Saules paneļu veidi: salīdzinošs pārskats par dizainparaugiem un padomiem paneļu izvēlei

Alternatīvā enerģija pēc iespējas attīstās Eiropā, parādot tās solījumu rezultātus. Parādās jauni saules paneļu veidi, palielinās to efektivitāte.

Ja vēlaties nodrošināt rūpniecības ēkas vai dzīvojamās ēkas darbību saules enerģijas dēļ, vispirms jāapgūst atšķirības aprīkojumā, jāsaprot, kuri saules paneļi ir piemēroti konkrēta reģiona klimatiskajiem apstākļiem.

Mēs palīdzēsim izprast šo jautājumu. Rakstā aprakstīts fotoelektrisko pārveidotāju darbības princips, sniegts pārskats par dažādiem saules paneļu veidiem ar norādi par to īpašībām, priekšrocībām un trūkumiem. Pēc materiāla lasīšanas jūs varat izdarīt pareizo izvēli efektīvas saules sistēmas sakārtošanai.

Saules paneļu darbības princips

Lielākā daļa saules paneļu ir fiziski fotoelektriskie pārveidotāji. Elektrības ģenerēšanas efekts rodas pusvadītāju pn savienojuma vietā.

Tieši silikona vafeles veido saules paneļu izmaksu pamatu, taču, ja tos izmanto kā diennakts elektroenerģijas avotu, jums būs papildus jāiegādājas arī dārgas baterijas.

Paneli veido divi silīcija vafeles ar atšķirīgām īpašībām. Gaismas ietekmē vienā no tiem trūkst elektronu, bet otrā - to pārpalikums. Katrā plāksnē ir vara vadošas sloksnes, kas savieno ar sprieguma pārveidotājiem.

Rūpnieciskais saules panelis sastāv no daudzām laminētām fotoelementiem, kas savstarpēji savienoti un piestiprināti uz elastīga vai stingra pamatnes.

Iekārtu efektivitāte lielā mērā ir atkarīga no silīcija tīrības un tā kristālu orientācijas. Tieši šos parametrus inženieri pēdējās desmitgadēs ir centušies uzlabot.Galvenā problēma šajā gadījumā ir to procesu augstās izmaksas, kuru pamatā ir silīcija attīrīšana, un kristālu izvietojums vienā virzienā visā paneļa garumā.

Katru gadu dažādu saules paneļu maksimālā efektivitāte mainās uz augšu, jo miljardu dolāru tiek ieguldīti jaunu fotoelektrisko materiālu izpētē (+)

Fotoelektrisko pārveidotāju pusvadītājus var izgatavot ne tikai no silīcija, bet arī no citiem materiāliem - akumulatora princips tas nemainās.

Fotoelektrisko pārveidotāju veidi

Rūpnieciskos saules paneļus klasificē pēc to dizaina iezīmēm un strādājošā fotoelektriskā slāņa veida.

Pēc ierīces veida ir šie bateriju veidi:

• elastīgi paneļi;
• stingrie moduļi.

Elastīgie plānslāņu paneļi pakāpeniski ieņem aizvien lielāku tirgus nišu to montāžas daudzpusības dēļ, jo tos var uzstādīt uz vairuma virsmu ar dažādām arhitektūras formām.

Faktiskās saules paneļu īpašības parasti ir zemākas par tām, kas norādītas instrukcijās. Tāpēc pirms to uzstādīšanas mājās ieteicams pats redzēt līdzīgu pabeigtu projektu

Atkarībā no fotoelektriskā slāņa veida saules baterijas tiek sadalītas šādās šķirnēs:

1. Silīcijs: monokristālisks, polikristālisks, amorfs.
2. Telūra kadmijs.
3. Balstīts uz indija-vara-gallija selenīdu.
4. Polimērs.
5. Organisks
6. Balstīts uz gallija arsenīdu.
7. Kombinēts un daudzslāņu.

Plašu patērētāju interesē ne visi saules paneļu veidi, bet tikai pirmās divas kristāliskās pasugas.

Lai gan dažiem citiem paneļu veidiem ir augsta efektivitāte, taču augsto izmaksu dēļ tie netiek plaši izmantoti.

