Aurinkopaneelien tyypit: vertaileva yleiskatsaus malleista ja vinkkejä paneelien valintaan

Vaihtoehtoista energiaa kehitetään mahdollisimman paljon Euroopassa, mikä osoittaa lupaustensa tulokset. Uusia aurinkopaneeleja ilmestyy, niiden tehokkuus kasvaa.

Jos haluat varmistaa teollisuusrakennuksen tai asuinrakennuksen toiminnan aurinkoenergian takia, sinun on ensin opittava laiteeroista, ymmärrettävä, mitkä aurinkopaneelit sopivat tietyn alueen ilmasto-olosuhteisiin.

Autamme ymmärtämään tätä asiaa. Artikkelissa kuvataan aurinkosähkömuuntajien toimintaperiaate, annetaan yleiskuva erityyppisistä aurinkopaneeleista ja ilmoitetaan niiden ominaisuudet, edut ja haitat. Aineiston lukemisen jälkeen voit tehdä oikean valinnan tehokkaan aurinkokunnan järjestämiseksi.

Aurinkopaneelien toimintaperiaate

Suurin osa aurinkopaneeleista on fyysisesti aurinkosähkömuuntajia. Sähköntuotantovaikutus tapahtuu puolijohde-pn-liitoskohdassa.

Aurinkopaneelien kustannukset ovat perustana piikiekkoille, mutta kun niitä käytetään ympäri vuorokauden tapahtuvana sähkönlähteenä, joudut lisäksi ostamaan kalliita akkuja

Paneeli koostuu kahdesta pii-kiekosta, joilla on erilaiset ominaisuudet. Valon vaikutuksesta yhdessä heistä puuttuu elektroneja ja toisessa - niiden ylimäärä. Jokaisessa levyssä on kuparia johtavat nauhat, jotka kytketään jännitemuuntajiin.

Teollinen aurinkopaneeli koostuu monista laminoiduista aurinkokennoista, jotka on kiinnitetty toisiinsa ja kiinnitetty joustavaan tai jäykkään alustaan.

Laitteiden tehokkuus riippuu suuresti piin puhtaudesta ja sen kiteiden suunnasta. Juuri näitä parametreja insinöörit ovat yrittäneet parantaa viime vuosikymmeninä.Suurin ongelma tässä tapauksessa on piin puhdistuksen taustalla olevien prosessien korkeat kustannukset ja kiteiden sijainti yhdessä suunnassa koko paneelissa.

Joka vuosi eri aurinkopaneelien maksimitehokkuus muuttuu ylöspäin, koska miljardeja dollareita investoidaan uusien aurinkosähköisten materiaalien tutkimukseen (+)

Valosähköisten muuntajien puolijohteet voidaan valmistaa paitsi piistä myös muista materiaaleista - akkuperiaate se ei muutu.

Valosähkömuuntimien tyypit

Teollisuuden aurinkopaneelit luokitellaan suunnitteluominaisuuksiensa ja toimivan aurinkopaneelin tyypin mukaan.

Laitetyypeittäin on nämä tyypit:

• joustavat paneelit;
• jäykät moduulit.

Joustavat ohutkalvolevyt miehittävät vähitellen suuremman markkinaraon niiden monipuolisuuden vuoksi, koska voit asentaa ne useimmille pinnoille, joissa on useita arkkitehtuurimuotoja.

Aurinkopaneelien todelliset ominaisuudet ovat yleensä alhaisemmat kuin ohjeissa ilmoitetut. Siksi, ennen kuin asennat ne kotona, on suositeltavaa nähdä itse samanlainen valmistunut projekti

Toimivan aurinkosähkökerroksen tyypin mukaan aurinkokennot jaetaan seuraaviin lajikkeisiin:

1. Pii: monokiteinen, monikiteinen, amorfinen.
2. Telluur kadmium.
3. Perustuu indium-kupari-galliumselenidiin.
4. Polymeeriä.
5. Orgaanista.
6. Perustuu gallium-arsenidiin.
7. Yhdistetty ja monikerroksinen.

Kuluttajat eivät kiinnosta kaikkia tyyppejä aurinkopaneeleja, vaan vain kahta ensimmäistä kiteistä alalajia.

