Arten von Solarmodulen: Eine vergleichende Übersicht über Designs und Tipps zur Auswahl von Solarmodulen

Alternative Energie entwickelt sich in Europa so weit wie möglich und zeigt die Ergebnisse ihres Versprechens. Neue Arten von Sonnenkollektoren erscheinen, deren Wirkungsgrad steigt.

Wenn Sie den Betrieb eines Industrie- oder Wohngebäudes aufgrund der Sonnenenergie sicherstellen möchten, müssen Sie zunächst die Unterschiede in der Ausstattung kennen und wissen, welche Solarmodule für die klimatischen Bedingungen einer bestimmten Region geeignet sind.

Wir werden helfen, dieses Problem zu verstehen. Der Artikel beschreibt das Funktionsprinzip von Photovoltaik-Wandlern und bietet einen Überblick über verschiedene Arten von Solarmodulen mit Angabe ihrer Eigenschaften, Vor- und Nachteile. Nachdem Sie das Material gelesen haben, können Sie die richtige Wahl treffen, um ein effektives Sonnensystem einzurichten.

Das Funktionsprinzip von Sonnenkollektoren

Die überwiegende Mehrheit der Sonnenkollektoren sind physikalisch Photovoltaik-Wandler. Der Stromerzeugungseffekt tritt am Ort des Halbleiter-pn-Übergangs auf.

Es sind Siliziumwafer, die die Grundlage für die Kosten von Solarmodulen bilden. Wenn Sie diese jedoch rund um die Uhr als Stromquelle verwenden, müssen Sie zusätzlich teure Batterien kaufen

Die Platte besteht aus zwei Siliziumwafern mit unterschiedlichen Eigenschaften. Unter dem Einfluss von Licht fehlt in einem von ihnen ein Elektronenmangel und in dem anderen ein Überschuss. Jede Platte hat leitfähige Kupferstreifen, die an Spannungswandler angeschlossen werden.

Ein industrielles Solarpanel besteht aus vielen laminierten Photovoltaikzellen, die miteinander verbunden und auf einem flexiblen oder starren Substrat montiert sind.

Die Effizienz von Geräten hängt weitgehend von der Reinheit des Siliziums und der Ausrichtung seiner Kristalle ab. Es sind diese Parameter, die Ingenieure in den letzten Jahrzehnten zu verbessern versucht haben.Das Hauptproblem in diesem Fall sind die hohen Kosten der Prozesse, die der Reinigung von Silizium und der Position von Kristallen in einer Richtung auf der gesamten Platte zugrunde liegen.

Jedes Jahr ändern sich die maximalen Wirkungsgrade verschiedener Solarmodule nach oben, da Milliarden von Dollar in die Erforschung neuer Photovoltaikmaterialien investiert werden (+).

Halbleiter von fotoelektrischen Wandlern können nicht nur aus Silizium, sondern auch aus anderen Materialien bestehen - Batterieprinzip es ändert sich nicht.

Arten von fotoelektrischen Wandlern

Industrielle Solarmodule werden nach ihren Konstruktionsmerkmalen und der Art der funktionierenden Photovoltaikschicht klassifiziert.

Es gibt diese Arten von Batterien nach Gerätetyp:

• flexible Paneele;
• starre Module.

Flexible Dünnschichtplatten nehmen aufgrund ihrer Vielseitigkeit bei der Montage allmählich eine immer größere Marktnische ein, da Sie sie auf den meisten Oberflächen mit einer Vielzahl von architektonischen Formen installieren können.

Die tatsächlichen Eigenschaften von Solarmodulen sind normalerweise niedriger als die in der Anleitung angegebenen. Daher ist es ratsam, vor der Installation zu Hause ein ähnliches abgeschlossenes Projekt selbst zu sehen

Je nach Art der funktionierenden Photovoltaikschicht werden Solarzellen in folgende Varianten unterteilt:

1. Silizium: monokristallin, polykristallin, amorph.
2. Tellur Cadmium.
3. Basierend auf Indium-Kupfer-Gallium-Selenid.
4. Polymer.
5. Bio
6. Basierend auf Galliumarsenid.
7. Kombiniert und mehrschichtig.

