Przejdź do treści

Panele fotowoltaiczne half cut – zalety i wady

Ryszard Jesionowski:

panele fotowoltaiczne half cut

Większość obecnie sprzedawanych paneli fotowoltaicznych to tzw. panele z ogniwami half cut. Ogniwa half cut to stosunkowo nowa technologia, umożliwiająca uzyskanie większej produkcji energii elektrycznej podczas częściowego zacienienia paneli. O ile więcej prądu można uzyskać oraz o zaletach i wadach modułów half cut dowiesz się poniżej.

  1. Co to jest panel fotowoltaiczny half cut
  2. Zalety paneli half cut
  3. Wady paneli połówkowych
  4. Czy warto montować panele half cut?
  5. Podsumowanie



Co to jest panel fotowoltaiczny half cut

Panele fotowoltaiczne z ogniwami half cut, zwane również ogniwami połówkowymi, lub z ogniwami ciętymi na pół są od jakiegoś czasu nowym trendem w produkcji modułów solarnych.

Pierwszą firmą, która wprowadziła na rynek panele fotowoltaiczne zbudowane z ogniw połówkowych był REC, za co który otrzymał nagrodę na targach Intersolar w 2015 roku.

Jak zbudowane są ogniwa half cut?

Moduły half cut składają się z ogniw słonecznych przeciętych na pół, co poprawia wydajność i trwałość modułu. Tradycyjne panele 60- i 72-ogniwowe będą zbudowane z, odpowiednio 120 i 144 ogniw połówkowych. Kiedy ogniwa fotowoltaiczne są przecięte na pół, ich prąd również jest zmniejszony o połowę, więc straty rezystancyjne są obniżone, a ogniwa mogą wytwarzać nieco więcej energii.

Podzielone na pół ogniwa doznają mniejszych naprężeń mechanicznych, więc maleje szansa powstania mikropęknięć. Moduły połówkowe mają wyższą moc wyjściową i są bardziej niezawodne niż tradycyjne panele.

Panele fotowoltaiczne z ogniwami half cut nie są technologią polegającą na dodaniu nowego komponentu do ogniwa fotowoltaicznego, tak jak np. PERC. W rzeczywistości technologia ogniw połówkowych wywodzi się z klasycznych ogniw krzemowych (c-Si). Oznacza to, iż komponenty i materiały zastosowane do produkcji ogniw half cut są takie same, jak do klasycznych ogniw krzemowych.

panele fotowoltaiczne half cut co to znaczy
Różnice w budowie klasycznego modułu fotowoltaicznego oraz modułu half cut

Co je natomiast od siebie odróżnia, to konstrukcja, która w przypadku ogniw half cut, umożliwia wzrost wydajności oraz redukcję strat prądu w porównaniu do ogniw klasycznych.

Cięcie ogniwa na pół

Ogniwa half cut różnią się od klasycznych ogniw, ponieważ są przecięte na pół. Przecięcie ogniwa na dwie części umożliwia generowanie takiego samego napięcia oraz dwukrotnie mniejszego natężenia przepływu prądu.

W związku z tym, iż technologia half cut opiera się na tradycyjnym ogniwie fotowoltaicznym, oznacza to, iż sprawność przekształcania promieniowania słonecznego ogniwa połówkowego jest teoretycznie taka sama jak klasycznego ogniwa fotowoltaicznego. Ogniwa half cut można produkować w połączeniu z technologią PERC oraz modułami szyba-szyba.

Zasada działania panelu fotowoltaicznego half cut

Panel fotowoltaiczny half cut posiada dwukrotnie więcej ogniw fotowoltaicznych niż panel klasyczny na tej samej powierzchni. Czyli posiada dwa razy więcej łańcuchów (obwodów) ogniw fotowoltaicznych w jednym module

Oznacza to dwa razy więcej obwodów ogniw słonecznych, przy czym ogniwa fotowoltaiczne przecięte na pół mają o połowę mniejszą powierzchnię, zachowując taką samą powierzchnię panelu.

panel fotowoltaiczny half cut zasada działania
Porównanie zasady działania modułu klasycznego oraz half cut

Ogólnie rzecz biorąc, klasyczne moduły z 60 ogniwami słonecznymi składają się z trzech obwodów po 20 połączonych szeregowo ogniw. Odpowiadające im moduły z ogniwami half cut zbudowane są z 120 półogniw PV, podzielonych na sześć łańcuchów po 20 półogniw. Każda strona przeciętego na pół panelu solarnego składa się z trzech łańcuchów półogniw, przy czym obie strony modułu PV są połączone równolegle. Poza tym, na parę łańcuchów półogniw przypada jedna dioda bocznikująca. Tak samo wygląda to w przypadku paneli z 72 ogniwami fotowoltaicznymi lub więcej.

Po co przecinać ogniwo fotowoltaiczne?

