Jednym z głównych trendów w światowej fotowoltaice jest ciągły rozwój w obszarze nowych rodzajów modułów PV. Dobrym przykładem są moduły typu bi-facial, dla których światowy wolumen produkcji w ciągu kilu ostatnich lat ciągle rośnie. Moduły te mają dwie strony aktywne, dzięki czemu mogą produkować więcej energii elektrycznej niż moduły, w których tylko jedna strona absorbuje energię słoneczną (która zamieniana jest na energię elektryczną).

Dzieje się tak dlatego, że w większości przypadków do tylnej strony modułu PV, pracującego w instalacji, zawsze dociera pewna część promieniowania słonecznego. W instalacjach naziemnych jest go więcej, a w przypadku tych montowanych na dachach mniej. Wynika to ze sposobu montażu. Moduły na dachu najczęściej znajdują się w niewielkiej odległości od połaci (która dodatkowo może być czarna lub grafitowa), natomiast te na gruncie znajdują się na konstrukcjach wsporczych i do tylnej strony dociera promieniowania odbite od gruntu. Wzrost ilości produkowanych modułów typu bi-facial bezpośrednio wynika z uwarunkowania, że mogą one produkować więcej energii ale jest napędzany także przez fakt, iż ogniwa typy bi-fiacial są cenowo zbliżone do ogniw mono-facial. Obecnie analizy wskazują, że dominacja ogniw typu bi-facial na rynku będzie coraz większa (rys. 1) [1]. 

Rys. 1. Udziału w rynku technologii ogniw dwustronnych – źródło ITRPV 2023 [1]

Najczęściej spotykane moduły typu bi-facial zbudowane są w oparciu o dwie szyby zabezpieczające ogniwa fotowoltaiczne. Przednia zawsze jest hartowana i wykonana ze szkła o wysokiej transmisji dla światła. Tylna, w zależności o producenta, może już nie być hartowana a także może mieć gorsze parametry optyczne. Cechą wspólną wszystkich rozwiązań opartych na dwóch szybach jest znaczący wzrost ciężaru modułu PV. Warto podkreślić, że przednia szyba zabezpieczająca w standardowym module PV jest najcięższym elementem całego modułu. Z tego powodu producenci modułów bi-facial częstą zastępują przednią szybę o grubości 3,2 mm dwiema szybami o mniejszej grubości. Dostępne są moduły, w których obie szyby mają zaledwie 2 mm grubości każda. Ponadto obecne analizy trendóww tym obszarze pokazują, że 2 mm nie są najmniejszą wartością. W przyszłości szybyw modułach bi-facial mogą być jeszcze cieńsze (rys. 2) [2]. 

Rys. 2. Prognozy dotyczące grubości tylnego szkła zabezpieczającego stosowanego w modułach bi-fiacial – żródło ITRPV 2023 [1]

Z jednej strony sumaryczny wzrost grubości szkła na poziomie 0,8 mm wydaje się być akceptowalny. Z drugiej strony sam fakt stosowania drugiej szyby może rodzić nietypowe problemy. Przykładowo, odporność na silny grad szyby w układzie z dwiema szybami 2 mm jest znacząco mniejsza. Problem ten nasila się w obszarach, gdzie ryzyko wystąpienia gradobicia jest duże. Przykładowo w niektórych stanach USA ubezpieczyciele wymagają aby szyby modułów miały wspominaną już grubość 3,2 mm, tym samym inwestorzy nie chcą modułów z cienką szyba przednią. USA to także kraj, w którym koszty pracy są bardzo wysokie a ceny montażu cięższych (dwuszybowych) modułów są wyższe niż modułów standardowych. 

Moduły z dwiema szybami mogą rodzić także problemy dla producentów. W przypadku firm z Indii dodatkowe tafle szkła trzeba sprowadzać z Chin, co podraża i komplikuje produkcję. Innym problemem jest znacząca zmiana technologii produkcji w porównaniu do modułów, w których występuje tylko jedna szyba i tylny materiał zabezpieczający (back sheet). W produkcji wielkoskalowej każda niewielka nawet zmiana wymaga ogromnych nakładów finansowych. 

Ostatnio na rynku pojawia się coraz więcej materiałów, które mogą być interesującą alternatywą dla tylnej szyby zabezpieczającej. Wielu producentów modułów bi-facial decyduje się na zastąpienie tylnej szyby przezroczystym materiałem tak, aby produkować moduł w znanej sobie technologii i z użyciem tylko jednej przedniej szyby o grubości 3,2 mm. Aby proces ten był możliwy, tylny materiał zabezpieczający musi mieć odpowiednią trwałość i wysoką transmisję dla promieniowania słonecznego. Firmy Jolywood oraz DuPont oferują już takie folie z 30 letnią gwarancją. Przezroczyste folie nowej generacji charakteryzują się podwyższoną odpornością na promieniowanie UV. Także firma JinkoSolar udziela 30 letniej gwarancji na swoje moduły z przezroczystą tylną folia zabezpieczającą. 

Wyniki 3-letnich testów zewnętrznych w ramach współpracy firmy Jolywood z Narodowym Centrum Kontroli i Testowania Jakości Produktów Fotowoltaicznych (CPVT) pokazały, iż moduły wykorzystujące przezroczystą warstwę tylną wygenerowały o 1,29% więcej energii niż moduły tego samego typu z podwójną szybą. Okazało się, że folia odprowadza z modułów ciepło lepiej niż szkło, ponadto nieco mniej się brudzi. 

Innym przykładem nowości na rynku modułów bi-facial mogą być folie dla modułów typu full black czyli takich, które ze względów estetycznych wykonywane są z użyciem tylko materiałów w kolorze czarnym (ogniwa, tylny plastik zabezpieczający, rama). W przypadku modułów bi-facial przerwy między ogniwami w module są przezroczyste. Aby były czarne, można zastosować folię ze specjalnymi czarnymi ramkami (rys. 3). 

Rys. 3. Przezroczysta folia ze wzorem w kolorze czarnym do stosowania w modułach PV typu full black – Źródło raport Taiyang News 2023 /Hangzhou First [2]

Natomiast w przypadków modułów PV, dla których najważniejsza jest jak najwyższa moc, można zastosować folie z białym wzorem, który odbija część promieniowana padającego na przerwy między ogniwami w kierunku ich powierzchni aktywnej. 

Rys. 4. Przezroczysta folia ze wzorem w kolorze białym do stosowania w modułach PV typu bi-facial – Źródło raport Taiyang News 2023/Hangzhou First [2]

Rozwój technologii produkcji przezroczystych tylnych folii zabezpieczających to także możliwość wykonania przedstawionej na rys. 5 folii przedniej [2].

Rys. 5. Przednia przezroczysta folia do stosowania w modułach elastycznych – Źródło raport Taiyang News 2023/Coveme [2]

Tego typu folie otwierają drogę do produkcji na szeroką skalę elastycznych modułów PV zbudowanych w oparciu o ogniwa na bazie krzemu. O tym, że ogniwa takie mogą wykazywać wysoką elastyczność, zachowując przy tym trwałość, pisaliśmy więcej w artykule Najnowsze elastyczne krzemowe ogniwo fotowoltaiczne 

W publikacji wykorzystano powszechnie dostępne materiały, w tym:

1. Raport ITRPV – “International Technology Roadmap for Phtovoltaic” (ITRPV) 14 edycja, kwiecień 2023, www.itrpv.org

2. Raport „ Market SurveybBacksheets & Encapsulation 2022–2023” Authors: Shravan K. Chunduri, Michael Schmela, TaiyangNews 2023