Nadomestna energija se v Evropi razvija čim bolj, kažejo rezultati njene obljube. Pojavljajo se nove vrste sončnih panelov, njihova učinkovitost se povečuje.
Če želite zagotoviti delovanje industrijske stavbe ali prostorov zaradi sončne energije, se morate najprej seznaniti z razlikami v opremi, razumeti, kateri sončni paneli so primerni za podnebne razmere v določeni regiji.
Pomagali bomo razumeti to vprašanje. V članku je opisano načelo delovanja fotonapetostnih pretvornikov, podaja pregled različnih vrst sončnih panelov z navedbo njihovih lastnosti, prednosti in slabosti. Po pregledu gradiva se lahko pravilno odločite za ureditev učinkovitega sončnega sistema.
Načelo delovanja sončnih plošč
Velika večina sončnih panelov v fizičnem smislu so fotoelektrični pretvorniki. Učinek ustvarjanja električne energije se pojavi na mestu polprevodniškega pn stičišča.
Silikonske rezine so osnova stroškov solarnih panelov, toda ko jih boste uporabljali kot vsestranski vir električne energije, boste morali dodatno kupiti drage baterije
Plošča je sestavljena iz dveh silikonskih rezin z različnimi lastnostmi. Pod vplivom svetlobe v enem od njih primanjkuje elektronov, v drugem pa - njihov presežek. Vsaka plošča ima bakrene kolektorske trakove, ki se povezujejo na pretvornike napetosti.
Industrijska sončna plošča je sestavljena iz številnih laminiranih fotovoltaičnih celic, ki so med seboj pritrjene in nameščene na prožno ali togo podlago.
Učinkovitost opreme je v veliki meri odvisna od čistosti silicija in orientacije njegovih kristalov. Prav te parametre inženirji poskušajo v zadnjih desetletjih izboljšati. Glavna težava v tem primeru so visoki stroški postopkov, ki temeljijo na čiščenju silicija in lokaciji kristalov v eni smeri na celotni plošči.
Vsako leto se največja učinkovitost različnih sončnih panelov spreminja navzgor, saj v raziskovanje novih fotovoltaičnih materialov vlagajo milijarde dolarjev (+)
Polprevodniki fotoelektričnih pretvornikov so lahko izdelani ne samo iz silicija, temveč tudi iz drugih materialov - načelo delovanja baterije se ne spreminja.
Vrste fotoelektričnih pretvornikov
Industrijske sončne plošče so razvrščene po njihovih oblikovnih značilnostih in vrsti delujočega fotovoltaičnega sloja.
Razlikujte te vrste baterij glede na vrsto naprave:
- prožne plošče;
- togi moduli.
Fleksibilne plošče s tanko folijo postopoma zasedajo večjo nišo na trgu zaradi svoje vsestranske montaže, saj jih lahko namestite na večino površin z različnimi arhitekturnimi oblikami.
Dejanske značilnosti sončnih panelov so običajno nižje od tistih, ki so navedene v navodilih. Preden jih namestite doma, je priporočljivo, da si sami ogledate podoben zaključen projekt
Sončne baterije so glede na vrsto delujočega fotovoltaičnega sloja razdeljene na take sorte:
- Silicij: monokristalni, polikristalni, amorfni.
- Kadurijev telur.
- Na osnovi indij-bakra-galijevega selenida.
- Polimer.
- Ekološko
- Na osnovi galijevega arzenida.
- Kombinirano in večplastno.
Splošnega potrošnika ne zanimajo vse vrste sončnih panelov, temveč le prvi dve kristalni podvrsti.
Čeprav imajo nekatere druge vrste plošč visoko učinkovitost, vendar se zaradi visokih stroškov ne uporabljajo široko.
Galerija slik
Fotografija s
Niz monokristalnih sončnih celic
Silicijeva polikristalna sončna plošča
Sončna plošča v obliki filma
Fotovoltaične celice iz indini-bakra-galijevega selenida
Fotocelica galijev arsenid
Sončeve plošče kadmij Telluride
Proizvodnja organskih sončnih panelov
Poliestrska sončna plošča
Silicijeve fotovoltaične celice so precej občutljive na toploto. Osnovna temperatura za merjenje proizvodnje energije je 25 ° C. Ko se poveča za eno stopnjo, se učinkovitost plošč zmanjša za 0,45-0,5%.
Nato bomo podrobno pregledali sončne panele, ki najbolj zanimajo potrošnike.
Značilnosti plošč na osnovi silicija
Silicij za sončne panele je izdelan iz kremena v prahu - zdrobljenih kristalov kremena. Najbogatejša nahajališča surovin so v Zahodni Sibiriji in na Srednjem Uralu, zato so možnosti za to področje sončne energije skoraj neomejene.
