Energia alternatywna jest najbardziej rozwinięta w Europie, co pokazuje wyniki ich perspektyw. Istnieją nowe typy ogniw słonecznych, które zwiększają ich wydajność.
Jeśli chcesz zapewnić działanie budynku przemysłowego lub mieszkania kosztem energii słonecznej, musisz najpierw dowiedzieć się o różnicach w wyposażeniu, zrozumieć, które panele słoneczne są odpowiednie dla warunków klimatycznych w danym regionie.
Pomożemy zrozumieć ten problem. W artykule opisano zasadę działania przetworników fotoelektrycznych, omówiono różne typy ogniw słonecznych, wskazując ich cechy, zalety i wady. Po zapoznaniu się z materiałem, możesz dokonać właściwego wyboru dla zorganizowania skutecznego systemu słonecznego.
Zasada działania paneli słonecznych
Ogromna większość paneli słonecznych to fizycznie fotoelektryczne konwertery. Efekt elektrogeneracji występuje w miejscu złącza półprzewodnikowego pn.
Podstawą kosztu paneli słonecznych są płytki krzemowe, ale gdy używa się ich jako 24-godzinnego źródła zasilania, trzeba będzie dodatkowo kupić drogie akumulatory
Panel składa się z dwóch płytek krzemowych o różnych właściwościach. Pod działaniem światła w jednym z nich brakuje elektronów, aw drugim - ich nadmiaru. Każda płyta ma miedziane paski, które są podłączone do przetworników napięcia.
Przemysłowy panel słoneczny składa się z wielu laminowanych ogniw fotowoltaicznych połączonych ze sobą i zamontowanych na elastycznym lub sztywnym podłożu.
Wydajność sprzętu zależy w dużej mierze od czystości krzemu i orientacji jego kryształów. Te parametry próbują ulepszyć inżynierów ostatnich dziesięcioleci. Głównym problemem jest wysoki koszt procesów leżących u podstaw oczyszczania krzemu i położenie kryształów w jednym kierunku na całym panelu.
Każdego roku maksymalna wydajność różnych paneli słonecznych zmienia się w górę, ponieważ miliardy dolarów są inwestowane w badania nowych materiałów fotowoltaicznych
Półprzewodniki przetworników fotoelektrycznych mogą być wykonane nie tylko z krzemu, ale także z innych materiałów - zasada działania baterii nie zmienia się.
Rodzaje przetworników fotoelektrycznych
Klasyfikują przemysłowe panele słoneczne według ich cech konstrukcyjnych i rodzaju działającej warstwy fotoelektrycznej.
Te typy baterii wyróżniają się typem urządzenia:
- elastyczne panele;
- twarde moduły.
Elastyczne panele cienkowarstwowe stopniowo zajmują coraz większą niszę na rynku ze względu na ich wszechstronność montażu, ponieważ można je zainstalować na większości powierzchni o różnych formach architektonicznych.
Rzeczywista charakterystyka paneli słonecznych jest zazwyczaj niższa niż wskazana w instrukcji. Dlatego przed zainstalowaniem ich w domu wskazane jest zobaczenie podobnego wdrożonego projektu.
W zależności od rodzaju działającej warstwy fotoelektrycznej ogniwa słoneczne dzielą się na następujące typy:
- Krzem: monokrystaliczny, polikrystaliczny, bezpostaciowy.
- Tellur-kadm.
- Na podstawie selenku indowo-miedziowo-galowego.
- Polimer.
- Organiczne
- Na bazie arsenku galu.
- Połączone i wielowarstwowe.
Interesujące dla ogółu konsumentów nie są wszystkie rodzaje paneli słonecznych, ale tylko pierwsze dwa podgatunki krystaliczne.
Chociaż niektóre inne rodzaje paneli mają wysoką wydajność, nie są one powszechnie stosowane ze względu na wysokie koszty.
Monokrystaliczne panele są łatwe do odgadnięcia na białych kwadratach w rogach poszczególnych elementów 
Zaleca się, aby panele polikrystaliczne były zorientowane na wschód i zachód, a dla strony południowej lepiej kupić moduł z jednym kryształem. 
