Technologia CIGS - Wprowadzenie
CIGS czyli “Copper Indium Gallium and Selenide” to technologia cienkich ogniw słonecznych/fotowoltaicznych oparta na osadzeniu czterech pierwiastków (miedzi, indu, galu, selenku) na szklanym podłożu. To co wyróżnia CIGS to np. najlepsza odpowiedź widmowa, czyli pochłanianie promieniowania słonecznego przez panele lub dachówki fotowoltaiczne wykonane w tej technologii.
Producenci i ich R&D stoją na stanowisku, że produkty krzemowe dobrze sobie radzą „na papierze” gdyż badaniami zajmuje się wiele ośrodków oraz rynek nasycony jest producentami modułów krzemowych. Według producentów CIGS przewyższa krzem w rzeczywistych warunkach i daje wyższą produkcje co potwierdzają realne dane, zebrane w praktyce.
To właśnie praktyczne zastosowanie i właściwości technologii CIGS powodują, że rozwiązanie to idealnie wypełnia niszę BIPV (Building Integrated Photovoltaics).
Budowa Ogniwa CIGS
Ogniwa słoneczne Cu(In,Ga)Se2 (CIGS) są jedną z najbardziej znanych technologii cienkowarstwowych, z rekordową wydajnością laboratorium na poziomie 23,4% osiągniętą w 2019 roku przez Solar Frontier. Materiał CIGS ma tzw. “Direct BandGap” czyli niską przepuszczalność Fotonów co powoduje wysoki współczynnik absorpcji energii.
Wydajną absorpcję światła słonecznego można osiągnąć w warstwach CIGS i Thin Layer krzemu amorficznego, tak cienkich jak 1 µm, aż 100 razy cieńszych niż ogniwa słoneczne z krzemu krystalicznego (PERC czy TOPCON). Ciekawą właściwością tej technologii jest jej wysoka wydajność przy zużyciu mniejszej ilości materiału orz możliwość dostosowania proporcji poszczególnych pierwiastków np. Galu do produkcji wysokowydajnych ogniw fotowoltaicznych.
Podobnie jak w ogniwach PERC ogniwo CIGS na spodniej części absorbuje energię za pomocą warstwy P-Type i przekazuje ją za pomocą warstwy N-Type CdS (grenokitowej) na powierzchnie ogniwa. Stąd też CIGS wykonany jest w technologii złącza p-n.
Różnice między HJT a N-Type, PERC i CIGS
W przeciwieństwie do standardowych (PERC i N Type) krystalicznych ogniw słonecznych, które są urządzeniami homozłącznymi. Co oznacza, że warstwy półprzewdonikowe typu p i typu n, są utworzone na tym samym materiale bazowym. Ogniwa heterozłączowe natamiast, wytwarzane są przez połączenie dwóch różnych rodzajów materiałów. W przypadku krzemu HJT, połączenie jest utworzone między krystalicznymi a bezpostaciowymi materiałami krzemowymi.
Heterozłącze jest utworzone między wzbogaconym krystalicznym podłożem krzemowym, a amorficzną warstwą krzemu o przeciwnym przewodnictwie (odpowiednio typu p lub typu n).
CIGS natomiast jak sama nazwa wskazuje to połączenie 4 pierwiastków miedzi, indu, galu i selenku. Thin-Layer czyli cienkowarstwowa technologia fotowoltaiczna (HJT i CIGS) stoi w opozycji do krzemu krystalicznego, z którego wykonane są w większości panele fotowoltaiczne.
Panel/ dachówka CIGS Konstrukcja
CIGS to technologia cienkowarstwowa, która nie opiera się na materiałach krzemowych, dlatego ma swoje szczególne cechy”
- Niska wrażliwość na zacienie, co w BIPV jest szczególnie ważne
- Wysoka wydajność w trudnych warunkach, dzięki wysokiej absorpcji nawet słabego naświetlenia
- Niski współczynnik temperaturowy, dzięki czemu praca w wysokiej temperaturze jest nadal wydajna
- Wysoka produkcja energii pod różnymi kątami
- Estetyka wykonania instalacji
Co najważniejsze, CIGS zapewnia wyższe uzyski, przeliczając na zainstalowany kWp. Technologia ta umożliwia wszechstronne instalacje w niedoskonałych warunkach, takich jak branża budowalna i konstrukcyjna. Ogniwa, panele fotowoltaiczne i dachówki solarne są bardzo trwałe i zdecydowanie estetyczne. Jest to również jedna z technologii fotowoltaicznych, które są nietoksyczna i bezpieczna, co potwierdza np. certyfikat RoHS firmy Eterbright.
