Care sunt cele mai eficiente panouri fotovoltaice?

Care sunt cele mai eficiente panouri fotovoltaice? – Panourile fotovoltaice sunt cea mai importantă componentă a unui sistem fotovoltaic, transformând lumina soarelui în energie electrică. Eficiența panourilor fotovoltaice, și anume cantitatea de energie electrică pe care o generează, variază foarte mult în funcție de tipul de panou fotovoltaic.

Eficiența unui panou solar se calculează prin gradul de conversie a luminii solare (iradiere) în energie electrică. În ultimii ani, progresele înregistrate în tehnologia fotovoltaică au crescut eficiența medie de conversie a panourilor de la 15% la peste 20%. Această creștere a eficienței a dus la o creștere a capacității panourilor de dimensiuni normale de la 250 W la 380 W.

– Eficiența unui panou solar depinde de designul celulei și de tipul de siliciu.

Eficiența celulelor solare

Eficiența unei celule depinde de designul acesteia și de materialul de siliciu utilizat (de obicei de tip P sau N). Principalii factori care cresc eficiența unei celule solare sunt:

• compoziția materialului de siliciu
• utilizarea mai multor bare colectoare, adică a conductelor colectoare;
• utilizarea tehnologiei de pasivare (PERC).

În prezent, cele mai eficiente (20-22%) sunt celulele IBC (intermittent back contact), care sunt costisitoare, datorită purității ridicate a celulelor de siliciu de tip n și a pierderilor reduse de ecranare a barelor colectoare. Cu toate acestea, celulele MBB mono-PERC recente și celulele solare moderne cu heterojoncțiune (HJT) au atins, de asemenea, niveluri de eficiență mult peste 20%.

Eficiența globală a celulelor solare este influențată de o serie de factori, printre care se numără:

• temperatura,
• doza de radiație
• tipul de celulă
• și modul în care sunt conectate celulele.

În mod surprinzător, chiar și culoarea substratului poate afecta eficiența. Un substrat negru (all-black) poate arăta bine, dar absoarbe mai ușor căldura, ceea ce duce la temperaturi mai ridicate ale celulelor. Acest lucru duce la o creștere a rezistenței și la o ușoară scădere a eficienței panoului solar.

Punctul de plecare în cursa pentru eficiență a fost reprezentat de celulele solare tradiționale policristaline și monocristaline cu 60 de celule. Acestea sunt deja considerate tehnologii învechite, dar sunt încă cele mai ieftine panouri de produs. Într-adevăr, din ce în ce mai mulți producători trec de la celulele solare policristaline mai ieftine la celulele monocristaline mai scumpe.

În plus, se introduc semicelule și se utilizează tehnologia PERC pentru a crește eficiența. Producătorii au îmbunătățit și mai mult acest lucru prin utilizarea a 9-12-16 bare colectoare (MBB) în locul celor tradiționale 4-5-6 bare colectoare. Acest lucru ne aduce la cele mai bune tehnologii de celule solare produse în masă din prezent – HTJ (HeTeroJunction) și IBC (Interdigitated Back Contact).

Cumpărătorului probabil că nu-i pasă dacă panourile solare recomandate sunt alcătuite din celule de tip P sau N. Totuși, aceste două concepte au fost menționate de multe ori, așa că haideți să le explicăm pe scurt.

Celulele solare convenționale din siliciu cristalin (c-Si) sunt de fapt plachete de siliciu care pot produce energie mai eficientă prin intermediul diferiților aditivi; principala diferență între celulele de tip P și cele de tip N este numărul de electroni.

Celulele solare de tip P combină de obicei borul și siliciul, care au cu un electron mai puțin decât siliciul. Prin urmare, celula solară este încărcată pozitiv. Pe de altă parte, în celulele de tip N, aditivul este fosforul, care are cu un electron în plus față de siliciu. Prin urmare, celula solară este încărcată negativ.

Primele celule solare inventate la Bell Labs au fost de tip N, dar astăzi celulele de tip P sunt cele mai răspândite. Motivul principal este că la început au prevalat aplicațiile științifice, iar celulele de tip P erau mai rezistente la radiații și la degradarea în spațiu. Datorită rolului lor important în cercetarea spațială, dezvoltarea celulelor solare s-a îndreptat către celulele de tip P și, în timp, această tehnologie a intrat în aplicațiile casnice.

Cu toate acestea, unii producători de celule solare au păstrat celulele de tip N datorită diverselor avantaje pe care le prezintă. Adăugarea de fosfor în locul borului în materialul celulei înseamnă că nu există defecte bor-oxigen care pot reduce eficiența și puritatea celulelor de tip P, iar celulele de tip N sunt mai eficiente și mai puțin susceptibile la degradare prin lumină (CAPAC).

