סוגי פאנלים סולאריים: סקירה השוואתית של עיצובים וטיפים לבחירת פאנלים

אנרגיה אלטרנטיבית מתפתחת ככל האפשר באירופה, ומציגה את תוצאות הבטחתה. מופיעים סוגים חדשים של פאנלים סולאריים, היעילות שלהם עולה.

אם ברצונך להבטיח הפעלה של בניין תעשייתי או בניין מגורים בגלל אנרגיית השמש, עליכם ללמוד תחילה על ההבדלים בציוד, להבין אילו לוחות סולאריים מתאימים לתנאי האקלים באזור מסוים.

אנו נעזור להבנת נושא זה. המאמר מתאר את עקרון הפעולה של ממירים פוטו-וולטאים, מספק סקירה של סוגים שונים של פאנלים סולאריים עם ציון המאפיינים, היתרונות והחסרונות שלהם. לאחר קריאת החומר תוכלו לבחור את הבחירה הנכונה לסידור מערכת סולארית יעילה.

עקרון הפעולה של פאנלים סולאריים

הרוב המוחלט של לוחות השמש הם ממירים פוטו-וולטאים פיזית. השפעת ייצור החשמל מתרחשת באתר צומת ה- pn מוליכים למחצה.

מדובר בפלים סיליקון המהווים בסיס למחיר של לוחות סולאריים, אך כאשר משתמשים בהם כמקור חשמל מסביב לשעון, תצטרכו לקנות סוללות יקרות נוספות.

הפאנל מורכב משני פרוסות סיליקון בעלות תכונות שונות. בהשפעת האור באחד מהם יש מחסור באלקטרונים, ובשני - עודף שלהם. לכל צלחת רצועות מוליכות נחושת המתחברות לממיר מתח.

פאנל סולארי תעשייתי מורכב מתאים פוטו-וולטאיים רבודה מרובעים הקשורים זה בזה ומורכבים על מצע גמיש או נוקשה.

היעילות של הציוד תלויה במידה רבה בטוהר הסיליקון ובאוריינטציה של הגבישים שלו. הפרמטרים הללו מנסים המהנדסים לשפר בעשורים האחרונים.הבעיה העיקרית במקרה זה היא העלות הגבוהה של התהליכים העומדים בבסיס טיהור הסיליקון ומיקום הגבישים בכיוון אחד על כל הפאנל.

בכל שנה היעילות המרבית של פאנלים סולאריים שונים משתנה כלפי מעלה, מכיוון שמיליארדי דולרים מושקעים במחקר חומרים פוטו וולטאיים חדשים (+)

מוליכים למחצה של ממירים פוטואלקטריים יכולים להיות מיוצרים לא רק מסיליקון, אלא גם מחומרים אחרים - עקרון הסוללה זה לא משתנה.

סוגי ממירים פוטואלקטריים

לוחות סולאריים תעשייתיים מסווגים לפי תכונות העיצוב שלהם וסוג השכבה הפוטו-וולטאית העובדת.

ישנם סוגים אלה של סוללות לפי סוג מכשיר:

• לוחות גמישים;
• מודולים קשיחים.

לוחות סרט דקיקים גמישים תופסים בהדרגה נישה גדולה יותר ויותר בשוק בגלל הרב-גוניות ההרכבה שלהם, מכיוון שתוכלו להתקין אותם על רוב המשטחים עם מגוון צורות אדריכליות.

המאפיינים בפועל של לוחות סולאריים נמוכים בדרך כלל מאלו המצוינים בהוראות. לכן לפני התקנתם בבית, רצוי לראות בעצמכם פרויקט שהושלם דומה

לפי סוג השכבה הפוטו-וולטאית העובדת, תאי השמש מחולקים לזנים כאלה:

1. סיליקון: חד-גבישי, פולי-גביש, אמורפי.
2. טלוריום קדמיום.
3. מבוסס על סלניום-אינדיום-נחושת-גליום.
4. פולימר.
5. אורגני
6. בהתבסס על גליניום ארסניד.
7. משולב ורב שכבתי.

מעניין לצרכן הכללי לא כל סוגי הפאנלים הסולאריים, אלא רק שני תת המינים הגבישיים הראשונים.

