jak jest zbudowany panel fotowoltaiczny

Jak jest zbudowany panel fotowoltaiczny? Jak działa moduł PV?

To, że fotowoltaika produkuje prąd ze słońca wie już chyba każdy. Nie każdy wie jednak, jak to możliwe, że moduły PV przetwarzają promienie słoneczne w energię niezbędną do zasilania urządzeń. W tym artykule postaramy się w prosty sposób przedstawić budowę panelu fotowoltaicznego i wyjaśnić jak działa panel fotowoltaiczny. Oto co warto wiedzieć!

Budowa panelu fotowoltaicznego - informacje wstępne

Na początek, warto podkreślić, że budowę panelu fotowoltaicznego można opisywać na kilku poziomach szczegółowości. Zanim jednak przejdziemy do szczegółów, musimy wyjaśnić sobie kilka związanych z tym pojęć. Z pewnością spotkaliście się już z następującymi określeniami:

  • ogniwo fotowoltaiczne,
  • moduł fotowoltaiczny,
  • panel fotowoltaiczny.

Terminy te, w codziennym, polskim języku bardzo często są stosowane zamiennie. W praktyce jednak, według m.in. Florida Solar Energy Center (jednostki badawczej Uniwersytetu Centralnej Florydy) odnoszą się one do różnych poziomów konstrukcji modułów PV. A zatem, po kolei:

Ogniwo fotowoltaiczne to najmniejsza część składowa budująca jednostkę fotowoltaiczną. To w niej zachodzi zjawisko fotowoltaiczne, które pozwala zamienić promienie słoneczne w energię.

Moduł fotowoltaiczny to z kolei funkcyjny zestaw połączonych ze sobą ogniw fotowoltaicznych. Ogniwa w module fotowoltaicznym mogą być łączone szeregowo, równolegle lub hybrydowo.

Panel fotowoltaiczny to natomiast zmontowane i spięte przewodami moduły fotowoltaiczne.

Poniżej znajdziecie graficzne przedstawienie zależności pomiędzy ogniwem, modułem i panelem fotowoltaicznym.

Jak jest zbudowany panel fotowoltaiczny? Ogniwo, moduł, panel

Źródło: opracowanie własne enerad.pl

Na co dzień, tak w Polsce, jak i w za granicą, granice znaczeniowe pomiędzy poszczególnymi elementami niemal na dobre się rozmyły. Szczególnie gdy mowa o modułach i panelach fotowoltaicznych - obecnie pojęcia te stosuje się zamiennie. Aby ułatwić naszym czytelnikom odbiór naszego artykułu, również i my będziemy traktować je jako synonimy.

Jak jest zbudowany panel fotowoltaiczny?

Moduły fotowoltaiczne to mocno zróżnicowana kategoria podzespołów fotowoltaicznych. W tym artykule skupimy się na najpopularniejszych obecnie krzemowych modułach PV. Jak już wspominaliśmy, w ujęciu elektrycznym są one zbudowana z połączonych ze sobą ogniw fotowoltaicznych.

Rozpatrując konstrukcję pojedynczego panelu fotowoltaicznego, można wyszczególnić kilka warstw. I tak zaczynając od góry, moduł fotowoltaiczny składa się z:

  • Hartowanej szyby - zwykle o grubości ok. 3,2 mm, której zadaniem jest chronienie dalszych części modułu przed czynnikami zewnętrznymi (m.in. gradem, deszczem, żrącymi substancjami). Szkło fotowoltaiczne dodatkowo pokrywane jest specjalnymi powłokami - np. powłoką antyrefleksyjną, która minimalizuje odbicie promieni słonecznych zwiększając produkcję czy powłoką, która ułatwia samoczyszczenie i utrudnia osadzanie się zabrudzeń.
  • Pierwsza warstwa enkapsulantu - czyli innymi słowy, pierwsza warstwa specjalnej folii, która hermetycznie zalaminowana chroni wnętrze modułu (w tym połączenia elektryczne) przed brudem, wilgocią i innymi czynnikami zewnętrznymi. Laminacja dodatkowo zwiększa wytrzymałość modułu. Najpopularniejszym enkapsulantem jest tzw. folia EVA (etylenowy polioctan winylu), która ma ok. 90% udział w rynku.
  • Warstwa połączonych ogniw fotowoltaicznych - czyli najważniejsza część modułu, ale jednocześnie jedna z najcieńszych części modułu PV. Grubość warstwy krzemowej w module PV, w zależności od rodzaju ogniw, wynosi od ok. 0,3 mm do kilku, kilkudziesięciu mikronów. To właśnie w tej sekcji zachodzi przemiana energii słonecznej w energię elektryczną.
  • Druga warstwa enkapsulantu - która wraz z pierwszą tworzy szczelną ochronę płytek krzemowych.
  • Folia elektroizolacyjna - czyli tylna warstwa modułu, która nie tylko chroni moduł, ale też często nadaje mu kolor.
  • Aluminiowa rama - której zadaniem jest nadanie sztywności i wytrzymałości całej konstrukcji.
  • Puszka przyłączeniowa - ostatnim elementem modułu jest zlokalizowana w tylnej części modułu puszka, w której znajdują się diody obejściowe (bypass) oraz przewody ze złączami pozwalającymi łączyć moduły w instalację.

