Wybór paneli słonecznych do domowej lub firmowej instalacji PV nie jest zadaniem łatwym. Na rynku dostępnych jest kilkudziesięciu producentów oferujących wyroby przygotowane w różnych technologiach. Różnią się one ceną, mocą, sprawnością czy trwałością. W tym artykule szczegółowo opiszemy, czym są ogniwa amorficzne. Rozpatrzymy wady i zalety tego rozwiązania oraz zastanowimy się, w jakich przypadkach warto je zamontować.

Panele fotowoltaiczne – amorficzne, monokrystaliczne i polikrystaliczne

Wyróżniamy trzy główne typy modułów fotowoltaicznych. Różnią się one przede wszystkim rodzajem zastosowanego krzemu, a co za tym idzie także kolorem, strukturą, trwałością i sprawnością. To przekłada się bezpośrednio na cenę urządzenia. Najdroższe, ale także osiągające największą wydajność są moduły monokrystaliczne. Są to rozwiązania cięte laserowo z bloku monokryształu w formie walca. To obecnie najpopularniejsze rozwiązanie dostępne na rynku. Oprócz nich wyróżniamy:

• Ogniwo polikrystaliczne – w tym wypadku proces technologiczny oparty jest na metodzie Siemensa. Ogniwa uzyskuje się ze zmielonego krzemu, który jest topiony i odlewany w formie bloku uformowanego z niehomogenicznych kryształów o średnicy od kilku milimetrów do kilku centymetrów. Luki pojawiające się między kryształami wpływają na niższą sprawność ogniwa.
• Ogniwo amorficzne – należy do grupy paneli cienkowarstwowych, składa się z cienkich ogniw zbudowanych z krzemu amorficznego. Materiał ten nie jest wykrystalizowany, w związku z czym nie występuje w postaci kryształu. W panelach amorficznych cienka warstwa alotropowego krzemu (0,5-1 μm) nakładana jest na powierzchni innego materiału (zazwyczaj szkła). Proces powstawania jest w tym wypadku szybki i tani, co przekłada się na niską cenę gotowego produktu.

Urządzenia amorficzne – jak to działa?                

Zasada działania modułu amorficznego jest analogiczna jak innych typów paneli słonecznych. Proces powstawania prądu stałego (nazywany efektem fotowoltaicznym) polega on na produkcji nośników ładunku w półprzewodniku pod wpływem działania padających promieni słonecznych. W tym wypadku elektrony znajdujące się w krysztale krzemu zostają aktywowane, dzięki czemu przechodzą na wyższy poziom energetyczny i zostają wybite. Na skutek ich poruszania się pomiędzy elektrodami, powstaje różnica potencjałów, co stanowi istotę generowania prądu stałego. W kolejnym etapie zostaje on przetransportowany okablowaniem solarnym do falownika. Tam poddaje się go konwersji na prąd zmienny trafiający do gniazdek oraz sieci. Cały proces zachodzi automatycznie i nie wymaga bieżącej kontroli.

Moduły amorficzne czyli inaczej barwnikowe ogniwa słoneczne

O panelach fotowoltaicznych amorficznych mówi się czasami barwnikowe ogniwa słoneczne. Dlaczego? Tradycyjne moduły monokrostaliczne i polikrystaliczne występują tylko w dwóch kolorach – czarnym i granatowym. Na tym tle panele amorficzne oferują praktycznie nieskończoną możliwość barwienia. Co ważne, sam proces zmiany koloru nie wpływa w żaden sposób na sprawność i trwałość urządzenia.

Panel amorficzny – najważniejsze cechy

Panel amorficzny jest zbudowany z pojedynczego ogniwa. Krzem amorficzny (a-Si) to odmiana alotropowa. Jego atomy nie są uporządkowane w krystaliczną strukturę. Oznacza to, że w odróżnieniu od tradycyjnych modułów nie widać na nim pojedynczych ogniw i połączeń między nimi. To ma przełożenie na stopień pochłaniania światła słonecznego. Szacuje się, że jest on wyższy nawet 40-krotnie niż w panelach polikrystalicznych. Inne cechy ogniwa amorficznego to:

• Duża elastyczność.
• Niska waga (minimalizacja ryzyka przeciążenia podłoża, do którego są przytwierdzone).
• Możliwość montażu bez zastosowania ramy wzmacniającej.
• Efektywna praca przy wysokim nasłonecznieniu.
• Dostępność w różnych wersjach kolorystycznych.
• Sprawność na poziomie około 6-10%.

