V Európe sa čo najviac vyvíja alternatívna energia, čo ukazuje výsledky jej sľubu. Objavujú sa nové typy solárnych panelov, zvyšuje sa ich účinnosť.
Ak si chcete zaistiť prevádzku priemyselnej budovy alebo areálu z dôvodu slnečnej energie, musíte sa najskôr dozvedieť o rozdieloch v zariadeniach, pochopiť, ktoré solárne panely sú vhodné pre klimatické podmienky konkrétneho regiónu.
Pomôžeme pochopiť tento problém. Článok popisuje princíp činnosti fotovoltaických konvertorov, poskytuje prehľad rôznych typov solárnych panelov s uvedením ich charakteristík, výhod a nevýhod. Po preštudovaní materiálu môžete urobiť správne rozhodnutie pre vytvorenie efektívnej slnečnej sústavy.
Princíp činnosti solárnych panelov
Prevažná väčšina solárnych panelov vo fyzickom zmysle sú fotoelektrické prevodníky. Účinok výroby elektriny sa vyskytuje v mieste polovodičovej pn križovatky.
Základom ceny solárnych panelov sú kremíkové doštičky, ale ak sa používa ako nepretržitý zdroj elektrickej energie, budete si musieť navyše kupovať drahé batérie.
Panel sa skladá z dvoch kremíkových doštičiek s rôznymi vlastnosťami. V jednom z nich je pod vplyvom svetla nedostatok elektrónov av druhom je ich nadbytok. Každá doska má medené kolektory, ktoré sa pripájajú k meničom napätia.
Priemyselný solárny panel pozostáva z mnohých laminovaných fotovoltaických článkov navzájom spojených a pripevnených na pružnom alebo tuhom substráte.
Účinnosť zariadenia do značnej miery závisí od čistoty kremíka a orientácie jeho kryštálov. Práve tieto parametre sa inžinieri v posledných desaťročiach snažia zlepšovať. Hlavným problémom v tomto prípade sú vysoké náklady na procesy, ktoré sú základom pre čistenie kremíka, a umiestnenie kryštálov v jednom smere na celom paneli.
Každý rok sa maximálna účinnosť rôznych solárnych panelov mení smerom nahor, pretože do výskumu nových fotovoltaických materiálov sa investujú miliardy dolárov (+)
Polovodiče fotoelektrických prevodníkov môžu byť vyrobené nielen z kremíka, ale aj z iných materiálov - princíp činnosti batérie sa nemení.
Typy fotoelektrických prevodníkov
Priemyselné solárne panely sú klasifikované podľa ich konštrukčných vlastností a typu pracovnej fotovoltaickej vrstvy.
Rozlišujte tieto typy batérií podľa typu zariadenia:
- flexibilné panely;
- pevné moduly.
Flexibilné tenkovrstvové panely postupne zaberajú čoraz väčšie miesto na trhu vďaka svojej všestrannosti montáže, pretože ich môžete nainštalovať na väčšinu povrchov s rôznymi architektonickými formami.
Skutočné charakteristiky solárnych panelov sú zvyčajne nižšie ako tie, ktoré sú uvedené v pokynoch. Preto pred inštaláciou doma je vhodné si pozrieť podobný dokončený projekt sami
Podľa typu pracovnej fotovoltaickej vrstvy sa solárne batérie delia na tieto odrody:
- Kremík: monokryštalický, polykryštalický, amorfný.
- Tellurium kadmium.
- Na základe selenidu india-meď-gália.
- Polymer.
- organický
- Na základe arzenidu gália.
- Kombinované a viacvrstvové.
Zaujímavé pre všeobecného spotrebiteľa nie sú všetky typy solárnych panelov, ale iba prvé dva kryštalické poddruhy.
Aj keď niektoré iné typy panelov majú vysokú účinnosť, ale z dôvodu vysokých nákladov sa však často nepoužívajú.
Galéria obrázkov
Foto z
Pole monokryštalických solárnych článkov
Kremíkový polykryštalický solárny panel
Solárny panel vo forme filmu
Fotovoltaické články zo selenidu india-medi-gália
Fotobunka Gallium arsenide
Solárne panely telmidu kadmia
Výroba organických solárnych panelov
Polyesterový solárny panel
Kremíkové fotovoltaické články sú dosť citlivé na teplo. Základná teplota na meranie výroby energie je 25 ° C. Keď sa zvýši o jeden stupeň, účinnosť panelov sa zníži o 0,45-0,5%.
Ďalej sa podrobne preskúmajú solárne panely, ktoré majú najväčší záujem spotrebiteľov.
Vlastnosti panelov na báze kremíka
Kremík pre solárne panely je vyrobený z kremenných kryštálov rozdrvených v prášku z kremeňa. Najbohatšie ložiská surovín sú v Západnej Sibíri a na Strednom Urali, preto sú vyhliadky na túto oblasť solárnej energie takmer neobmedzené.