Vaikka joillakin muun tyyppisillä paneeleilla on korkea hyötysuhde, mutta korkeiden kustannusten vuoksi niitä ei käytetä laajasti.

Pii aurinkosähkökennot ovat melko herkkiä kuumuudelle. Peruslämpötila sähköntuotannon mittaamiseksi on 25 ° C. Kun sitä nostetaan yhdellä asteella, paneelien hyötysuhde laskee 0,45–0,5%.

Seuraavaksi tutkitaan yksityiskohtaisesti aurinkopaneeleja, jotka ovat kuluttajien kannalta eniten kiinnostavia.

Piipohjaisten paneelien ominaisuudet

Aurinkopaneelien piitä valmistetaan kvartsijauheella - murskattuja kvartsikiteitä. Raaka-aineiden rikkaimmat talletukset ovat Länsi-Siperiassa ja Keski-Uralissa, joten tämän aurinkoenergian alueen näkymät ovat melkein rajattomat.

Kiteiset ja amorfiset piipaneelit hallitsevat jo nyt yli 80% markkinoista. Siksi niitä kannattaa harkita tarkemmin.

Yksikiteiset piipaneelit

Nykyaikaisilla yksikiteisillä piikiekkoilla (mono-Si) on tasainen tummansininen väri koko pinnalla. Niiden tuotantoon käytetään puhtainta piitä. Monikiteisillä valosoluilla kaikissa piikiekkoissa on korkein hinta, mutta ne tarjoavat myös parhaan tehokkuuden.

Suuret monokiteiset aurinkopaneelit, joissa on pyörivät mekanismit, sopivat täydellisesti autiomaisemaan. Se tarjoaa edellytykset maksimaaliselle tuottavuudelle.

Korkeat tuotantokustannukset johtuvat vaikeudesta suunnata kaikkia piikiteitä yhteen suuntaan. Tällaisista työkerroksen fysikaalisista ominaisuuksista johtuen maksimaalinen tehokkuus taataan vain, kun auringonvalo on kohtisuorassa levyn pintaan nähden.

Yksikiteiset paristot vaativat lisälaitteita, jotka pyörittävät niitä automaattisesti päivän aikana niin, että paneelien taso on mahdollisimman kohtisuorassa auringonsäteitä vastaan.

Pienkerrokset, joissa on yksipuoliset orientoidut kiteet, leikataan lieriömäisestä metalliraudasta, joten valmiin aurinkosähkön palkkien muoto on neliö, joka on pyöristetty kulmiin.

Yksikiteisten piiparistojen etuja ovat:

1. Suuri hyötysuhde arvolla 17-25%.
2. tiheys - pienempi laitteiden sijoitusalue tehoyksikköä kohti verrattuna monikiteisiin piipaneeleihin.
3. kestävyys - riittävä sähköntuotannon hyötysuhde saavutetaan jopa 25 vuodeksi.

Tällaisilla akkuilla on vain kaksi haittaa:

1. Korkeat kustannukset ja pitkä takaisinmaksuaika.
2. Herkkyys pilaantumiselle. Pöly hajottaa valoa, joten siihen päällystettyjen aurinkopaneelien hyötysuhde laskee jyrkästi.

Koska tarvitaan suoraa auringonvaloa, yksittäisiä kiteitä aurinkopaneelit on asennettu lähinnä avoimilla alueilla tai korkeuksilla. Mitä lähempänä aluetta on päiväntasaaja ja mitä aurinkoisempia päiviä siinä on, sitä edullisempaa on asentaa tämäntyyppiset aurinkokennot.

Monikiteiset aurinkopaneelit

Monikiteisillä piipaneeleilla (multi-Si) on epätasainen sininen väri johtuen kiteiden monipuolisesta suunnasta. Niiden valmistuksessa käytetyn piin puhtaus on hiukan alhaisempi kuin yksikideanalogien.

Kiteiden monisuuntaisuus tarjoaa korkean hyötysuhteen sironneella valolla - 12-18%. Se on alhaisempi kuin yksisuuntaisissa kiteissä, mutta pilvisissä olosuhteissa sellaiset paneelit ovat tehokkaampia.

