Tipuri de panouri solare: avantaje și dezavantaje

Există trei tipuri principale de panouri solare disponibile pe piață: panouri solare monocristaline, panouri solare policristaline și panouri solare din film subțire. De asemenea, există mai multe tehnologii promițătoare aflate în dezvoltare, inclusiv panouri bifaciale, celule solare organice, fotovoltaice concentratoare și chiar inovații la scară nanometrică, cum ar fi punctele cuantice.

Fiecare tip de panou solar are un set unic de avantaje și dezavantaje pe care consumatorii trebuie să le ia în considerare atunci când aleg un sistem de panouri solare.

Panouri solare monocristaline

Din cauza numeroaselor lor avantaje, panourile solare monocristaline sunt cele mai folosite pe piața actuală.1 Aproape 95% dintre celulele solare vândute astăzi folosesc siliciu ca material semiconductor.2 Siliciul este abundent, stabil, netoxic și se potrivește bine cu tehnologiile de generare electrică deja existente.1

Inițial dezvoltate în anii 1950, celulele solare monocristaline din siliciu sunt fabricate prin crearea unui ingot de siliciu extrem de pur dintr-o semință de siliciu pur folosind procesul Czochralski. Apoi, din ingot se taie un cristal unic, rezultând un wafer de siliciu cu o grosime de aproximativ 0,3 milimetri (0,011 inch).3

Celulele solare monocristaline sunt mai lente și mai scumpe de produs decât alte tipuri de celule solare datorită modului precis în care trebuie fabricate ingoturile de siliciu. Pentru a crește un cristal uniform, temperatura materialelor trebuie să fie menținută la un nivel foarte ridicat. Ca urmare, se folosește o cantitate mare de energie din cauza pierderii de căldură din semința de siliciu pe parcursul procesului de fabricație.1 Până la 50% din material poate fi irosit în timpul procesului de tăiere, ceea ce duce la costuri de producție mai mari pentru producător.4

Totuși, acest tip de celule solare își mențin popularitatea din mai multe motive. În primul rând, au o eficiență mai mare decât orice alt tip de celulă solară, deoarece sunt făcute dintr-un singur cristal, ceea ce permite electronilor să circule mai ușor prin celulă. Deoarece sunt atât de eficiente, pot fi mai mici decât alte sisteme de panouri solare și totuși să genereze aceeași cantitate de electricitate. De asemenea, au cea mai lungă durată de viață dintre toate tipurile de panouri solare disponibile astăzi.5

Unul dintre cele mai mari dezavantaje ale panourilor solare monocristaline este costul (datorită procesului de producție). În plus, acestea nu sunt la fel de eficiente ca alte tipuri de panouri solare în situațiile în care lumina nu le lovește direct. Și dacă se acoperă cu murdărie, zăpadă sau frunze, sau dacă funcționează la temperaturi foarte ridicate, eficiența lor scade și mai mult.5 Deși panourile solare monocristaline rămân populare, costurile scăzute și eficiența în creștere a altor tipuri de panouri devin din ce în ce mai atrăgătoare pentru consumatori.

Panouri solare policristaline

După cum sugerează și numele, panourile solare policristaline sunt făcute din celule formate din mai mulți cristale de siliciu nealiniați.5 Aceste celule solare de primă generație sunt produse prin topirea siliciului de grad solar și turnarea acestuia într-un matriță, apoi lăsându-l să se solidifice. Siliciul turnat este apoi tăiat în felii subțiri, care sunt utilizate în panourile solare.

Celulele solare policristaline sunt mai ieftine de produs decât celulele monocristaline, deoarece nu necesită timpul și energia necesare pentru a crea și tăia un singur cristal. Deși limitele create de granulele cristalelor de siliciu formează bariere pentru fluxul eficient de electroni, ele sunt de fapt mai eficiente în condiții de lumină scăzută decât celulele monocristaline și pot menține producția de energie chiar și atunci când nu sunt direct orientate către soare. În final, acestea ajung să aibă aproape aceeași producție totală de energie din cauza acestei abilități de a menține producția de electricitate în condiții nefavorabile.5

Celulele unui panou solar policristalin sunt mai mari decât cele ale panourilor monocristaline, astfel încât panourile pot ocupa mai mult spațiu pentru a produce aceeași cantitate de energie.5 De asemenea, acestea nu sunt la fel de durabile sau de lungă durată ca alte tipuri de panouri, deși diferențele de longevitate sunt mici.

