Coraz więcej producentów modułów PV wprowadza do swojej oferty modele o ponadprzeciętnych rozmiarach i co za tym idzie o coraz większej mocy.

Trend ten spowodowany jest głownie chęcią posiadania w swojej ofercie modułów o mocy większej niż te, które posiada konkurencja. Nie bez znaczenia jest także presja klientów, którzy właśnie o ten parametr (poza ceną) pytają najczęściej przy wyborze instalacji fotowoltaicznej. Obecnie standardem są moduły składające się z 60 lub 72 ogniw PV. Moc maksymalna może sięgać nawet 600 Wp. Czy w niedługim czasie zastąpią je moduły o większej ilości ogniw albo o mocy 1000 Wp?

Wymiary i moc maksymalna modułów rośnie z roku na rok. Dynamika tego procesu jest różna i wynika, po pierwsze ze stosowania ogniw o większych rozmiarach (więcej w artykule: „Rozmiary ogniw fotowoltaicznych – trendy rynkowe”), po drugie ze zwiększania samej ilości ogniw. Aby odpowiedzieć na postawione powyżej pytanie trzeba przeanalizować, co powodowało wzrost  wielkości modułów w ostatnich latach oraz jakie ograniczenia mogą ten wzrost zatrzymać. 

Początki rozwoju standardów w budowie modułów PV

Pierwsze dostępne na szeroką skalę moduły PV były zbudowane z 36 połączonych szeregowo ogniw, zalaminowanych pod szybą ze szkła hartowanego. Ogniwa początkowo miały rozmiar 100 mm x 100 mm. Następnie standardem stały się ogniwa o wymiarach 125 mm x 125 mm. Moduły takie nie były ani zbyt duże, ani zbyt ciężkie. Niestety miały też stosunkowo niewielką moc maksymalną, szczególnie w porównaniu do modułów, które produkowane są obecnie. Pierwszy duży przełom technologiczny to wprowadzenie ogniw o wymiarach 156 mm x 156 mm i połączenie ich w jeden układ szeregowy składający się z 60 ogniw. Tego typu moduły do niedawana były jednymi z najbardziej popularnych na runku. Dopiero moduły typu half-cut czyli takie, które są zbudowane w oparciu o ogniwa przecięte na połowę wypierają je z rynku.  

Rozwój modułów PV w układzie 60 ogniw

Kolejne generacje modułów PV opierały się nadal na układzie 60 pełnowymiarowych ogniw połączonych szeregowo, gdyż układ taki zapewniał odpowiednie napięcie będące sumą napięć poszczególnych ogniw. Każde z ogniw generowało napięcie na poziomie 0,6 V, co dawało napięcie dla całego modułu na poziomie 36 V. Moc maksymalna pojedynczego ogniwa oscylowała wokół wartości 4 Wp, a całego modułu wokół wartości 250Wp. Rozwój technologii ogniw, który z jednej strony koncentrował się na podnoszeniu ich sprawności, a z drugiej na zwiększaniu ich pola powierzchni sprawił, że moc maksymalna modułów zbliżała się do wartości 300 Wp. Zanim to jednak nastąpiło producenci modułów aby uzyskać (a nawet przekroczyć) tę wartość zaproponowali moduły zbudowane z 72 ogniw. Dalszy postęp technologii pozwolił na przekroczenie tej bariery bez konieczności zwiększania ilości ogniw. Moduły na bazie 60 ogniw miały rzeczywistą moc maksymalną na poziomie 325 Wp. 

Podczas 26 Konferencji i Targów EU PVSEC (European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition), które odbyły się w 2011 w Hamburgu firma LiSEC zaprezentowała moduł PV o wymiarach 3260 mm x 1525 mm i mocy maksymalnej 770Wp [1]. Moduł został zbudowany w układzie szkło/szkło, połączono w nim 180 ogniw. Pomimo zastosowania innowacyjnego w tamtych czasach układu składającego się z dwóch szyb o grubości zaledwie 1,9 mm cały moduł ważył aż 50 kg [1]. Miał on być przyszłością dużych instalacji oraz fasad budynków. Czas pokazał, że tak duże moduły nie przyjęły się wtedy na rynku. 

Największe moduły PV 

Obecnie moduły zbudowane na bazie pełnowymiarowych ogniw PV zastępowane są przez te zbudowane na bazie ogniw half-cut. Największą zaletą rozwiązania tego typu jest fakt, iż maksymalny prąd jaki może popłynąć z takiego ogniwa jest o połowę mniejszy niż z ogniwa o pełnych wymiarach. Jeśli chodzi o rozmiar modułu to podyktowany jest on ilością ogniw i ich rozmiarem. Standardem stały się moduły zbudowane ze 108, 120 lub 144 ogniw half cut,co odpowiada 54, 60 lub 72 ogniwom pełnowymiarowym. Jeśli producent zastosował ogniwa o wymiarach 182 mm x 182 mm, to są to obecnie największe szeroko dostępne moduły PV. Ich rozmiar dla wersji 144 ogniwa to przykładowo 2278 mm x 1134 mm a ciężar to 28,1 kg [2]. 