Für den allgemeinen Verbraucher sind nicht alle Arten von Sonnenkollektoren von Interesse, sondern nur die ersten beiden kristallinen Unterarten.

Einige andere Arten von Paneelen weisen zwar einen hohen Wirkungsgrad auf, sind jedoch aufgrund der hohen Kosten nicht weit verbreitet.

Silizium-Photovoltaikzellen sind sehr hitzeempfindlich. Die Basistemperatur zur Messung der Stromerzeugung beträgt 25 ° C. Wenn es um ein Grad erhöht wird, nimmt der Wirkungsgrad der Platten um 0,45 bis 0,5% ab.

Als nächstes werden Sonnenkollektoren, die von größtem Verbraucherinteresse sind, im Detail untersucht.

Eigenschaften von Platten auf Siliziumbasis

Silizium für Sonnenkollektoren wird aus Quarzpulver-Quarzkristallen hergestellt. Die reichsten Rohstoffvorkommen befinden sich in Westsibirien und im Mittleren Ural, daher sind die Aussichten für diesen Bereich der Sonnenenergie nahezu unbegrenzt.

Bereits jetzt nehmen kristalline und amorphe Siliziumplatten mehr als 80% des Marktes ein. Daher lohnt es sich, sie genauer zu betrachten.

Monokristalline Siliziumplatten

Moderne einkristalline Siliziumwafer (Mono-Si) haben über die gesamte Oberfläche eine einheitliche dunkelblaue Farbe. Für ihre Herstellung wird das reinste Silizium verwendet. Monokristalline Fotozellen unter allen Siliziumwafern haben den höchsten Preis, bieten aber auch die beste Effizienz.

Große monokristalline Sonnenkollektoren mit Drehmechanismen passen perfekt in Wüstenlandschaften. Es bietet die Voraussetzungen für maximale Produktivität.

Die hohen Produktionskosten sind auf die Schwierigkeit zurückzuführen, alle Siliziumkristalle in eine Richtung auszurichten. Aufgrund dieser physikalischen Eigenschaften der Arbeitsschicht ist ein maximaler Wirkungsgrad nur dann gewährleistet, wenn das Sonnenlicht senkrecht zur Oberfläche der Platte steht.

Monokristalline Batterien erfordern zusätzliche Geräte, die sie tagsüber automatisch drehen, damit die Ebene der Paneele so senkrecht wie möglich zu den Sonnenstrahlen steht.

Siliziumschichten mit einseitig orientierten Kristallen werden aus einem zylindrischen Metallstab geschnitten, sodass die fertigen Photovoltaikblöcke die Form eines an den Ecken abgerundeten Quadrats haben.

Die Vorteile von Einkristall-Siliziumbatterien umfassen:

1. Hohe Effizienz mit einem Wert von 17-25%.
2. Kompaktheit - ein kleinerer Bereich der Geräteplatzierung pro Leistungseinheit im Vergleich zu polykristallinen Siliziumplatten.
3. Langlebigkeit - Eine ausreichende Stromerzeugungseffizienz wird bis zu 25 Jahren bereitgestellt.

Solche Batterien haben nur zwei Nachteile:

1. Hohe Kosten und lange Amortisation.
2. Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung. Staub streut Licht, daher nimmt der Wirkungsgrad der damit beschichteten Solarmodule stark ab.

Aufgrund der Notwendigkeit direkter Sonneneinstrahlung Einkristalle Sonnenkollektoren sind installiert hauptsächlich in offenen Bereichen oder in Höhen. Je näher das Gebiet am Äquator liegt und je sonniger die Tage sind, desto bevorzugter ist die Installation dieses speziellen Photovoltaikzellentyps.

Polykristalline Sonnenkollektoren

Polykristalline Siliziumplatten (Multi-Si) haben aufgrund der vielseitigen Ausrichtung der Kristalle eine ungleichmäßige blaue Farbe. Die Reinheit des bei ihrer Herstellung verwendeten Siliziums ist geringfügig geringer als die von Einkristallanaloga.

Die Multidirektionalität der Kristalle bietet eine hohe Effizienz bei Streulicht - 12-18%. Es ist niedriger als bei unidirektionalen Kristallen, aber bei bewölkten Bedingungen sind solche Platten wirksamer.