Materiaalin heterogeenisyys johtaa myös piintuotannon kustannusten laskuun. Monikiteisten aurinkopaneelien puhdistettu metalli kaadetaan muotteihin ilman erityisiä temppuja.

Tuotannossa kiteiden muodostamiseen käytetään erikoistekniikoita, mutta niiden suuntaa ei hallita. Jäähdytyksen jälkeen pii leikataan kerroksiksi ja prosessoidaan erityisen algoritmin mukaisesti.

Monikiteiset paneelit eivät vaadi jatkuvaa suuntautumista aurinkoon, joten niiden sijoittamiseen käytetään aktiivisesti talojen ja teollisuusrakennusten kattoja.

Päivän aikana pilvistä pilvistä amorfisen piin aurinkopaneelien edut eivät ole havaittavissa, niiden edut paljastuvat vain tiheillä pilvilla tai varjossa (+)

Monisuuntaisilla kiteillä varustettujen aurinkopaneelien etuihin kuuluu:

1. Suuri suorituskyky ympäristön valossa.
2. Kiinteän asennuksen mahdollisuus rakennusten katolla.
3. Alemmat kustannukset verrattuna monokiteisiin paneeleihin.
4. Operaation kesto - Tehokkuuden lasku 20 vuoden käytön jälkeen on vain 15-20%.

Monikiteisten paneelien haittoja on myös saatavana:

1. Matala hyötysuhde arvolla 12-18%.
2. Suhteellinen massa - vaatii enemmän tilaa asennusta kohti tehoyksikköä verrattuna yksikiteisiin vastaaviin.

Monikiteiset aurinkopaneelit ovat kasvattamassa kasvavaa markkinaosuutta muiden piiparistojen joukossa. Tämän takaavat laajat mahdollisuudet vähentää tuotantokustannuksia. Myös tällaisten paneelien hyötysuhde kasvaa vuosittain, nouseen nopeasti massatuotteiden 20 prosenttiin.

Amorfiset piin aurinkopaneelit

Amorfisten piin aurinkopaneelien valmistusmekanismi eroaa pohjimmiltaan kiteisten aurinkokennojen valmistuksesta. Tässä ei käytetä puhdasta ei-metallia, vaan sen hydridiä, jonka kuumat höyryt laskeutuvat alustaan.

Tämän tekniikan seurauksena klassisia kiteitä ei muodostu, ja tuotantokustannukset vähenevät voimakkaasti.

Saostetut amorfiset pii-valokennot voidaan asentaa sekä joustavalle polymeerialustalle että jäykälle lasilevylle

Tällä hetkellä amorfisesta piistä valmistettuja paneeleja on jo kolme sukupolvea, joissa jokaisessa hyötysuhde kasvaa huomattavasti. Jos ensimmäisten aurinkosähkömoduulien hyötysuhde oli 4–5%, nyt toisen sukupolven malleja, joiden hyötysuhde on 8–9%, myydään suuresti markkinoilla.

Viimeisimmän kehityksen amorfisten paneelien hyötysuhde on jopa 12%, ja ne alkavat jo näkyä myynnissä, mutta ne ovat silti melko kalliita.

Tämän tuotantoteknologian ominaisuuksien vuoksi on mahdollista luoda piikerros sekä jäykälle että joustavalle alustalle. Tämän takia amorfisia piimoduuleja käytetään aktiivisesti joustavissa ohutkalvo aurinkomoduuleissa. Mutta joustavalla pohjalla olevat vaihtoehdot ovat paljon kalliimpia.

Amorfisen piin fysikaalis-kemiallinen rakenne mahdollistaa heikosti sironneen valon fotonien maksimaalisen imeytymisen sähkön tuottamiseksi. Siksi tällaiset paneelit ovat käteviä käytettäväksi pohjoisilla alueilla, joilla on suuria vapaita alueita.

Amorfisten piipohjaisten akkujen hyötysuhde ei heikkene edes korkeissa lämpötiloissa, vaikka ne ovat tässä parametrissa alempia kuin gallium-arsenidipaneelit.

