Branża fotowoltaiczna rozwija się niezwykle dynamicznie. Nieustanny postęp technologiczny sprawia, że panele słoneczne stają się coraz wydajniejsze, trwalsze i tańsze. W tym artykule przyjrzymy się najnowszym technologiom stosowanym w fotowoltaice oraz ich zaletom i wadom.
Ewolucja technologii ogniw fotowoltaicznych
Zanim przejdziemy do najnowszych osiągnięć, warto zrozumieć, jak rozwijała się technologia fotowoltaiczna na przestrzeni lat.
Pierwsza generacja - ogniwa krzemowe
Ogniwa pierwszej generacji, oparte na krystalicznym krzemie, dominują na rynku od lat 70. XX wieku. Dzielą się na dwa główne rodzaje:
Ogniwa monokrystaliczne
- Wydajność: 18-22%
- Wygląd: Czarne lub granatowe, jednolite
- Zalety: Wysoka wydajność, długa żywotność
- Wady: Wyższy koszt produkcji
Ogniwa polikrystaliczne
- Wydajność: 15-18%
- Wygląd: Niebieskawe z widocznym "kryształowym" wzorem
- Zalety: Niższy koszt produkcji
- Wady: Niższa wydajność, szczególnie w wysokich temperaturach
Druga generacja - ogniwa cienkowarstwowe
Ogniwa drugiej generacji wykorzystują cienkie warstwy materiału półprzewodnikowego naniesione na podłoże, co pozwala na znaczne zmniejszenie zużycia materiału i kosztów produkcji.
Główne rodzaje ogniw cienkowarstwowych:
- CdTe (tellurek kadmu): Wydajność 11-19%, najniższy koszt produkcji
- CIGS (miedź, ind, gal, selen): Wydajność 13-20%, elastyczne, lekkie
- a-Si (amorficzny krzem): Wydajność 6-9%, dobrze pracuje przy słabym nasłonecznieniu
Trzecia generacja - ogniwa nowej generacji
Ogniwa trzeciej generacji to najnowsze technologie, które mają na celu przełamanie limitów efektywności wcześniejszych generacji.
Najnowsze technologie fotowoltaiczne
Przejdźmy teraz do najbardziej innowacyjnych rozwiązań dostępnych obecnie na rynku lub będących w fazie rozwoju.
1. Ogniwa PERC (Passivated Emitter and Rear Cell)
Technologia PERC to ulepszona wersja standardowych ogniw krzemowych, w których dodatkowa warstwa dielektryczna na tylnej powierzchni ogniwa zwiększa wydajność poprzez:
- Odbijanie światła, które przeniknęło przez ogniwo, z powrotem do jego wnętrza
- Zmniejszenie rekombinacji elektronów na tylnej powierzchni
Wydajność: 20-22% dla komercyjnych modułów (wzrost o 1-2% w porównaniu do standardowych ogniw)
Obecnie technologia PERC stała się standardem w branży, zastępując tradycyjne ogniwa krzemowe. Niemal wszyscy wiodący producenci oferują panele z tą technologią.
2. Ogniwa bifacjalne (dwustronne)
Ogniwa bifacjalne mogą generować energię z obu stron panelu. Tylna strona panelu wykorzystuje światło odbite od podłoża (np. dachu, gruntu, śniegu).
Korzyści:
- Zwiększenie produkcji energii o 5-30% (w zależności od warunków montażu i albedo podłoża)
- Szczególnie efektywne na powierzchniach odbijających światło (np. jasne dachy, instalacje wolnostojące nad jasnym podłożem)
Panele bifacjalne są coraz częściej stosowane w instalacjach przemysłowych, ale zyskują też popularność w zastosowaniach domowych.
3. Technologia HJT (Heterojunction Technology)
Ogniwa HJT łączą zalety technologii krzemowych i cienkowarstwowych. Składają się z warstwy krystalicznego krzemu pokrytej ultra-cienkimi warstwami amorficznego krzemu.