Silīcija fotoelementi ir diezgan jutīgi pret karstumu. Bāzes temperatūra enerģijas ražošanas mērīšanai ir 25 ° C. Palielinot to par vienu grādu, paneļu efektivitāte samazinās par 0,45–0,5%.

Tālāk tiks sīki izpētīti saules paneļi, kas visvairāk interesē patērētājus.

Silīcija paneļu raksturojums

Saules paneļu silīcijs ir izgatavots no kvarca pulvera - sasmalcinātiem kvarca kristāliem. Bagātākās izejvielu atradnes ir Rietumsibīrijā un Vidējos Urālos, tāpēc šīs saules enerģijas zonas izredzes ir gandrīz neierobežotas.

Pat tagad kristāliskie un amorfie silīcija paneļi jau aizņem vairāk nekā 80% tirgus. Tāpēc ir vērts tos apsvērt sīkāk.

Monokristāliski silīcija paneļi

Mūsdienu viena kristāla silīcija vafelēm (mono-Si) ir vienāda tumši zila krāsa pa visu virsmu. To ražošanai tiek izmantots tīrākais silīcijs. Monokristāliskajiem fotoelementiem starp visiem silīcija vafelēm ir visaugstākā cena, taču tie arī nodrošina vislabāko efektivitāti.

Lieli monokristāliski saules paneļi ar rotācijas mehānismiem lieliski iekļaujas tuksneša ainavās. Tas nodrošina maksimālas produktivitātes nosacījumus.

Augstās ražošanas izmaksas ir saistītas ar grūtībām visus silīcija kristālus orientēt vienā virzienā. Šādu darba slāņa fizikālo īpašību dēļ maksimālā efektivitāte tiek nodrošināta tikai tad, ja saules gaisma ir perpendikulāra plāksnes virsmai.

Monokristālu akumulatoriem ir nepieciešams papildu aprīkojums, kas tos automātiski pagriež dienas laikā, lai paneļu plakne būtu pēc iespējas perpendikulāra saules stariem.

Silīcija slāņi ar vienpusēji orientētiem kristāliem tiek sagriezti no cilindriska metāla stieņa, tāpēc gatavajiem fotoelektriskajiem blokiem ir kvadrāta forma, kas noapaļota stūros.

Viena kristāla silīcija akumulatoru priekšrocībās ietilpst:

1. Augsta efektivitāte ar vērtību 17-25%.
2. Kompaktums - mazāks aprīkojuma izvietojuma laukums uz jaudu, salīdzinot ar polikristāliskajiem silīcija paneļiem.
3. Ilgmūžība - tiek nodrošināta pietiekama enerģijas ražošanas efektivitāte līdz 25 gadiem.

Šādām baterijām ir tikai divi trūkumi:

1. Augstas izmaksas un ilga atmaksa.
2. Jutība pret piesārņojumu. Putekļi izkliedē gaismu, tāpēc ar to pārklāto saules paneļu efektivitāte strauji pazeminās.

Sakarā ar nepieciešamību pēc tiešiem saules stariem, vienkristāliem ir uzstādīti saules paneļi galvenokārt atklātās vietās vai augstumā. Jo tuvāk apgabals atrodas ekvatoram un jo vairāk tajā ir saulainu dienu, jo vēlamāka ir šāda veida fotoelektrisko elementu uzstādīšana.

Polikristāliski saules paneļi

Polikristāliskajiem silīcija paneļiem (multi-Si) ir nevienmērīga zila krāsa, pateicoties kristālu daudzveidīgajai orientācijai. To ražošanā izmantotā silīcija tīrība ir nedaudz zemāka nekā monokristālu analogiem.

Kristālu daudzvirzienu spēja nodrošina augstu izkliedētās gaismas efektivitāti - 12-18%. Tas ir zemāks nekā vienvirziena kristālos, bet duļķainos apstākļos šādi paneļi ir efektīvāki.

Materiāla neviendabīgums izraisa arī silīcija ražošanas izmaksu samazināšanos. Attīrīts metāls polikristāliskajiem saules paneļiem tiek ieliets veidnēs bez īpašiem trikiem.

Ražošanā kristālu veidošanai tiek izmantotas īpašas tehnikas, taču to orientācija netiek kontrolēta. Pēc atdzesēšanas silīciju sagriež slāņos un apstrādā pēc īpaša algoritma.