Samoin laitteiden kustannuksella piidioksidipaneeleilla on parempi suorituskyky kuin niiden yksittäisillä ja monikiteisillä analogeilla (+)

Yhteenvetona voidaan todeta seuraavat amorfisten aurinkopaneelien edut:

1. monipuolisuus - kyky valmistaa joustavia ja ohuita paneeleja, asennettaessa akkuja mihin tahansa arkkitehtuurimuotoon.
2. Suuri hyötysuhde ympäristön valossa.
3. Vakaa työ korkeissa lämpötiloissa.
4. Suunnittelun yksinkertaisuus ja luotettavuus. Tällaiset paneelit eivät käytännössä rikkoudu.
5. Suorituskyvyn säilyttäminen vaikeissa olosuhteissa - vähemmän suorituskyvyn heikkenemistä pölyisellä pinnalla kuin kiteisiä analogeja

Tällaisten valokennojen käyttöikä, alkaen toisesta sukupolvesta, on 20-25 vuotta ja tehon pudotus on 15-20%. Amorfisten piipaneelien haitoihin sisältyy vain tarve suuremmille alueille tarvittavan tehon omaavien laitteiden sijoittamiseksi.

Yleiskatsaus piitä sisältävistä laitteista

Joidenkin harvinaisilla ja kalleilla metalleilla valmistettujen aurinkopaneelien hyötysuhde on yli 30%. Ne ovat monta kertaa kalliimpia kuin piipitoiset kollegansa, mutta silti heillä on korkean teknologian kauppapaikka erityisominaisuuksiensa ansiosta.

Harvinaisten metallien aurinkopaneelit

Harvinaisista metalleista valmistettuja aurinkopaneeleja on useita tyyppejä, eikä niiden kaikkien hyötysuhde ole korkeampi kuin yksikiteisten piimoduulien.

Kyky työskennellä äärimmäisissä olosuhteissa antaa tällaisten aurinkopaneelien valmistajille kuitenkin mahdollisuuden tuottaa kilpailukykyisiä tuotteita ja suorittaa lisätutkimuksia.

Kadmiumtelluridi-paneeleja käytetään aktiivisesti rakennusten verhoukseen päiväntasaajan ja Arabian maissa, joissa niiden pinta lämpenee 70-80 asteeseen iltapäivällä

Tärkeimmät aurinkokennojen valmistukseen käytettävät seokset ovat kadmiumtelluridi (CdTe), indium kupari-galliumselenidi (CIGS) ja indium kupariselenidi (CIS).

Kadmium on myrkyllinen metalli, ja indium, gallium ja telluuri ovat melko harvinaisia ​​ja kalliita, joten niihin perustuvien aurinkopaneelien massatuotanto on jopa teoreettisesti mahdotonta.

Tällaisten paneelien hyötysuhde on tasolla 25-35%, vaikka poikkeustapauksissa se voi nousta jopa 40%: iin. Aiemmin niitä käytettiin pääasiassa avaruusteollisuudessa, mutta nyt on ilmestynyt uusi lupaava suunta.

Koska harvinaisten metallien aurinkokennot toimivat vakaasti lämpötilassa 130 - 150 ° C, niitä käytetään aurinkolämpövoimaloissa. Tässä tapauksessa kymmenien tai satojen peilien auringonsäteet keskittyvät pieneen paneeliin, joka tuottaa samanaikaisesti sähköä ja varmistaa lämpöenergian siirron vesilämmönvaihtimeen.

Kuumentuessaan vettä muodostuu höyryä, joka saa turbiinin pyörimään ja tuottamaan sähköä. Siten aurinkoenergia muunnetaan sähköenergiaksi samanaikaisesti kahdella tavalla maksimaalisen hyötysuhteen avulla.

Polymeerit ja orgaaniset analogit

Orgaanisiin ja polymeeriyhdisteisiin perustuvia aurinkosähkömoduuleja kehitettiin vasta viimeisen vuosikymmenen aikana, mutta tutkijat ovat jo edistyneet merkittävästi. Eurooppalainen yritys on edennyt eniten Heliatek, joka on jo varustanut useita korkeaa taloa orgaanisilla aurinkopaneeleilla.

Telatyyppisen kalvorakenteen paksuus HeliaFilm on vain 1 mm.

