Saulės moduliai, panelės

Saulės moduliai yra fotovoltiniai įrenginiai, kurie saulės šviesą paverčia elektros energija pastatų ar tinklo poreikiams.

Modulio veikimą užtikrina iš silicio pagamintos fotovoltinės celės, sujungtos į elektrines grandines (stringus), generuojančias srovę, joms sugeriant saulės spinduliuotę.

Celes apsaugo EVA laminavimo sluoksniai, grūdinto stiklo paviršius ir galinis apsauginis sluoksnis (backsheet) arba galinis stiklo lakštas, o konstrukcijos tvirtumą užtikrina aliuminio rėmas ir jungčių dėžutė (junction box).

Šių elementų visuma sudaro modulio konstrukcijos medžiagų rinkinį (BOM), kuris lemia jo patvarumą, efektyvumą ir degradacijos greitį.

Saulės moduliai sudaro pagrindinę saulės elektrinės dalį ir tiesiogiai lemia sistemos galią, efektyvumą bei reikalingą montavimo plotą.

Rinkoje taikomos skirtingos silicio technologijos, todėl modulių savybės skiriasi našumu, kaina ir atsparumu aplinkos veiksniams.

Pagrindiniai saulės elektrinės modulių tipai, jų privalumai ir trūkumai

Pagrindiniai saulės modulių tipai rinkoje yra:

• Polikristaliniai saulės moduliai;
• Monokristaliniai saulės moduliai;
• PERC, TOPCon, HJT moduliai.

Polikristaliniai moduliai

Polikristaliniai moduliai gaminami iš kelių silicio kristalų, todėl jų paviršius pasižymi melsva, nevienalyte struktūra.

Dėl kristalų sandūrų šio tipo moduliai turi didesnius elektronų judėjimo nuostolius nei monokristaliniai moduliai, todėl jų naudingumo koeficientas yra žemesnis. Paprastesnis gamybos procesas lemia mažesnę šių modulių kainą.

Polikristalinių modulių privalumai

• Mažesnė kaina – silicio kristalų liejimo procesas yra paprastesnis nei monokristalinių modulių gamyba.
• Suderinamumas – šie moduliai yra suderinami su visų tipų tinklo inverteriais.

Polikristalinių modulių trūkumai

• Žemesnis efektyvumas – elektronų judėjimo nuostoliai kristalų sandūrose yra didesni nei monokristaliniuose moduliuose.
• Prastesnis darbas aukštoje temperatūroje – šių modulių temperatūros koeficientas yra didesnis nei monokristalinių modulių.
• Nėra vienalytės estetikos – paviršiuje matomas kristalų raštas sukuria nevienodą struktūrą.

Monokristaliniai moduliai

Monokristaliniai moduliai gaminami iš vieno vientiso silicio kristalo, todėl jų paviršius yra tamsus ir vienalytis.

Vientisa kristalo struktūra mažina elektronų judėjimo nuostolius, todėl šių modulių naudingumo koeficientas yra didesnis nei polikristalinių modulių. Didesnis efektyvumas leidžia iš to paties modulio ploto sugeneruoti daugiau elektros energijos.

Monokristalinių modulių privalumai

• Didesnis efektyvumas – vientisa kristalo struktūra mažina elektronų rekombinaciją, todėl modulis generuoja daugiau energijos iš to paties elektrinės ploto nei polikristalinis.
• Našesnis darbas esant silpnesnei spinduliuotei – vienalytė celės struktūra pagerina našumą rytais, vakarais ir debesuotomis sąlygomis.
• Suderinamumas – monokristaliniai moduliai yra suderinami su visų tipų tinklo inverteriais.

Monokristalinių modulių trūkumai

• Aukštesnė kaina – vieno silicio kristalo auginimo procesas yra sudėtingesnis ir energetiškai intensyvesnis nei polikristalinio silicio liejimas.
• Didesni gamybos kokybės skirtumai rinkoje – efektyvumas ir degradacijos tempas priklauso nuo konkrečios naudojamos celės technologijos bei gamintojo gamybos kontrolės.

PERC, TOPCon ir HJT saulės moduliai

PERC, TOPCon ir HJT moduliai yra pažangios monokristalinio silicio celės technologijos, kuriose optimizuojamas paviršiaus pasyvinimas ir sumažinami rekombinacijos nuostoliai.

