Saulės plokščių tipai: palyginamoji dizaino ir patarimų, kaip pasirinkti plokštes, apžvalga

Alternatyvi energija Europoje vystoma kuo daugiau, rodo pažadėtų rezultatų. Atsiranda naujų tipų saulės baterijų, padidėja jų efektyvumas.

Jei norite užtikrinti pramoninio ar gyvenamojo pastato veikimą dėl saulės energijos, pirmiausia turite sužinoti apie įrangos skirtumus, suprasti, kurios saulės baterijos yra tinkamos tam tikro regiono klimato sąlygoms.

Mes padėsime suprasti šią problemą. Straipsnyje aprašomas fotovoltinių keitiklių veikimo principas, pateikiama įvairių tipų saulės baterijų apžvalga ir nurodomos jų savybės, pranašumai ir trūkumai. Perskaitę medžiagą, galite tinkamai pasirinkti efektyvią saulės sistemą.

Saulės baterijų veikimo principas

Didžioji dauguma saulės baterijų yra fotovoltiniai keitikliai. Elektros energijos generavimo efektas pasireiškia puslaidininkio pn sandūros vietoje.

Saulės plokščių kainos pagrindą sudaro silicio plokštelės, tačiau kai jos bus naudojamos kaip visą parą veikiantis elektros energijos šaltinis, turėsite nusipirkti papildomų brangių baterijų.

Skydelį sudaro du silicio plokštelės, turinčios skirtingas savybes. Viename iš jų veikiant šviesai trūksta elektronų, kitame - jų perteklius. Kiekviena plokštė turi vario laidžias juostas, kurios jungiamos prie įtampos keitiklių.

Pramoninį saulės kolektorių sudaro daugybė laminuotų fotoelektrinių elementų, sujungtų vienas su kitu ir pritvirtintų ant lankstaus arba tvirto pagrindo.

Įrangos efektyvumas daugiausia priklauso nuo silicio grynumo ir jo kristalų orientacijos. Būtent šiuos parametrus pastaraisiais dešimtmečiais bandė patobulinti inžinieriai.Pagrindinė problema šiuo atveju yra brangios procedūros, kurių metu išvalomas silicis, ir kristalų išdėstymas viena kryptimi visoje plokštėje.

Kiekvienais metais didžiausias įvairių saulės elementų efektyvumas keičiasi į viršų, nes milijardai dolerių investuojami į naujų fotovoltinių medžiagų tyrimus (+).

Fotoelektrinių keitiklių puslaidininkiai gali būti pagaminti ne tik iš silicio, bet ir iš kitų medžiagų - akumuliatoriaus principas tai nesikeičia.

Fotoelektrinių keitiklių tipai

Pramoninės saulės baterijos klasifikuojamos pagal jų dizaino ypatybes ir veikiančio fotoelektrinio sluoksnio tipą.

Yra šie akumuliatorių tipai pagal prietaiso tipą:

• lanksčios plokštės;
• standūs moduliai.

Dėl montavimo universalumo lanksčios plonasluoksnės plokštės palaipsniui užima vis didesnę rinkos nišą, nes jas galite montuoti ant daugelio paviršių su įvairiomis architektūrinėmis formomis.

Faktinės saulės baterijų savybės paprastai yra mažesnės nei nurodytos instrukcijose. Todėl prieš montuojant juos namuose, patartina patiems pamatyti panašų baigtą projektą

Pagal veikiančio fotoelektrinio sluoksnio tipą saulės elementai skirstomi į tokias atmainas:

1. Silicis: monokristalinis, polikristalinis, amorfinis.
2. Telūro kadmis.
3. Indžio-vario-galio selenido pagrindu.
4. Polimeras.
5. Ekologiški
6. Remiantis galio arsenidu.
7. Kombinuotas ir daugiasluoksnis.

Plačiajam vartotojui svarbios ne visos saulės baterijų rūšys, o tik pirmieji du kristaliniai porūšiai.

