Jak produkowane są krystaliczne moduły solarne, które tworzą panel fotowoltaiczny?
Krystaliczne moduły solarne tworzące panel fotowoltaiczny kumulują energię słoneczną i przekształcają ją w elektryczną. By fotowoltaika w dalszym ciągu zyskiwała na znaczeniu, krystaliczne moduły solarne muszą być produkowane wydajnie, w dobrej cenie i na dużą skalę. Jak przebiega ten proces?
Spis treści
- Krystaliczne ogniwa solarne – jak zbudowane są moduły solarne?
- Krystaliczne moduły solarne – etapy produkcji
- Moduły solarne a presja kosztowa w ich produkcji
Przy udziale w wytwarzaniu energii elektrycznej w całej UE wynoszącym około 11%, w 2024 roku energia słoneczna po raz pierwszy wyprzedziła wytwarzanie energii z węgla. Ze względu na swoją wydajność i trwałość krystaliczne moduły solarne są preferowanym wyborem w fotowoltaice. Zautomatyzowane procesy produkcyjne umożliwiają produkcję na dużą skalę w rentowny sposób – od precyzyjnego łączenia ogniw solarnych po proces laminowania i końcową kontrolę jakości.
Krystaliczne ogniwa solarne – jak zbudowane są moduły solarne?
Najczęściej w fotowoltaice wykorzystuje się moduły solarne z krzemu krystalicznego, składające się z wielu ogniw solarnych wykonywanych z płytek krzemowych. Płytki zawierają domieszkowany krzem, który może powodować separację ładunków elektrycznych poprzez celowe dodawanie obcych atomów. Cienkie metalowe styki, tak zwane szyny zbiorcze i palce, przewodzą prąd. Drobne metalowe palce zbierają prąd na całej powierzchni ogniwa i przewodzą go do szyn zbiorczych, które służą jako magistrale do dalszego transportu energii elektrycznej.
Moduł solarny jest zbudowany z wielu ogniw solarnych, które ze względu na swoją wrażliwość muszą być chronione przed czynnikami mechanicznymi i pogodowymi. Z tych względów są one osadzane pomiędzy kilkoma warstwami. Znajdująca się z przodu szklana płytka zapewnia stabilność, a folia z tworzywa sztucznego (zwykle EVA – octan etylenu i winylu) stanowi materiał hermetyzujący. Tył zaś zabezpiecza folia z tworzywa sztucznego lub druga warstwa szkła, do której przymocowana jest również skrzynka przyłączeniowa do przesyłania generowanego prądu stałego. Aluminiowa rama otacza moduł i ułatwia montaż.
Krystaliczne moduły solarne – etapy produkcji
Produkcja płytek krzemowych to proces wysokospecjalistyczny, dlatego przeważnie realizowana jest przez firmy z branży zaawansowanych technologii. Faktyczna produkcja modułów solarnych rozpoczyna się od gotowych ogniw solarnych, które są już domieszkowane i pokryte powłoką antyrefleksyjną.
- Krok 1: Łączenie ogniw solarnych – proces stringowania ogniw
Pierwszym krok w produkcji modułów solarnych jest połączenie ze sobą poszczególnych ogniw solarnych. Proces ten nazywany jest stringowaniem. Ogniwa solarne lutuje się przez szyny zbiorcze za pomocą cienkich miedzianych pasków (tzw. taśm). Układa się je w rzędy – tak zwane ciągi. Krzemowe ogniwa solarne są delikatne, dlatego by uniknąć pęknięć i mikropęknięć, wymagana jest najwyższa precyzja. Proces lutowania musi być zoptymalizowany tak, aby zminimalizować naprężenia mechaniczne i termiczne.
- Krok 2: Docinanie i pozycjonowanie warstw – proces Layup
Po docięciu wszystkich warstw modułu solarnego (szkło, folia EVA, ciągi i warstwa tylna) do odpowiedniego rozmiaru, w kolejnym etapie są one precyzyjnie umieszczane jedna na drugiej. Proces ten nazywany jest Layup. Automatyczne pozycjonowanie odbywa się z dokładnością ±0,1 mm.
- Krok 3: Laminowanie
Ułożone warstwy łączy się ze sobą, tworzą one stabilną i trwałą całość – tak zwaną laminację. Moduł solarny podgrzewa się w worku próżniowym lub autoklawie, zazwyczaj do temperatury około 140°C, przy użyciu podciśnienia lub nadciśnienia (do 10 barów). W trakcie tego tego procesu wcześniej mleczna folia EVA polimeryzuje w przezroczystą, trójwymiarowo usieciowaną warstwę tworzywa sztucznego. W ten sposób ogniwa solarne zostają trwale połączone ze szkłem i tylną folią nośną.
- Krok 4: Przycinanie krawędzi i ramki
Po laminowaniu moduł solarny jest przygotowywany do ostatecznego użycia. Jego krawędzie są przycinane, by usunąć wszelkie wystające materiały, w szczególności pozostałości folii EVA i nośnej. Kolejny etap to montowanie skrzynki przyłączeniowej. Na końcu moduł solarny zostaje wyposażony w aluminiową ramę, zapewniającą stabilność mechaniczną i ułatwiającą montaż. W tym celu wykorzystuje się silikon lub specjalną taśmę.
- Krok 5: Kontrola jakości i klasyfikacja
Na końcu moduł solarny jest testowany pod kątem wydajności i bezpieczeństwa. Symulator promieni słonecznych mierzy krzywą charakterystyki elektrycznej, podczas gdy testy elektroluminescencji i izolacji wykrywają uszkodzenia lub wady materiałowe. Przed zapakowaniem i dostarczeniem, moduły solarne są klasyfikowane według poziomów wydajności.
Polecany artykuł:
Moduły solarne a presja kosztowa w ich produkcji
Choć popyt na energię odnawialną rośnie, w wielu krajach dotacje rządowe zostały zmniejszone lub całkowicie zlikwidowane. Jednocześnie konkurencja, szczególnie ze strony firm azjatyckich, zaognia sytuację rynkową. Producenci modułów solarnych są zmuszeni do szukania rozwiązań, które pomogą w zachowaniu konkurencyjności ekonomicznej poprzez obniżenie kosztów produkcji, ale bez uszczerbku dla jakości. Jednym z nich jest wykorzystanie używanych urządzeń produkcyjnych.
- Zobacz też: Największe hale przemysłowe powstające w Polsce
