy Industry Association (SEIA) w ciągu ostatniej dekady branża energetyki słonecznej odnotowała średni roczny wzrost na poziomie 50%. To niezwykły wynik, który jasno pokazuje, jak dużym zainteresowaniem ze strony inwestorów cieszy się fotowoltaika. Rozglądając się wokół, nikt nie powinien odczuwać zaskoczenia. Jednak to, jak powstają panele fotowoltaiczne, pozostaje tajemnicą dla wielu osób rozważających instalację fotowoltaiki.
Z czego zbudowane są panele fotowoltaiczne?
Większość paneli fotowoltaicznych wytwarza się z płytek krzemowych. Krzem to bardzo cenny surowiec dla naszej planety, ponieważ jest dostępny w dużych ilościach. Według LG krzem stanowi 30% skorupy ziemskiej. Jest to drugi najbardziej dostępny pierwiastek na Ziemi, ustępujący jedynie tlenowi.
Zasadniczo ogniwa fotowoltaiczne są tym, z czego zbudowane są panele PV. W celu wyprodukowania ogniw fotowoltaicznych krzem krystaliczny jest cięty na cienkie, kilkumilimetrowe płytki. Płytki te są następnie przycinane do odpowiedniego kształtu i polerowane, aby móc wytworzyć cały panel PV, który wytwarza energię elektryczną dzięki cząsteczkom światła (fotonom).
Proces produkcji paneli fotowoltaicznych
Każdy panel PV zbudowany jest z kolejno nałożonych na siebie warstw. Pierwszym krokiem w produkcji panelu słonecznego jest wydobycie i oczyszczenie krzemu. Oczyszczanie odbywa się zwykle za pomocą pieca elektrycznego.
Cylindry czystego krzemu, zwane wlewkami, są następnie krojone na cienkie jak papier krążki lub płytki. Te są następnie przycinane do prostokątów lub sześciokątów. W ten sposób można je idealnie dopasować do ramy modułu PV i zmaksymalizować jego powierzchnię.
W wyniku obróbki polikrzemu borem i fosforem powstaje ładunek dodatni i ujemny. To złącze P/N jest miejscem, w którym powstaje prąd elektryczny. Przewody łączą maleńkie półprzewodniki z metalem, tworząc ścieżki dla elektryczności. Warto dodać, że ogniwa w procesie produkcji fotowoltaiki są pokrywane substancją antyrefleksyjną, dzięki czemu nie odbijają światła słonecznego, lecz je wychwytują. Następnie są one zamykane w powłoce octanowej, często wykonanej z gumy lub winylu.
Na koniec moduł PV jest umieszczany w aluminiowej ramie i zamykany pod taflą szkła lub tworzywa sztucznego, tworząc gotowy do użycia w instalacji fotowoltaicznej produkt.
Jak powstaje prąd w panelach fotowoltaicznych?
Duże czarne panele fotowoltaiczne, które można zobaczyć na budynkach mieszkalnych i gospodarczych, składają się z szeregu ogniw fotowoltaicznych, wykonanych jak już wspomnieliśmy z półprzewodników krzemowych, które pochłaniają światło słoneczne i wytwarzają prąd elektryczny. Te pojedyncze ogniwa są połączone razem w jeden panel słoneczny. Są one zbudowane z dwóch rodzajów półprzewodników: warstwy krzemowej dodatniej (typu P) i ujemnej (typu N).
Warstwa krzemowa typu N zawiera dodatkowe elektrony, które mogą poruszać się stosunkowo swobodnie, natomiast warstwa typu P zawiera wolne miejsca elektronowe zwane dziurami. Po połączeniu tych warstw elektrony zaczynają przemieszczać się z warstwy typu N do warstwy typu P, co tworzy złącze i wytwarza potencjał elektryczny w materiale. Kiedy światło słoneczne uderza w to złącze, foton może uwolnić elektron i pozostawić po sobie dziurę.
Ponieważ więcej elektronów wypełnia nowo powstałe dziury, wolne elektrony zaczynają się gromadzić na biegunie. Zebrane elektrony przepływają następnie przez przewodnik i powstaje prąd elektryczny.
Czy panele fotowoltaiczne magazynują energię?
Krótko mówiąc - nie. Było to jedno z największych wyzwań dla producentów modułów fotowoltaicznych. Choć wytwarzanie czystej energii elektrycznej jest wspaniałym pomysłem, dni z mniejszą ilością słońca i niższą produkcją mogą oznaczać, że i tak trzeba będzie podłączyć się do sieci energetycznej.
Istnieją jednak pewne możliwości. Mamy tu na myśli możliwość zainwestowania w system on-grid, czyli podłączony do zewnętrznej sieci energetycznej. Wówczas ewentualne nadwyżki wytworzonego prądu czy niedobory można rozliczać wartościowo w systemie net-billingu, który umożliwia sprzedaż nadwyżki energii wyprodukowanej w słoneczne dni przedsiębiorstwu energetycznemu. Następnie, gdy nadejdą deszczowe dni (lub w nocy), można odkupić energię z sieci, wykorzystując zgromadzone zasoby. Jest to niedawno wprowadzony system rozliczeń. Poprzedni, net-metering, bazował na systemie upustów. Posiadacze instalacji PV mogli deponować w zakładzie energetycznym wyprodukowane nadwyżki prądu i w razie zapotrzebowania odbierać 70% lub 80% przesłanej energii (w zależności od mocy posiadanej instalacji PV).
Kolejną możliwością przechowywania energii słonecznej jest magazynowanie w akumulatorach fotowoltaicznych. Firmy takie jak BYD, LG CHEM czy SOFAR SOLAR produkują baterie fotowoltaiczne wysokiej jakości, dzięki którym energia słoneczna i jej magazynowanie stają się o wiele bardziej dostępne dla właścicieli instalacji PV. Akumulatory dają bowiem możliwość większej niezależności od sieci. Dzięki nim można pobrać energię elektryczną z akumulatora w nocy, a także w okresach wzmożonego zapotrzebowania, zamiast przełączać się na zasilanie z sieci.
Masz pytania? Potrzebujesz więcej informacji? Skontaktuj się z nami