Nors kai kurios kitos plokščių rūšys pasižymi dideliu efektyvumu, tačiau dėl didelių išlaidų jos nėra plačiai naudojamos.

Silicio fotoelektros elementai yra gana jautrūs šilumai. Bazinė temperatūra matuojant galią yra 25 ° C. Kai jis padidinamas vienu laipsniu, plokščių efektyvumas sumažėja 0,45–0,5%.

Toliau bus išsamiai išnagrinėtos saulės baterijos, kurios labiausiai domina vartotojus.

Silikoninių plokščių charakteristikos

Saulės plokščių silicis pagamintas iš kvarco miltelių - susmulkintų kvarco kristalų. Turtingiausi žaliavų telkiniai yra Vakarų Sibire ir Viduriniuose Uraluose, todėl šios saulės energijos perspektyvos yra beveik beribės.

Net ir dabar kristalinės ir amorfinės silicio plokštės jau užima daugiau kaip 80% rinkos. Todėl verta juos apsvarstyti išsamiau.

Monokristalinės silicio plokštės

Šiuolaikiniai vieno krištolo silicio plokštelės (mono-Si) visame paviršiuje yra vienodos tamsiai mėlynos spalvos. Jų gamybai naudojamas gryniausias silicis. Tarp visų silicio plokštelių monokristaliniai fotoelementai pasižymi aukščiausia kaina, tačiau taip pat užtikrina geriausią efektyvumą.

Didelės monokristalinės saulės baterijos su sukamaisiais mechanizmais puikiai tinka dykumos peizažams. Tai sudaro sąlygas maksimaliam produktyvumui.

Didelės gamybos išlaidos atsiranda dėl to, kad sunku silicio kristalus orientuoti viena kryptimi. Dėl tokių fizikinių darbinio sluoksnio savybių maksimalus efektyvumas užtikrinamas tik tada, kai saulės šviesa yra statmena plokštės paviršiui.

Vieno kristalo baterijoms reikalinga papildoma įranga, kuri jas automatiškai suka dienos metu, kad plokščių plokštuma būtų kuo statmena saulės spinduliams.

Silicio sluoksniai su vienpusiais orientuotais kristalais yra supjaustyti iš cilindrinio metalo strypo, todėl gatavos fotoelektrinės blokeliai turi kvadrato formą, užapvalintą kampuose.

Vien krištolo silicio akumuliatorių pranašumai:

1. Aukštas efektyvumas kurių vertė 17-25%.
2. Kompaktiškumas - mažesnis įrangos išdėstymo plotas vienam galios vienetui, palyginti su polikristalinėmis silicio plokštėmis.
3. Ilgaamžiškumas - užtikrinamas pakankamas elektros energijos gamybos efektyvumas iki 25 metų.

Tokie akumuliatoriai turi tik du trūkumus:

1. Aukštos išlaidos ir ilgas atsipirkimas.
2. Jautrumas taršai. Dulkės išsklaido šviesą, todėl jomis padengtų saulės baterijų efektyvumas smarkiai sumažėja.

Dėl tiesioginių saulės spindulių poreikio, pavieniai kristalai sumontuotos saulės baterijos daugiausia atvirose vietose ar aukštyje. Kuo arčiau teritorijos yra pusiaujas ir kuo saulėtesnės dienos, tuo geriau montuoti šio tipo fotoelektrinius elementus.

Polikristaliniai saulės kolektoriai

Polikristalinės silicio plokštės (multi-Si) dėl nevienodos kristalų orientacijos turi nevienodą mėlyną spalvą. Jų gamyboje naudojamas silicio grynumas yra šiek tiek mažesnis nei monokristalų analogų.

Dėl kristalų daugialypio kryptingumo, išsklaidytos šviesos efektyvumas yra didelis - 12-18%. Jis yra žemesnis nei vienkrypčiuose kristaluose, tačiau debesuotomis sąlygomis tokios plokštės yra efektyvesnės.

