Tipus de plaques solars: una visió general comparativa dels dissenys i consells per triar panells

L’energia alternativa s’està desenvolupant el màxim possible a Europa, mostrant els resultats de la seva promesa. Apareixen nous tipus de plaques solars, la seva eficiència augmenta.

Si voleu assegurar el funcionament d’un edifici industrial o edifici residencial degut a l’energia del sol, primer heu de conèixer les diferències d’equips, comprendre quines plaques solars són adequades per a les condicions climàtiques d’una determinada regió.

Ajudarem a entendre aquest problema. L’article descriu el principi de funcionament dels convertidors fotovoltaics, proporciona una visió general dels diferents tipus de plaques solars amb una indicació de les seves característiques, avantatges i desavantatges. Després de llegir el material, podeu fer l’opció correcta per organitzar un sistema solar eficaç.

El principi de funcionament de les plaques solars

La gran majoria de les plaques solars són convertidors fotovoltaics físicament. L’efecte generador d’electricitat es produeix al lloc de la unió de pn del semiconductor.

Es tracta d’hòsties de silici que constitueixen la base del cost de les plaques solars, però quan s’utilitza com a font d’electricitat tot el dia, hauràs de comprar bateries cares

El panell consta de dues neules de silici amb propietats diferents. Sota la influència de la llum en un d’ells hi ha una manca d’electrons, i en l’altra - el seu excés. Cada placa té tires conductores de coure que es connecten a convertidors de tensió.

Un panell solar industrial està format per moltes cèl·lules fotovoltaiques laminades unides entre si i muntades sobre un substrat flexible o rígid.

L’eficiència dels equips depèn en gran mesura de la puresa del silici i de l’orientació dels seus cristalls. Són aquests paràmetres els que els enginyers han intentat millorar durant les últimes dècades.El principal problema en aquest cas és l’elevat cost dels processos que subjauen a la purificació del silici i la ubicació de cristalls en una direcció a tot el panell.

Cada any, l’eficiència màxima de diverses plaques solars canvia a l’alça, perquè s’inverteixen milers de milions de dòlars en la investigació de nous materials fotovoltaics (+)

Els semiconductors dels convertidors fotoelèctrics es poden fer no només de silici, sinó també d’altres materials - principi de la bateria no canvia.

Tipus de convertidors fotoelèctrics

Els panells solars industrials es classifiquen per les seves característiques de disseny i el tipus de capa fotovoltaica de treball.

Hi ha aquest tipus de bateries per tipus d’aparell:

• panells flexibles;
• mòduls rígids.

Els panells flexibles de film prim ocupen gradualment un nínxol més gran en el mercat per la seva versatilitat muntant, ja que podeu instal·lar-los a la majoria de superfícies amb diverses formes arquitectòniques.

Les característiques reals de les plaques solars solen ser inferiors a les indicades a les instruccions. Per tant, abans d’instal·lar-les a casa, és recomanable veure un projecte completat similar

Segons el tipus de capa fotovoltaica de treball, les cèl·lules solars es divideixen en aquestes varietats:

1. Silici: monocristal·lí, policristal·lí, amorf.
2. Tellurium cadmium.
3. Basat en selenida d’Indi-Coure-Gali.
4. Polímer.
5. Orgànics
6. A base d’arsènid de gali.
7. Combinat i multicapa.

No són interessants per al consumidor general tots els tipus de plaques solars, sinó només les dues primeres subespècies cristal·lines.

Tot i que alguns altres tipus de panells tenen una elevada eficiència, però a causa del cost elevat, no s’utilitzen àmpliament.

Les cèl·lules fotovoltaiques de silici són força sensibles a la calor. La temperatura base per mesurar la generació elèctrica és de 25 ° C. Quan s’incrementa un grau, l’eficiència dels panells disminueix un 0,45-0,5%.

A continuació, s’examinaran amb detall les plaques solars que tenen el major interès del consumidor.

Característiques dels panells a base de silici

El silici per a panells solars està fabricat amb cristalls de quars triturats amb quars. Els dipòsits de matèries primeres més riques es troben a la Sibèria occidental i a l’Ural Mitjà, per tant, les perspectives d’aquesta zona d’energia solar són gairebé il·limitades.