Die Heterogenität des Materials führt auch zu einer Verringerung der Kosten der Siliziumherstellung. Das gereinigte Metall für polykristalline Solarmodule wird ohne besondere Tricks in Formen gegossen.

In der Produktion werden spezielle Techniken verwendet, um Kristalle zu bilden, aber ihre Orientierung wird nicht kontrolliert. Nach dem Abkühlen wird Silizium in Schichten geschnitten und nach einem speziellen Algorithmus verarbeitet.

Polykristalline Paneele erfordern keine ständige Ausrichtung zur Sonne, daher werden Dächer von Häusern und Industriegebäuden aktiv für ihre Platzierung verwendet.

Tagsüber, wenn das Licht bewölkt ist, werden die Vorteile von Solarmodulen aus amorphem Silizium nicht spürbar sein. Ihre Vorteile zeigen sich nur bei dichten Wolken oder im Schatten (+).

Zu den Vorteilen von Sonnenkollektoren mit multidirektionalen Kristallen gehören:

1. Hohe Leistung im Umgebungslicht.
2. Möglichkeit der stationären Installation auf den Dächern von Gebäuden.
3. Niedrigere Kosten im Vergleich zu monokristallinen Platten.
4. Betriebsdauer - Der Wirkungsgradabfall nach 20 Betriebsjahren beträgt nur 15-20%.

Nachteile von polykristallinen Platten sind ebenfalls verfügbar:

1. Geringe Effizienz mit einem Wert von 12-18%.
2. Relative Sperrigkeit - benötigt im Vergleich zu einkristallinen Gegenstücken mehr Platz für die Installation pro Leistungseinheit.

Polykristalline Solarmodule gewinnen unter anderen Siliziumbatterien zunehmend an Marktanteil. Dies wird durch große potenzielle Möglichkeiten zur Senkung der Produktionskosten sichergestellt. Die Effizienz solcher Paneele steigt ebenfalls jährlich und nähert sich bei Massenprodukten rasch 20%.

Sonnenkollektoren aus amorphem Silizium

Der Mechanismus zur Herstellung von Solarmodulen aus amorphem Silizium unterscheidet sich grundlegend von der Herstellung kristalliner Photovoltaikzellen. Hier wird nicht reines Nichtmetall verwendet, sondern dessen Hydrid, dessen heiße Dämpfe sich auf dem Substrat ablagern.

Durch diese Technologie entstehen keine klassischen Kristalle und die Produktionskosten werden stark reduziert.

Ausgefallene amorphe Silizium-Fotozellen können sowohl auf einem flexiblen Polymersubstrat als auch auf einer starren Glasscheibe montiert werden

Derzeit gibt es bereits drei Generationen von Platten aus amorphem Silizium, bei denen die Effizienz spürbar gesteigert wird. Wenn die ersten Photovoltaikmodule einen Wirkungsgrad von 4 bis 5% hatten, werden jetzt die Modelle der zweiten Generation mit einem Wirkungsgrad von 8 bis 9% massiv auf dem Markt verkauft.

Amorphe Platten der neuesten Entwicklung haben einen Wirkungsgrad von bis zu 12% und werden bereits zum Verkauf angeboten, sind aber immer noch recht teuer.

Aufgrund der Eigenschaften dieser Produktionstechnologie ist es möglich, eine Siliziumschicht sowohl auf einem starren als auch auf einem flexiblen Substrat zu erzeugen. Aus diesem Grund werden amorphe Siliziummodule in flexiblen Dünnschichtsolarmodulen aktiv eingesetzt. Optionen mit elastischem Rücken sind jedoch viel teurer.

Die physikalisch-chemische Struktur von amorphem Silizium ermöglicht die maximale Absorption von Photonen mit schwach gestreutem Licht zur Stromerzeugung. Daher sind solche Paneele für die Verwendung in nördlichen Gebieten mit großen freien Flächen geeignet.

Der Wirkungsgrad von Batterien auf der Basis von amorphem Silizium nimmt selbst bei hohen Temperaturen nicht ab, obwohl sie in diesem Parameter Galliumarsenidplatten unterlegen sind.

