Cienkowarstwowe panele fotowoltaiczne

Zanim jednak powiemy cienkowarstwowym panelom zdecydowane „tak”, zapoznajmy się bliżej z tą ciekawą technologią.

Panele krzemowe

Najpopularniejsze są dwa rodzaje krzemowych ogniw fotowoltaicznych. Polikrystaliczne zbudowane są z polikrystalicznych ogniw krzemowych o kształcie kwadratu i charakterystycznej, mieniącej się strukturze, oraz ich monokrystaliczne odpowiedniki (powstałe z ciągnienia jednego kryształu krzemu), które generalnie osiągają wyższą sprawność (nawet ponad 22% dla SunPower).

Poza mono- i polikrystalicznymi panelami krzemowymi, producenci tacy jak Sharp czy First Solar oferują panele cienkowarstwowe, których nazwa nie jest przypadkowa - warstwy absorbujące światło są około 350 razy mniejsze niż w standardowych panelach krzemowych, dzięki czemu moduły są bardzo cienkie w porównaniu z panelami tradycyjnymi. Z czego wynika takie zróżnicowanie i jakie są jego konsekwencje?

Rozwój ogniw w kierunku paneli cienkowarstwowych

W świecie technologii istniejące urządzenia czy rozwiązania modernizuje się na ogół z dwóch powodów. Pierwszy z nich, to chęć obniżenia kosztów po to, żeby rozszerzyć produkcję, lub w ogóle ją uruchomić, natomiast drugi wiąże się z wolą polepszenia parametrów technicznych po to, żeby dany produkt był bardziej atrakcyjny dla nabywcy. Nie inaczej było w przypadku paneli fotowoltaicznych.

Jak podaje Bloomberg New Energy Finance & pv.energytrend.com, ceny za jeden wat krzemowego ogniwa fotowoltaicznego w latach 80 ubiegłego wieku przekraczały jeszcze granicę 10 dolarów amerykańskich i nie spadały w zawrotnym tempie, ponieważ około roku 2000 sięgały 8 dolarów potem 6 i 5. W tej sytuacji wydawało się, że panele cienkowarstwowe, w których krzem zastąpiono innymi pierwiastkami to strzał w dziesiątkę.

Okazało się jednak, że na przestrzeni lat 2000 – 2015 ceny standardowych modułów spadły drastycznie, dlatego argument w postaci rezygnacji z wykorzystywania krzemu przy produkcji paneli stracił na znaczeniu. Wracając jednak do historii – jak skończyły się poszukiwania materiałów alternatywnych dla krzemu?

Z czego wytwarza się panele cienkowarstwowe?

Mimo że szukano rozwiązań opcjonalnych dla krzemu, nie zrezygnowano jednak całkowicie z tego popularnego pierwiastka. Okazuje się, że wśród czterech najbardziej popularnych technologii wytwarzania paneli cienkowarstwowych, znajduje się również ta oparta na krzemie. Jednak w odróżnieniu od modułów krystalicznych, występuje on w postaci amorficznej, bezkształtnej, znanej nam zresztą z wyświetlaczy LCD i OLED. Panele cienkowarstwowe wytwarza się więc przy wykorzystaniu (w porządku od technologii najbardziej rozpowszechnionej do najmniej popularnej):

• tellurku kadmu (panele CdTe) – najszerzej znana technologia obejmująca około 50% rynku paneli cienkowarstwowych. Tellurek kadmu zawiera znaczące ilości kadmu, który jest toksyczny. Pierwsze miejsce wśród producentów tego rodzaju paneli zajmuje wspomniana już marka First Solar.
• silikonu amorficznego (panele a-Si) – technologia najbardziej przypominająca standardowe panele krzemowe. Krzem nie jest oczywiście toksyczny, a więc pod tym względem przewyższa zarówno technologię CdTe, jak i przedstawioną dalej CIGS, jednak jest zdecydowanie mniej wydajny, dlatego używa się go zwykle przy małych obciążeniach w zastosowaniach takich jak elektronika użytkowa.
• połączenia miedzi, indu, galu i selenu (panele CIGS – ang. Copper Indium Gallium Selenide) ich sprawność waha się w granicach 12-14%.
• arsenku galu (ogniwa GaAs) – bardzo droga technologia stosowana przede wszystkim w statkach kosmicznych. Jest przeznaczona do dużych instalacji fotowoltaicznych pracujących w nietypowych warunkach.