אמנם לסוגים אחרים של לוחות יש יעילות גבוהה, אך בגלל העלות הגבוהה, הם אינם בשימוש נרחב.

תאים פוטו-וולטאיים של סיליקון רגישים למדי לחום. טמפרטורת הבסיס למדידת ייצור חשמל היא 25 מעלות צלזיוס. כאשר הוא מוגבר בדרגה אחת, יעילות הלוחות פוחתת ב- 0.45-0.5%.

בשלב הבא ייבחנו בפירוט פאנלים סולאריים בעלי האינטרס הצרכני הגדול ביותר.

מאפיינים של לוחות מבוססי סיליקון

סיליקון לפאנלים סולאריים מיוצר מאבקות קוורץ - גבישי קוורץ כתושים. המשקעים העשירים ביותר של חומרי גלם נמצאים במערב סיביר ובאורל התיכון, לכן הסיכויים לאזור זה של אנרגיה סולארית הם כמעט בלתי מוגבלים.

אפילו עכשיו, לוחות סיליקון גבישיים ואמורפיים כבר תופסים יותר מ 80% מהשוק. לכן כדאי להתייחס אליהם ביתר פירוט.

לוחות סיליקון מונוקריסטליים

ופלים סיליקון מודרניים חד-קריסטליים (מונו-סי) הם בעלי צבע כחול כהה אחיד על פני השטח כולו. לייצורם משתמשים בסיליקון הטהור ביותר. תאים פוטנציאליים מונוקריסטליים בין כל פרוסות הסיליקון הם בעלי המחיר הגבוה ביותר, אך מספקים גם את היעילות הטובה ביותר.

לוחות סולאריים מונוקריסטלים גדולים עם מנגנונים סיבוביים משתלבים באופן מושלם בנופי המדבר. זה מספק את התנאים לפריון מקסימאלי.

עלות הייצור הגבוהה נובעת מהקושי לכוון את כל גבישי הסיליקון בכיוון אחד. בשל תכונות פיזיקליות כאלה של שכבת העבודה, מובטחת יעילות מקסימאלית רק כאשר אור השמש ניצב למשטח הצלחת.

סוללות מונוקריסטליות דורשות ציוד נוסף שמסובב אותן אוטומטית במהלך היום כך שמישור הלוחות יהיה אנכי לקרני השמש ככל האפשר.

שכבות של סיליקון עם גבישים מכוונים חד-צדדיים נחתכות ממוט מתכת גלילי, כך שלגושים פוטו-וולטאיים מוגמרים יש צורה של ריבוע מעוגל בפינות.

היתרונות של סוללות סיליקון חד-קריסטל כוללות:

1. יעילות גבוהה עם ערך של 17-25%.
2. קומפקטיות - שטח קטן יותר של מיקום הציוד ליחידת כוח, בהשוואה ללוחות סיליקון פולי-קריסטליים.
3. אריכות ימים - מספקת יעילות בייצור חשמל מספקת עד 25 שנה.

יש רק שני חסרונות לסוללות כאלה:

1. עלות גבוהה והחזר ארוך.
2. רגישות לזיהום. אבק מפזר אור, לכן יעילותם של לוחות השמש המצופים בו פוחתת בצורה חדה.

בשל הצורך באור שמש ישיר גבישים בודדים התקנים פאנלים סולאריים בעיקר בשטחים פתוחים או בגבהים. ככל שהאזור קרוב יותר לקו המשווה וככל שיש בו ימים שטופי שמש, כך עדיף להתקין סוג זה של תאים פוטו-וולטאים.

פאנלים סולאריים פוליסטריים

לוחות סיליקון פולי-קריסטליים (רב-Si) הם בעלי צבע כחול לא אחיד בגלל האוריינטציה המגוונת של הגבישים. טוהר הסיליקון המשמש בייצורם נמוך מעט מזה של אנלוגים חד-גבישיים.

הרב-כיווניות של הגבישים מספקת יעילות גבוהה עם אור מפוזר - 12-18%. הוא נמוך יותר מאשר בגבישים חד כיווניים, אך בתנאים מעוננים, לוחות כאלה יעילים יותר.

