A napelemek típusai: a minták és tippek összehasonlító áttekintése a panelek kiválasztására

Az alternatív energia a lehető legnagyobb mértékben fejlődik Európában, megmutatva ígéretének eredményeit. Új típusú napelemek jelennek meg, hatékonysága növekszik.

Ha a napenergia miatt biztosítani szeretné egy ipari épület vagy lakóépület működését, először meg kell tanulnia a berendezések különbségeit, meg kell értenie, hogy melyik napelemek alkalmasak egy adott régió éghajlati viszonyaira.

Segítünk megérteni ezt a kérdést. A cikk leírja a fotovoltaikus konverterek működésének elvét, áttekintést nyújt a különféle típusú napelemekről, megmutatva azok jellemzőit, előnyeit és hátrányait. Az anyag elolvasása után megteheti a megfelelő választást a hatékony napenergia-rendszer megszervezéséhez.

A napelemek működésének elve

A napelemek túlnyomó része fizikailag fotovoltaikus átalakítók. Az áramtermelő hatás a félvezető pn csatlakozásának helyén jelentkezik.

A napelemek költségeit a szilícium ostya képezi, de ha éjjel-nappal használják villamosenergia-forrást, akkor drága akkumulátorokat kell vásárolnia.

A panel két, különböző tulajdonságokkal rendelkező szilícium ostyából áll. A fény hatására az egyikben hiányzik az elektron, a másikban pedig fölösleges. Mindegyik lemezen rézvezető szalagok vannak, amelyek csatlakoznak a feszültségváltókhoz.

Az ipari napelem sok laminált fotovoltaikus elemből áll, amelyek egymáshoz vannak kötve és rugalmas vagy merev aljzatra felszerelve.

A berendezések hatékonysága nagymértékben függ a szilícium tisztaságától és kristályainak tájolásától. A mérnökök ezeket a paramétereket próbálták javítani az utóbbi évtizedekben.A fő probléma ebben az esetben a szilícium tisztításának alapjául szolgáló folyamatok magas költsége, valamint a kristályok egy irányba történő elhelyezése az egész panelen.

Évente a különféle napelemek maximális hatékonysága felfelé változik, mivel milliárd dollárt fektetnek be új fotovoltaikus anyagok kutatására (+)

A fotoelektromos átalakítók félvezetői nemcsak szilíciumból, hanem más anyagokból is készülhetnek - akkumulátor elv nem változik.

A fotoelektromos átalakítók típusai

Az ipari napelemeket tervezési jellemzőik és a működő fotovoltaikus réteg típusa szerint osztályozzák.

Az akkumulátor típusai eszköz típus szerint vannak:

• rugalmas panelek;
• merev modulok.

A rugalmas vékony rétegű panelek fokozatosan egyre nagyobb piaci rést vesznek fel a felszerelés sokoldalúságának köszönhetően, mivel a legtöbb felületre felszerelhetők, különféle építészeti formákkal.

A napelemek tényleges jellemzői általában alacsonyabbak, mint az utasításokban megjelölt. Ezért, mielőtt otthon telepítené őket, tanácsos egy hasonló befejezett projektet magad látni

A működő fotovoltaikus réteg típusa szerint a napelemeket az alábbi fajtákra osztják:

1. Szilícium: monokristályos, polikristályos, amorf.
2. Tellúr-kadmium.
3. Indium-réz-gallium-szelenid alapon.
4. Polymer.
5. Szerves.
6. Gallium-arzenid alapján.
7. Kombinált és többrétegű.

Az általános fogyasztó érdeke nem minden típusú napelemek, hanem csak az első két kristályos alfaj.

Bár más típusú panelek nagy hatékonysággal rendelkeznek, de a magas költségek miatt ezeket nem használják széles körben.

A szilícium fotovoltaikus elemek nagyon érzékenyek a hőre. Az energiatermelés mérésének alaphőmérséklete 25 ° C. Egy fokkal növelve a panelek hatékonysága 0,45-0,5% -kal csökken.

Ezután részletesen megvizsgáljuk azokat a napelemeket, amelyek a legnagyobb fogyasztói érdeklődésre számot tartanak.

A szilícium alapú panelek jellemzői

A napelemek szilíciumtartalmát kvarcporral zúzott kvarckristályokból készítik. A leggazdagabb nyersanyag-lerakódások Nyugat-Szibériában és a Közép-Urálban vannak, ezért a napenergia ezen területének kilátásai szinte korlátlanok.

A kristályos és amorf szilíciumlemezek ma már a piac több mint 80% -át elfoglalják. Ezért érdemes ezeket részletesebben megfontolni.

