Panouri solare? Da, dar nu toate sunt la fel!
Exista mai multe tipuri, iar diferentele dintre ele conteaza – mai ales cand vorbim despre eficienta, durabilitate si costuri. In acest articol ne concentram pe una dintre cele mai performante si populare tehnologii: panourile fotovoltaice monocristaline. Iti explicam ce sunt, din ce sunt facute si cum functioneaza – ca sa intelegi de ce sunt o alegere excelenta pentru cine vrea sa obtina maximum de energie de la soare, chiar si pe un acoperis mic.
Ce sunt panourile fotovoltaice monocristaline?
Panourile fotovoltaice monocristaline sunt formate din celule solare fabricate dintr-un singur cristal continuu de siliciu, obtinut prin metoda Czochralski. Acest proces implica introducerea unui cristal de germinare intr-un creuzet cu siliciu topit, apoi extragerea lenta si controlata pentru a forma un lingou cilindric de siliciu monocristalin. Lingoul este ulterior taiat in plachete subtiri (wafere) cu grosimi tipice intre 160 si 200 µm, care sunt apoi dopate (de regula cu bor sau fosfor) pentru a crea jonctiunea p-n. [1]
Suprafata celulelor monocristaline este tratata chimic pentru a obtine o texturare piramidala care reduce reflexia luminii si imbunatateste absorbtia fotonilor. In plus, este aplicat un strat antireflex peste celule, conferindu-le culoarea inchisa distinctiva.
Un alt indiciu vizual al celulelor monocristaline este forma aproape patrata, dar cu colturi rotunjite — rezultatul optimizarii taierii din lingoul cilindric. Aceste celule sunt conectate in serie si encapsulate intre un strat frontal de sticla securizata cu transmisie ridicata si un strat posterior de tip backsheet (sau sticla in cazul panourilor bifaciale), toate laminate cu EVA (etilen-vinil-acetat).
Datorita structurii cristaline uniforme, panourile monocristaline prezinta o eficienta mai ridicata la conversia energiei solare in electricitate, cu valori actuale ce depasesc frecvent 22% in celulele de top (tehnologii PERC, TOPCon sau HJT). Aceasta eficienta ridicata le face ideale pentru aplicatii cu spatiu limitat, cum ar fi acoperisurile urbane.
Procesul de fabricatie al panourilor fotovoltaice monocristaline
Procesul de fabricatie al panourilor fotovoltaice monocristaline este unul complex, dar iata-l explicat pas cu pas:
1. Obtinerea cristalului de siliciu pur (metoda Czochralski)
Totul incepe cu siliciu de foarte mare puritate (99,9999%), extras din nisip de cuart. Acest siliciu este topit intr-un creuzet special, iar apoi se introduce un mic „sambure” de cristal, numit germinator.
Germinatorul este tras incet in sus, intr-un mediu controlat, rotindu-se constant. In timpul acestui proces, atomii de siliciu din topitura se alatura ordonat acestui sambure, formand un singur cristal cilindric de siliciu – numit lingou monocristalin.
2. Taierea lingoului in felii subtiri (wafere)
Lingoul obtinut are un diametru de aproximativ 15-20 cm si poate avea o lungime de peste un metru. Acesta este apoi taiat in discuri foarte subtiri, cam cat o lama de ras (160–200 micrometri grosime). Pentru a economisi material, colturile sunt taiate, iar rezultatul este forma patrata cu colturi rotunjite – caracteristica panourilor monocristaline.
3. Crearea celulei solare (dopare si tratare)
Fiecare felie de siliciu (wafer) este tratata chimic pentru a forma o jonctiune electrica – adica o zona in care apare diferenta de sarcina electrica. Acest lucru se face prin dopare, adica adaugarea controlata de atomi straini (de obicei bor si fosfor).
Apoi suprafata este tratata pentru a o face mai eficienta in captarea luminii, cu o textura microscopica ce reduce reflexia, plus un strat antireflex care ii da acea culoare inchisa (gri inchis sau negru).
4. Asamblarea celulelor in panouri
Mai multe celule (de obicei 60, 72 sau 144) sunt conectate intre ele cu fire subtiri de argint, formand un modul solar. Acestea sunt apoi:
· acoperite cu un strat protector de sticla securizata;
· laminate cu o folie EVA (etilen-vinil-acetat) care le tine fixe;
· completate cu un strat posterior (din plastic special sau alta sticla, daca e panou bifacial);
· incadrate intr-o rama de aluminiu.
5. Testarea si etichetarea
La final, fiecare panou este testat in conditii standard pentru a se verifica tensiunea, curentul si eficienta. Primeste un cod de identificare, eticheta tehnica si este ambalat pentru livrare.
Pe scurt:
Se porneste de la nisip, se obtine un cristal pur de siliciu, se taie in felii fine, se transforma in celule capabile sa genereze curent electric, apoi se monteaza intr-un panou protejat si gata de instalat pe acoperis.