Už teraz kryštalické a amorfné kremíkové panely už zaberajú viac ako 80% trhu. Preto sa oplatí uvažovať o nich podrobnejšie.
Monokryštalické kremíkové panely
Moderné monokryštalické kremíkové doštičky (mono-Si) majú na celom povrchu jednotnú tmavomodrú farbu. Na ich výrobu sa používa najčistejší kremík. Monokryštalické fotobunky zo všetkých kremíkových doštičiek majú najvyššiu cenu, ale poskytujú aj najlepšiu účinnosť.
Veľké monokryštálové solárne panely s rotačnými mechanizmami dokonale zapadajú do púštnej krajiny. Poskytuje podmienky pre maximálnu produktivitu.
Vysoké výrobné náklady sú spôsobené ťažkosťami pri orientácii všetkých kremíkových kryštálov v jednom smere. Vďaka takým fyzikálnym vlastnostiam pracovnej vrstvy je maximálna účinnosť zabezpečená iba vtedy, keď je slnečné svetlo kolmé na povrch dosky.
Monokryštalické batérie vyžadujú ďalšie vybavenie, ktoré ich automaticky počas dňa otáča tak, aby rovina panelov bola čo najviac kolmá na slnečné lúče.
Silikónové vrstvy s jednostranne orientovanými kryštálmi sú vyrezané z valcovej kovovej tyče, takže hotové fotovoltaické bloky majú tvar štvorca zaobleného v rohoch.
Výhody monokryštalických kremíkových batérií zahŕňajú:
- Vysoká účinnosť s hodnotou 17-25%.
- hutnosť - menšie umiestnenie zariadenia na jednotku výkonu v porovnaní s polykryštalickými kremíkovými panelmi.
- trvanlivosť - do 25 rokov sa poskytuje dostatočná účinnosť výroby energie.
Takéto batérie majú iba dve nevýhody:
- Vysoká cena a dlhá návratnosť.
- Citlivosť na znečistenie, Prach rozptyľuje svetlo, preto sa účinnosť solárnych panelov, ktoré sú ním pokryté, výrazne znižuje.
Z dôvodu potreby priameho slnečného žiarenia sú monokryštálové solárne panely inštalované hlavne na otvorených plochách alebo vo výškach. Čím bližšie je oblasť k rovníku a čím slnečnejšie dni sú, tým je výhodnejšia inštalácia tohto konkrétneho typu fotovoltaických článkov.
Polykryštalické solárne panely
Polykryštalické kremíkové panely (multi-Si) majú nerovnomernú modrú farbu kvôli univerzálnej orientácii kryštálov. Čistota kremíka použitého pri ich výrobe je o niečo nižšia ako čistota analógov monokryštálu.
Viacsmernosť kryštálov poskytuje vysokú účinnosť pri rozptýlenom svetle - 12-18%. Je nižšia ako v jednosmerných kryštáloch, ale v oblačných podmienkach sú také panely účinnejšie.
Heterogenita materiálu tiež vedie k zníženiu nákladov na výrobu kremíka. Vyčistený kov pre polykryštalické solárne panely sa naleje do foriem bez špeciálnych trikov.
Pri výrobe sa používajú špeciálne techniky na vytvorenie kryštálov, ale ich orientácia nie je kontrolovaná. Po ochladení sa kremík rozreže na vrstvy a spracuje podľa špeciálneho algoritmu.
Polykryštalické panely nevyžadujú stálu orientáciu na slnko, preto sa na ich umiestnenie aktívne využívajú strechy domov a priemyselných budov.
Počas dňa so slabým dažďom nebudú výhody amorfných kremíkových solárnych panelov zrejmé, ich výhody sa prejavujú iba pri hustých oblakoch alebo v tieni (+)
Výhody solárnych panelov s viacsmernými kryštálmi zahŕňajú:
- Vysoká účinnosť v podmienkach okolitého svetla.
- Možnosť stacionárnej inštalácie na strechách budov.
- Nižšia cena v porovnaní s monokryštalickými panelmi.
- Trvanie operácie - pokles účinnosti po 20 rokoch prevádzky je iba 15 - 20%.
Nevýhody polykryštalických panelov sú tiež k dispozícii:
- Nízka účinnosť s hodnotou 12-18%.
- Relatívna objemnosť - Na inštaláciu na jednotku energie je v porovnaní s monokryštálovými náprotivkami potrebné viac miesta.
Polykryštalické solárne panely získavajú rastúci podiel na trhu medzi ostatnými kremíkovými batériami. Toto je zabezpečené širokými potenciálnymi príležitosťami na zníženie nákladov na ich výrobu. Účinnosť takýchto panelov sa tiež každoročne zvyšuje a rýchlo sa blíži k 20% v prípade hromadných výrobkov.