Polymeeripaneelien valmistuksessa käytetään aineita, kuten hiilen fullereenit, kupariftalosyaniini, polyfenyleeni ja muut. Tällaisten aurinkokennojen hyötysuhde saavuttaa jo 14-15%, ja tuotantokustannukset ovat useita kertoja pienemmät kuin kiteisten aurinkopaneelien.

Kysymys orgaanisen työkerroksen hajoamisajasta on akuutti. Toistaiseksi ei ole mahdollista luotettavasti vahvistaa sen tehokkuuden tasoa usean vuoden käytön jälkeen.

Orgaanisten aurinkopaneelien edut ovat:

• ympäristöystävällisen hävittämisen mahdollisuus;
• alhaiset tuotantokustannukset;
• joustava muotoilu.

Tällaisten valokennojen haitoihin sisältyy suhteellisen alhainen hyötysuhde ja luotettavan tiedon puute paneelien vakaan toiminnan ajanjaksoista. On mahdollista, että 5-10 vuoden kuluttua kaikki orgaanisten aurinkokennojen haitat katoavat, ja niistä tulee vakavia kilpailijoita piikiekkoille.

Minkä aurinkopaneelin valita?

Aurinkopaneelien valinta maaseudun taloihin leveysasteella 45-60 ° ei ole vaikeaa. Tässä kannattaa harkita vain kahta vaihtoehtoa: monikiteisiä ja yksikiteisiä piipaneeleja.

Jos tilaa on pulaa, on parempi antaa etusija tehokkaammille malleille, joiden kiteet ovat yksipuolisesti, ja rajoittamattoman alueen ollessa suositeltavaa on ostaa monikiteisiä paristoja.

Aurinkopaneelimarkkinoiden kehityksessä ei pitäisi luottaa analyyttisten yritysten ennusteisiin, koska niiden parhaita näytteitä ei ehkä ole vielä keksitty

Tietyn valmistajan, tarvittavan kapasiteetin ja lisälaitteiden valitseminen on parempi, jos tällaisten laitteiden myyntiin ja asennukseen osallistuvien yritysten johtajat osallistuvat. Sinun tulisi olla tietoinen siitä, että suurimpien valmistajien aurinkosähkömoduulien laatu ja hinta eroavat vähän.

Huomaa, että kun tilaat avaimet käteen -sarjalaitteita, itse aurinkopaneelien kustannukset ovat vain 30–40% kokonaismäärästä. Tällaisten hankkeiden takaisinmaksuajat ovat 5-10 vuotta, ja ne riippuvat energiankulutustasosta ja mahdollisuudesta myydä ylimääräistä sähköä kaupunkiverkkoon.

Jotkut käsityöläiset mieluummin kokoavat aurinkopaneelit omin käsin. Sivustollamme on artikkeleita, joissa on yksityiskohtainen kuvaus tällaisten paneelien valmistustekniikasta, niiden kytkemisestä ja lämmitys aurinkokunnan järjestelmistä.

Suosittelemme tutustumaan:

1. Kuinka tehdä aurinkoakku omilla käsillä: itsekokoonpano-ohje
2. Aurinkolämmitysjärjestelmät: aurinkojärjestelmiin perustuvan lämmitystekniikan analyysi
3. Aurinkopaneelien kytkentäkaavio: ohjaimeen, akkuun ja huollettuihin järjestelmiin

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Esitetyt videot esittävät eri aurinkopaneelien toimintaa todellisissa olosuhteissa. Ne auttavat myös ymmärtämään liittyvien laitteiden valintakysymyksiä.

Aurinkopaneelien ja niihin liittyvien laitteiden valintaa koskevat säännöt:

Aurinkopaneelien tyypit:

Yksikiteisten ja monikiteisten paneelien testaus:

Väestölle ja pienille teollisuuslaitoksille ei ole todellista vaihtoehtoa kiteisille piipaneeleille. Mutta uuden tyyppisten aurinkopaneelien kehitysvauhti antaa meille toivoa, että pian aurinkoenergiasta tulee tärkein sähkön lähde monissa maataloissa.

Tarjoamme kaikille kiinnostuneille aurinkopaneelien valinnasta ja käytöstä kommentteja, kysymysten esittämistä ja keskusteluihin osallistumista. Yhteyslomake sijaitsee alaosassa.