Medžiagos nevienalytiškumas taip pat lemia silikono gamybos sąnaudų sumažėjimą. Išgrynintas metalas polikristalinėms saulės plokštėms pilamas į formas be specialių gudrybių.

Gaminant kristalai naudojami specialiais būdais, tačiau jų orientacija nėra kontroliuojama. Po aušinimo silicis supjaustomas į sluoksnius ir apdorojamas pagal specialų algoritmą.

Polikristalinėms plokštėms nereikia nuolat orientuotis į saulę, todėl joms išdėstyti aktyviai naudojami namų ir pramoninių pastatų stogai.

Dienos metu silpnai debesuota, amorfinių silicio saulės elementų pranašumai nebus pastebimi, jų pranašumai atskleidžiami tik tankiuose debesyse arba pavėsyje (+)

Saulės plokščių su daugiakrypčiais kristalais pranašumai:

1. Aukštas našumas aplinkos šviesoje.
2. Galima stacionari instaliacija ant pastatų stogų.
3. Mažesnės išlaidos palyginti su monokristalinėmis plokštėmis.
4. Operacijos trukmė - efektyvumo sumažėjimas po 20 eksploatavimo metų yra tik 15–20%.

Taip pat yra polikristalinių plokščių trūkumų:

1. Mažas efektyvumas kurių vertė 12-18%.
2. Santykinis tūris - reikalauja daugiau vietos įrengimui vienam galios vienetui palyginti su vieno kristalo kolegomis.

Polikristalinės saulės baterijos užima vis didesnę rinkos dalį tarp kitų silicio akumuliatorių. Tai užtikrina plačios galimybės sumažinti jų gamybos sąnaudas. Tokių plokščių efektyvumas taip pat kasmet didėja, masiniams gaminiams sparčiai artėjant prie 20%.

Amorfinės silicio saulės baterijos

Amorfinių silicio saulės elementų gamybos mechanizmas iš esmės skiriasi nuo kristalinių fotoelektrinių elementų gamybos. Čia naudojamas ne grynas nemetalas, o jo hidridas, kurio karšti garai nusėda ant pagrindo.

Dėl šios technologijos klasikiniai kristalai nesusidaro, o gamybos išlaidos smarkiai sumažėja.

Nukritę amorfiniai silicio fotoelementai gali būti montuojami tiek ant lankstaus polimero pagrindo, tiek ant tvirto stiklo lakšto.

Šiuo metu jau yra trijų plokščių, pagamintų iš amorfinio silicio, kartos, kurių kiekvienos efektyvumas pastebimai padidėja. Jei pirmųjų fotoelektrinių modulių efektyvumas buvo 4–5 proc., Dabar antrosios kartos modeliai, kurių efektyvumas siekia 8–9 proc., Masiškai parduodami rinkoje.

Naujausios plėtros amorfinių plokščių efektyvumas siekia iki 12% ir jos jau pradedamos pardavinėti, tačiau jos vis tiek yra gana brangios.

Dėl šios gamybos technologijos ypatybių galima sukurti silicio sluoksnį tiek ant kieto, tiek ir lankstaus pagrindo. Dėl šios priežasties amorfiniai silicio moduliai yra aktyviai naudojami lanksčiuose plonasluoksniuose saulės moduliuose. Tačiau parinktys su elastine atrama yra daug brangesnės.

Amorfinio silicio fizikinė ir cheminė struktūra leidžia maksimaliai absorbuoti silpnos, išsklaidytos šviesos fotonus, kad būtų galima gaminti elektrą. Todėl tokias plokštes patogu naudoti šiaurinėse vietose, kuriose yra dideli laisvi plotai.

Amorfinių silicio akumuliatorių efektyvumas nesumažėja net esant aukštai temperatūrai, nors pagal šį parametrą jie yra prastesni nei galio arsenido plokštės.