Šių technologijų konstrukciniai skirtumai leidžia dar labiau padidinti modulio efektyvumą, sumažinti temperatūrinius nuostolius ir pagerinti energijos generaciją esant mažesnei spinduliuotei.

PERC / TOPCon / HJT modulių privalumai

• Didžiausias efektyvumas rinkoje – patobulintos celės pasyvinimo struktūros sumažina elektronų rekombinaciją, todėl modulis generuoja daugiau energijos nei įprasti monokristaliniai moduliai.
• Geresnė generacija esant žemesnei spinduliuotei – optimizuota galinė ir priekinė pasyvinimo struktūra pagerina našumą rytais, vakarais ir debesuotomis dienomis.
• Mažesni temperatūriniai nuostoliai – moduliai turi mažesnį temperatūros koeficientą nei standartiniai monokristaliniai moduliai.
• Lėtesnė degradacija – papildomi pasyvinimo sluoksniai mažina galios nuostolius ilgalaikėje eksploatacijoje.

PERC / TOPCon / HJT modulių trūkumai

• Aukštesnė kaina – šių technologijų gamybos procesas yra sudėtingesnis ir reikalauja daugiau žaliavų nei standartiniai monokristaliniai moduliai.
• Technologiniai skirtumai tarp gamintojų – modulio efektyvumas ir degradacija labiau priklauso nuo konkrečios technologijos įgyvendinimo ir gamybos kontrolės.
• Mažesnė pasiūla rinkoje – TOPCon ir ypač HJT moduliai gaminami mažesniais kiekiais nei įprasti monokristaliniai moduliai.

Monokristaliniai, polikristaliniai ir PERC/TOPCon/HJT moduliai – ypatybių palyginimas

Nuo ko priklauso saulės modulių efektyvumas?

Saulės modulio efektyvumas apskaičiuojamas pagal formulę:

efektyvumas = galia (W) / modulio plotas (m²) × 1000 W/m² (STC spinduliuotė).

Efektyvumą lemia šie veiksniai:

• Modulio medžiaga ir technologija – celės struktūra ir pasyvinimas nulemia vidinius elektronų judėjimo nuostolius ir realų modulio naudingumą.
• Saulės spinduliuotės kiekis – mažesnė sugeriama spinduliuotė tiesiogiai mažina generuojamą energiją.
• Temperatūra – didėjant celės temperatūrai didėja elektros nuostoliai, todėl modulio galia mažėja.
• Orientacija ir nuolydis – modulio geometrija saulės atžvilgiu nulemia, kiek spinduliuotės pasiekia paviršių.
• Šešėliai – uždengtos celės mažina generaciją ir sukelia grandinės nuostolius.
• Paviršiaus švara – dulkės ir nešvarumai mažina ant modulio patenkančios šviesos kiekį.

Kiti saulės modulio techniniai parametrai, kuriuos svarbu žinoti

• Nominali modulio galia (Wp) – nurodo maksimalią modulio galią standartinėmis sąlygomis (STC). Ši reikšmė leidžia suprasti, kiek modulių reikia norimai elektrinės galiai pasiekti.
• Darbinė įtampa ir srovė (Vmp, Imp) – rodo modulio elektrines charakteristikas realaus darbo metu. Nuo šių parametrų priklauso, ar modulis tinkamai derės su inverteriu.
• Atviros grandinės įtampa (Voc) ir trumpo jungimo srovė (Isc) – ribinės modulio vertės. Šios reikšmės turi atitikti inverterio leidžiamus parametrus, kad sistema būtų saugi.
• Galios tolerancija (pvz., 0…+3 %) – leistinas skirtumas tarp deklaruotos ir realios modulio galios. Teigiamą toleranciją turintys moduliai realiai generuoja tiek, kiek deklaruota, arba daugiau.

Nuo ko priklauso saulės modulių kaina?