Monokristályos szilikon panelek

A modern monokristályos szilícium-ostya (mono-Si) a teljes felületén egyenletes sötétkék színű. Előállításukhoz a legtisztább szilíciumot használják. A monokristályos fotocellák közül az összes szilícium ostya a legmagasabb, de ugyanakkor a legjobb hatékonyságú.

A forgó mechanizmusú, nagyméretű monokristályos napelemek tökéletesen illeszkednek a sivatagi tájakhoz. Ez biztosítja a maximális termelékenység feltételeit.

A magas gyártási költségek oka az összes szilíciumkristály egyik irányba történő orientálása. A munkaréteg ilyen fizikai tulajdonságai miatt a maximális hatékonyságot csak akkor lehet biztosítani, ha a napfény merőleges a lemez felületére.

Az egykristályos elemekhez kiegészítő berendezésekre van szükség, amelyek automatikusan elforgatják azokat a nap folyamán úgy, hogy a panelek síkja a lehető leg merőlegesebb legyen a nap sugaraihoz.

Az egyoldalas orientált kristályokkal rendelkező szilíciumrétegeket egy hengeres fémrúdról vágják le, így a kész fotovoltaikus blokkok lekerekített négyzet alakúak.

Az egykristályos szilikon elemek előnyei a következők:

1. Nagy hatékonyságú 17-25% -kal.
2. sűrűség - egy kisebb egység a berendezés elhelyezése teljesítményegységenként, összehasonlítva a polikristályos szilícium panelekkel.
3. tartósság - 25 évig elegendő energiatermelési hatékonyságot biztosítanak.

Az ilyen akkumulátoroknak csak két hátránya van:

1. Magas költségek és hosszú megtérülés.
2. Szennyezés érzékenysége. A por szóródik, ezért a bevonattal ellátott napelemek hatékonysága hirtelen csökken.

A közvetlen napfény szükségessége miatt, egykristályok napelemek vannak felszerelve elsősorban nyílt területeken vagy magasságban. Minél közelebb van a terület az Egyenlítőhöz, és minél naposabb napok vannak benne, annál inkább előnyös az ilyen típusú fotoelektromos cellák telepítése.

Polikristályos napelemek

A kristályos szilikon panelek (multi-Si) egyenetlen kék színűek a kristályok sokoldalú tájolása miatt. Az előállításukhoz használt szilícium tisztasága kissé alacsonyabb, mint az egykristály analógoké.

A kristályok többirányú képessége nagy hatékonyságot biztosít szórt fényben - 12-18%. Ez alacsonyabb, mint az egyirányú kristályokban, de felhős körülmények között az ilyen panelek hatékonyabbak.

Az anyag heterogenitása a szilícium előállításának költségeinek csökkenéséhez is vezet. A polikristályos napelemek tisztított fémét speciális trükkök nélküli formákba öntik.

A gyártás során speciális technikákat alkalmaznak a kristályok kialakítására, de orientációjukat nem lehet ellenőrizni. Lehűlés után a szilíciumot rétegekké darabolják és egy speciális algoritmus szerint dolgozzák fel.

A polikristályos panelek nem igényelnek állandó irányt a nap felé, ezért elhelyezésükhöz aktívan használják a házak és az ipari épületek tetejét.

Napközben enyhén felhős, az amorf szilikon napelemek előnyei nem lesznek észrevehetők, előnyeik csak sűrű felhőkkel vagy árnyékban mutatkoznak meg (+)

A többirányú kristályokkal ellátott napelemek előnyei a következők:

1. Nagy teljesítmény környezeti fényben.
2. Helyhez kötött telepítés lehetősége az épületek tetején.
3. Alacsonyabb költség összehasonlítva a monokristályos panelekkel.
4. Működés időtartama - a hatékonyság 20 éves működés után csak 15-20% -kal esik vissza.

A polikristályos panelek hátrányai szintén rendelkezésre állnak:

1. Alacsony hatékonyság 12-18% -kal.
2. Relatív ömleszkedés - energiaegységenként több hely szükséges a telepítéshez az egykristályos társaikhoz képest.

A polikristályos napelemek növekvő piaci részesedést szereznek a többi szilícium elem között. Ezt széles lehetőségek biztosítják termelésük költségeinek csökkentésére. Az ilyen panelek hatékonysága évente is növekszik, a tömegtermékek esetében gyorsan megközelíti a 20% -ot.