Jednak dążenie do uzyskania jeszcze większej mocy - co wiąże się z koniecznością  zwiększenia rozmiaru - wydaje się być nadal aktualne. W 2020 roku firma JA Solar zaprezentowała moduł JUMBO BLUE o mocy maksymalnej 800 Wp i wymiarach 2,220 mm x 1,757mm zbudowany z 240 ogniw half cut z 11 elektrodami przyłączeniowymi [3]. Ogniwa wykonano z użyciem płytek krzemowych o rozmiarze 210 mm  210 mm. Także inni producenci zaprezentowali moduły o mocy przekraczającej 600 Wp. Frima Trina Solar od 2021 roku ma w swej ofercie moduł o mocy 670 Wp zbudowany z 132 ogniw i wymiarach 2384 mm x 1303 mm [4]. 

Rys. 1. Porównanie 3 modułów o różnych rozmiarach zewnętrznych wynikających z zastosowania różnych ogniw i układów. Na pierwszym planie moduł z ogniw 100 mm x 100 mm, 36 szt., na drugim moduł z ogniw 156 mm 156 mm 60 szt., na trzecim moduł z ogniw 166 mm x 166 mm – 144 szt.

Maksymalny wymiar modułu – kierunki rozwoju

Obecnie widoczny jest już podział na moduły do zastosowań konsumenckich i moduły do montażu w elektrowniach fotowoltaicznych. Na podstawie danych zawartych w raporcie International Technology Roadmap for Phtovoltaic (ITRPV) 2022 [5] prognozuje się, że moduły do zastosowań konsumenckich będą mieściły się w trzech kategoriach (I) moduły o powierzchni do 1,8 m2, (II) od 1,8 do 2,0 m2 oraz (III) powyżej 2 m2 (rys. 2). W najbliższym czasie będą dominowały dwa pierwsze wymiary [5]. 

Rys. 2. Procentowy udział w rynku modułów do zastosowań konsumenckich z podziałem na pole powierzchni modułu. Źródło ITRPV 2022 [5]

W przypadku modułów do zastosowań w elektrowniach słonecznych podział ze względu na pole powierzchni wygląda nieco inaczej. W tym przypadku moduły będą mieściły się także trzech kategoriach ale o powierzchni (I) moduły do 2,5 m2, (II) od 2,5 do 3,0 m2 oraz (III) powyżej 3 m2 (rys. 3). Zdecydowanie szybciej będzie wypierany z rynku najmniejszy wymiar do 2,5 m2[5].

Rys. 3. Procentowy udział w rynku modułów do zastosowań w elektrowniach słonecznych z podziałem na pole powierzchni modułu. Źródło ITRPV 2022 [5]

Wymiary modułów będą dalej rosły, przy czym proces ten nie będzie zbyt dynamiczny. Pierwszy wielkoformatowy moduł o powierzchni 4,97 zaprezentowano w 2011 roku moduł o powierzchni 3,9 w roku 2020. Pierwszy z nich miał moc 770 Wp, a drugi już 800 Wp. Wydawać być się mogło, że moduły nie tylko nie rosną lecz wręcz maleją. Jednak podział na zastosowania konsumencie i dla elektrowni PV przyniesie zarówno wzrost wielkości, jak i mocy ale będzie on rozłożony na wiele lat. Czy pojawi się zatem moduł o mocy 1000 Wp? Jeżeli producenci zastosują najsprawniejsze ogniwa i wykonamy moduł o powierzchni około 5 m2 to teoretycznie jest to realne. 

W publikacji wykorzystano powszechnie dostępne materiały w tym:

1. Materiały własne z konferencji EU PV SEC 2011 Hamburg, oraz informacje z https://www.glassonweb.com/article/thin-glass-technology-encapsulated-solar-modules
2. Karta katalogowa modułu JA Solar 72-cell MBB Half-cell Module
3. PV Magazine, August 14, 2020 Vincent Shaw, https://www.pv-magazine.com/2020/08/14/ja-solar-launches-800-w-solar-panel/

4. Karta katalogowa modułu Trina Solar, BACKSHEET MONOCRYSTALLINE MODULEPRODUCT: TSM-DE21 - Version number: TSM_EN_2022_A, www.trinasolar.com, https://static.trinasolar.com/sites/default/files/Datasheet_Vertex_DE21_EN_2022_A.pdf
5. Raport ITRPV – International Technology Roadmap for Phtovoltaic (ITRPV) 13 edycja, marzec 2022, www.itrpv.org