Kristalne in amorfne silicijeve plošče že zdaj zavzemajo več kot 80% trga. Zato jih je vredno podrobneje preučiti.
Monokristalne silikonske plošče
Sodobne monokristalne silicijeve rezine (mono-Si) imajo enakomerno temno modro barvo po celotni površini. Za njihovo proizvodnjo se uporablja najbolj čist silicij. Monokristalne fotocelice med vsemi silikonskimi rezinami imajo najvišjo ceno, hkrati pa zagotavljajo najboljšo učinkovitost.
Velike monokristalne sončne plošče z vrtljivimi mehanizmi se popolnoma prilegajo puščavskim pokrajinam. Zagotavlja pogoje za največjo produktivnost.
Visoki stroški izdelave so posledica težavnosti orientiranja vseh silicijevih kristalov v eno smer. Zaradi takšnih fizikalnih lastnosti delovne plasti je največja učinkovitost zagotovljena le, ko je sončna svetloba pravokotna na površino plošče.
Monokristalne baterije potrebujejo dodatno opremo, ki jih samodejno vrti čez dan, tako da je ravnina plošč čim bolj pravokotna na sončne žarke.
Silicijeve plasti z enostransko usmerjenimi kristali so izrezane iz valjaste kovinske palice, zato imajo končani fotovoltaični bloki obliko kvadrata, zaobljenega na vogalih.
Prednosti monokristalnih silicijevih baterij so:
- Visoka učinkovitost z vrednostjo 17-25%.
- Kompaktnost - manjša namestitev opreme na enoto moči v primerjavi s ploščami iz polikristalnega silicija.
- Trajnost - zadostna učinkovitost proizvodnje električne energije je zagotovljena do 25 let.
Takšni akumulatorji imata le dve pomanjkljivosti:
- Visoka cena in dolgo povračilo
- Občutljivost za onesnaženje. Prah razprši svetlobo, zato se učinkovitost sončnih plošč, prevlečenih z njo, močno zmanjša.
Zaradi potrebe po neposredni sončni svetlobi so enokristalni sončni paneli nameščeni predvsem na odprtih površinah ali na višinah. Bolj ko je območje bližje ekvatorju in več sončnih dni ima, boljše je namestiti to posebno vrsto fotovoltaičnih celic.
Polikristalni sončni paneli
Polikristalne silicijeve plošče (multi-Si) imajo neenakomerno modro barvo zaradi vsestranske usmeritve kristalov. Čistost silicija, ki se uporablja pri njihovi izdelavi, je nekoliko nižja kot pri monokristalnih analogih.
Večsmernost kristalov zagotavlja visoko učinkovitost z razpršeno svetlobo - 12-18%. Nižja je kot pri enosmernih kristalih, v oblačnem vremenu pa so takšne plošče učinkovitejše.
Heterogenost materiala vodi tudi do zmanjšanja stroškov proizvodnje silicija. Očiščena kovina za polikristalne sončne panele se vlije v kalupe brez posebnih trikov.
V proizvodnji se uporabljajo posebne tehnike za tvorjenje kristalov, vendar njihova orientacija ni nadzorovana. Po hlajenju se silicij razreže na plasti in obdela po posebnem algoritmu.
Polikristalne plošče ne potrebujejo stalne orientacije proti soncu, zato se strehe hiš in industrijskih zgradb aktivno uporabljajo za njihovo postavitev.
Čez dan, ko je lahka oblačnost, prednosti amorfnih silicijevih sončnih plošč ne bodo opazne, njihove prednosti se razkrivajo le z gostimi oblaki ali v senci (+)
Prednosti sončnih panelov z večsmernimi kristali vključujejo:
- Visoka učinkovitost v okoljskih svetlobnih pogojih.
- Možnost stacionarne namestitve na strehah stavb.
- Nižji stroški v primerjavi z monokristalnimi ploščami.
- Trajanje operacije - padec učinkovitosti po 20 letih delovanja znaša le 15-20%.
Na voljo so tudi pomanjkljivosti polikristalnih plošč:
- Nizka učinkovitost z vrednostjo 12-18%.
- Relativna prostornost - Za namestitev na enoto moči je potrebno več prostora v primerjavi z enokristalnimi kolegi.
Polikristalne sončne plošče pridobivajo vse večji tržni delež med drugimi silikonskimi baterijami. To zagotavljajo široke potencialne priložnosti za zmanjšanje stroškov njihove proizvodnje. Učinkovitost takšnih plošč se tudi letno povečuje in se hitro približa 20% za množične izdelke.