Jeszcze do niedawna ogniwa amorficzne były chętnie wykorzystywane w małych urządzeniach takich jak kalkulatory czy zegarki. Dzisiaj bywają także pomocne przy produkcji prądu na cele indywidualne i biznesowe.

Panele fotowoltaiczne amorficzne – zastosowanie w fotowoltaice

Urządzenia amorficzne montują najczęściej osoby przykładające dużą wagę do kwestii estetycznych. Panele świetnie prezentują się zarówno na dachach, jak i elewacjach budynków. Moduły amorficzne znaleźć można także na wielkopowierzchniowych farmach fotowoltaicznych, gdzie brak miejsca nie stanowi problemu, a wysokie nasłonecznienie może prowadzić do spadku efektywności pracy tradycyjnych paneli I generacji. Rozwiązania amorficzne chętnie wykorzystuje się również w systemach fotowoltaicznych zintegrowanych z budownictwem (czyli BIPV – Building Integrated Photovoltaics). W tym wypadku są one częścią specjalnie zaprojektowanych fasad, żaluzji, markiz czy okiennic. Nie tylko pozyskują energię z promieniowania słonecznego, ale także pełnią funkcję dekoracyjną. Efektem zastosowania ogniw amorficznych w BIPV jest wzrost komfortu użytkowania – zwiększają one wyciszenie, poprawiają izolację oraz regulują gospodarkę energetyczną budynku.

Panele amorficzne – cena

Jak już wspomniano, panel amorficzny to jedno z najtańszych rozwiązań dla osób chcących pozyskiwać energię ze słońca. Przeciętna cena 1 Wp to około 1,8 złotego w popularnych serwisach aukcyjnych. Nieco droższe będą barwnikowe ogniwa słoneczne. W tym wypadku projekt i dostawa są jednak wyceniane indywidualnie.

Panele amorficzne – cena a wady

Moduły amorficzne nie są pozbawione wad, które wpływają na ostateczną opłacalność wykorzystania tej technologii. Przede wszystkim warto zdać sobie sprawę, że panele fotowoltaiczne amorficzne oferują niską moc modułu w stosunku do obecnie dostępnych rozwiązań monokrystalicznych. Co więcej, z uwagi na relatywnie niewielką sprawność do uzyskania określonej mocy instalacji wymagane jest zabudowania nimi znacznie większej powierzchni. Wszystko to sprawia, że ograniczenia przestrzenne są przesłanką do wyboru innego typu komponentów PV. Problemem z użytkowaniem modułów amorficznych może być też ich trwałość. Szacuje się, że ta technologia pozwala na uzyskanie żywotności na poziomie 10 lat, co jest wynikiem trzykrotnie niższym niż nowoczesne panele monokrystaliczne. W specyficznych okolicznościach użytkowanie rozwiązań amorficznych może prowadzić także do wystąpienia efektu degradacyjnego Staeblera-Wrońskiego. Powoduje to stosunkowo szybki spadek efektywności ogniw nawet o 40% wartości początkowej. Warto także pamiętać, że nie każdy falownik współpracuje z technologią amorficzną. Przy doborze komponentów warto posiłkować się pomocą specjalistów z branży odnawialnych źródeł energii.

Moduł amorficzny – podsumowanie

Panele amorficzne to najtańszy z obecnie dostępnych na rynku rodzaj modułów fotowoltaicznych. Cechują się stosunkowo niską sprawnością oraz żywotnością w stosunku do paneli monokrystalicznych i polikrystalicznych. Urządzenia amorficzne nie są też polecane w miejscach, gdzie wymagane jest osiągnięcie określonego uzysku, a dostępna powierzchnia nie pozwala na montaż większej ilości pojedynczych modułów. Z drugiej strony panele fotowoltaiczne amorficzne charakteryzują się niską wagą, dużą elastycznością oraz wysoką estetyką. Można je także nabyć w formule barwnikowych ogniw słonecznych, czyli w szerokiej gamie kolorów. Omawiane urządzenia nie są wrażliwe na wysokie temperatury, dzięki czemu dobrze sprawdzą się w miejscach silnie nasłonecznionych. Moduły amorficzne pracują także efektywniej w warunkach zacienienia. Są szczególnie zalecane wszędzie tam, gdzie możemy im nadać funkcję wspomagającą klasyczne źródła zasilania.