Moduł fotowoltaiczny half cut pracuje na tej samej zasadzie co moduł klasyczny, tylko że posiada więcej obwodów wewnętrznych. Moduły fotowoltaiczne half cut mogą być łączone zarówno szeregowo jak i równolegle, tak samo jak moduły klasyczne, przy zachowaniu tych samych napięć.

Istotną różnicą wynikającą z przecięcia ogniw fotowoltaicznych i zwiększenia ilości obwodów wewnętrznych w module jest mniejsze natężenie prądu płynącego przez ogniwa, co przekłada się na mniejsze straty energii – straty mocy są proporcjonalne do kwadratu natężenia przepływającego prądu. Dodatkową korzyścią jest lepsza praca przy częściowym zacienieniu.

Ponieważ moduły half cut wytwarzają więcej energii oraz są bardziej wydajne i niezawodne niż ich klasyczne odpowiedniki, ich użycie może prowadzić do oszczędności pieniędzy inwestora.

Zalety paneli half cut

Pewnie zastanawiasz się jakie są zalety paneli half cut? Poniżej wymieniamy je oraz wyjaśniamy korzyści uzyskane z zastosowania technologii ogniw połówkowych.

Mniejsze straty mocy

Główna korzyść modułów z ogniwami half cut to ograniczenie strat elektrycznych wynikających z prawa Joule’a.

Ogniwo half cut wytwarza o połowę mniejsze natężenie prądu w porównaniu z pełnym ogniwem PV. Straty mocy są proporcjonalne do kwadratu natężenia przepływającego prądu. Prawo Joule’a oblicza straty mocy jako natężenie prądu do kwadratu (do potęgi drugiej), wobec tego ogniwa half cut generują zaledwie 25% (jedną czwartą) strat mocy, czyli generują o 75% mniejsze straty. Z drugiej strony, na poziomie modułu fotowoltaicznego, wytwarzany prąd jest o ok. 2% – 4% większy (ponieważ są mniejsze straty), co przekłada się na podobny wzrost mocy.

Zwiększona produkcja prądu podczas częściowego zacienienia

Gdy połowa modułu jest zacieniona, moduł half cut generuje 50% mocy, natomiast moduł klasyczny przestaje wytwarzać prąd

Gdy panel fotowoltaiczny jest częściowo zacieniony, wywołuje to znaczący spadek mocy w module oraz w łańcuchu modułów. Panele PV z ogniwami half cut zawierają dwukrotnie więcej wewnętrznych obwodów, co powoduje, iż częściowe zacienienie modułu spowoduje ograniczone straty. Badania wykazały, że moduły z ogniwami połówkowymi wytwarzają do 50% mniejsze straty mocy w łańcuchu paneli PV.

Zwróć uwagę, czy producent paneli fotowoltaicznych dopuszcza montaż, gdy może wystąpić cień. Większość producentów wyłącza gwarancję w takiej sytuacji. O tym co robić, aby nie utracić gwarancji, czytaj w Gwarancja na panele fotowoltaiczne.

Zmniejszona temperatura hot-spotów

Hot spoty wynikają z częściowego zacienienia paneli solarnych. Gdy niektóre ogniwa ulegają zacienieniu, zamiast generować produkcję, zachowują się jak oporniki, pochłaniają energię elektryczną i tym samym zwiększają temperaturę. Ponieważ przez ogniwa half cut płynie mniejszy prąd niż przez pełne ogniwa, wpływa to zmniejszenie temperatury hot spotów. Ta technologia pozwala na zmniejszenie maksymalnej temperatury hot spotów nawet o 200C.

Wyższa moc modułów PV

Sprawność (zdolność do zamiany światła w energię elektryczną) pojedynczego ogniwa fotowoltaicznego zależy od rodzaju zastosowanej technologii ogniwa. Panele fotowoltaiczne zbudowane z ogniw połówkowych uzyskują większe moce, ponieważ mają mniejsze straty przesyłu prądu (o czym pisaliśmy wyżej).

Mniejsze ryzykow powstania mikropęknięć

Ogniwa half cut mają mniejsze ryzyko powstania mikropęknięć. Źródło: Canadian Solar

Mniejsze ogniwa powodują, iż powstanie mikropęknięcia zostanie ograniczone do półogniwa zamiast rozwinąć się w całym ogniwie fotowoltaicznym. Mniejsze ogniwa to również mniejsze odkształcenia, czyli samo prawdopodobieństwo powstania mikropęknięcia jest ograniczone.

Integracja z różnymi technologiami ogniw PV

Technologia half cut jest modyfikacją procesu produkcyjnego modułów fotowoltaicznych, stosowanego do produkcji klasycznych ogniw krzemowych. W rezultacie, półogniwa mogą być produkowane w połączeniu z technologią PERC lub / oraz bifacjalną, co wpłynie na zmniejszenie strat mocy, wyższą moc modułów oraz posiada również inne zalety.