ההטרוגניות של החומר מובילה גם לירידה בעלות ייצור הסיליקון. המתכת המטוהרת לפאנלים סולאריים מפולי-קריסטל מוזגת לתבניות ללא טריקים מיוחדים.

בייצור משתמשים בטכניקות מיוחדות ליצירת גבישים, אולם נטייתם אינה נשלטת. לאחר הקירור נחתכים סיליקון לשכבות ומעובדים על פי אלגוריתם מיוחד.

לוחות פולי-קריסטל אינם דורשים התמצאות קבועה כלפי השמש, ולכן גגות הבתים והבניינים התעשייתיים משמשים באופן פעיל למיקומם.

במהלך היום, כשיש עננות קלילה, לא ניתן יהיה להבחין ביתרונותיהם של לוחות סולאריים אמורפיים של סיליקון, היתרונות שלהם מתגלים רק עם עננים צפופים או בצל (+)

היתרונות של לוחות סולאריים עם גבישים רב כיווניים כוללים:

1. ביצועים גבוהים באור הסביבה.
2. אפשרות להתקנה נייחת על גגות הבניינים.
3. עלות נמוכה יותר לעומת לוחות קריסטל בודדים.
4. משך הפעולה הירידה ביעילות לאחר 20 שנות פעילות היא 15-20% בלבד.

ניתן למצוא גם חסרונות של לוחות פולי-קריסטל:

1. יעילות נמוכה עם ערך של 12-18%.
2. שפע יחסי - דורש מקום רב יותר להתקנה ליחידת כוח בהשוואה לעמיתים גבישיים בודדים.

הפאנלים הסולאריים הפוליסטריים צוברים נתח שוק הולך וגדל בקרב סוללות סיליקון אחרות. זה מובטח על ידי הזדמנויות פוטנציאליות רחבות להפחית את עלות הייצור שלהם. היעילות של לוחות כאלה גדלה אף היא מדי שנה, ומתקרבת במהירות ל- 20% למוצרי המוני.

לוחות סולאריים אמורפיים

המנגנון לייצור לוחות סולאריים אמורפיים שונה באופן מהותי מייצור תאים פוטו-וולטאיים גבישיים. כאן, לא משתמשים במתכת טהורה, אלא בהידריד שלה, אשר אדיו החמים מופקדים על המצע.

כתוצאה מטכנולוגיה זו, לא נוצרים גבישים קלאסיים ועלויות הייצור מופחתות בצורה חדה.

ניתן להרכיב תאי פוטון מסיליקון אמורפיים שקועים גם על מצע פולימרי גמיש וגם על דף זכוכית קשיח.

נכון לעכשיו, ישנם כבר שלושה דורות של לוחות העשויים מסיליקון אמורפי, כאשר כל אחד מהם מורגש ביעילות. אם המודולים הפוטו-וולטאיים הראשונים היו בעלי יעילות של 4-5%, כעת דגמי הדור השני ביעילות של 8-9% נמכרים באופן מסיבי בשוק.

לפאנלים אמורפיים מהפיתוח האחרון יש יעילות של עד 12% והם כבר מתחילים להופיע במכירה, אך הם עדיין יקרים למדי.

בשל התכונות של טכנולוגיית הייצור הזו, ניתן ליצור שכבת סיליקון על מצע קשיח וגמיש כאחד. מסיבה זו משתמשים במודולי סיליקון אמורפיים באופן פעיל במודולים סולאריים גמישים של סרט דק. אבל אפשרויות עם גיבוי אלסטי יקרות בהרבה.

המבנה הפיזיקו-כימי של סיליקון אמורפי מאפשר ספיגה מרבית של פוטונים של אור מפוזר חלש לייצור חשמל. לכן, לוחות כאלה נוחים לשימוש באזורים צפוניים עם שטחים גדולים בחינם.

היעילות של סוללות מבוססות סיליקון אמורפיות לא פוחתת אפילו בטמפרטורות גבוהות, אם כי הן נחותות בפרמטר זה לעומת לוחות גליניום ארסן.