Farma Fotowoltaiczna – Panele i Dachówki CIGS
W przypadku technologii CIGS opłacalność i efektywność aktualnie oferowanych rozwiązań dla farm fotowoltaicznych, nie może konkurować z HJT, TOPCON czy PERC. Nie oznacza, to że CIGS w przyszłości zwłaszcza w przypadku niestandardowych rozwiązań, nie będzie konkurencyjny w porównaniu np. z panelami fotowoltaicznymi HJT.
Z pewnością zastosowanie tej technologii jest bardziej racjonalne w sektorze BIPV. W którym na dzień dzisiejszy mogą powstawać całe budynki generujące energię przy użyciu fasadowych paneli oraz dachówek fotowoltaicznych CIGS. Dzięki czemu cienkowarstwowa fotowoltaika znajdzie zastosowanie w:
- budynkach indywidualnych, w których nacisk kładzie się na estetykę i ograniczoną powierzchnię dachową
- obiektach przemysłowych, gdzie możliwe jest wykorzystanie elementów BIPV i dużej instalacji fotowoltaicznych >50kw
- branży konstrukcyjnej i budowlanej z wykorzystanie powierzchni całego budynku zintegrowanego z panelami i dachówkami CIGS
WADY I ZALETY TECHNOLOGIA CIGS
CIGS to technologia solarna, której odbiór może być skrajny w zależności od potrzeb i możliwości poszczególnych klientów. Z pewnością nie jest to rozwiązanie dla każdego inwestora w fotowoltaikę z uwagi na:
- relatywnie wyższy koszt bazowy instalacji,
- bardzo dobrą wydajność w trudnych warunkach, gdzie zalety CIGS stają się bardzo widoczne,
- predysponowanie do BIPV i rozwiązań budowlanych takich jak dachówki słoneczne
W przeciwieństwie do HJT czy PERC, technologia CIGS dedykowana jest określonym segmentom fotowoltaicznego rynku, w przeciwieństwie do wyżej wspomnianych technologii, które pokrywają całe spektrum rozwiązań fotowoltaicznych.
Zaletami CIGS wynikającymi z budowy ogniw, paneli i dachówek fotowoltaicznych jest:
- trwałość
- estetyka
- elastyczność zastosowań w budownictwie (BIPV)
- wysoka wydajność w trudnych lub specyficznych warunkach
Wysoka wydajność w trudnych Warunkach
Właściwości dedykowane pod BIPV a w szczególności efektywna praca w trudnych warunkach miejskich takich jak:
- zachmurzenie
- zacienienie
- deszcz
- mgła
- zanieczyszczone powietrze
Wysoka odporność na zacienie
W przeciwieństwie do krzemu, cienkowarstwowa fotowoltaika jest relatywnie mało wrażliwa na zacienienie. Oznacza to, że cień, zabrudzenie lub uszkodzenia powierzchni nie wpływają na całość produkcji, tak jak w przypadku krzemowych paneli fotowoltaicznych. Dzięki temu CIGS jest bardzo efektywnym rozwiązaniem w zintegrowanej fotowoltaice miejskiej i przemysłowej.
Wysoka wydajność pod różnym kątem
Technologia CIGS pozwala na elastyczne zastosowanie produktów fotowoltaicznych tego rodzaju. Efektywna i wysokowydajna praca pod różnym kątem sprawia, że projektowanie budynków, elementów architektury miejskiej czy drogowej, jest znacznie łatwiejsze oraz estetyczne niż w przypadku produktów opartych na krzemie. CIGS sprawdzi się idealnie jako:
- fasady budynków
- dachy
- elementy ogrodzeń lub balustrad
- ekrany dźwiękochłonne
- elementy infrastruktury miejskiej
Najlepsze Panele Fotowoltaiczne – BIPV?
Jak każda technologia, CIGS ma swój własny zestaw zalet i wyzwań. W tym przypadku bardzo dobra technologia, będąca niestety niszowym rozwiązaniem fotowoltaicznym, walczy o większy udział w rynku PV.
Wypadkową zwiększa obecności CIGS w świecie rozwiązań fotowoltaicznych jest BIPV czyli zintegrowane z budynkiem rozwiązania fotowoltaiczne. Na tym polu np. Eterbright CIGS radzi sobie na tyle dobrze, że można pokusić się o wskazanie, że jest jedną z wiodących technologii PV. Unikatowe rozwiązanie jakim jest dachówka fotowoltaiczna pasująca do standardowych rozwiązań budowlanych i konstrukcyjnych dachów oraz fasad budynków.