Cienkowarstwowe panele słoneczne są popularne w produkcji przenośnych turystycznych paneli słonecznych 
Panele słoneczne z zawartością indu są aktywnie wykorzystywane na satelitach kosmicznych 
Arsen słoneczny z arsenkiem galu staje się toksyczny tylko przez bezpośredni kontakt z wodą. 
Rzadkie metalowe panele słoneczne mogą być wykonane w dowolnym rozmiarze i kształcie. 
Organiczne panele słoneczne nie są jeszcze dostępne dla masowego konsumenta z powodu niewystarczających testów technologicznych. 
Polimerowe ogniwa słoneczne mają niską sprawność, więc spread nie został jeszcze otrzymany
Silikonowe ogniwa fotowoltaiczne są dość wrażliwe na ciepło. Podstawowa temperatura do pomiaru wytwarzania energii wynosi 25 ° C. Wraz ze wzrostem o jeden stopień, wydajność paneli zmniejsza się o 0, 45-0, 5%.
Następnie zostaną szczegółowo przeanalizowane panele słoneczne, które cieszą się największym zainteresowaniem konsumentów.
Charakterystyka paneli krzemowych
Krzem do ogniw słonecznych jest wykonany z proszku kwarcowego - zmielonych kryształów kwarcu. Najbogatsze złoża surowców znajdują się w Zachodniej Syberii i na Środkowym Uralu, więc perspektywy na ten kierunek energii słonecznej są niemal nieograniczone.
Nawet teraz krystaliczne i amorficzne panele krzemowe zajmują ponad 80% rynku. Dlatego warto rozważyć je bardziej szczegółowo.
Monokrystaliczne panele krzemowe
Nowoczesne monokrystaliczne płytki krzemowe (mono-Si) mają jednolity, ciemnoniebieski kolor na całej powierzchni. Do ich produkcji używa się najczystszego krzemu. Monokrystaliczne fotowoltaiki wśród wszystkich płytek krzemowych mają najwyższą cenę, ale zapewniają najlepszą wydajność.
Duże monokrystaliczne panele słoneczne z obrotowymi mechanizmami idealnie pasują do pustynnych krajobrazów. Zapewnia warunki dla maksymalnej wydajności.
Wysoki koszt produkcji wynika ze złożoności orientacji wszystkich kryształów krzemu w jednym kierunku. Ze względu na te właściwości fizyczne warstwy roboczej, maksymalna wydajność jest zapewniona tylko wtedy, gdy promienie słoneczne są prostopadłe do powierzchni płyty.
Monokrystaliczne baterie wymagają dodatkowego wyposażenia, które automatycznie obraca je w ciągu dnia, tak aby płaszczyzna paneli była możliwie prostopadła do promieni słonecznych.
Warstwy krzemu z jednostronnie zorientowanymi kryształami wycina się z cylindrycznego pręta metalowego, więc gotowe bloki fotowoltaiczne mają kształt kwadratu zaokrąglonego w rogach.
Zalety akumulatorów krzemowych jednokrystalicznych obejmują:
- Wysoka wydajność o wartości 17-25%.
- Kompaktowość - mniejszy obszar rozmieszczenia sprzętu na jednostkę mocy w porównaniu z polikrystalicznymi płytami krzemowymi.
- Trwałość - wystarczająca wydajność wytwarzania energii elektrycznej wynosi do 25 lat.
Takie baterie mają tylko dwie wady:
- Wysoki koszt i długi zwrot.
- Wrażliwość na zanieczyszczenia . Pył rozprasza światło, dzięki czemu wydajność paneli słonecznych objętych tym systemem znacznie się zmniejsza.
Ze względu na potrzebę bezpośredniego światła słonecznego monokrystaliczne panele słoneczne są instalowane głównie na otwartych przestrzeniach lub na wysokości. Im bliżej równika znajduje się równik i im więcej jest słonecznych dni, tym bardziej preferowana jest instalacja tego typu ogniw fotowoltaicznych.