Zalety technologii HJT:
- Wysoka wydajność - do 24% w produkcji seryjnej
- Bardzo dobra praca w wysokich temperaturach (niski współczynnik temperaturowy)
- Dwustronna budowa - naturalnie bifacjalne
- Dłuższa żywotność - mniejsza degradacja w czasie
Liderami w produkcji paneli HJT są firmy takie jak Panasonic (technologia HIT), Meyer Burger czy REC (seria Alpha).
4. Ogniwa TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact)
TOPCon to kolejna ewolucja technologii PERC, gdzie zastosowano ulepszoną strukturę kontaktów na tylnej stronie ogniwa.
Zalety:
- Wydajność do 23% w produkcji seryjnej
- Lepsza wydajność w wysokich temperaturach
- Mniejsza degradacja LID (Light Induced Degradation)
Technologia ta jest uważana za następcę PERC i jest już komercyjnie dostępna, m.in. w panelach firm JinkoSolar, Longi Solar i Trina Solar.
5. Ogniwa perowskitowe
Perowskity to materiały o specyficznej strukturze krystalicznej, które w ostatnich latach wywołały rewolucję w badaniach nad fotowoltaiką. Polska jest jednym z liderów w rozwoju tej technologii dzięki firmie Saule Technologies.
Potencjalne zalety ogniw perowskitowych:
- Niski koszt produkcji - możliwość drukowania na elastycznych podłożach
- Lekkość i elastyczność
- Wysoka wydajność laboratoryjnych ogniw - ponad 25%
- Możliwość dostosowania do różnych długości fal światła
Wyzwaniem pozostaje trwałość tych ogniw w warunkach atmosferycznych, ale postęp w tej dziedzinie jest szybki. Ogniwa perowskitowe mogą wkrótce znaleźć zastosowanie w urządzeniach IoT, elektronice użytkowej, a później w tradycyjnych instalacjach.
6. Ogniwa tandemowe (wielozłączowe)
Ogniwa tandemowe łączą różne materiały półprzewodnikowe (np. krzem i perowskit) w jednym ogniwie, aby wykorzystać różne zakresy widma słonecznego.
Potencjał technologii:
- Przełamanie teoretycznej granicy wydajności ogniw jednozłączowych (33%)
- Laboratoryjna wydajność osiąga już ponad 30%
Oxford PV i kilka innych firm pracuje nad komercjalizacją tej technologii, która może być przełomem w efektywności fotowoltaiki.
Innowacje w konstrukcji paneli i systemów montażowych
Oprócz postępu w technologii ogniw, rozwija się również konstrukcja samych paneli i systemów montażowych.
1. Panele szklane typu glass-glass
Tradycyjne panele mają szkło tylko z przodu, a z tyłu folię ochronną. Panele typu glass-glass mają warstwy szkła zarówno z przodu, jak i z tyłu.
Zalety:
- Znacznie dłuższa żywotność - nawet do 40 lat (zamiast standardowych 25-30)
- Lepsza odporność na warunki atmosferyczne i uszkodzenia mechaniczne
- Mniejsza degradacja wydajności w czasie
2. Panele half-cut (połówkowe)
W tej technologii tradycyjne ogniwa są przecinane na pół, co redukuje straty rezystancyjne i efekty zacienienia.
Korzyści:
- Zwiększenie wydajności o 2-3%
- Lepsza praca przy częściowym zacienieniu
- Mniejsza podatność na hot-spoty
3. Systemy śledzące słońce (trackery)
Systemy śledzące automatycznie dostosowują kąt nachylenia paneli względem słońca w ciągu dnia.
Typy trackerów:
- Jednoosiowe - śledzi ruch słońca ze wschodu na zachód
- Dwuosiowe - dostosowuje również kąt nachylenia względem horyzontu
Trackery mogą zwiększyć produkcję energii o 20-40%, ale są stosowane głównie w dużych instalacjach ze względu na koszty i wymagania konserwacyjne.