Uproszczony model budowy panelu fotowoltaicznego znajdziecie poniżej.

budowa panelu fotowoltaicznego (modułu fotowoltaicznego)

Źródło: opracowanie własne enerad.pl

Z czego zbudowany jest panel fotowoltaiczny?

Najpopularniejsze, krzemowe moduły PV są zbudowane z kilku podstawowych materiałów:

  • hartowanego szkła (przednia, a czasem tylna część modułów),
  • aluminium (rama),
  • krzemu mono, lub polikrystalicznego,
  • srebro (w stykach elektrycznych),
  • tworzyw sztucznych (np. folia EVA, folia elektroizolacyjna).

Warto jednak wiedzieć, że pozostałe rodzaje paneli fotowoltaicznych będą składały się z innym materiałów.

Budowa ogniwa fotowoltaicznego

Wiemy już jak jest zbudowany moduł fotowoltaiczny. Teraz wejdziemy na wyższy poziom szczegółowości i wyjaśnimy, jak jest zbudowane ogniwo fotowoltaiczne. Nie będziemy jednak omawiać wszystkich typów, a skupimy się ponownie, na uproszczonym modelu krzemowych ogniw fotowoltaicznych. W ich przypadku możemy wyszczególnić następujące warstwy:

  • Elektroda ujemna - znajdują się górnej części płytki krzemowej, której zadaniem jest zbieranie elektronów.
  • Warstwa antyrefleksyjna - która odpowiada za minimalizowanie odbicia promieni słonecznych (zjawisko naturalne dla krzemu krystalicznego).
  • Pierwsza, cienka warstwa krzemu - naładowanego dodatnio lub ujemnie. W przypadku tzw. ogniw typu N pierwsza warstwa to krzem typu P (naładowany dodatnio - z ang. “positive”). W przypadku ogniw typu P (najpowszechniejszych na rynku) pierwszą warstwę stanowi krzem typu N (naładowany ujemnie - z ang. “negative”).
  • Złączone “p-n”, od którego zależy pojawienie się napięcia na elektrodach w ogniwie.
  • Właściwa, grubsza warstwa krzemu - naładowanego odwrotnie do pierwszej warstwy. Od niej zależy, czy mamy do czynienia z ogniwem typu N, czy typu P.
  • Elektroda dodatnia, znajdująca się w dolnej części ogniwa.

Oczywiście, w zależności od zastosowanej technologii ogniw, budowa ogniw fotowoltaicznych może wyglądać inaczej - mogą pojawić się np. dodatkowe warstwy, lub też ich rozmieszczenie może ulec zmianie.

Jak działa panel fotowoltaiczny?

W największym uproszczeniu, można powiedzieć, że panel fotowoltaiczny zamienia promieniowanie słoneczne w energię elektryczną (w prąd stały). Dzieje się to dzięki tzw. zjawisku fotowoltaicznemu.

Zagłębiając się nieco w szczegóły, warto wiedzieć, że cały proces przemiany światła w prąd zachodzi za sprawą znajdującego się w ogniwie fotowoltaicznym półprzewodnika, którym obecnie najczęściej jest krzem. Elektrony tego pierwiastka reagują ze strumieniem światła słonecznego (a konkretnie – strumieniem fotonów) i zostają wprawione w ruch. Zaczynają przemieszczać się między elektrodami znajdującymi się w ogniwie, co generuje różnicę potencjałów, czyli napięcie elektryczne.

Otrzymany prąd to prąd stały (DC), który nie nadaje się do zasilania większości urządzeń. Dlatego też później musi zostać przekonwertowany na prąd przemienny (AC) z pomocą falownika.

O tym, jak działa fotowoltaika możecie przeczytać w naszym innym artykule: Fotowoltaika - co to jest? Jak działa?

Komentarze dołącz do rozmowy
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments