Technologie: Jaké druhy solárních panelů existují?

Monokrystalické panely

Monokrystalické panely, často nazývané "mono" panely, jsou vyrobeny z jediného krystalu křemíku. To jim dává charakteristický tmavý, jednotný vzhled. Díky použití vysoce čistého křemíku dosahují monokrystalické panely nejvyšší účinnosti ze všech typů solárních panelů, obvykle mezi 19-23%. Jsou také nejdražší, ale jejich vysoká účinnost znamená, že pro stejnou produkci energie potřebujete menší plochu panelů. To je výhodné zejména v případech, kdy je prostor omezený, například na střechách rodinných domů. Monokrystalické panely mají také nejlepší výkon při slabším osvětlení, například za oblačného dne nebo brzy ráno a večer. To z nich dělá dobrou volbu pro oblasti s proměnlivým počasím. Na druhou stranu jsou monokrystalické panely náchylnější k zastínění. I malý stín na části panelu může výrazně snížit jeho celkovou produkci energie.

Polykrystalické panely

Polykrystalické panely, někdy nazývané multikrystalické, jsou po monokrystalických panelech druhým nejrozšířenějším typem solárních panelů na trhu. Jejich výroba je levnější než u monokrystalických panelů, což se projevuje i na jejich nižší ceně. Polykrystalické články se vyrábějí chladnutím roztaveného křemíku v ​​nádobách, kde krystaly křemíku rostou v různých směrech. To jim dává charakteristický modrý, mírně třpytivý vzhled.

Ačkoli jsou polykrystalické panely levnější, jejich účinnost je o něco nižší než u monokrystalických panelů. To znamená, že pro dosažení stejného výkonu budete potřebovat o něco větší plochu panelů. Nicméně pro mnoho lidí je nižší cena rozhodujícím faktorem a polykrystalické panely představují stále velmi dobrou volbu pro výrobu vlastní elektřiny ze slunce.

Při výběru mezi polykrystalickými a monokrystalickými panely je důležité zvážit vaše individuální potřeby a možnosti. Pokud je pro vás cena rozhodující a máte dostatek prostoru pro instalaci, pak jsou polykrystalické panely skvělou volbou. Pokud naopak potřebujete co nejvyšší účinnost a máte omezený prostor, pak jsou pro vás lepší volbou monokrystalické panely.

Tenkovrstvé panely

Tenkovrstvé panely, někdy nazývané také jako panely s tenkou vrstvou, představují další důležitou kategorii v rámci druhů solárních panelů. Na rozdíl od klasických křemíkových panelů, které využívají křemíkové destičky, tenkovrstvé panely nanášejí fotovoltaické materiály v tenkých vrstvách na podkladový materiál, jako je sklo, plast nebo kov. Tato technologie umožňuje flexibilnější design a otevírá dveře k instalaci na netradiční plochy, například na střechy s nestandardním tvarem.

Mezi nejrozšířenější typy tenkovrstvých panelů patří panely s tenkou vrstvou amorfního křemíku (a-Si), kadmium teluridu (CdTe) a CIGS (Copper Indium Gallium Selenide). Každý z těchto typů má své specifické vlastnosti a liší se účinností, životností a cenou.

Obecně platí, že tenkovrstvé panely dosahují nižší účinnosti ve srovnání s monokrystalickými nebo polykrystalickými panely. Nicméně, jejich výroba je často levnější a v některých případech vykazují lepší výkon za zhoršených světelných podmínek, například při zatažené obloze.

Technologie CIGS

Technologie CIGS (zkratka pro Copper Indium Gallium Selenide, česky měď-indium-gallium-selenid) představuje jednu z tenkovrstvých variant fotovoltaických článků. Na rozdíl od tradičních křemíkových panelů, CIGS články využívají sloučeniny zmíněných prvků nanesené v tenkých vrstvách na podkladový materiál, jako je sklo nebo plast. Tato technologie se řadí mezi druhy solárních panelů s velkým potenciálem, a to z několika důvodů.

Druhy solárních panelů	Účinnost (%)	Životnost (roky)	Cena
Monokrystalické	18-22	25-30	Vysoká
Polykrystalické	15-18	20-25	Střední
Tenkovrstvé	7-13	15-20	Nízká

CIGS panely se pyšní vysokou účinností přeměny slunečního záření na elektřinu, která v laboratorních podmínkách překonává i 20 %. I když je reálná účinnost v praxi o něco nižší, stále se jedná o srovnatelné hodnoty s křemíkovými panely. Výhodou CIGS technologie je také její flexibilita. Tenké vrstvy CIGS materiálu umožňují výrobu ohebných panelů, které se dají instalovat na různě tvarované povrchy, jako jsou střechy s atypickým tvarem nebo karoserie aut.