Conform Foii de parcurs tehnologice internaționale pentru tehnologiile fotovoltaice (ITRPV), cota de piață a celulelor de tip P va rămâne dominantă până în 2028. Între timp, producția de celule de tip N va crește de la abia 5% la aproximativ 28%!

Aceasta este o schimbare semnificativă. Este oarecum ca un punct de cotitură în lupta dintre monocelule și policelule.

În acest moment, nu este clar dacă celulele de tip P sau de tip N vor câștiga în ceea ce privește eficiența. De exemplu, linia de tip N a atins o eficiență de 24,13% în 2020 în condiții de laborator. Cu toate acestea, eficiența celulelor de tip P nu este cu mult în urmă, la 23,95%.

Să aruncăm o privire asupra diferitelor tipuri de panouri fotovoltaice și care sunt cele mai eficiente.

Panourile fotovoltaice monocristaline

Panourile solare monocristaline sunt fabricate din siliciu, care are o formă uniformă și constă dintr-un singur cristal de siliciu. Celulele solare monocristaline sunt cele mai eficiente celule solare disponibile în prezent, datorită purității ridicate a siliciului utilizat. Cele mai recente modele de celule solare monocristaline au o eficiență de până la 26% (test de laborator). În comparație cu panourile policristaline, panourile monocristaline au o eficiență și o capacitate mai mare, ocupă mai puțin spațiu și sunt mai puțin sensibile la temperaturi ridicate. Prin urmare, durata lor de viață este mai mare decât cea a altor tipuri de panouri. Panourile monocristaline pot fi identificate cu ușurință prin culoarea neagră uniformă și marginile rotunjite ale celulelor.

Panouri fotovoltaice policristaline

Panourile solare policristaline sunt, de asemenea, fabricate din siliciu, dar, spre deosebire de panourile monocristaline, acestea sunt fabricate din mai multe bucăți diferite de siliciu. Diferența dintre panourile solare monocristaline și policristaline constă în faptul că, după rafinare, siliciul topit este răcit și separat în fragmente. Aceste fragmente sunt topite și turnate în creuzete cubice pentru creștere. Odată ce siliciul topit s-a solidificat, lingourile sunt tăiate în plachete subțiri care sunt lustruite, șlefuite, șlefuite, difuzate și asamblate ca panouri monocristaline. Structura moleculară a siliciului produs în acest mod conține multe granule cristaline. Celulele solare policristaline sunt mai puțin eficiente din punct de vedere energetic decât cele monocristaline din cauza fluxului limitat de electroni, ceea ce face ca celula solară să genereze mai puțină energie electrică. Prin urmare, eficiența conversiei energiei în cazul celulelor solare policristaline este de numai 15-17%. Cu toate acestea, datorită costurilor de producție mai mici, panourile policristaline sunt mai ieftine decât cele monocristaline.

Panouri fotovoltaice amorfe

Celulele solare amorfe ( Thin Film ) cu peliculă subțire au fost dezvoltate inițial pentru aplicații spațiale și au un raport mai bun între putere, dimensiune și greutate decât celulele din siliciu cristalin. Celulele solare cu Thin Film, sunt realizate prin imprimarea sau pulverizarea unor straturi semiconductoare foarte subțiri de siliciu fotovoltaic pe substraturi precum sticla, metalul sau folia de plastic, ceea ce le face extrem de flexibile. Prin depunerea stratului subțire de material, grosimea totală a fiecărei celule solare este semnificativ mai mică decât cea a unei celule cristaline comparabile, ceea ce face ca procesul de producție să fie mai rapid și mai ieftin. Celulele solare cu peliculă subțire sunt, prin urmare, cele mai ieftine.

Cu toate acestea, deși absorb mai multă lumină decât sistemele cristaline, natura lor necristalină înseamnă că eficiența producției de energie este scăzută, de 9-13%. În plus, acestea sunt vândute la capacitate nominală, pe motiv că se degradează, eficiența lor scăzând cu 20% în primele câteva luni.

*Telurura de cadmiu (CdTe), siliciul amorf (a-Si) (panouri fotovoltaice amorfe), seleniura de cupru, indiu și galiu (CIGS) și arseniura de galiu (GaAs) sunt utilizate ca materiale pentru celulele solare Thin Film.*

Cu toate acestea, pentru ca panourile solare să funcționeze cât mai bine, au nevoie de întreținere. Această întreținere se face prin curățarea lor la fiecare câțiva ani. Dacă panourile sunt acoperite de murdărie, cum ar fi frunze căzute sau praf, acestea nu vor fi în condiții optime pentru a produce energie electrică. Prin urmare, este foarte important să curățați regulat panourile fotovoltaice.