Polikristāliskajiem paneļiem nav nepieciešama pastāvīga orientācija uz sauli, tāpēc to izvietošanai aktīvi tiek izmantoti māju jumti un rūpniecības ēkas.

Dienas laikā ar nelielu mākoņainību amorfā silīcija saules paneļu priekšrocības nebūs pamanāmas, to priekšrocības tiek atklātas tikai ar blīviem mākoņiem vai ēnā (+)

Saules paneļu ar daudzvirzienu kristāliem priekšrocības ir šādas:

1. Augsta veiktspēja apkārtējā apgaismojumā.
2. Stacionāras uzstādīšanas iespēja uz ēku jumtiem.
3. Zemākas izmaksas salīdzinājumā ar monokristāliskajiem paneļiem.
4. Darbības ilgums - efektivitātes kritums pēc 20 darbības gadiem ir tikai 15-20%.

Polikristālisko paneļu trūkumiem ir arī:

1. Zema efektivitāte ar vērtību 12-18%.
2. Relatīvā lielapjoma - prasa vairāk vietas uzstādīšanai uz jaudas vienību, salīdzinot ar viena kristāla kolēģiem.

Polikristāliskie saules paneļi iegūst aizvien lielāku tirgus daļu starp citām silīcija baterijām. To nodrošina plašās potenciālās iespējas samazināt to ražošanas izmaksas. Arī šādu paneļu efektivitāte katru gadu palielinās, masveida izstrādājumiem strauji tuvojoties 20%.

Amorfie silīcija saules paneļi

Amorfu silīcija saules paneļu ražošanas mehānisms būtiski atšķiras no kristālisko fotoelementu ražošanas. Šeit izmanto nevis tīru nemetālu, bet gan tā hidrīdu, kura karstie tvaiki nogulsnējas uz pamatnes.

Šīs tehnoloģijas rezultātā klasiskie kristāli neveidojas, un ražošanas izmaksas tiek strauji samazinātas.

Nogulsnējušos amorfos silīcija fotoelementus var uzstādīt gan uz elastīga polimēra substrāta, gan uz stingras stikla loksnes.

Pašlaik jau ir trīs paaudzes paneļi, kas izgatavoti no amorfā silīcija, un katrā no tām efektivitāte ir ievērojami palielinājusies. Ja pirmo fotoelektrisko moduļu efektivitāte bija 4–5%, tagad tirgū tiek plaši pārdoti otrās paaudzes modeļi ar efektivitāti 8-9%.

Jaunākās attīstības amorfo paneļu efektivitāte ir līdz 12%, un tie jau sāk parādīties pārdošanā, taču tie joprojām ir diezgan dārgi.

Sakarā ar šīs ražošanas tehnoloģijas iezīmēm ir iespējams izveidot silīcija slāni gan uz stingras, gan elastīgas pamatnes. Tādēļ amorfos silīcija moduļus aktīvi izmanto elastīgos plānslāņu saules moduļos. Bet opcijas ar elastīgu pamatni ir daudz dārgākas.

Amorfā silīcija fizikāli ķīmiskā struktūra ļauj maksimāli absorbēt vāji izkliedētas gaismas fotonus, lai ģenerētu elektrību. Tāpēc šādus paneļus ir ērti izmantot ziemeļu apgabalos ar lielām brīvām platībām.

Amorfu silīcija bāzes akumulatoru efektivitāte nemazinās pat augstā temperatūrā, kaut arī šajā parametrā tie ir zemāki par gallija arsenīda paneļiem.

Par tām pašām aprīkojuma cenām silīcija hidrīda saules paneļi uzrāda lielāku veiktspēju nekā to vienkrāsas un polikristāliskie analogi (+)

Apkopojot, mēs varam norādīt šādas amorfo saules paneļu priekšrocības:

1. Daudzpusība - spēja izgatavot elastīgus un plānus paneļus, montējot akumulatorus uz jebkuras arhitektūras formas.
2. Augsta efektivitāte apkārtējā apgaismojumā.
3. Stabils darbs augstā temperatūrā.
4. Dizaina vienkāršība un uzticamība. Šādi paneļi praktiski nesadalās.
5. Izpildījuma saglabāšana sarežģītos apstākļos - mazāk veiktspējas krituma, ja putekļaina virsma, nekā kristāliskajiem analogiem

Šādu fotoelektrisko elementu kalpošanas laiks, sākot ar otro paaudzi, ir 20-25 gadi ar jaudas kritumu par 15-20%. Amorfu silīcija paneļu trūkumi ietver tikai nepieciešamību pēc lielākiem laukumiem, lai pielāgotos vajadzīgās jaudas iekārtām.