Další předností je dobrá výkonnost i při nižší intenzitě slunečního záření, například za zatažené oblohy. To z nich dělá zajímavou volbu pro oblasti s méně slunečnými dny. Ačkoliv jsou CIGS panely slibnou alternativou, jejich rozšíření zatím brzdí vyšší výrobní náklady ve srovnání s tradičními křemíkovými panely. Výzkum a vývoj v oblasti CIGS technologií však neustále pokračuje a cena těchto panelů postupně klesá. Dá se očekávat, že s dalším vývojem a masovější výrobou se stanou CIGS panely dostupnější a budou hrát významnou roli v budoucnosti solární energetiky.

Technologie CdTe

Technologie CdTe, neboli telurid kademnatý, představuje další z tenkovrstvých technologií pro výrobu fotovoltaických panelů. Panely CdTe se vyznačují nižší výrobní cenou ve srovnání s tradičními křemíkovými panely, a to díky jednoduššímu výrobnímu procesu a menšímu množství použitého materiálu. CdTe panely se také mohou pochlubit dobrou účinností přeměny sluneční energie na elektřinu, která se pohybuje okolo 10-18 %.

Ačkoliv je jejich účinnost o něco nižší než u monokrystalických a polykrystalických panelů, jejich nižší cena a kratší doba návratnosti investice z nich činí atraktivní volbu pro některé instalace, zejména ve velkém měřítku.

Technologie CdTe má i své nevýhody. Jednou z nich je použití kadmia, toxického těžkého kovu. I když výrobci panelů CdTe dodržují přísné bezpečnostní standardy a recyklační programy, obavy z dopadu kadmia na životní prostředí přetrvávají. Další nevýhodou je o něco nižší účinnost v porovnání s křemíkovými panely, což znamená, že pro dosažení stejného výkonu je potřeba větší plocha panelů.

Účinnost panelů

Účinnost solárních panelů se liší v závislosti na druhu a typu panelu. Monokrystalické panely jsou nejúčinnějším typem, dosahují účinnosti až 22 %. Jsou vhodné pro menší plochy, jako jsou střechy rodinných domů. Polykrystalické panely mají o něco nižší účinnost, kolem 18 %, ale jsou levnější. Často se používají pro větší instalace, například na polích. Tenkovrstvé panely dosahují účinnosti pouze kolem 12 %, ale jsou nejlevnější a nejflexibilnější. Jsou vhodné pro nestandardní instalace, například na karavanech.

Kromě druhu a typu panelu ovlivňuje účinnost také orientace a sklon panelů, stínění, teplota a další faktory. Pro dosažení maximální účinnosti je důležité panely správně nainstalovat a udržovat. Pravidelné čištění panelů od prachu a nečistot může zvýšit jejich účinnost o několik procent.

Při výběru solárních panelů je důležité zvážit nejen jejich účinnost, ale také cenu, záruku a další faktory. Vhodný typ a druh panelu se liší v závislosti na konkrétní aplikaci a potřebách uživatele.

V dnešní době existuje nepřeberné množství druhů solárních panelů, z nichž každý má své specifické výhody a nevýhody. Od klasických křemíkových panelů, přes moderní tenkovrstvé technologie až po experimentální organické fotovoltaické články, výběr správného typu panelu závisí na mnoha faktorech, jako je dostupná plocha, rozpočet a požadovaný výkon.

Bořivoj Svoboda

Vliv teploty

Teplota hraje klíčovou roli v efektivitě solárních panelů. Zatímco sluneční záření je pro výrobu elektřiny nezbytné, příliš vysoké teploty mohou výkon panelů naopak snižovat. Různé druhy a typy solárních panelů reagují na teplotu odlišně.

Monokrystalické panely, známé svou vysokou účinností, jsou na změny teploty citlivější. Naopak polykrystalické panely, ač méně účinné, si i při vyšších teplotách udržují relativně stabilní výkon. Tenkovrstvé panely, vhodné pro specifické aplikace, vykazují ze všech typů nejmenší teplotní závislost.

Výrobci uvádějí teplotní koeficient, který udává, o kolik procent klesne výkon panelu s každým stupněm Celsia nad referenční teplotou, obvykle 25 °C. Čím nižší je teplotní koeficient, tím lépe panel odolává vysokým teplotám.

Při výběru solárních panelů je proto důležité zohlednit i klimatické podmínky v místě instalace. V horkých oblastech s častými slunečními paprsky je vhodné volit panely s nízkým teplotním koeficientem, aby byla zajištěna optimální výroba elektřiny i během letních měsíců.

Vliv zastínění

Zastínění, i když jen částečné, může mít na výkon solárních panelů značný vliv. Různé typy panelů reagují na zastínění odlišně. Monokrystalické panely, známé svou účinností, bývají na zastínění citlivější. Polykrystalické panely, i když obecně méně účinné, si s částečným zastíněním poradí lépe. Technologie tenkovrstvých panelů je vůči stínu nejodolnější, avšak za cenu nižší celkové účinnosti.