Amorf szilikon napelemek

Az amorf szilikon napelemek előállításának mechanizmusa alapvetően különbözik a kristályos fotoelektromos elemek gyártásától. Itt nem tiszta nemfémet használunk, hanem hidridjét, amelynek forró gőzei lerakódnak az aljzatra.

E technológia eredményeként nem alakulnak ki klasszikus kristályok, és a gyártási költségek jelentősen csökkennek.

Kicsapott amorf szilikon fotocellák felszerelhetők mind rugalmas polimer hordozóra, mind merev üveglapra

Jelenleg már három generációs amorf szilíciumból készült panelek vannak, amelyek hatékonysága észrevehetően növekszik. Ha az első fotovoltaikus modulok hatékonysága 4-5% volt, akkor a 8-9% -os hatékonyságú második generációs modelleket nagymértékben értékesítik a piacon.

A legújabb fejlesztésű amorf panelek hatékonysága akár 12% is lehet, és már megjelennek az értékesítésben, ám ezek még mindig meglehetősen drágák.

Ennek a gyártási technológiának a jellemzői miatt szilíciumréteget lehet kialakítani mind a merev, mind a rugalmas aljzatra. Emiatt az amorf szilícium modulokat aktívan használják a rugalmas vékonyrétegű napelem modulokban. De a rugalmas hátlapú opciók sokkal drágábbak.

Az amorf szilícium fizikai-kémiai szerkezete lehetővé teszi a gyenge szórt fény fotonjainak maximális abszorpcióját villamosenergia-előállítás céljából. Ezért az ilyen panelek kényelmesek az északi területeken, ahol nagy a szabad terület.

Az amorf szilícium-alapú akkumulátorok hatékonysága még a magas hőmérsékleten sem csökken, bár ebben a paraméterben alacsonyabbak, mint a gallium-arzenid panelek.

A szilícium-hidrid napelemek ugyanazon berendezések költségénél nagyobb teljesítményt mutatnak, mint azok egy- és polikristályos analógjai (+)

Összefoglalva, az amorf napelemek következő előnyeit jelezhetjük:

1. sokoldalúság - rugalmas és vékony panelek gyártásának képessége, akkumulátorok felszerelése bármilyen építészeti formára.
2. Nagy hatékonyságú környezeti fényben.
3. Stabil munka magas hőmérsékleten.
4. A formatervezés egyszerűsége és megbízhatósága. Az ilyen panelek gyakorlatilag nem törnek.
5. A teljesítmény megőrzése nehéz körülmények között - kevesebb teljesítménycsökkenés poros felületen, mint a kristályos analógoknál

Az ilyen fotoelektromos elemek élettartama a második generációtól kezdve 20-25 év, 15-20% -os teljesítménycsökkenéssel. Az amorf szilíciumpanelek hátrányai közé tartozik csak annak szükségessége, hogy nagyobb területek legyenek a szükséges teljesítményű berendezések elhelyezésére.

A szilíciummentes eszközök áttekintése

Néhány ritka és drága fémekből készült napelemek hatékonysága meghaladja a 30% -ot. Sokszor drágábbak, mint a szilícium-társaik, ám ennek ellenére különleges jellemzőiknek köszönhetően csúcstechnológiát képviseltek.

Ritka fém napelemek

Különböző típusú, ritka fémekből készült napelemek vannak, és nem mindegyik hatékonysága magasabb, mint az egykristályos szilícium moduloké.

A szélsőséges körülmények között történő munkavégzés lehetővé teszi azonban az ilyen napelemek gyártóinak versenyképes termékek előállítását és további kutatások elvégzését.

A kadmium-tellurid paneleket aktívan használják épületek nézőpontjaihoz egyenlítői és arab országokban, ahol felületük délután akár 70–80 fokra melegszik

A fotovoltaikus elemek gyártásához használt fő ötvözetek a kadmium-tellurid (CdTe), az indium-réz-gallium-szelenid (CIGS) és az indium-réz-szelenid (CIS).

A kadmium mérgező fém, az indium, a gallium és a tellurium meglehetősen ritka és drága, tehát az ezekre épülő napelemek tömeges előállítása elméletileg még lehetetlen.

Az ilyen panelek hatékonysága 25-35% között van, bár kivételes esetekben elérheti a 40% -ot is. Korábban főként az űriparban használták őket, de most egy új ígéretes irány megjelent.

A ritka fém napelemek 130-150 ° C hőmérsékleten történő stabil működése miatt ezeket napenergiás erőművekben használják. Ebben az esetben a tíz vagy száz tükrből származó nap sugarai egy kis panelen koncentrálódnak, amely egyidejűleg áramot termel és biztosítja a hőenergia továbbítását a vízcserélőbe.

