Menu

Klasy ogniw krzemowych

Panele fotowoltaiczne wykonywane są z pojedynczych ogniw krzemowych zwanych popularnie waflami (ang. wafer). Wymiary tych elementów decydują o podstawowych parametrach pracy paneli jak natężenie i napięcie prądu. Im większy np. wafel (pojedyncze ogniwo), tym wyższe generowane przez niego natężenie prądu. Z kolei im większa ich ilość, tym wyższe napięcie.  Jakie wymiary wafli dominują obecnie na rynku, od czego zależą, czym charakteryzują się wafle o symbolu M12, a także, jak wielkość wafli wpływa na parametry pracy całych paneli? O tym wszystkim w poniższym artykule. 

 

Od M0 do M12

Wafle krzemowe produkowane są poprzez cięcie laserowe specjalnie wyhodowanych kryształów krzemu w kształcie podłużnego walca. Stosuje sie tutaj ciągle modyfikowaną metodę Czochralskiego, o której pisałem już na stronie.  Przed rokiem 2010 metodą tą udawało się wyhodować kryształy o średnicy do 165mm. Po cięciu na płytki i fazowaniu boków pojedynczy wafel miał wymiary 125x125mm. Tak małe ogniwa nie znalazły jednak szerszego zastosowania. Dopiero zwiększenie średnicy walców do 200 mm i wycięcie z nich płytek o wymiarach 156x156mm pozwoliło uzyskać parametry pracy które stały się prekursorem pierwszych pełnowymiarowych paneli PV. Płytki o tych wymiarach zostały określone jako klasa M0. Ich powierzchnia wynosiła 24092mm2. Wartość przemysłową uzyskały jednak dopiero płytki wyprodukowane z walców o nieco większej średnicy 205 i 210mm. Wycięte  z nich wafle określone zostały odpowiednio klasą M1 i M2, a wymiary płytek wyniosły 156,75x156,75mm. Obie klasy różniły się tylko powierzchnią czynną z uwagi na nieco inne skosy na rogach płytek. Wafel M1 miał przez to powierzchnię 24383mm2 , a M2 24426mm2.

panele1.jpg

Rys. Wymiary wafli od M0-M5.

 

TABELA. Efektywna powierzchnia wafli

Klasa wafli   M0   M1   M2   M3   G1     M4     M5     M6      M8      M9     M10      M12
powierzchnia w mm2 24092 24383 24426 24991 25199   25805    26726   27410     34212    36862     39997    44096

 

 

Wafle M2 przez długi czas dominowały na rynku. Dopiero po roku 2016 producenci zaczęli szukać obniżenia kosztów produkcji paneli zwiększając efektywną wielkość poszczególnych ogniw. Tak powstały kolejno ogniwa z walców o średnicy  211mm (klasa M4), 223mm (klasa G1 i M6).

panele3.jpg

Rys. Porównanie wymiarów płytek klasy M2 i M4.

 

Płytki klasy M4 miały powierzchnię 25805mm2 i  wymiary 161,7x161,7mm mimo, że zostały wycięte z walca o średnicy większej zaledwie o 1mm względem płytek M2. Tajemnica tkwiła w metodzie cięcia. Różnice obu płytek pokazuję na powyższym rysunku. Klasa G1 była klasą nietypową, bowiem po raz pierwszy płytki pocięto na równe kwadraty bez ścięć narożnych (rys. poniżej).

panele4.jpg  

Panele z ogniw G1 do złudzenia przypominały konstrukcje z krzemu polikrystalicznego, którego wafle są zawsze kwadratowe. Różnice można było dostrzec dopiero z małej odległości, odróżniając oba rodzaje krzemu po kolorze. Klasa G1 wycięta została z walców o średnicy 223 mm i w tej technologii powstały też płytki cięte narożnie w klasie M6 i wymiarach bocznych 166x166mm.  Klasy G1 i M6 powstały w latach 2018-2019 i powoli wypierają płytki klasy M2. Dzięki ogniwom klasy M6 udało się uzyskać moce paneli ponad 350Wp. 

 

W roku 2019 i 2020 pojawiły się jeszcze większe kryształy krzemu o średnicach 250-300mm. Tak powstały kolejne klasy ogniw od M8-M12, przy czym klasa M8 była ostatnią, przy której zastosowano cięcie oktagonalne wafli. Od klasy M9 wszystkie wafle mają kształt kwadratu, o coraz większym boku. 

panele5.jpg

Rys. Klasa M9 i M10 waflpanele6.jpgi krzemowych. Ścięcia narożne są mikroskopijne, rzędu milimetra, dlatego można przyjąć, że ostateczny kształt jest kwadratem.

 

 

Rys. Wafel M12, obecnie największy na rynku.

 

 

 

Duże powierzchnie ogniw to jednocześnie znacznie większe uzyski energii z pojedynczego ogniwa. Ogniwa M2 pozwalały na moce rzędu 5,5 Wp. Klasa M12 daje już niemal 10Wp. zastosowanie 60 ogniw tej klasy w panelu daje moc wyjściową niemal 600Wp. Jeszcze lepsze parametry uzyskuje sie obecnie w panelach produkowanych w technologii ogniw ciętych na pół, tzw. half-cut. Poniżej zamieszczam tabelę prezentowaną przez DS New Energy, obrazującą możliwości poszczególnych klas wafli krzemowych zastosowanych w panelach klasycznych i wykonanych w technologii Half-cut cells. Tabela została stworzona dla maksymalnej dostępnej obecnie sprawności pojedynczego ogniwa na poziomie 22,5%.

 

panele7.jpg

 

Tabela nie obrazuje ostatecznych wymiarów paneli PV. Nie są one identyczne dla wszystkich klas wafli. Panele z ogniwami w klasie M2 miały wymiary rzędu 1600x900mm. Najnowsze panele wykonane w technologii half-cut cells ze 100 ogniwami klasy M12 zaprezentowane przez Risen Energy mają wymiary 2205x1123mm. Należy sądzić, że panele ze 120 ogniwami w tej klasie urosną do wysokości ponad 2600mm. Będzie to więc prawdziwe wyzwanie dla monterów, bo ich masa z pewnością przekroczy 30kg. 

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});