Solarni paneli iz amorfnega silicija
Mehanizem za proizvodnjo amorfnih silicijevih sončnih plošč se bistveno razlikuje od izdelave kristalnih fotovoltaičnih celic. Tu se ne uporablja čisti nekovinski material, temveč njegov hidrid, katerega vroče hlapi se odlagajo na podlago.
Kot rezultat te tehnologije se klasični kristali ne tvorijo, stroški proizvodnje pa se močno zmanjšajo.
Oborjene amorfne silikonske fotocelice se lahko namestijo tako na prožno polimerno podlago kot na trdo stekleno pločevino
Trenutno so že tri generacije plošč, izdelanih iz amorfnega silicija, v vsaki od njih pa je učinkovitost opazno povečana. Če so imeli prvi fotonapetostni moduli izkoristek 4-5%, se zdaj druge generacije modelov z izkoristkom 8-9% množično prodajajo na trgu.
Amorfne plošče najnovejšega razvoja imajo učinkovitost do 12% in se že začenjajo pojavljati v prodaji, vendar so še vedno precej drage.
Zaradi značilnosti te proizvodne tehnologije je mogoče ustvariti silikonski sloj tako na trdni kot na prožni podlagi. Zaradi tega se amorfni silicijevi moduli aktivno uporabljajo v fleksibilnih tankoslojnih solarnih modulih. Toda možnosti z elastično podlago so veliko dražje.
Fizikalno-kemijska struktura amorfnega silicija omogoča največjo absorpcijo fotonov šibke razpršene svetlobe za ustvarjanje električne energije. Zato so takšne plošče priročne za uporabo v severnih območjih z velikimi prostimi površinami.
Učinkovitost amorfnih baterij na osnovi silicija se ne zniža niti pri visokih temperaturah, čeprav so po tem parametru slabše od arzijevih plošč galija.
Ob istih stroških opreme imajo sončne plošče iz silicijevega hidrida večjo zmogljivost kot njihovi mono- in polikristalni analogi (+)
Če povzamemo, lahko navedemo naslednje prednosti amorfnih sončnih panelov:
- Vsestranskost - možnost izdelave fleksibilnih in tankih plošč, pritrditev baterij na katere koli arhitekturne oblike.
- Visoka učinkovitost v zunanji svetlobi.
- Stabilno delo pri visokih temperaturah.
- Enostavnost in zanesljivost zasnove. Takšne plošče se praktično ne zlomijo.
- Ohranjanje zmogljivosti v težkih pogojih - manjši padec učinkovitosti pri prašni površini kot kristalni analogi
Življenjska doba takšnih fotonapetostnih celic, začenši z drugo generacijo, je 20-25 let z zmanjšanjem moči 15-20%. Pomanjkljivosti amorfnih silicijevih plošč vključujejo samo potrebo po večjih površinah za namestitev opreme potrebne moči.
Pregled naprav brez silikona
Nekateri sončni paneli, izdelani z uporabo redkih in dragih kovin, imajo učinkovitost več kot 30%. So velikokrat dražji od svojih silikonskih kolegov, vendar so kljub temu zaradi svojih posebnih lastnosti zasedli visokotehnološko trgovsko nišo.
Redki kovinski sončni paneli
Obstaja več vrst sončnih panelov iz redkih kovin in niso vsi, ki imajo večjo učinkovitost kot monokristalni silicijevi moduli.
Vendar sposobnost dela v ekstremnih pogojih proizvajalcem takšnih sončnih plošč omogoča izdelavo konkurenčnih izdelkov in nadaljnje raziskave.
Kadmijeve teluridne plošče se aktivno uporabljajo za soočenje stavb v ekvatorialnih in arabskih državah, kjer se njihova površina segreje do 70-80 stopinj popoldne
Glavne zlitine, ki se uporabljajo za izdelavo fotonapetostnih celic, so kadmijev telurid (CdTe), indijev bakreni galijev selenid (CIGS) in indijev bakrov selenid (CIS).
Kadmij je strupena kovina, indij, galij in telur pa so precej redki in dragi, zato je množična proizvodnja sončnih plošč na njihovi osnovi celo teoretično nemogoča.
Učinkovitost takšnih plošč je na ravni 25-35%, čeprav v izjemnih primerih lahko doseže do 40%. Prej so jih uporabljali predvsem v vesoljski industriji, zdaj pa se je pojavila nova obetavna smer.