• Modulio technologija (mono, PERC, TOPCon, HJT) – skirtingos celės ir pasyvinimo sluoksniai tiesiogiai lemia modulio savikainą.
• Efektyvumo lygis (%) – didesnio efektyvumo moduliai gaminami taikant tikslesnį silicio apdorojimą ir sudėtingesnius procesus, todėl jų gamyba kainuoja daugiau.
• Silicio ir kitų žaliavų kokybė (BoM) – EVA, backsheet, stiklo, rėmo ir junction box medžiagos gali būti skirtingų kokybės klasių. Aukštesnės klasės komponentai didina modulio savikainą.
• Modulio konstrukcija (glass–glass / glass–backsheet) – dvigubo stiklo moduliuose naudojamas storesnis ir brangesnis stiklas, todėl jų konstrukcija kainuoja daugiau nei standartiniai backsheet moduliai.
• Nominali modulio galia (Wp) – didesnės galios moduliai reikalauja efektyvesnių celių ir pažangesnių jungčių technologijų, todėl jų gamyba yra brangesnė.
• Temperatūros koeficientas – žemesnio koeficiento moduliai gaminami taikant pažangesnį celės pasyvinimą, kuris didina modulio gamybos kaštus.
• Gamintojo kokybės kontrolė ir sertifikatai (IEC 61215, IEC 61730) – sertifikavimas ir papildomi bandymai reikalauja papildomų gamintojo resursų.
• Rinkos veiksniai (silicio kaina, gamybos regionas, logistika) – žaliavų kainos svyravimai, transportavimo išlaidos ir gamybos vieta tiesiogiai įtakoja galutinę modulio kainą.

Kokius saulės modulius pasirinkti savo projektui? Trumpa faktinė atmintinė

Bendros elektrinės projekto ypatybės

Montavimo vieta nulemia modulių orientaciją, nuolydžio kampą ir galimą montavimo plotą, todėl tiesiogiai veikia jų sugeriamą saulės spinduliuotę ir metinę energijos generaciją.

Moduliai gali būti montuojami ant stogo arba ant žemės, o pasirinkta konstrukcija lemia leistinas apkrovas, vėjo poveikį ir montavimo apribojimus. Jei montuojamas plotas yra ribotas, būtina rinktis didesnio efektyvumo modulius, nes jie generuoja daugiau energijos iš mažesnio ploto.

Reikalinga modulio galia projekto energetiniams poreikiams

Metiniai elektros vartojimo duomenys nustato reikalingą elektrinės galią, todėl modulio galia turi atitikti numatytą sistemos dydį. Didesnės nominalios galios modulis leidžia sumažinti bendrą reikalingų modulių skaičių ir sumažinti montavimo ploto poreikį.

Modulio galia taip pat lemia stringų konfigūraciją ir inverterio parinkimą, nes nuo galios, įtampos ir srovės parametrų priklauso, kiek modulių galima saugiai sujungti į vieną grandinę.

Patikima įranga ir modulio gamintojas

Modulio technologija ir gamintojo sertifikatai nulemia ilgalaikę modulio degradaciją, mechaninį atsparumą ir realų efektyvumą eksploatacijos metu. Skirtingi gamintojai taiko skirtingus technologinius sprendimus, todėl efektyvumo, temperatūros koeficiento ir garantijų rodikliai gali ženkliai skirtis.

Tarptautiniai sertifikatai, tokie kaip IEC 61215 ir IEC 61730, patvirtina modulio atsparumą aplinkos poveikiui ir saugų naudojimą prijungiant prie elektros tinklo.

Biudžetas ir valstybės suteikiamos paramos sąlygos

Turimas biudžetas nulemia pasirenkamą modulio efektyvumo klasę ir sistemos dydį, nes pažangesnės technologijos paprastai reikalauja didesnių investicijų.

Valstybės parama gali sumažinti projekto kainą, todėl planuojant elektrinę svarbu įvertinti galiojančių finansavimo programų sąlygas ir jų taikomus reikalavimus modulių technologijai bei sistemos galiai.

Šešėlių poveikis

Šešėliai nuo pastatų, medžių ar kitų objektų gali žymiai sumažinti modulių efektyvumą, nes jie blokuoja saulės šviesą. Dėl šios priežasties, prieš įsirengiant saulės energijos jėgainę, labai svarbu įvertinti lokaciją.

Modulių, panelių priežiūra ir švara

Nešvarumai, dulkės ar kiti ant modulių susikaupę teršalai gali sumažinti jų efektyvumą, nes blokuojamas šviesos patekimą ant modulio.