Amorfné kremíkové solárne panely
Mechanizmus výroby amorfných kremíkových solárnych panelov sa zásadne líši od výroby kryštalických fotovoltaických článkov. Používa sa tu nielen čistý kov, ale jeho hydrid, ktorého horúce pary sa ukladajú na substrát.
V dôsledku tejto technológie nevznikajú klasické kryštály a výrobné náklady sa výrazne znižujú.
Vyzrážané amorfné kremíkové fotobunky sa môžu namontovať tak na pružný polymérny substrát, ako aj na tuhú sklenenú dosku.
V súčasnosti už existujú tri generácie panelov vyrobených z amorfného kremíka, z ktorých každá je zreteľne zvýšená účinnosť. Keby prvé fotovoltaické moduly mali účinnosť 4-5%, teraz sa na trhu masovo predávajú modely druhej generácie s účinnosťou 8-9%.
Amorfné panely najnovšieho vývoja majú účinnosť až 12% a už sa začínajú objavovať v predaji, ale stále sú dosť drahé.
Vďaka vlastnostiam tejto výrobnej technológie je možné vytvoriť kremíkovú vrstvu na pevnom aj pružnom substráte. Z tohto dôvodu sa amorfné kremíkové moduly aktívne používajú vo flexibilných tenkovrstvových solárnych moduloch. Možnosti s elastickou podložkou sú však oveľa drahšie.
Fyzikálno-chemická štruktúra amorfného kremíka umožňuje maximálnu absorpciu fotónov slabého rozptýleného svetla na výrobu elektriny. Preto sú také panely vhodné na použitie v severných oblastiach s veľkými voľnými plochami.
Účinnosť amorfných kremíkových batérií neklesá ani pri vysokých teplotách, aj keď sú v tomto parametri nižšie ako panely arzenidu gália.
Solárne panely vyrobené z hydridu kremíka vykazujú pri rovnakých nákladoch na vybavenie vyšší výkon ako ich monokryštalické a polykryštalické analógy (+)
Stručne povedané, môžeme uviesť nasledujúce výhody amorfných solárnych panelov:
- všestrannosť - možnosť výroby pružných a tenkých panelov, montáž batérií na akékoľvek architektonické formy.
- Vysoká účinnosť v okolitom svetle.
- Stabilná práca pri vysokých teplotách.
- Jednoduchosť a spoľahlivosť konštrukcie, Takéto panely sa prakticky nerozbijú.
- Zachovanie výkonnosti v náročných podmienkach - menší pokles výkonu pri prašnom povrchu ako kryštalické analógy
Životnosť takýchto fotovoltaických článkov, počínajúc druhou generáciou, je 20 - 25 rokov s poklesom výkonu o 15 - 20%. Nevýhody amorfných kremíkových panelov zahŕňajú iba potrebu väčších plôch na umiestnenie zariadenia s požadovanou energiou.
Prehľad zariadení bez kremíka
Niektoré solárne panely vyrobené pomocou vzácnych a drahých kovov majú účinnosť viac ako 30%. Sú mnohokrát drahšie ako ich náprotivky z kremíka, napriek tomu však vďaka svojim osobitným vlastnostiam obsadili špičkové obchodné miesto.
Vzácne kovové solárne panely
Existuje niekoľko druhov solárnych panelov vyrobených zo vzácnych kovov a nie všetky majú vyššiu účinnosť ako monokryštálové kremíkové moduly.
Schopnosť pracovať v extrémnych podmienkach však umožňuje výrobcom takýchto solárnych panelov vyrábať konkurencieschopné výrobky a vykonávať ďalší výskum.
Panely teluridu kadmia sa aktívne používajú na opláštenie budov v rovníkových a arabských krajinách, kde sa ich povrch popoludní zahreje na 70 - 80 stupňov.
Hlavnými zliatinami používanými na výrobu fotovoltaických článkov sú telurid kadmia (CdTe), selenid meďnatý gália india (CIGS) a selenid meďnatý india (CIS).
Kadmium je toxický kov a indium, gálium a telúr sú pomerne zriedkavé a drahé, takže hromadná výroba solárnych panelov na nich založených je teoreticky nemožná.
Účinnosť takýchto panelov je na úrovni 25 - 35%, aj keď vo výnimočných prípadoch môže dosiahnuť až 40%. Predtým sa používali hlavne v kozmickom priemysle, ale teraz sa objavil nový sľubný smer.
Vďaka stabilnej prevádzke solárnych článkov zo vzácnych kovov pri teplotách 130 - 150 ° C sa používajú v solárnych tepelných elektrárňach. V tomto prípade sú lúče slnka z desiatok alebo stoviek zrkadiel sústredené na malý panel, ktorý súčasne vyrába elektrinu a zaisťuje prenos tepelnej energie do vodného výmenníka tepla.