Zaradi stabilnega delovanja redkih kovinskih sončnih celic pri temperaturah 130-150 ° C jih uporabljamo v sončnih termoelektrarnah. V tem primeru so sončni žarki iz deset ali sto ogledal koncentrirani na majhni plošči, ki hkrati ustvarja električno energijo in zagotavlja prenos toplotne energije na vodni izmenjevalec toplote.
Kot posledica segrevanja vode se tvori para, zaradi česar se turbina vrti in ustvarja električno energijo. Tako se sončna energija pretvori v električno energijo hkrati na dva načina z največjim izkoristkom.
Polimerni in organski analogi
Fotovoltaični moduli na osnovi organskih in polimernih spojin so se začeli razvijati šele v zadnjem desetletju, vendar so raziskovalci že znatno napredovali. Evropsko podjetje najbolj napreduje Heliatek, ki je že opremil več stolpnic z organskimi sončnimi paneli.
Debelina njegove filmske konstrukcije vrste Heliafilm je le 1 mm.
Pri izdelavi polimernih plošč se uporabljajo snovi, kot so ogljikovi fulereni, bakreni ftalocianin, polifenilen in drugi. Učinkovitost takšnih sončnih celic že dosega 14-15%, stroški proizvodnje pa so nekajkrat manjši od kristalnih sončnih panelov.
Vprašanje obdobja razgradnje organskega delovnega sloja je pereče. Do zdaj ni mogoče zanesljivo potrditi ravni njegove učinkovitosti po več letih delovanja.
Prednosti organskih sončnih panelov so:
- možnost okolju prijaznega odstranjevanja;
- nizki stroški proizvodnje;
- prilagodljiv dizajn.
Pomanjkljivosti takšnih fotocelic vključujejo razmeroma nizko učinkovitost in pomanjkanje zanesljivih informacij o obdobjih stabilnega delovanja plošč. Možno je, da bodo čez 5-10 let vse pomanjkljivosti organskih sončnih celic izginile in postale resne konkurence za silikonske rezine.
Katero solarno ploščo izbrati?
Izbira sončnih panelov za podeželske hiše na zemljepisni širini 45-60 ° ni težka. Tukaj je vredno razmisliti le o dveh možnostih: polikristalni in enokristalni silikonski paneli.
Če primanjkuje prostora, je bolje dati prednost učinkovitejšim modelom z enostransko usmerjenostjo kristalov, z neomejenim območjem je priporočljivo kupiti polikristalne baterije.
Ne bi se smeli zanašati na napovedi analitičnih podjetij za razvoj trga sončnih panelov, ker njihovih najboljših vzorcev morda še niso izumili
Izbira določenega proizvajalca je potrebna zmogljivost in dodatna oprema boljša, če sodelujejo vodje podjetij, ki se ukvarjajo s prodajo in namestitvijo takšne opreme. Zavedati se morate, da se kakovost in cena fotonapetostnih modulov pri največjih proizvajalcih malo razlikujeta.
Upoštevajte, da bodo stroški samih sončnih panelov ob naročilu opreme na ključ samo 30-40% vseh. Obdobja vračila takšnih projektov so 5–10 let in so odvisna od stopnje porabe energije in možnosti prodaje presežne električne energije v mestnem omrežju.
Nekateri obrtniki raje sestavijo sončne plošče z lastnimi rokami. Na naši spletni strani so članki s podrobnim opisom tehnologije izdelave takšnih plošč, njihove povezave in ureditve ogrevalnih sončnih sistemov.
Svetujemo vam, da se seznanite z:
- Kako narediti sončno baterijo z lastnimi rokami: navodila za samonastavitev
- Sončni ogrevalni sistemi: analiza ogrevalne tehnologije na osnovi solarnih sistemov
- Shema povezave za sončne panele: na krmilnik, na baterijo in na vzdrževane sisteme
Predstavljeni video posnetki prikazujejo delovanje različnih sončnih panelov v realnih razmerah. Pomagali bodo tudi razumeti vprašanja izbire povezane opreme.
Pravila za izbiro sončnih panelov in pripadajoče opreme:
Vrste sončnih panelov:
Preskušanje monokristalnih in polikristalnih plošč:
Za prebivalstvo in majhne industrijske objekte še ni prave alternative kristalnim silikonskim ploščam. Toda hitrost razvoja novih vrst sončnih plošč nam omogoča upanje, da bo sončna energija kmalu postala glavni vir električne energije v mnogih podeželskih hišah.
Vsem, ki jih zanima vprašanje izbire in uporabe sončnih panelov, ponujamo komentarje, postavljanje vprašanj in sodelovanje v razpravah. Kontaktni obrazec se nahaja v spodnjem bloku.