Polikrystaliczne panele słoneczne
Panele z polikrystalicznego krzemu (multi-Si) mają nierówny niebieski kolor ze względu na zróżnicowaną orientację kryształów. Czystość krzemu użytego do ich produkcji jest nieco niższa niż czystość analogów pojedynczych kryształów.
Wielokierunkowe kryształy zapewniają wysoką wydajność przy rozproszonym świetle - 12-18%. Jest niższy niż w kryształach jednokierunkowych, ale w warunkach pochmurnej pogody takie panele okazują się bardziej wydajne.
Niejednorodność materiału prowadzi do obniżenia kosztów produkcji krzemu. Oczyszczony metal do polikrystalicznych paneli słonecznych bez żadnych specjalnych sztuczek wlewa się do form.
Produkcja wykorzystuje specjalne techniki tworzenia kryształów, ale ich kierunek nie jest kontrolowany. Po schłodzeniu krzem jest cięty na warstwy i przetwarzany zgodnie ze specjalnym algorytmem.
Panele polikrystaliczne nie wymagają stałej orientacji w kierunku słońca, dlatego do ich rozmieszczenia aktywnie wykorzystywane są dachy domów i budynków przemysłowych.
W ciągu dnia, przy lekkim zachmurzeniu, zalety amorficznych krzemowych paneli słonecznych nie będą zauważalne, ich zalety ujawnią się tylko w gęstych chmurach lub w cieniu (+)
Zalety ogniw słonecznych z wielokierunkowymi kryształami obejmują:
- Wysoka wydajność w warunkach oświetlenia otoczenia.
- Możliwość instalacji stacjonarnej na dachach budynków.
- Niższy koszt w porównaniu z panelami monokrystalicznymi.
- Czas działania - spadek wydajności po 20 latach eksploatacji wynosi tylko 15-20%.
Dostępne są również wady płyt polikrystalicznych:
- Zmniejszona wydajność o wartości 12-18%.
- Względna masowość - potrzeba więcej miejsca na instalację na jednostkę mocy w porównaniu z analogami pojedynczych kryształów.
Polikrystaliczne panele słoneczne zyskują coraz większy udział w rynku wśród innych akumulatorów silikonowych. Zapewnia to szeroki potencjał obniżenia kosztów ich produkcji. Wydajność takich paneli rośnie również rocznie, szybko zbliżając się do 20% masowych produktów.
Amorficzne silikonowe panele słoneczne
Mechanizm produkcji amorficznych krzemowych paneli słonecznych różni się zasadniczo od produkcji krystalicznych ogniw fotowoltaicznych. Używa nie czystego niemetalu, ale jego wodorku, którego gorące opary osadzają się na podłożu.
Dzięki tej technologii nie powstają klasyczne kryształy, a koszty produkcji są znacznie obniżone.
Ogniwa fotowoltaiczne z strąconego bezpostaciowego krzemu mogą być utrwalane zarówno na elastycznym podłożu polimerowym, jak i na sztywnej płycie szklanej
W chwili obecnej istnieją już trzy generacje paneli wykonanych z amorficznego krzemu, w których wydajność jest zauważalnie zwiększona. Jeśli pierwsze moduły fotowoltaiczne miały sprawność 4-5%, obecnie na rynku dostępne są modele drugiej generacji o wydajności 8-9%.
Amorficzne panele najnowszej konstrukcji mają wydajność do 12% i już zaczynają pojawiać się w sprzedaży, ale nadal są dość drogie.
Ze względu na cechy tej technologii produkcji możliwe jest utworzenie warstwy krzemowej na sztywnym i elastycznym podłożu. Z tego powodu amorficzne moduły krzemowe są aktywnie wykorzystywane w elastycznych cienkowarstwowych modułach słonecznych. Ale opcje z elastycznym podkładem są znacznie droższe.