V dôsledku zohrievania vody sa vytvára para, ktorá spôsobuje rotáciu turbíny a výrobu elektriny. Solárna energia sa tak premieňa na elektrickú energiu súčasne dvoma spôsobmi s maximálnou účinnosťou.
Polymérne a organické analógy
Fotovoltaické moduly založené na organických a polymérnych zlúčeninách sa začali vyvíjať až v poslednej dekáde, ale vedci už dosiahli výrazný pokrok. Európska spoločnosť vykazuje najväčší pokrok Heliatek, ktorá už vybavila niekoľko výškových budov organickými solárnymi panelmi.
Hrúbka jeho filmovej konštrukcie s kotúčom Heliafilm je iba 1 mm.
Pri výrobe polymérnych panelov sa používajú látky, ako sú uhlíkové fullerény, ftalocyanín medi, polyfenylén a ďalšie. Účinnosť takýchto solárnych článkov už dosahuje 14 - 15% a výrobné náklady sú niekoľkokrát nižšie ako kryštalické solárne panely.
Otázka obdobia degradácie organickej pracovnej vrstvy je akútna. Doteraz nie je možné spoľahlivo potvrdiť úroveň jeho účinnosti po niekoľkých rokoch prevádzky.
Výhody organických solárnych panelov sú:
- možnosť ekologickej likvidácie;
- nízke výrobné náklady;
- flexibilný dizajn.
Nevýhody takýchto fotobuniek zahŕňajú relatívne nízku účinnosť a nedostatok spoľahlivých informácií o periódach stabilnej prevádzky panelov. Je možné, že za 5-10 rokov zmiznú všetky nevýhody organických solárnych článkov a stanú sa vážnymi konkurentmi kremíkových doštičiek.
Ktorý solárny panel si vybrať?
Výber solárnych panelov pre vidiecke domy so zemepisnou šírkou 45 - 60 ° nie je zložitý. Tu stojí za zváženie iba dve možnosti: polykryštalické a monokryštalické kremíkové panely.
Ak je nedostatok miesta, je lepšie uprednostniť účinnejšie modely s jednostrannou orientáciou kryštálov, s neobmedzenou plochou sa odporúča kúpiť polykryštalické batérie.
Pri vývoji trhu so solárnymi panelmi by ste sa nemali spoliehať na prognózy analytických spoločností, pretože ich najlepšie vzorky možno ešte neboli vynaložené.
Výber konkrétneho výrobcu, požadovaná kapacita a ďalšie vybavenie je lepšie za účasti manažérov spoločností zapojených do predaja a inštalácie takéhoto zariadenia. Mali by ste si byť vedomí, že kvalita a cena fotovoltaických modulov u najväčších výrobcov sa veľmi líšia.
Vezmite prosím na vedomie, že pri objednávaní sady zariadení na kľúč budú náklady na samotné solárne panely predstavovať iba 30 - 40% z celkovej sumy. Doba návratnosti takýchto projektov je 5 - 10 rokov a závisí od úrovne spotreby energie a možnosti predaja prebytočnej elektriny mestskej sieti.
Niektorí remeselníci radšej zostavujú solárne panely vlastnými rukami. Na našej stránke sa nachádzajú články s podrobným popisom technológie výroby týchto panelov, ich pripojenia a usporiadania vykurovacích solárnych systémov.
Odporúčame vám oboznámiť sa s:
- Ako vyrobiť solárnu batériu vlastnými rukami: návod na montáž
- Solárne vykurovacie systémy: analýza vykurovacej technológie založenej na solárnych systémoch
- Schéma zapojenia solárnych panelov: do ovládača, do batérie a do opravovaných systémov
Prezentované videá ukazujú fungovanie rôznych solárnych panelov v reálnych podmienkach. Pomôžu tiež porozumieť problémom pri výbere súvisiaceho vybavenia.
Pravidlá pre výber solárnych panelov a súvisiaceho vybavenia:
Typy solárnych panelov:
Testovanie monokryštalických a polykryštalických panelov:
Pre obyvateľstvo a malé priemyselné zariadenia zatiaľ neexistuje žiadna skutočná alternatíva ku kryštalickým kremíkovým panelom. Tempo vývoja nových typov solárnych panelov nám však umožňuje dúfať, že energia slnka sa čoskoro stane hlavným zdrojom elektriny v mnohých vidieckych domoch.
Ponúkame všetkým, ktorí sa zaujímajú o otázku výberu a použitia solárnych panelov na zanechanie pripomienok, položenie otázok a účasť na diskusiách. Kontaktný formulár je umiestnený v dolnom bloku.