באותה מחיר של ציוד, לוחות סולאריים הידרידים מראים ביצועים גדולים יותר מהאנלוגים האחד והפולי-קריסטליים שלהם (+)

לסיכום, אנו יכולים לציין את היתרונות הבאים של פאנלים סולאריים אמורפיים:

1. רבגוניות - יכולת ייצור לוחות גמישים ודקים, הרכבת סוללות בכל צורה אדריכלית.
2. יעילות גבוהה באור הסביבה.
3. עבודה יציבה בטמפרטורות גבוהות.
4. פשטות ואמינות העיצוב. לוחות כאלה כמעט ואינם נשברים.
5. שימור ביצועים בתנאים קשים - ירידה פחות ביצועים כאשר משטח מאובק מאשר אנלוגים קריסטליים

חיי השירות של תאים פוטו-וולטאים כאלה, החל מהדור השני, הם 20-25 שנים עם ירידת הספק של 15-20%. החסרונות של לוחות סיליקון אמורפיים כוללים רק את הצורך באזורים גדולים יותר בכדי להכיל ציוד בעל הספק הנדרש.

סקירה כללית של מכשירים ללא סיליקון

לחלק מהפאנלים הסולאריים המיוצרים באמצעות מתכות נדירות ויקרות יש יעילות של יותר מ -30%. הם יקרים פי כמה ממקבלי הסיליקון שלהם, אך עם זאת הם כבשו נישת סחר בהייטק, בזכות המאפיינים המיוחדים שלהם.

פאנלים סולאריים מתכתיים נדירים

ישנם מספר סוגים של לוחות סולאריים העשויים מתכות נדירות, ולא לכולם יעילות גבוהה מזו של מודולי סיליקון חד-גבישיים.

עם זאת, היכולת לעבוד בתנאים קיצוניים מאפשרת ליצרני לוחות סולאריים כאלה לייצר מוצרים תחרותיים ולבצע מחקר נוסף.

לוחות קדמיום טאלוריד משמשים באופן פעיל לפנים אל מבנים במדינות המשווניות וערביות, כאשר פני השטח שלהם מתחממים עד 70-80 מעלות אחר הצהריים.

הסגסוגות העיקריות המשמשות לייצור תאים פוטו-וולטאיים הם קדמיום טלוריד (CdTe), אינדיום נחושת גליום סלניום (CIGS) וסילניום נחושת אינדיום (CIS).

קדמיום הוא מתכת רעילה, ואינדיום, גליום וטוריום הם די נדירים ויקרים, ולכן ייצור המוני של לוחות סולאריים המבוססים עליהם הוא אפילו בלתי אפשרי תיאורטית.

היעילות של לוחות כאלה היא ברמה של 25-35%, אם כי במקרים חריגים זה יכול להגיע עד 40%. בעבר, הם שימשו בעיקר בתעשיית החלל, אך כעת הופיע כיוון מבטיח חדש.

בשל פעולתם היציבה של תאי שמש מתכתיים נדירים בטמפרטורות של 130-150 מעלות צלזיוס, הם משמשים בתחנות כוח סולאריות. במקרה זה, קרני השמש מעשרות או מאות מראות מרוכזות על לוח קטן, שיוצר בו זמנית חשמל ומבטיח העברת אנרגיה תרמית למחליף חום המים.

כתוצאה מחימום המים נוצרת אדים, הגורמים לטורבינה להסתובב ולייצר חשמל. כך, אנרגיה סולארית מומרת לאנרגיה חשמלית בו זמנית בשתי דרכים ביעילות מירבית.

אנלוגים פולימריים ואורגניים

מודולים פוטו-וולטאים המבוססים על תרכובות אורגניות ופולימריות החלו להתפתח רק בעשור האחרון, אך החוקרים כבר התקדמו משמעותית. החברה האירופאית מציגה את ההתקדמות ביותר הליאטק, שכבר ציידה כמה בניינים רבי קומות עם פאנלים סולאריים אורגניים.

עובי בניית הסרטים מסוג הגליל הליפילם הוא רק 1 מ"מ.