Encara ara, els panells de silici cristal·lí i amorf ja ocupen més del 80% del mercat. Per tant, val la pena considerar-los amb més detall.

Panells monocristal·lins de silici

Les modernes neules de silici monocristal (mono-Si) tenen un color blau fosc uniforme a tota la superfície. Per a la seva producció s’utilitza el silici més pur. Les fotocèl·lules monocristallines entre totes les neules de silici tenen el preu més alt, però també proporcionen la millor eficiència.

Els grans panells solars monocristal·lins amb mecanismes rotatius s’ajusten perfectament als paisatges desèrtics. Proporciona les condicions per a la màxima productivitat.

L’elevat cost de producció es deu a la dificultat d’orientar tots els cristalls de silici en una direcció. Degut a aquestes propietats físiques de la capa de treball, la màxima eficàcia només es garanteix quan la llum solar és perpendicular a la superfície de la placa.

Les bateries monocristallines necessiten equips addicionals que les facin girar automàticament durant el dia perquè el pla dels plafons sigui el més perpendicular als raigs del sol possible.

Les capes de silici amb cristalls orientats a una cara es tallen a partir d’una barra metàl·lica cilíndrica, de manera que els blocs fotovoltaics acabats tenen la forma d’un quadrat arrodonit a les cantonades.

Els avantatges de les bateries de silici monocristal inclouen:

1. Alta eficiència amb un valor del 17-25%.
2. Compacitat - una àrea més petita de col·locació d'equips per unitat de potència, en comparació amb panells de silici policristal·lí.
3. Durabilitat - Es proporciona una eficiència suficient per generar energia fins a 25 anys.

Només hi ha dos inconvenients a aquestes bateries:

1. Alt preu i una bona devolució.
2. Sensibilitat a la contaminació. La pols dispersa la llum, per tant, l’eficiència de les plaques solars recobertes disminueix bruscament.

A causa de la necessitat de llum solar directa, els cristalls són únics s’instal·len plaques solars principalment en zones obertes o a altures. Com més propera hi ha la zona de l'equador i com més dies assolellats hi ha, més preferible és la instal·lació d'aquest tipus particular de cèl·lules fotovoltaiques.

Panells solars policristal·lins

Els panells de silici policristal·lí (multi-Si) tenen un color blau desigual a causa de l’orientació versàtil dels cristalls. La puresa del silici utilitzat en la seva producció és lleugerament inferior a la dels anàlegs d’un sol cristall.

La multidireccionalitat dels cristalls proporciona una alta eficiència amb llum dispersa - 12-18%. És menor que en cristalls unidireccionals, però en condicions tèrboles, aquests panells són més efectius.

L’heterogeneïtat del material també comporta una disminució del cost de la producció de silici. El metall purificat per a panells solars policristal·lins s’aboca en motlles sense trucs especials.

En la producció s’utilitzen tècniques especials per formar cristalls, però no es controla la seva orientació. Després del refredament, el silici es talla en capes i es processa segons un algorisme especial.

Els panells policristal·lins no requereixen una orientació constant cap al sol, per tant, els sostres d’habitatges i naus industrials s’utilitzen activament per a la seva col·locació.

Durant el dia, amb núvols clars, els avantatges dels panells solars de silici amorf no es noten, els seus avantatges es revelen només amb núvols densos o a l'ombra (+)

Els avantatges de les plaques solars amb cristalls multidireccionals inclouen:

1. Alta eficiència a la llum ambiental.
2. Possibilitat d'instal·lació estacionària als terrats dels edificis.
3. Menor cost en comparació amb panells monocristal·lins.
4. Durada de l’operació - la caiguda de l’eficiència després de 20 anys de funcionament és només del 15-20%.

També hi ha desavantatges dels panells policristalins:

1. Baixa eficiència amb un valor del 12-18%.
2. Bulositat relativa - requereix més espai per a la instal·lació per unitat de potència en comparació amb els homòlegs d'un sol cristall.

Les plaques solars policristallines estan guanyant una quota de mercat creixent entre altres bateries de silici. Això es garanteix d’àmplies oportunitats potencials per reduir el cost de la seva producció. L'eficiència d'aquests panells també augmenta anualment, apropant-se ràpidament al 20% per als productes en massa.