Bei gleichen Ausrüstungskosten weisen Siliziumhydrid-Solarmodule eine höhere Leistung auf als ihre ein- und polykristallinen Analoga (+).

Zusammenfassend können wir die folgenden Vorteile amorpher Solarmodule aufzeigen:

1. Vielseitigkeit - die Fähigkeit, flexible und dünne Platten herzustellen und Batterien in jeder architektonischen Form zu montieren.
2. Hohe Effizienz im Umgebungslicht.
3. Stabile Arbeit bei hohen Temperaturen.
4. Einfachheit und Zuverlässigkeit des Designs. Solche Paneele brechen praktisch nicht.
5. Leistungserhaltung unter schwierigen Bedingungen - weniger Leistungsabfall bei staubiger Oberfläche als bei kristallinen Analoga

Die Lebensdauer solcher Photovoltaikzellen ab der zweiten Generation beträgt 20-25 Jahre bei einem Leistungsabfall von 15-20%. Die Nachteile von amorphen Siliziumplatten umfassen nur die Notwendigkeit größerer Flächen, um Geräte mit der erforderlichen Leistung aufzunehmen.

Übersicht über siliziumfreie Geräte

Einige Solarmodule aus seltenen und teuren Metallen haben einen Wirkungsgrad von mehr als 30%. Sie sind um ein Vielfaches teurer als ihre Silizium-Gegenstücke, haben jedoch aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften eine High-Tech-Handelsnische besetzt.

Seltene Metallsolarmodule

Es gibt verschiedene Arten von Solarmodulen aus seltenen Metallen, und nicht alle haben einen höheren Wirkungsgrad als einkristalline Siliziummodule.

Die Fähigkeit, unter extremen Bedingungen zu arbeiten, ermöglicht es Herstellern solcher Solarmodule jedoch, wettbewerbsfähige Produkte herzustellen und weitere Forschungen durchzuführen.

Cadmiumtelluridplatten werden aktiv zur Verkleidung von Gebäuden in äquatorialen und arabischen Ländern verwendet, wo sich ihre Oberfläche am Nachmittag auf 70-80 Grad erwärmt

Die Hauptlegierungen, die zur Herstellung von Photovoltaikzellen verwendet werden, sind Cadmiumtellurid (CdTe), Indiumkupfergalliumselenid (CIGS) und Indiumkupferselenid (CIS).

Cadmium ist ein giftiges Metall, und Indium, Gallium und Tellur sind ziemlich selten und teuer, so dass die Massenproduktion von Solarmodulen auf dieser Basis sogar theoretisch unmöglich ist.

Der Wirkungsgrad solcher Paneele liegt bei 25-35%, kann jedoch in Ausnahmefällen bis zu 40% erreichen. Früher wurden sie hauptsächlich in der Raumfahrtindustrie eingesetzt, jetzt ist eine neue vielversprechende Richtung eingeschlagen.

Aufgrund des stabilen Betriebs von Seltenmetallsolarzellen bei Temperaturen von 130-150 ° C werden sie in solarthermischen Kraftwerken eingesetzt. In diesem Fall konzentrieren sich die Sonnenstrahlen von zehn oder Hunderten von Spiegeln auf eine kleine Platte, die gleichzeitig Strom erzeugt und die Übertragung von Wärmeenergie auf den Wasserwärmetauscher sicherstellt.

Durch die Erwärmung des Wassers entsteht Dampf, der die Turbine dreht und Strom erzeugt. Somit wird Sonnenenergie gleichzeitig auf zwei Arten mit maximaler Effizienz in elektrische Energie umgewandelt.

Polymer und organische Analoga

Photovoltaikmodule auf Basis organischer und polymerer Verbindungen wurden erst im letzten Jahrzehnt entwickelt, aber die Forscher haben bereits erhebliche Fortschritte erzielt. Das europäische Unternehmen zeigt die größten Fortschritte Heliatek, die bereits mehrere Hochhäuser mit organischen Sonnenkollektoren ausgestattet hat.

Die Dicke seiner Rollfilmkonstruktion Heliafilm beträgt nur 1 mm.