Efektywność Technologii CIGS
W porównaniu laboratoryjnym moduły fotowoltaiczne i rozwiązania z użyciem technologii CIGS przegrywają z HJT czy PERC. 19% praktycznej efektywności (rekord to 23,4% według NREL) przy nawet 23% w przypadku HJT, na pierwszy rzut oka nie zachęca. Jednak praktyka i specyfika rozwiązań technologicznych oraz konstrukcyjnych sprawia, że CIGS działa często lepiej niż np. Panele PERC o wyższej efektywności. Dzieje się tak z prostej przyczyny, w idealnych warunkach konkurencyjne technologie osiągają lepsze nominalne wyniki. Jednak w dłuższej perspektywie, w której oczywiste jest, że warunki idealne występują sporadycznie, okazuje się CIGS radzi sobie co najmniej porównywalnie. W trudnych warunkach takich jak:
- zacienie
- zachmurzenie
- wysoka temperatura
- zabrudzenia
panele i dachówki fotowoltaiczne (np. Eterbirght) działają bardziej efektywnie niż konkurencja.
Rekord efektywności CIGS + Perovskite
Połącznie dwóch najnowocześniejszych technologii “bez krzemowych”, zaowocowało rekordem efektywności na poziomie 26,5%. Pokazuje to zarówno potencjał CIGS jak i Perovskite, które w połączeniu dają rewelacyjne możliwości w szczególności w sektorze BIPV.
Niezawodność paneli i dachówek fotowoltaicznych CIGS
Panele fasadowe i dachówki fotowoltaiczne (producent Eterbright) wykonane w technologii CIGS, charakteryzują się wysoką odpornością na warunki zewnętrzne. Brak efektów LID i PID oraz duża odporność na mikropęknięcia powoduje, że zastosowanie tej technologii w branży konstrukcyjnej nie nastręcza żadnych dodatkowych problemów. Dachówki fotowoltaiczne Eterbright są odporne na śnieg, wiatr i grad a przy tym montowane zgodnie ze standardami branży budowlanej. Dzięki nadrukowi ogniw słonecznych CIGS na szkle i bardzo małej wrażliwości na zacienienia, ryzyko hot-spot ów jest również bardzo niskie.
Cena Rozwiązań CIGS i BIPV
CIGS charakteryzuje się wysoką kompatybilnością z branżą konstrukcyjną BIPV. Pozwala to zrównoważyć wyższy koszt komponentów, takich jak dachówka fotowoltaiczna czy solarny panel fasadowy. Dzięki połączeniu technologii PV z rozwiązaniami budowlanymi zamiast dwóch materiałów, otrzymujemy jedno rozwiązanie np. Dach łączący elementy klasycznej konstrukcji z fotowoltaiką. Co z kolei powoduje oszczędności na:
- montażu, jedna ekipa montuje dachówki i dachówki fotowoltaiczne
- koszcie materiału, zamiast dachówek mamy dachówki solarne, zamiast fasady montowane są panele fasadowe
- wysokiej produktywności energii jaką charakteryzuje się technologia CIGS
CIGS Technologia budownictwa przyszłości BIPV
Wytrzymałość, efektywna praca i estetyka sprawia, że CIGS podbija rynek konstrukcyjny i budowlany. Dzięki firmom takim jak Eterbright, które integrują rozwiązania budowlane takie jak dachówki z fotowoltaiką, tworząc dachówki solarne, rozwój technologii ukierunkowanych jest na BIPV.
Cienkowarstwowe technologie fotowoltaiczne w praktyce wykorzystują fotowoltaikę w przestrzeni miejskiej i architekturze krajobrazu, tworząc ekologiczne zintegrowane rozwiązania BIPV. Nisza konstrukcyjna w fotowoltaice, stopniowo wypełniania jest przez dachówki fotowoltaiczne i panele fasadowe. Tworzy to ciekawy trend i powoduje że CIGS, pomimo relatywnego udziału w rynku PV, zaczyna ogrywać coraz ważniejszą rolę w specyfice zintegrowanej fotowoltaiki.
Sprzedaż i dystrybucja CIGS w Polsce i Europie :
Jacek Serwin – j.serwin@eprad.pl – +48 793 416 519