בייצור לוחות פולימרים משתמשים בחומרים כמו פולרן פחמן, נחושת פתאלוציאנין, פוליפנילן ואחרים. היעילות של תאים סולאריים כאלה כבר מגיעה ל-14-15%, ועלות הייצור נמוכה פי כמה מפאנלים סולאריים גבישיים.

נושא תקופת השפלה של שכבת העבודה האורגנית הוא חריף. עד כה לא ניתן לאשר באופן אמין את רמת היעילות שלה לאחר מספר שנות פעילות.

היתרונות של לוחות סולאריים אורגניים הם:

• אפשרות לסילוק ידידותי לסביבה;
• עלות ייצור נמוכה;
• עיצוב גמיש.

החסרונות של תאי פוטו כאלה כוללים היעילות הנמוכה יחסית והיעדר מידע אמין על תקופות הפעילות היציבה של הפאנלים. יתכן שבעוד 5-10 שנים ייעלמו כל החסרונות של תאים סולאריים אורגניים, והם יהפכו למתחרים רציניים על וופל סיליקון.

באיזה פאנל סולארי לבחור?

הבחירה בפאנלים סולאריים לבתים כפריים בקו רוחב של 45-60 ° אינה קשה. כאן כדאי לקחת בחשבון רק שתי אפשרויות: לוחות סיליקון מפולי-קריסטל גביש יחיד.

אם יש מחסור במקום, עדיף לתת עדיפות לדגמים יעילים יותר עם כיוון חד צדדי של גבישים, עם שטח בלתי מוגבל מומלץ לרכוש סוללות פול-קריסטליות.

אל תסתמכו על תחזיות של חברות אנליטיות להתפתחות שוק הפאנלים הסולאריים, מכיוון שאולי עדיין לא הומצאו הדגימות שלהם

בחירת יצרן ספציפי, הקיבולת הנדרשת וציוד נוסף עדיף בהשתתפות מנהלי חברות העוסקות במכירה והתקנה של ציוד כזה. עליכם להיות מודעים לכך שהאיכות והמחיר של מודולים פוטו-וולטאים אצל היצרנים הגדולים שונים זה מזה מעט.

שימו לב כי בעת הזמנת סט ציוד סוהר, עלות לוחות השמש עצמם תהיה 30-40% בלבד מהסך הכל. תקופות ההחזר של פרויקטים כאלה הן 5-10 שנים, ותלויות ברמת צריכת האנרגיה ובאפשרות למכור עודפי חשמל לרשת העיר.

יש בעלי מלאכה שמעדיפים להרכיב פאנלים סולאריים במו ידיהם. באתר שלנו ישנם מאמרים עם תיאור מפורט של טכנולוגיית הייצור של לוחות כאלה, חיבורם וסידורם של מערכות סולריות לחימום.

אנו ממליצים לך להכיר את:

1. איך להכין מצבר סולארי במו ידיכם: הוראות הרכבה עצמית
2. מערכות חימום סולארי: ניתוח טכנולוגיית חימום על בסיס מערכות סולאריות
3. תרשים חיבור לפאנלים סולאריים: לבקר, לסוללה ולמערכות המתוקנות

מסקנות ווידאו שימושי בנושא

הסרטונים המוצגים מראים את פעולתם של פאנלים סולאריים שונים בתנאים אמיתיים. הם גם יעזרו להבין את הסוגיות של בחירת ציוד קשור.

כללים לבחירת פאנלים סולאריים וציוד נלווה:

סוגי פאנלים סולאריים:

בדיקת לוחות חד-גבישיים ופולי-קריסטליים:

עבור האוכלוסייה ומתקני התעשייה הקטנים, אין אלטרנטיבה אמיתית ללוחות סיליקון גבישיים. אך קצב ההתפתחות של סוגים חדשים של פאנלים סולאריים מאפשר לנו לקוות כי בקרוב אנרגיית השמש תהפוך למקור החשמל העיקרי בבתי כפר רבים.

אנו מציעים לכל מי שמעוניין בנושא בחירה ושימוש בפאנלים סולאריים כדי להשאיר הערות, לשאול שאלות ולהשתתף בדיונים. טופס יצירת הקשר נמצא בגוש התחתון.