Zalety i wady paneli cienkowarstwowych

Panele cienkowarstwowe, dzięki małym warstwom absorbującym światło oraz na skutek tego, że posiadają wydajne półprzewodniki wbudowane w ich ogniwa, są cieńsze i dużo lżejsze od ich tradycyjnych odpowiedników, co w oczywisty sposób przemawia za ich stosowaniem, podobnie jak fakt, że wyglądają bardziej estetycznie i mogą przyjmować niemal dowolne kształty. Wydawać by się mogło więc, że mimo bardzo niskiej ceny krzemu, która sprzyja rozpowszechnianiu modułów tradycyjnych, panele cienkowarstwowe to alternatywa zdecydowanie bardziej atrakcyjna. Do ich niekwestionowanych zalet należą:

• mniejszy wpływ wysokich temperatur na moc wyjściową,
• mniejsza niż w przypadku typowych paneli ilość materiałów użyta przy ich produkcji,
• wydajna praca przy niewielkiej ilości światła,
• zaciemnienie modułu wpływa na jego moc w mniejszym stopniu niż w przypadku typowych paneli,
• bardzo estetyczny wygląd,
• mogą przyjmować różne, nawet fantazyjne kształty

Niestety, panele cienkowarstwowe mają również wady, i to dość poważne:

• niska sprawność (to dlatego zajmują więcej miejsca niż typowe panele, jeśli chcemy uzyskać z nich taką samą moc),
• długi czas stabilizacji wydajności (nawet pół roku),
• montaż trwa dłużej (a więc jest droższy),
• mniejsza ilość falowników do wyboru niż w przypadku ogniw typowych,
• poza technologią wykorzystującą krzem amorficzny – toksyczność materiałów, z których są wykonane,
• mniejsza niż w przypadku typowych ogniw wydajność długoterminowa.

Zastosowanie

Z powyższego zestawienia plusów i minusów paneli cienkowarstwowych dość łatwo wysnuć wniosek, że obecnie niespecjalnie opłaca się w nie inwestować, jeśli chodzi o instalację domową. Warto jednak mieć na uwadze, że technologia fotowoltaiczna w ogólności rozwija się nieustannie i być może za kilka lat to właśnie panele cienkowarstwowe będą dominować na rynku.

Kurtka z ogniwami cienkowarstwowymi, którą naładujesz swojego iPhone'a. Takie aplikacje prędzej czy później staną się codziennością.

Zresztą również obecnie technologia cienkowarstwowa ma swoich zwolenników, dlatego jeśli po zapoznaniu się z wadami i zaletami tych paneli, dostrzegają w nich Państwo potencjał i skłaniają się ku takiemu rozwiązaniu na własnej posesji, możemy zaproponować nieodpłatną pomoc w postaci przedstawienia trzech różnych ofert na realizację instalacji oraz skontaktowania z wykonawcami – wystarczy wypełnić krótki formularz.

Poszukiwania alternatywnych rozwiązań ciągle trwają

Rozwój fotowoltaiki zmierza obecnie w kilku kierunkach. Jednym z nich jest dążenie do efektywnego powiązania materiał, w budowlanych z ogniwami, czego doskonałym przykładem są systemy fotowoltaiczne zintegrowane z budynkami – od fotowoltaicznych dachówek, poprzez okna, wiaty a nawet całe fasady wykonane z ogniw. To właśnie w tego rodzaju rozwiązaniach panele cienkowarstwowe mogą znaleźć najszersze zastosowanie, przede wszystkim ze względu na swoją elastyczność oraz wysoką estetykę. Więcej na ten temat przeczytać można w artykule o opłacalności i przyszłości BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaics).

Inna, również godna uwagi, praktyczna idea, to pomysł specjalistów z Panasonic, którzy połączyli krzem krystaliczny z amorficznym, uzyskując swoistą hybrydę. Polecamy do przeczytania recenzję tego ciekawego produktu, który łączy zalety obydwu struktur, a przede wszystkim jest niezwykle odporny na temperaturę otoczenia.