Panouri solare din film subțire

Costul ridicat de producere a siliciului de grad solar a dus la crearea mai multor tipuri de celule solare de a doua și a treia generație, cunoscute sub numele de semiconductori. Celulele solare din film subțire necesită un volum mai mic de materiale, folosind adesea un strat de siliciu de doar un micron grosime, ceea ce reprezintă aproximativ 1/300 din lățimea celulelor solare monocristaline și policristaline. De asemenea, siliciul utilizat este de o calitate mai scăzută decât cel folosit în wafer-urile monocristaline.6

Multe celule solare sunt făcute din siliciu amorf necristalin. Deoarece siliciul amorf nu are proprietățile semiconductoare ale siliciului cristalin, trebuie combinat cu hidrogen pentru a conduce electricitatea. Celulele solare din siliciu amorf sunt cel mai comun tip de celulă din film subțire și sunt frecvent întâlnite în electronice precum calculatoare și ceasuri.4

Alte materiale semiconductoare comerciale viabile pentru filmul subțire includ telurura de cadmiu (CdTe), cupru-indiu-galiu-diselenid (CIGS) și arsenid de galiu (GaAs). Un strat de material semiconductor este depus pe un substrat ieftin, precum sticlă, metal sau plastic, făcându-l mai ieftin și mai adaptabil decât alte tipuri de celule solare. Rata de absorbție a materialelor semiconductoare este ridicată, ceea ce este unul dintre motivele pentru care folosesc mai puțin material decât alte celule.

Producția celulelor din film subțire este mult mai simplă și mai rapidă decât pentru celulele solare de primă generație, iar există o varietate de tehnici care pot fi utilizate pentru a le produce, în funcție de capabilitățile producătorului. Celulele solare din film subțire, cum ar fi CIGS, pot fi depuse pe plastic, ceea ce reduce semnificativ greutatea și crește flexibilitatea acestora. CdTe deține distincția de a fi singurul film subțire care are costuri mai mici, timp de amortizare mai rapid, o amprentă de carbon mai mică și un consum mai mic de apă pe durata vieții sale comparativ cu toate celelalte tehnologii solare.6

Cu toate acestea, dezavantajele celulelor solare din film subțire în forma lor actuală sunt numeroase. Cadmiul din celulele CdTe este extrem de toxic dacă este inhalat sau ingerat și poate se poate infiltra în sol sau în apa potabilă dacă nu este manipulat corespunzător în timpul eliminării. Acest lucru ar putea fi evitat dacă panourile sunt reciclate, însă tehnologia nu este încă disponibilă la scară largă așa cum ar trebui. Utilizarea metalelor rare, cum ar fi cele din CIGS, CdTe și GaAs, poate fi, de asemenea, un factor costisitor și potențial limitativ în producerea unor cantități mari de celule solare din film subțire.6

Alte tipuri

Varietatea panourilor solare este mult mai mare decât ceea ce este disponibil pe piața comercială actuală. Multe dintre noile tipuri de tehnologii solare sunt în dezvoltare, iar tipurile mai vechi sunt studiate pentru posibile creșteri ale eficienței și scăderi ale costurilor. Mai multe dintre aceste tehnologii emergente sunt în faza de testare pilot, în timp ce altele rămân dovedite doar în mediul de laborator. Iată câteva dintre celelalte tipuri de panouri solare care au fost dezvoltate.

Panouri solare bifaciale

Panourile solare tradiționale au celule solare doar pe o parte a panoului. Panourile solare bifaciale au celule solare construite pe ambele părți pentru a le permite să colecteze nu doar lumina solară directă, dar și albedo, adică lumina reflectată de pe solul de sub ele.7 Aceste panouri se mișcă și cu soarele pentru a maximiza timpul în care lumina solară poate fi colectată pe ambele părți ale panoului. Un studiu realizat de National Renewable Energy Laboratory a arătat o creștere de 9% a eficienței față de panourile cu o singură față.8

Tehnologia fotovoltaică de concentrație

Tehnologia fotovoltaică de concentrație (CPV) utilizează echipamente optice și tehnici, cum ar fi oglinzile curbate, pentru a concentra energia solară într-un mod eficient din punct de vedere al costurilor. Deoarece aceste panouri concentrează lumina solară, nu au nevoie de atât de multe celule solare pentru a produce o cantitate echivalentă de energie electrică. Aceasta înseamnă că panourile solare pot utiliza celule solare de calitate mai bună la un cost total mai mic.9

Fotovoltaice organice

Celulele fotovoltaice organice utilizează molecule organice mici sau straturi de polimeri organici pentru a conduce electricitatea. Aceste celule sunt ușoare, flexibile și au un cost total mai mic și un impact mai scăzut asupra mediului decât multe alte tipuri de celule solare.1

