Panele amorficzne, czym są i czy warto?

Fotowoltaiczne panele amorficzne, należące do grupy paneli cienkowarstwowych (nazwa wiąże się z bardzo niewielką grubością półprzewodników, która może wynosić zaledwie kilka mikronów), składają się z cienkich ogniw zbudowanych z krzemu amorficznego, czyli takiego, który nie jest wykrystalizowany, w związku z czym nie ma postaci kryształu.

W panelach amorficznych bardzo cienkie warstwy niewykrystalizowanego krzemu nakładane są na powierzchnię innego materiału, na przykład szkła. W odróżnieniu od paneli monokrystalicznych i polikrystalicznych nie widać na nich pojedynczych ogniw.

Panele amorficzne mają elegancką, ciemną barwę, często bordową, ale możliwe jest także stworzenie tzw. barwnikowego ogniwa fotowoltaicznego. Barwnikowe ogniwo słoneczne nazywane jest również ogniwem DSSC. Swoją nazwę zawdzięcza jednej z warstw, która jest wzbogacona o specyficzny barwnik, aktywnie biorący udział w wytwarzaniu energii elektrycznej.

Ogniwa takie mogą mieć takie kolory, jakie będziemy chcieli. Wydajność cienkowarstwowych paneli barwnikowych jest taka sama jak w przypadku paneli niebarwionych w ten sposób. 

Panele amorficzne cechują się:

  • elastycznością i lekkością
  • możliwością montażu bez zastosowania ramy wzmacniającej ani dodatkowych wzmocnień
  • niskim stopniem wrażliwości na wysokie temperatury (spadek wydajności modułów amorficznych podczas upałów jest niewielki, mało odczuwalny)
  • wysoką mocą (uzyskiwana jest dzięki zmniejszeniu negatywnie wpływających odblasków poprzez technologię absorpcji promieni słonecznych)
  • wysoką sprawnością energetyczną także przy niskim nasłonecznieniu (6-10%)
  • relatywnie wysoką ceną w porównaniu do oferowanej efektywności (skuteczności generowania prądu)

Kiedyś moduły amorficzne najczęściej spotykane były w małych urządzeniach: kalkulatorach, zegarkach, ale obecnie pojawiają się także w przydomowych mikroinstalacjach fotowoltaicznych, a nawet jako komponenty w systemach fotowoltaicznych zintegrowanych z budownictwem. 

Cienkowarstwowe ogniwa fotowoltaiczne określane są mianem ogniw drugiej generacji. Dzielą się one na kilka rodzajów. Są to:

  • panele fotowoltaiczne CIGS,
  • panele CdTe,
  • panele z krzemu amorficznego.

Zastosowanie fotowoltaicznych paneli amorficznych

Interesujące nas panele z krzemu amorficznego mają blisko 10 lat żywotności. Ich zakup poleca się osobom, którym bardzo zależy na estetyce fasady lub dachu i z różnych względów (np. z uwagi na konstrukcję dachu czy elewacji) powinny inwestować w lekkie i elastyczne panele. Panele amorficzne doskonale sprawdzają się w przypadku posesji, które narażone są na działanie wysokich temperatur.

Warto mieć świadomość, o czym często przypominamy, że bardzo silne nasłonecznienie i wysokie temperatury to nie jest optymalne środowisko funkcjonowania paneli fotowoltaicznych mono- czy polikrystalicznych, czyli najpopularniejszych paneli w Polsce. Tymczasem panele amorficzne dobrze znoszą wysokie temperatury i to sprawia, że mają one przewagę nad dwoma pozostałymi rodzajami. 

W porównaniu do innych ogniw krzemowych, ogniwa amorficzne charakteryzują się niskim wskaźnikiem sprawności, ale ich zdecydowaną zaletą jest z kolei bardzo niski wskaźnik spadku mocy wraz ze wzrostem temperatury. Często też, obok ogniw amorficznych, wykorzystuje się moduły hybrydowe, oparte na połączonych ogniwach krzemu amorficznego i mikrokrystalicznego. Dzięki temu uzyskuje się poprawę sprawności oraz zwiększenie wydajności w słabych warunkach oświetlenia.

BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaics)

Moduły amorficzne częściej niż w standardowych instalacjach wykorzystuje się w systemach fotowoltaicznych zintegrowanych z budownictwem, czyli np. specjalnych fasadach pozyskujących promieniowanie świetlne i pozwalających na produkcję prądu.

Lekkość i elastyczność, sprawiające, że fotowoltaiczne panele amorficzne nie potrzebują dodatkowych wzmocnień czy ramy, sprawiają, że są często wykorzystywane w technologii BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaics), co niesie ze sobą nie tylko walory estetyczne, ale i ekonomiczne. W technologi  BIPV panele amorficzne stanowią zwykle części fasad, markiz, systemów żaluzji czy okiennic, a w projektach o większym rozmachu zastępują nawet część elewacji. Przy okazji wyciszają, izolują i termoregulują budynek, schładzając go latem, a dogrzewając zimą.

Oczywiście w technologii BIPV (ang. Building Integrated Photovoltaics) wykorzystywane są także panele fotowoltaiczne CIGS oraz panele CdTe. 

Mimo niższej sprawności energetycznej (5–13%) wszystkie rodzaje paneli cienkowarstwowych są korzystne dla zastosowań budowlanych, ponieważ efektywnie funkcjonują w gorszych warunkach nasłonecznienia i wykazują mniejszą wrażliwość na wysoką temperaturę. 

Czym kierować się przy wyborze paneli fotowoltaicznych

Zastanawiając się nad wyborem konkretnego rodzaju paneli PV, weźmy pod uwagę:

  • dostępną powierzchnię
  • charakterystykę miejsca montażu i jego otoczenia
  • sprawność oraz moc, jaką musi mieć system

Ogniwa monokrystaliczne sprawdzą się przy mocach 150-180 W na jeden panel fotowoltaiczny (tzn. zestaw umocowanych wzajemnie modułów), a polikrystaliczne są stosowane najczęściej przy mocach do 150-180 W na panel. 

Autor