Innowacje w elementach systemu fotowoltaicznego
1. Mikroinwertery i optymalizatory mocy
Tradycyjne instalacje używają jednego centralnego falownika. Nowsze rozwiązania to:
Mikroinwertery: Małe falowniki montowane przy każdym panelu, konwertujące prąd stały na zmienny bezpośrednio przy panelu
- Zalety: maksymalna wydajność każdego panelu niezależnie, eliminacja efektu "najsłabszego ogniwa", monitoring każdego panelu
- Wady: wyższy koszt
Optymalizatory mocy: Urządzenia elektroniczne montowane przy każdym panelu, które optymalizują jego pracę, ale wciąż wymagają centralnego falownika
- Zalety: lepsza wydajność, monitoring każdego panelu, niższy koszt niż mikroinwertery
- Liderzy: SolarEdge, Tigo
2. Magazyny energii
Wraz ze zmianą systemu rozliczeń prosumentów, magazyny energii stają się coraz bardziej istotnym elementem instalacji fotowoltaicznych.
Główne technologie magazynów:
- Litowo-jonowe: Najbardziej popularne, oferują dobry kompromis między ceną, gęstością energii i liczbą cykli
- LiFePO4 (litowo-żelazowo-fosforanowe): Większa trwałość i bezpieczeństwo niż standardowe litowo-jonowe
- Przepływowe: Idealne do dużych zastosowań, łatwo skalowalne, bardzo długa żywotność
Technologie przyszłości mogą obejmować akumulatory sodowo-jonowe, które oferują podobne właściwości do litowo-jonowych, ale wykorzystują tańszy i bardziej dostępny sód zamiast litu.
Porównanie efektywności różnych technologii
Podsumowując, oto porównanie wydajności (efektywności) różnych technologii dostępnych na rynku:
- Standardowe ogniwa monokrystaliczne: 18-20%
- Ogniwa PERC: 20-22%
- Ogniwa HJT: 21-24%
- Ogniwa TOPCon: 21-23%
- Ogniwa bifacjalne: Dodatkowy uzysk 5-30% dzięki tylnej stronie
- Ogniwa cienkowarstwowe: 10-14%
- Ogniwa tandemowe (komercyjne): 23-26% (spodziewane w najbliższych latach)
Jak wybrać najlepszą technologię dla swojej instalacji?
Wybór odpowiedniej technologii zależy od wielu czynników:
1. Dostępna powierzchnia
Jeśli masz ograniczoną powierzchnię dachu, warto zainwestować w panele o wyższej wydajności (HJT, TOPCon), które pozwolą na uzyskanie większej mocy z mniejszej powierzchni.
2. Warunki klimatyczne
W regionach o wysokich temperaturach warto wybrać technologie o niskim współczynniku temperaturowym (HJT, cienkowarstwowe), które lepiej znoszą wysokie temperatury.
3. Rodzaj instalacji
Dla instalacji na płaskim dachu lub gruncie warto rozważyć panele bifacjalne, które mogą znacząco zwiększyć produkcję dzięki wykorzystaniu światła odbitego.
4. Budżet
Najbardziej zaawansowane technologie są droższe, dlatego warto przeanalizować dodatkowy zysk energetyczny w stosunku do dodatkowego kosztu.
Podsumowanie
Technologia fotowoltaiczna rozwija się w imponującym tempie, oferując coraz wydajniejsze i trwalsze rozwiązania. Standardem rynkowym stają się obecnie panele PERC, często w wersji half-cut, ale coraz większą popularność zyskują technologie HJT i TOPCon.
Przyszłość należy do ogniw tandemowych i perowskitowych, które mogą zrewolucjonizować rynek i znacząco obniżyć koszty energii słonecznej.
W Klubnichny Milkshake uważnie śledzimy wszystkie innowacje i oferujemy naszym klientom najbardziej optymalne rozwiązania, dopasowane do ich potrzeb i oczekiwań. Skontaktuj się z nami, aby dowiedzieć się, która technologia będzie najlepsza dla Twojej instalacji.