Tomis pačiomis įrangos kainomis silicio hidrido saulės baterijos pasižymi didesniu našumu nei jų pavieniai ir polikristaliniai analogai (+)

Apibendrinant, mes galime nurodyti šiuos amorfinių saulės plokščių pranašumus:

1. Universalumas - galimybė gaminti lanksčias ir plonas plokštes, montuojant bet kokio tipo architektūrines baterijas.
2. Aukštas efektyvumas aplinkos šviesoje.
3. Stabilus darbas esant aukštai temperatūrai.
4. Dizaino paprastumas ir patikimumas. Tokios plokštės praktiškai nesuyra.
5. Spektaklio išsaugojimas sunkiomis sąlygomis - mažesnis našumo kritimas dulkėtu paviršiumi nei kristalų analogai

Tokių fotoelektrinių elementų tarnavimo laikas, pradedant nuo antros kartos, yra 20–25 metai, kai galios kritimas yra 15–20%. Amorfinių silicio plokščių trūkumai apima tik poreikį didesnius plotus pritaikyti reikalingos galios įrangai.

Įrenginių be silicio apžvalga

Kai kurių saulės elementų, pagamintų iš retų ir brangių metalų, efektyvumas yra didesnis nei 30%. Jie yra daug kartų brangesni nei jų silicio kolegos, tačiau, nepaisant jų ypatingų savybių, jie užėmė aukštųjų technologijų prekybos nišą.

Retų metalų saulės baterijos

Yra keletas saulės kolektorių, pagamintų iš retųjų metalų, rūšių, ir ne visų jų efektyvumas yra didesnis nei vieno krištolo silicio modulių.

Tačiau galimybė dirbti ekstremaliomis sąlygomis leidžia tokių saulės baterijų gamintojams gaminti konkurencingus produktus ir atlikti tolesnius tyrimus.

Kadmio teliurido plokštės aktyviai naudojamos pastatams sukti pusiaujo ir Arabijos šalyse, kur jų paviršius po pietų įkaista iki 70–80 laipsnių

Pagrindiniai lydiniai, naudojami fotoelektrinių elementų gamyboje, yra kadmio teluridas (CdTe), indio vario galio selenidas (CIGS) ir indio vario selenidas (CIS).

Kadmis yra toksiškas metalas, o indis, galis ir telluras yra gana reti ir brangūs, todėl masiškai gaminti iš jų pagamintas saulės baterijas net teoriškai neįmanoma.

Tokių plokščių efektyvumas siekia 25–35%, nors išimtiniais atvejais jis gali siekti iki 40%. Anksčiau jie daugiausia buvo naudojami kosmoso pramonėje, tačiau dabar atsirado nauja perspektyvi kryptis.

Dėl stabilių retų metalų saulės elementų veikimo esant 130–150 ° C temperatūrai jie naudojami saulės šiluminėse elektrinėse. Tokiu atveju saulės spinduliai iš dešimčių ar šimtų veidrodžių sutelkiami į mažą skydą, kuris tuo pačiu generuoja elektrą ir užtikrina šiluminės energijos perdavimą į vandens šilumokaitį.

Kaitinant vandenį susidaro garai, dėl kurių turbina sukasi ir generuoja elektrą. Taigi saulės energija yra paverčiama elektros energija vienu metu dviem būdais, užtikrinant maksimalų efektyvumą.

Polimeras ir organiniai analogai

Fotoelektriniai moduliai, sudaryti iš organinių ir polimerų junginių, buvo pradėti kurti tik praėjusį dešimtmetį, tačiau tyrėjai jau padarė didelę pažangą. Didžiausią pažangą rodo Europos įmonė Heliatek, kuris jau įrengė kelis aukštybinius pastatus su organinėmis saulės baterijomis.

Jo ritininės plėvelės konstrukcijos storis „Heliafilm“ yra tik 1 mm.