Celule perovskite

Structura cristalină Perovskite a materialului de colectare a luminii dă acestei celule numele. Ele sunt de cost redus, ușor de fabricat și au o absorbție mare. Cu toate acestea, în prezent sunt prea instabile pentru a fi utilizate la scară largă.1

Celule solare sensibilizate cu colorant (DSSC)

Aceste celule din film subțire cu cinci straturi utilizează un colorant special sensibilizator pentru a ajuta la fluxul de electroni, care creează curentul pentru a produce electricitate. DSSC au avantajul de a funcționa în condiții de lumină scăzută și de a crește eficiența pe măsură ce temperatura crește, dar unele dintre substanțele chimice pe care le conțin vor îngheța la temperaturi scăzute, ceea ce face unitatea inoperabilă în astfel de situații.1

Puncte cuantice

Această tehnologie a fost testată doar în laboratoare, dar a arătat mai multe caracteristici pozitive. Celulele cu puncte cuantice sunt făcute din metale diferite și funcționează la scară nano, astfel încât raportul lor între producția de energie și greutate este foarte bun. Din păcate, ele pot fi și extrem de toxice pentru oameni și mediu dacă nu sunt manipulați și aruncate corespunzător.1

• Care este cel mai comun tip de panou solar?

  Aproape toate panourile solare vândute comercial sunt monocrystalline, fiind populare datorită faptului că sunt compacte, eficiente și durabile. Panourile solare monocrystalline sunt, de asemenea, dovedite ca fiind mai durabile la temperaturi ridicate.

• Care este cel mai eficient tip de panou solar?

  Panourile solare monocrystalline sunt cele mai eficiente, cu ratinguri între 17% și 25%. În general, cu cât moleculele de siliciu ale unui panou solar sunt mai aliniate, cu atât panoul va fi mai bun în conversia energiei solare. Varietatea monocrystalline are cele mai aliniate molecule, deoarece este tăiat dintr-o singură sursă de siliciu.

• Care este cel mai ieftin tip de panou solar?

  Panourile solare din film subțire tind să fie cele mai ieftine dintre cele trei opțiuni comerciale disponibile. Acest lucru se datorează faptului că sunt mai ușor de fabricat și necesită mai puține materiale. Totuși, ele tind să fie cele mai puțin eficiente.

• Care sunt beneficiile panourilor solare poli-cristaline?

  Unii pot alege să cumpere panouri solare poli-cristaline deoarece sunt mai ieftine decât panourile monocrystalline și mai puțin irositoare. Sunt mai puțin eficiente și mai mari decât omologii lor mai comuni, dar s-ar putea să obții mai mult pentru bani dacă ai spațiu abundent și acces la soare.

• Care sunt beneficiile panourilor solare din film subțire?

  Panourile solare din film subțire sunt ușoare și flexibile, astfel încât se pot adapta mai bine la situații de construcție neconvenționale. De asemenea, sunt mult mai ieftine decât alte tipuri de panouri solare și mai puțin risipitoare deoarece folosesc mai puțin siliciu.

Aproape toate panourile solare vândute comercial sunt monocrystalline, fiind populare datorită faptului că sunt compacte, eficiente și durabile. Panourile solare monocrystalline sunt, de asemenea, dovedite ca fiind mai durabile la temperaturi ridicate.

Panourile solare monocrystalline sunt cele mai eficiente, cu ratinguri între 17% și 25%. În general, cu cât moleculele de siliciu ale unui panou solar sunt mai aliniate, cu atât panoul va fi mai bun în conversia energiei solare. Varietatea monocrystalline are cele mai aliniate molecule, deoarece este tăiat dintr-o singură sursă de siliciu.

Panourile solare din film subțire tind să fie cele mai ieftine dintre cele trei opțiuni comerciale disponibile. Acest lucru se datorează faptului că sunt mai ușor de fabricat și necesită mai puține materiale. Totuși, ele tind să fie cele mai puțin eficiente.

Unii pot alege să cumpere panouri solare poli-cristaline deoarece sunt mai ieftine decât panourile monocrystalline și mai puțin irositoare. Sunt mai puțin eficiente și mai mari decât omologii lor mai comuni, dar s-ar putea să obții mai mult pentru bani dacă ai spațiu abundent și acces la soare.

Panourile solare din film subțire sunt ușoare și flexibile, astfel încât se pot adapta mai bine la situații de construcție neconvenționale. De asemenea, sunt mult mai ieftine decât alte tipuri de panouri solare și mai puțin risipitoare deoarece folosesc mai puțin siliciu.