Wady paneli half cut

Technologia ogniw half cut posiada wiele zalet, jednak posiada również wady.

Produkcja ogniw half cut wymaga znacznych inwestycji w linię produkcyjną. Badania wykazały, że moduły solarne half cut kosztują 0,6% – 1,2% więcej niż moduły zbudowane z klasycznych ogniw. Jednak dzięki wzrostowi mocy, ich koszt w przeliczeniu na wat mocy niższy o ok. 0,8% – 1%.

Zwiększone ryzyko wadliwych połączeń

Produkcja ogniw half cut oznacza dwukrotny wzrost połączeń lutowanych, co przekłada się na dwukrotny wzrost prawdopodobieństwa wystąpienia wadliwych łączeń. Dodatkowo, przecinanie ogniw zwiększa prawdopodobieństwo powstania wadliwych ogniw co również jest niekorzystne. O ile jest to problem, na który należy zwrócić uwagę, produkcja z zachowaniem odpowiednich procesów kontroli jakości powinna zapobiec powstaniu problemów, czyli decydując się na ogniwa half cut bezpieczniej jest wybrać renomowanego producenta.

Ogniwa half cut w porównaniu z klasycznymi ogniwami

Aby w pełni zrozumieć zalety technologii half cut, jest ważne aby porównać ją do technologi produkcji klasycznych ogniw fotowoltaicznych. W tej części artykułu porównamy obie technologie, biorąc pod uwagę czynniki takie jak liczba ogniw, napięcie, prąd, i inne.

Tradycyjne krzemowe panele fotowoltaiczne wykorzystują prostą technologię, która posiada kilka wad.

Technologia half cut ogranicza straty elektryczne o 75%, poprawia pracę modułu w częściowym zacienieniu, zmniejsza temperaturę pracy z powodu zmniejszonego natężenia przepływu prądu w ogniwie, oraz zmniejsza temperaturę hot spotu nawet o 200C. Główną wadą technologii ogniw half cut jest nieco wyższy koszt produkcji oraz nieco gorsza estetyka (aczkolwiek w przypadku paneli całych czarnych jest to niemal niezauważalne).

Panele half cut w porównaniu do PERC

Technologia PERC jest udoskonaleniem konstrukcji klasycznych fotowoltaicznych ogniw krzemowych. Technologia ta zmniejsza straty wynikające z procesu rekombinacji elektronów, zwiększa sprawność poprzez zastosowanie warstwy materiału odbijającego światło na spodzie ogniwa, oraz obniża temperaturę ogniwa.

Panele fotowoltaiczne z ogniwami half cut wytwarzają 2% – 4% więcej mocy niż standardowe panele, natomiast moduły PERC mogą zwiększyć produkcję o 6%. Jest to istotna zaleta na korzyść PERC, jednak jednocześnie jest to jedyna zaleta.

Technologia PERC ogranicza powstawanie ciepła podczas produkcji prądu, jednak w sytuacji zacienienia, moduł PERC pracuje równie źle jak klasyczne moduł, oraz generuje porównywalne straty elektryczne. Panele half cut nie uzyskują tak wysokich sprawności jak PERC z powodu procesów rekombinacji, jednak funkcjonują lepiej w częściowym zacienieniu oraz mają zmniejszone straty przesyłu prądu.

Jednak obie technologie, PERC oraz half cut mogą być ze sobą łączone. Dzięki czemu można połączyć korzyści wynikające z obu technologii.

Czy warto montować panele half cut?

Korzyści z paneli fotowoltaicznych half cut mogą odnieść osoby posiadające ograniczoną powierzchnię do montażu paneli na dachu – moduły połówkowe charakteryzują cię większą sprawnością, więc można uzyskać większą moc instalacji fotowoltaicznej.

Dzięki podzieleniu modułu na dwie części, moduły half cut lepiej pracują przy częściowym zacienieniu – trzeba jednak zwrócić uwagę w jaki sposób cień się przemieszcza i odpowiednio zamontować panel.

Jeżeli na dachu nie brakuje miejsca, oraz nie ma na nim cienia, montaż modułów half cut niewiele zmieni. Będzie nieco wyższa wydajność – moduły half cut pracują z niższą temperaturą, oraz mniejsze prawdopodobieństwo powstania mikropęknięć.

Podsumowanie

  • Panele fotowoltaiczne half cut produkują więcej prądu niż panele klasyczne, gdy są częściowo zacienione.
  • Moduły połówkowe osiągają większe moce niż moduły klasyczne, ale są droższe i wymagają lepszej kontroli jakości podczas produkcji.
  • Moduły half cut warto zamontować, gdy jest mało miejsca na dachu oraz gdy występuje zacienienie.


Może Cię zainteresować