Polimerinių plokščių gamyboje naudojamos tokios medžiagos kaip anglies fullenai, vario ftalocianinas, polifenilenas ir kitos. Tokių saulės elementų efektyvumas jau siekia 14-15%, o gamybos sąnaudos yra kelis kartus mažesnės nei kristalinių saulės baterijų.

Organinio darbinio sluoksnio skilimo laikotarpio klausimas yra aštrus. Kol kas neįmanoma patikimai patvirtinti jo efektyvumo lygio po kelerių eksploatavimo metų.

Ekologiškų saulės baterijų privalumai:

• aplinkai nekenksmingo šalinimo galimybė;
• mažos gamybos išlaidos;
• lankstus dizainas.

Tokių fotoelementų trūkumai yra palyginti mažas efektyvumas ir patikimos informacijos apie stabilų skydelių veikimą laikotarpiai. Gali būti, kad po 5–10 metų išnyks visi organinių saulės elementų trūkumai ir jie taps rimtais konkurentais silicio plokštelėms.

Kurią saulės bateriją pasirinkti?

Saulės plokščių pasirinkimas kaimo namams 45–60 ° platumos nėra sudėtingas. Čia verta apsvarstyti tik dvi galimybes: polikristalines ir vieno krištolo silicio plokštes.

Jei trūksta vietos, geriau teikti pirmenybę efektyvesniems modeliams su vienpusine kristalų orientacija, neribotam plotui rekomenduojama įsigyti polikristalines baterijas.

Saulės plokščių rinkos plėtrai neturėtumėte pasikliauti analitinių kompanijų prognozėmis, nes geriausi jų pavyzdžiai gali būti dar neišrasti.

Pasirinkus konkretų gamintoją, reikiamą pajėgumą ir papildomą įrangą geriau, kai dalyvauja įmonių vadovai, užsiimantys tokios įrangos pardavimu ir montavimu. Turėtumėte žinoti, kad didžiausių gamintojų fotoelektrinių modulių kokybė ir kaina skiriasi mažai.

Atkreipkite dėmesį, kad užsakant iki galo komplektuojamą įrangos komplektą, pačių saulės baterijų kaina bus tik 30–40% visos. Tokių projektų atsipirkimo laikotarpiai yra 5–10 metų ir priklauso nuo energijos suvartojimo lygio ir galimybės parduoti perteklinę elektrą miesto tinklui.

Kai kurie meistrai mieliau renka saulės baterijas savo rankomis. Mūsų svetainėje yra straipsnių su išsamiu tokių plokščių gamybos technologijos, jų prijungimo ir šildymo saulės sistemų išdėstymo aprašymu.

Mes patariame susipažinti su:

1. Kaip pasigaminti saulės bateriją savo rankomis: savarankiško surinkimo instrukcija
2. Saulės šildymo sistemos: šildymo technologijos, paremtos saulės sistemomis, analizė
3. Saulės baterijų prijungimo schema: prie valdiklio, akumuliatoriaus ir aptarnaujamų sistemų

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Pateiktuose vaizdo įrašuose parodytas įvairių saulės baterijų veikimas realiomis sąlygomis. Jie taip pat padės suprasti susijusios įrangos pasirinkimo problemas.

Saulės baterijų ir susijusios įrangos pasirinkimo taisyklės:

Saulės baterijų tipai:

Vienkristalių ir polikristalinių plokščių bandymas:

Gyventojams ir mažiems pramonės objektams kristalinio silicio plokščių realios alternatyvos nėra. Naujų tipų saulės baterijų plėtros tempas leidžia tikėtis, kad netrukus saulės energija taps pagrindiniu elektros energijos šaltiniu daugelyje sodybų.

Siūlome visiems, besidomintiems saulės baterijų pasirinkimo ir naudojimo problemomis, palikti komentarus, užduoti klausimus ir dalyvauti diskusijose. Kontaktinė forma yra apatiniame bloke.