Fizykochemiczna struktura amorficznego krzemu pozwala na maksymalną absorpcję fotonów słabego rozproszonego światła w celu wytworzenia elektryczności. Dlatego takie panele są wygodne w użyciu na północnych obszarach z dużymi wolnymi obszarami.
Wydajność akumulatorów opartych na bezpostaciowym krzemie nie zmniejsza się w wysokich temperaturach, chociaż są one gorsze w tym parametrze od płyt z arsenku galu.
Przy tym samym koszcie sprzętu panele słoneczne z wodorku krzemu wykazują większą wydajność niż ich monokryształowe i polikrystaliczne odpowiedniki (+)
Podsumowując, można określić następujące zalety amorficznych paneli słonecznych:
- Wszechstronność - możliwość produkcji elastycznych i cienkich paneli, montaż baterii na dowolnej formie architektonicznej.
- Wysoka wydajność przy rozproszonym świetle.
- Stabilna praca w wysokich temperaturach.
- Prostota i niezawodność projektu . Takie panele praktycznie nie pękają.
- Zachowanie wydajności w trudnych warunkach - mniejszy spadek wydajności, gdy powierzchnia jest zakurzona niż w przypadku analogów krystalicznych
Żywotność takich ogniw fotowoltaicznych, począwszy od drugiej generacji, wynosi 20-25 lat przy spadku mocy o 15-20%. Wady amorficznych paneli silikonowych można przypisać jedynie potrzebie dużych powierzchni, aby pomieścić wyposażenie o wymaganej mocy.
Przegląd urządzeń bez silikonu
Niektóre panele słoneczne produkowane przy użyciu rzadkich i drogich metali mają wydajność ponad 30%. Są one wielokrotnie droższe niż ich odpowiedniki krzemowe, ale dzięki specjalnej charakterystyce nadal zajmują niszę handlową high-tech.
Rzadkie metalowe panele słoneczne
Istnieje kilka rodzajów rzadko spotykanych paneli słonecznych i nie wszystkie mają większą wydajność niż moduły krzemowe z pojedynczym kryształem.
Jednak zdolność do pracy w ekstremalnych warunkach umożliwia producentom takich paneli słonecznych wytwarzanie konkurencyjnych produktów i prowadzenie dalszych badań.
Panele tellurku kadmu są szeroko stosowane do wykładania budynków w krajach równikowych i arabskich, gdzie ich powierzchnia ogrzewa się do 70-80 stopni w ciągu dnia
Głównymi stopami używanymi do produkcji ogniw fotowoltaicznych są tellurek kadmu (CdTe), selenek indowo-miedziowo-galowy (CIGS) i selenek indowo-miedziowy (CIS).
Kadm jest metalem toksycznym, a ind, gal i tellur są dość rzadkie i drogie, więc masowa produkcja opartych na nich paneli słonecznych jest nawet teoretycznie niemożliwa.
Efektywność takich paneli wynosi 25-35%, choć w wyjątkowych przypadkach może osiągnąć nawet 40%. Wcześniej były używane głównie w przemyśle kosmicznym, a teraz pojawił się nowy obiecujący kierunek.
Ze względu na stabilną pracę ogniw fotowoltaicznych z rzadkich metali w temperaturach 130-150 ° C, są one stosowane w elektrowniach słonecznych. Jednocześnie promienie słońca z tuzinów lub setek zwierciadeł koncentrują się na małym panelu, który jednocześnie generuje elektryczność i zapewnia transfer energii cieplnej do wodnego wymiennika ciepła.
W wyniku podgrzewania wody wytwarzana jest para, która powoduje, że turbina obraca się i wytwarza energię elektryczną. Zatem energia słoneczna jest przekształcana na energię elektryczną jednocześnie na dwa sposoby z maksymalną wydajnością.
Analogi polimerowe i organiczne
Moduły fotowoltaiczne oparte na związkach organicznych i polimerowych zaczęły być rozwijane dopiero w ostatniej dekadzie, ale naukowcy osiągnęli już znaczący sukces. Największy postęp wykazuje europejska firma Heliatek, która wyposażyła już kilka wieżowców w organiczne panele słoneczne.