A víz melegítése eredményeként gőz képződik, ami a turbina forogását és áramtermelését okozza. Így a napenergia egyidejűleg elektromos energiává alakul át kétféle módon, maximális hatékonysággal.

Polimer és szerves analógok

A szerves és polimer vegyületeken alapuló fotovoltaikus modulokat csak az elmúlt évtizedben kezdték kifejleszteni, ám a kutatók már jelentős előrelépést értek el. Az európai vállalat mutatja a legnagyobb haladást Heliatek, amely már több sokemeletes épületet felszerelt organikus napelemekkel.

A tekercs típusú filmszerkezet vastagsága HeliaFilm csak 1 mm.

A polimer panelek gyártásában olyan anyagokat használnak, mint a szén-fullerének, a réz-ftalocianin, a polifenilén és mások. Az ilyen napelemek hatékonysága már eléri a 14-15% -ot, és a gyártás költsége többször is alacsonyabb, mint a kristályos napelemeknél.

A szerves munkaréteg lebomlási idejének kérdése heves. Eddig nem lehet megbízhatóan igazolni hatékonyságának szintjét több éves működés után.

A szerves napelemek előnyei a következők:

• a környezetbarát ártalmatlanítás lehetősége;
• alacsony termelési költség;
• rugalmas kialakítás.

Az ilyen fotocellák hátrányai közé tartozik a viszonylag alacsony hatékonyság és a panelek stabil működésének periódusaira vonatkozó megbízható információk hiánya. Lehetséges, hogy 5-10 év alatt a szerves napelemek minden hátránya eltűnik, és komoly versenytársakká válnak a szilícium ostyák számára.

Melyik napelemet kell választani?

A vidéki házakban a 45-60 ° szélességű napelemeket nem nehéz választani. Itt csak két lehetőséget érdemes megfontolni: polikristályos és egykristályos szilikon panelek.

Ha hiányzik a hely, akkor jobb, ha a hatékonyabb modelleket részesítjük előnyben, ha a kristályok egyoldalas tájolással rendelkeznek, és korlátlan területtel ajánljuk polikristályos elemek vásárlását.

Nem szabad támaszkodni az elemző társaságok előrejelzéseire a napelemek piacának fejlődésében, mivel a legjobb mintákat esetleg még nem találták meg

Egy adott gyártó, a szükséges kapacitás és a kiegészítő felszerelések kiválasztása jobb, ha az ilyen berendezések eladásában és telepítésében részt vevő vállalatok vezetői bevonják őket. Tudnia kell, hogy a fotovoltaikus modulok minősége és ára a legnagyobb gyártóknál alig különbözik egymástól.

Felhívjuk figyelmét, hogy kulcsrakész felszerelés megrendelésekor a szolárpanelek költsége a teljes összegnek csupán 30–40% -a lesz. Az ilyen projektek megtérülési ideje 5-10 év, és függ az energiafogyasztás szintjétől és a többlet villamos energia eladásának lehetőségétől a városi hálózatba.

Egyes kézművesek inkább a napelemeket saját kezükben állítják össze. Webhelyünkön vannak olyan cikkek, amelyek részletes leírást nyújtanak az ilyen panelek gyártási technológiájáról, azok csatlakoztatásáról és a fűtési napenergia rendszerek elrendezéséről.

Javasoljuk, hogy ismerkedjen meg a következőkkel:

1. Hogyan készítsünk napelemet saját kezűleg: önszerelési útmutató
2. Napenergia fűtési rendszerek: a fűtési technológia elemzése napenergia rendszerek alapján
3. Napelemek csatlakoztatási diagramja: a vezérlőhöz, az akkumulátorhoz és a szervizelt rendszerekhez

Következtetések és hasznos videó a témáról

A bemutatott videók bemutatják a különféle napelemek működését valós körülmények között. Segítenek a kapcsolódó berendezések megválasztásának kérdéseinek megértésében.

A napelemek és a kapcsolódó berendezések kiválasztásának szabályai:

A napelemek típusai:

Egykristályos és polikristályos panelek tesztelése:

A lakosság és a kis ipari létesítmények számára nincs valódi alternatíva a kristályos szilikon panelek számára. De az új típusú napelemek fejlődésének üteme remélheti, hogy hamarosan a nap energiája lesz a sok villamos ház fő villamosenergia-forrása.

Mindenkinek, akit érdekel a napelemek kiválasztása és használata, ajánljuk megjegyzéseket, kérdéseket feltenni és megbeszéléseken részt venni. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.