Bei der Herstellung von Polymerplatten werden Substanzen wie Kohlenstoff-Fullerene, Kupferphthalocyanin, Polyphenylen und andere verwendet. Der Wirkungsgrad solcher Solarzellen erreicht bereits 14-15% und die Produktionskosten sind um ein Vielfaches niedriger als bei kristallinen Solarmodulen.

Das Problem der Abbauphase der organischen Arbeitsschicht ist akut. Bisher ist es nicht möglich, den Wirkungsgrad nach mehreren Betriebsjahren zuverlässig zu bestätigen.

Die Vorteile von organischen Solarmodulen sind:

• die Möglichkeit einer umweltfreundlichen Entsorgung;
• niedrige Produktionskosten;
• flexibles Design.

Die Nachteile solcher Fotozellen umfassen den relativ geringen Wirkungsgrad und das Fehlen zuverlässiger Informationen über die Perioden des stabilen Betriebs der Platten. Es ist möglich, dass in 5-10 Jahren alle Nachteile organischer Solarzellen verschwinden und sie zu ernsthaften Konkurrenten für Siliziumwafer werden.

Welches Solarpanel soll ich wählen?

Die Wahl der Sonnenkollektoren für Landhäuser in einem Breitengrad von 45-60 ° ist nicht schwierig. Hier sollten nur zwei Optionen in Betracht gezogen werden: polykristalline und einkristalline Siliziumplatten.

Bei Platzmangel ist es besser, effizientere Modelle mit einseitiger Ausrichtung der Kristalle zu bevorzugen. Bei unbegrenzter Fläche wird der Kauf polykristalliner Batterien empfohlen.

Sie sollten sich bei der Entwicklung des Marktes für Solarmodule nicht auf die Prognosen von Analyseunternehmen verlassen, da deren beste Proben möglicherweise noch nicht erfunden wurden

Die Auswahl eines bestimmten Herstellers, der erforderlichen Kapazität und der zusätzlichen Ausrüstung ist unter Beteiligung von Managern von Unternehmen, die am Verkauf und der Installation solcher Ausrüstung beteiligt sind, besser. Sie sollten sich bewusst sein, dass sich Qualität und Preis von Photovoltaikmodulen bei den größten Herstellern kaum unterscheiden.

Bitte beachten Sie, dass bei der Bestellung eines schlüsselfertigen Gerätesatzes die Kosten für die Solarmodule selbst nur 30-40% der Gesamtkosten betragen. Die Amortisationszeiten solcher Projekte betragen 5-10 Jahre und hängen vom Energieverbrauch und der Möglichkeit ab, überschüssigen Strom an das Stadtnetz zu verkaufen.

Einige Handwerker ziehen es vor, Sonnenkollektoren mit ihren eigenen Händen zusammenzubauen. Auf unserer Website finden Sie Artikel mit einer detaillierten Beschreibung der Herstellungstechnologie solcher Module, ihres Anschlusses und ihrer Anordnung von Solaranlagen.

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1. So stellen Sie eine Solarbatterie mit Ihren eigenen Händen her: Anleitung zur Selbstmontage
2. Solarheizungssysteme: Analyse der Heiztechnologie auf Basis von Solaranlagen
3. Anschlussplan für Solarmodule: an die Steuerung, an die Batterie und an die gewarteten Systeme

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Die vorgestellten Videos zeigen den Betrieb verschiedener Solarmodule unter realen Bedingungen. Sie helfen auch dabei, die Probleme bei der Auswahl der zugehörigen Geräte zu verstehen.

Regeln für die Auswahl von Sonnenkollektoren und zugehörigen Geräten:

Arten von Sonnenkollektoren:

Prüfung von einkristallinen und polykristallinen Platten:

Für die Bevölkerung und kleine Industrieanlagen gibt es keine echte Alternative zu kristallinen Siliziumplatten. Das Tempo der Entwicklung neuer Arten von Sonnenkollektoren lässt jedoch hoffen, dass die Sonnenenergie in vielen Landhäusern bald zur Hauptstromquelle wird.

Wir bieten allen Interessierten die Möglichkeit, Solarmodule auszuwählen und zu verwenden, um Kommentare zu hinterlassen, Fragen zu stellen und an Diskussionen teilzunehmen. Das Kontaktformular befindet sich im unteren Block.