Pro minimalizaci negativního vlivu zastínění je důležité správné umístění panelů. Ideální je jižní orientace bez překážek. V případě, že se stínění zcela eliminovat nedá, je vhodné zvážit použití optimalizátorů výkonu nebo mikroinvertorů. Tyto technologie dokáží minimalizovat ztráty způsobené zastíněním a maximalizovat tak energetický zisk z fotovoltaického systému.

Životnost a degradace

Životnost solárních panelů je ovlivněna řadou faktorů, včetně typu panelu, materiálu, výrobního procesu a podmínek prostředí. Obecně platí, že moderní solární panely mají dlouhou životnost, obvykle 25 až 30 let. Nicméně i během této doby dochází k postupné degradaci, tedy snižování jejich výkonu.

Rychlost degradace se liší u jednotlivých typů panelů. Monokrystalické panely, známé svou vysokou účinností, mívají pomalejší degradaci než polykrystalické panely. Tenkovrstvé panely, ačkoliv jsou levnější a flexibilnější, vykazují obvykle rychlejší degradaci než krystalické panely.

Mezi faktory prostředí, které ovlivňují degradaci, patří teplota, vlhkost, UV záření a znečištění. Vysoké teploty urychlují degradaci, proto je důležité zajistit dostatečné větrání panelů. Vlhkost může proniknout do panelů a způsobit korozi, proto je důležitá kvalitní konstrukce a utěsnění. UV záření a znečištění ovlivňují průhlednost panelů a snižují tak jejich účinnost.

Výrobci solárních panelů obvykle poskytují záruku na výkon panelů po dobu 25 let. Tato záruka obvykle garantuje, že výkon panelu neklesne pod 80 % původního výkonu. Pro zajištění dlouhé životnosti a optimálního výkonu solárních panelů je důležitý pravidelný servis a čištění.

Výrobní procesy

Výroba solárních panelů, ať už se jedná o monokrystalické, polykrystalické nebo tenkovrstvé panely, je fascinující proces zahrnující řadu kroků a sofistikovaných technologií.

Křemíkové články - základ solárních panelů

Základním stavebním kamenem jsou křemíkové články. Výroba začíná zpracováním surového křemíku, který se čistí a následně taví. Pro monokrystalické panely se používá metoda Czochralski, při které se z roztaveného křemíku pomalu vytahuje monokrystalický ingot. Polykrystalické panely vznikají chladnutím roztaveného křemíku ve formách, čímž vznikají bloky s náhodně orientovanými krystaly.

Následně se křemíkové ingoty nebo bloky řežou na tenké plátky, tzv. wafery. Ty se dále chemicky ošetřují, aby se odstranily nečistoty a vytvořil se povrch schopný absorbovat sluneční záření.

Vytvoření P-N přechodu

Dalším krokem je dotování, při kterém se do křemíkových waferů přidávají atomy jiných prvků, například fosforu nebo boru, čímž se mění jejich elektrické vlastnosti a vytváří se tzv. P-N přechod, který umožňuje přeměnu světla na elektřinu.

Nadopované wafery se opatřují antireflexní vrstvou, která minimalizuje odraz slunečního světla a zvyšuje tak účinnost panelu. Poté se na ně nanáší kovové kontakty, které slouží k propojení článků do série a odvodu elektrického proudu.

Sestavení solárního panelu

Jednotlivé solární články se následně propojují do větších celků, tzv. stringů, a laminují se mezi vrstvy ochranných materiálů, jako je sklo, EVA fólie a zadní fólie. Tím se zajišťuje mechanická odolnost a ochrana před vnějšími vlivy.

Finální solární panel se pak opatří hliníkovým rámem, který mu dodává pevnost a umožňuje snadnou instalaci. Nakonec prochází kontrolou kvality, kde se testuje jeho výkon a odolnost.

Budoucnost technologií

Solární energie se stává stále důležitějším zdrojem energie a s tím roste i vývoj a inovace v oblasti solárních panelů. Na trhu je v současnosti k dispozici několik druhů solárních panelů, z nichž každý má své výhody a nevýhody.

Mezi nejrozšířenější typy patří fotovoltaické panely na bázi křemíku, a to jak monokrystalické, tak polykrystalické. Monokrystalické panely se vyznačují vyšší účinností, ale jsou také dražší. Polykrystalické panely jsou cenově dostupnější, ale jejich účinnost je o něco nižší.

Do popředí se dostávají i další typy solárních panelů, jako jsou tenkovrstvé panely, které jsou lehčí a flexibilnější, a perovskitové solární články, jež slibují vysokou účinnost a nízkou cenu.

Budoucnost technologií solárních panelů je velmi slibná. Výzkum a vývoj se zaměřují na zvyšování účinnosti, snižování nákladů a zlepšování vlastností, jako je flexibilita a odolnost. Vědci pracují na vývoji nových materiálů a technologií, které by mohly vést k revoluci v oblasti solární energie.

Lze očekávat, že solární panely budou hrát v budoucnosti stále důležitější roli v energetickém mixu a přispějí k přechodu na čistší a udržitelnější zdroje energie.