Panells solars de silici amorf

El mecanisme per a la producció de plaques solars de silici amorf és fonamentalment diferent de la fabricació de cèl·lules fotovoltaiques cristal·lines. Aquí no s’utilitza un metall no pur, sinó el seu hidrur, els vapors calents del qual es dipositen al substrat.

Com a resultat d'aquesta tecnologia, no es formen cristalls clàssics i els costos de producció es redueixen bruscament.

Les fotocèl·lules de silici amorf precipitat es poden muntar tant sobre un substrat de polímer flexible com sobre una làmina de vidre rígida

Actualment, ja hi ha tres generacions de panells fets de silici amorf, en cadascun dels quals s’incrementa notablement l’eficiència. Si els primers mòduls fotovoltaics tenien una eficiència del 4-5%, ara els models de segona generació amb una eficiència del 8-9% es venen massivament al mercat.

Els panells amorosos del darrer desenvolupament tenen una eficiència de fins al 12% i ja comencen a sortir a la venda, però segueixen sent bastant cars.

A causa de les característiques d'aquesta tecnologia de producció, és possible crear una capa de silici tant sobre un substrat rígid com flexible. A causa d'això, els mòduls de silici amorf s'utilitzen activament en mòduls solars flexibles de film prim. Però les opcions amb suport elàstic són molt més cares.

L’estructura fisicoquímica del silici amorf permet l’absorció màxima de fotons de llum dispersa feble per generar electricitat. Per tant, aquests panells són convenients per utilitzar-los a les zones del nord amb grans zones lliures.

L’eficàcia de les bateries amorfes a base de silici no disminueix fins i tot a temperatures elevades, tot i que són inferiors en aquest paràmetre que els panells d’arsènid de gal.

Al mateix cost dels equips, els panells solars d’hidrur de silici tenen un rendiment més gran que els seus anàlegs simples i policristal·lins (+)

Per resumir, podem indicar els avantatges dels panells solars amorfs:

1. Polivalència - la capacitat de fabricar panells flexibles i prims, muntant piles en qualsevol forma arquitectònica.
2. Alta eficiència a la llum ambiental.
3. Treball estable a altes temperatures.
4. Simplicitat i fiabilitat del disseny. Aquests panells pràcticament no es trenquen.
5. Preservació del rendiment en condicions difícils - Menor caiguda de rendiment en superfície polvoritzada que analògics cristal·lins

La vida útil d’aquestes cèl·lules fotovoltaiques, a partir de la segona generació, és de 20 a 25 anys amb una caiguda d’energia del 15-20%. Els desavantatges dels panells de silici amorfes inclouen només la necessitat de zones més grans per allotjar equips de la potència necessària.

Visió general dels dispositius sense silici

Alguns plafons solars fabricats amb metalls rars i cars tenen una eficiència superior al 30%. Moltes vegades són més cars que els seus homòlegs de silici, però han ocupat un nínxol comercial d'alta tecnologia gràcies a les seves característiques especials.

Plaques solars de metall rar

Hi ha diversos tipus de plaques solars fabricades amb metalls rars, i no totes tenen una eficiència superior a la dels mòduls de silici monocristal.

Tanmateix, la capacitat de treballar en condicions extremes permet als fabricants d’aquestes plaques solars produir productes competitius i dur a terme més investigacions.

Els panells de tel·lur de cadmi s’utilitzen activament per a edificis de revestiment de països equatorials i àrabs, on la seva superfície s’escalfa fins a 70-80 graus a la tarda

Els aliatges principals utilitzats per a la fabricació de cèl·lules fotovoltaiques són el tel·lurur de cadmi (CdTe), el selenur de galli de coure indi (CIGS) i el selenur de coure indi (CIS).

El cadmi és un metall tòxic i l’indium, el gall i el telluri són força rars i costosos, per la qual cosa la producció massiva de plaques solars basades en elles és fins i tot teòricament impossible.

L'eficiència d'aquests panells és del 25-35%, tot i que en casos excepcionals pot arribar fins al 40%. Anteriorment, s’utilitzaven principalment en la indústria espacial, però ara ha aparegut una nova direcció prometedora.

A causa del funcionament estable de cèl·lules solars de metall rar a temperatures de 130-150 ° C, s’utilitzen a les centrals tèrmiques solars. En aquest cas, els raigs del sol de desenes o centenars de miralls es concentren en un petit panell, que alhora genera electricitat i assegura la transferència d’energia tèrmica a l’intercanviador de calor de l’aigua.