Grubość konstrukcji rolki folii typu HeliaFilm wynosi tylko 1 mm.
W produkcji płyt polimerowych stosuje się takie substancje, jak fulereny węglowe, ftalocyjanina miedzi, polifenylen i inne. Wydajność takich ogniw słonecznych już sięga 14-15%, a koszt produkcji jest kilkakrotnie mniejszy niż krystalicznych paneli słonecznych.
Istnieje poważne pytanie o czas degradacji organicznej warstwy roboczej. Do tej pory nie można wiarygodnie potwierdzić poziomu jego wydajności po kilku latach eksploatacji.
Zalety organicznych paneli słonecznych to:
- możliwość bezpiecznego dla środowiska unieszkodliwiania;
- niski koszt produkcji;
- elastyczny projekt.
Wady takich ogniw fotowoltaicznych obejmują stosunkowo niską wydajność i brak wiarygodnych informacji o okresach stabilnej pracy paneli. Możliwe, że za 5-10 lat znikną wszystkie wady organicznych ogniw słonecznych i staną się poważnymi konkurentami dla płytek krzemowych.
Jaki panel słoneczny wybrać?
Wybór paneli słonecznych do domów wiejskich na szerokości 45-60 ° nie jest trudny. Tutaj warto rozważyć tylko dwie opcje: polikrystaliczne i monokrystaliczne panele krzemowe.
Przy braku miejsca lepiej jest preferować bardziej wydajne modele z jednostronną orientacją kryształów, przy nieograniczonej powierzchni zaleca się zakup baterii polikrystalicznych.
Skoncentrowanie się na prognozach firm analitycznych dotyczących rozwoju rynku paneli słonecznych nie jest tego warte, ponieważ ich najlepsze próbki nie zostały jeszcze wymyślone
Lepiej wybrać konkretnego producenta, wymaganą moc i dodatkowy sprzęt z udziałem menedżerów firm zajmujących się sprzedażą i instalacją takiego sprzętu. Powinieneś wiedzieć, że jakość i cena modułów fotowoltaicznych największych producentów różnią się niewiele.
Należy pamiętać, że przy zamawianiu zestawu „pod klucz” koszt samych paneli słonecznych będzie wynosił tylko 30–40% całkowitej kwoty. Okres zwrotu takich projektów wynosi 5-10 lat i zależy od poziomu zużycia energii i możliwości sprzedaży nadwyżki energii elektrycznej do sieci miejskiej.
Niektórzy mistrzowie wolą zbierać ogniwa słoneczne własnymi rękami. Na naszej stronie znajdują się artykuły ze szczegółowym opisem technologii wytwarzania takich paneli, ich połączenia i rozmieszczenia systemów ogrzewania słonecznego.
Radzimy przeczytać:
- Jak zrobić baterię słoneczną zrób to sam: instrukcje do samodzielnego montażu
- Systemy ogrzewania słonecznego: analiza technologii rozmieszczenia ogrzewania na podstawie systemów solarnych
- Schemat podłączenia baterii słonecznych: do sterownika, do akumulatora i obsługiwanych systemów
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Prezentowane filmy pokazują pracę różnych paneli słonecznych w rzeczywistych warunkach. Pomogą także zrozumieć wybór odpowiedniego sprzętu.
Zasady wyboru paneli słonecznych i związanego z nimi sprzętu:
Rodzaje paneli słonecznych:
Testowanie płyt monokrystalicznych i polikrystalicznych:
Dla ludności i małych obiektów przemysłowych nie ma prawdziwej alternatywy dla krystalicznych paneli krzemowych. Но темпы разработки новых типов солнечных батарей позволяют надеяться, что скоро энергия солнца станет главным источником электроэнергии во многих загородных домах.
Всем заинтересованным в вопросе выбора и использования солнечных батарей предлагаем оставлять комментарии, задавать вопросы и участвовать в обсуждениях. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.