Principiul de functionare al panourilor fotovoltaice monocristaline
Iata care este principiul de functionare al panourilor fotovoltaice monocristaline:
1. Fotonii din lumina lovesc celulele solare
Soarele emite fotonii – particule de lumina care poarta energie. Cand acesti fotoni ajung pe suprafata celulelor din panoul solar, incep sa interactioneze cu atomii de siliciu, materialul din care sunt facute celulele.
2. Eliberarea electronilor (efectul fotovoltaic)
In interiorul fiecarei celule, exista o zona speciala numita jonctiune p-n. Este creata prin adaugarea de impuritati in straturile de siliciu:
· stratul n (negativ) are exces de electroni (dopaj cu fosfor);
· stratul p (pozitiv) are deficit de electroni, adica „goluri” (dopaj cu bor).
Cand un foton loveste un atom din zona de jonctiune, poate da suficienta energie unui electron ca sa-l scoata din pozitia lui. Electronul devine liber sa circule, iar in urma lui ramane un „gol” (o sarcina pozitiva). Astfel apare o pereche electron-gol.
3. Crearea curentului electric
Datorita campului electric intern din jonctiunea p-n, electronii liberi sunt fortati sa se miste intr-o singura directie – catre stratul „n”, in timp ce „golurile” merg in sens opus, catre stratul „p”. Aceasta miscare a electronilor genereaza curent electric continuu (DC).
4. Colectarea si dirijarea energiei
Electronii sunt captati de contactele metalice subtiri aflate pe suprafata celulei (grila frontala) si transportati prin fire spre marginea panoului. Acolo, mai multe celule conectate in serie sau paralel formeaza un modul fotovoltaic, care trimite energia catre:
· un invertor solar, care transforma curentul continuu (DC) in curent alternativ (AC);
· reteaua electrica a casei sau bateria de stocare, in functie de sistem.
5. Energia este gata de utilizare
Dupa ce curentul este transformat in AC, poate fi folosit pentru a alimenta orice echipament electric din casa – frigider, becuri, masina de spalat etc. Daca se produce mai multa energie decat se consuma, surplusul poate fi stocat sau vandut in retea.
Asadar:
Lumina soarelui → fotoni → electroni eliberati in siliciu → curent electric → energie electrica utila
Avantajele si dezavantajele panourilor fotovoltaice monocristaline
Avantajele panourilor fotovoltaice monocristaline
1. Eficienta ridicata
· panourile monocristaline au una dintre cele mai mari eficiente din industrie (in general intre 19–23%, uneori mai mult in modele de top);
· datorita structurii cristaline uniforme, electronii circula mai usor, cu mai putine pierderi de energie.
2. Performanta buna pe suprafete mici
· deoarece sunt mai eficiente, pot produce mai multa energie pe un acoperis mai mic. Ideal pentru cladiri urbane sau spatii limitate.
3. Durata de viata lunga
· au o durata de viata de 25–30 de ani sau chiar mai mult, cu degradare lenta (0,3–0,5% pe an);
· multi producatori ofera garantii de performanta pe 25–30 de ani.
4. Performanta mai buna in lumina difuza
· desi toate panourile functioneaza mai slab in zilele innorate, cele monocristaline performeaza mai bine decat cele policristaline in conditii de lumina scazuta sau indirecta.
5. Estetica superioara
· au o culoare neagra uniforma, ceea ce le face mai atractive vizual pentru utilizatori (de exemplu, pe acoperisuri rezidentiale).
Dezavantajele panourilor fotovoltaice monocristaline
1. Cost de achizitie mai mare
· sunt mai scumpe decat panourile policristaline sau thin-film, deoarece procesul de productie (metoda Czochralski) este mai complex si consuma mai mult material.
2. Sensibilitate termica relativa
· la temperaturi ambientale foarte ridicate, eficienta poate scadea usor (cu 0,3–0,5% pentru fiecare 1°C peste 25°C). Totusi, cele moderne (PERC, TOPCon) sunt mai rezistente.
3. Proces de fabricatie cu pierderi
· in timpul taierii lingourilor cilindrice in plachete patrate, se pierde o parte din materialul de siliciu, ceea ce creste costul final.
4. Impact de umbrire localizata
· daca o parte a panoului este umbrita (frunze, murdarie), poate afecta performanta intregului modul, mai ales daca nu are optimizatoare sau bypass-uri.
Citeste si: estimarea duratei de viata a unui sistem de panouri fotovoltaice: factori si sfaturi!
Daca iti doresti un sistem solar performant, adaptat nevoilor actuale de sustenabilitate si eficienta, tehnologia monocristalina merita toata atentia. Soarele e acolo sus in fiecare zi – de ce sa nu profiti din plin de el, cu cea mai potrivita solutie?
Surse
[1] to, Contributors. “Method of Crystal Growth.” Wikipedia.org, Wikimedia Foundation, Inc., 27 Jan. 2003, en.wikipedia.org/wiki/Czochralski_method. Accessed 9 Apr. 2025.