Com a resultat de l'escalfament de l'aigua, es forma vapor, que fa que la turbina gira i generi electricitat. Així, l’energia solar es converteix en energia elèctrica simultàniament de dues maneres amb la màxima eficiència.

Polímers i anàlegs orgànics

Els mòduls fotovoltaics basats en compostos orgànics i polímers van començar a desenvolupar-se només en l'última dècada, però els investigadors ja han fet progressos significatius. La companyia europea mostra els avenços més importants Heliatek, que ja ha equipat diversos edificis alts amb plaques solars orgàniques.

El gruix de la seva construcció de pel·lícula de tipus rodó Heliafilm és només 1 mm.

En la fabricació de panells de polímer s’utilitzen substàncies com ara fullerenes de carboni, ftalocianina de coure, polifenilè i altres. L’eficiència d’aquestes cèl·lules solars ja arriba al 14-15%, i el cost de producció és diverses vegades menor que les plaques solars cristal·lines.

La qüestió del període de degradació de la capa de treball orgànica és aguda. Fins al moment, no és possible confirmar de forma fiable el nivell d’eficiència després de diversos anys de funcionament.

Els avantatges de les plaques solars orgàniques són:

• possibilitat de disposició ecològica;
• baix cost de producció;
• disseny flexible.

Els desavantatges d’aquestes fotocèl·lules inclouen l’eficiència relativament baixa i la manca d’informació fiable sobre els períodes d’operació estable dels panells. És possible que en 5-10 anys desapareguin tots els inconvenients de les cèl·lules solars orgàniques i es convertiran en competidors seriosos per a les hòsties de silici.

Quin panell solar escolliu?

L’elecció de plaques solars per a cases de camp a 45-60 º de latitud no és difícil. Aquí, val la pena considerar només dues opcions: panells de silici policristal·lí i monocristal.

Si hi ha escassetat d’espai, és millor donar preferència a models més eficients amb orientació a una cara de cristalls, amb una zona il·limitada es recomana comprar piles policristalines.

No us heu de basar en les previsions de les empreses analítiques per al desenvolupament del mercat de plaques solars, perquè potser no s’han inventat les seves millors mostres

L’elecció d’un fabricant específic, la capacitat requerida i l’equipament addicional és millor amb la participació dels directius de les empreses implicades en la venda i la instal·lació d’aquests equips. Heu de ser conscients que la qualitat i el preu dels mòduls fotovoltaics dels majors fabricants difereixen poc.

Tingueu en compte que quan sol·liciteu un equip d'equips clau en mà, el cost de les plaques solars serà només del 30-40% del total. Els períodes d’amortització d’aquests projectes són de 5-10 anys i depenen del nivell de consum d’energia i de la possibilitat de vendre electricitat excedentària a la xarxa de la ciutat.

Alguns artesans prefereixen muntar plaques solars amb les seves pròpies mans. Al nostre lloc hi ha articles amb una descripció detallada de la tecnologia de fabricació d’aquests panells, la seva connexió i l’ordenació dels sistemes solars de calefacció.

Us aconsellem familiaritzar-vos amb:

1. Com fer una bateria solar amb les teves pròpies mans: instrucció d’autoassemblatge
2. Sistemes de calefacció solars: anàlisi de la tecnologia de calefacció basada en sistemes solars
3. Esquema de connexió de plaques solars: al controlador, a la bateria i als sistemes de servei

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Els vídeos presentats mostren el funcionament de diverses plaques solars en condicions reals. També ajudaran a comprendre els problemes de l'elecció d'equips relacionats.

Normes per a l'elecció de plaques solars i equips relacionats:

Tipus de plaques solars:

Prova de panells monocristal i policristal·lí:

Per a la població i les petites instal·lacions industrials, no hi ha una alternativa real als panells de silici cristal·lí. Però el ritme de desenvolupament de nous tipus de plaques solars ens permet esperar que aviat l’energia del sol es converteixi en la principal font d’electricitat a moltes cases de camp.

Oferim a tothom que estigui interessat en l’elecció i l’ús de plaques solars per deixar comentaris, fer preguntes i participar en debats. El formulari de contacte es troba al bloc inferior.