Pārskats par ierīcēm, kurās nav silīcija

Dažiem saules paneļiem, kas izgatavoti, izmantojot retus un dārgus metālus, efektivitāte pārsniedz 30%. Tie ir daudzreiz dārgāki nekā viņu silīcija kolēģi, taču, pateicoties īpašajām īpašībām, viņi ir ieņēmuši augsto tehnoloģiju tirdzniecības nišu.

Retā metāla saules paneļi

Ir vairāku veidu saules paneļi, kas izgatavoti no retiem metāliem, un ne visiem no tiem efektivitāte ir augstāka nekā viena kristāla silīcija moduļiem.

Tomēr spēja strādāt ekstremālos apstākļos ļauj šādu saules paneļu ražotājiem ražot konkurētspējīgus produktus un veikt turpmākus pētījumus.

Kadmija telurīda paneļi tiek aktīvi izmantoti ēku saskarei ekvatoriālajās un Arābijas valstīs, kur to virsma pēcpusdienā sasilda līdz 70–80 grādiem

Galvenie sakausējumi, ko izmanto fotoelementu elementu ražošanā, ir kadmija telurīds (CdTe), indija vara gallija selenīds (CIGS) un indija vara selenīds (CIS).

Kadmijs ir toksisks metāls, un indijs, gallijs un telūrs ir diezgan reti un dārgi, tāpēc uz tiem balstītu saules paneļu masveida ražošana ir pat teorētiski neiespējama.

Šādu paneļu efektivitāte ir 25-35% līmenī, lai gan izņēmuma gadījumos tā var sasniegt pat 40%. Iepriekš tos galvenokārt izmantoja kosmosa rūpniecībā, bet tagad ir parādījies jauns daudzsološs virziens.

Sakarā ar reto metālu saules bateriju stabilu darbību temperatūrā 130-150 ° C, tās tiek izmantotas saules termoelektrostacijās. Šajā gadījumā saules stari no desmitiem vai simtiem spoguļu tiek koncentrēti uz mazu paneli, kas vienlaikus rada elektrību un nodrošina siltumenerģijas pārnesi uz ūdens siltummaini.

Ūdens sildīšanas rezultātā veidojas tvaiks, kas izraisa turbīnas griešanos un elektroenerģijas ražošanu. Tādējādi saules enerģija vienlaicīgi divos veidos tiek pārveidota par elektrisko enerģiju ar maksimālu efektivitāti.

Polimēru un organiskie analogi

Fotoelementu moduļus, kuru pamatā ir organiskie un polimēru savienojumi, sāka attīstīt tikai pēdējā desmitgadē, taču pētnieki jau ir guvuši ievērojamus panākumus. Eiropas uzņēmums uzrāda vislielāko progresu Heliatek, kas jau ir aprīkojis vairākas augstceltnes ar organiskiem saules paneļiem.

Tās ruļļu veida plēves konstrukcijas biezums Heliafilm ir tikai 1 mm.

Polimēru paneļu ražošanā tiek izmantotas tādas vielas kā oglekļa fullēni, vara ftalocianīns, polifenilēns un citas. Šādu saules bateriju efektivitāte jau sasniedz 14-15%, un ražošanas izmaksas ir vairākas reizes mazākas nekā kristāliskajiem saules paneļiem.

Jautājums par organiskā darba slāņa noārdīšanās periodu ir aktuāls. Pagaidām nav iespējams ticami apstiprināt tā efektivitātes līmeni pēc vairāku gadu darbības.

Organisko saules paneļu priekšrocības ir:

• videi draudzīgas apglabāšanas iespēju;
• zemas ražošanas izmaksas;
• elastīgs dizains.

Šādu fotoelementu trūkumi ir salīdzinoši zemā efektivitāte un ticamas informācijas trūkums par paneļu stabilas darbības periodiem. Iespējams, ka 5-10 gadu laikā visi organisko saules elementu trūkumi izzudīs, un viņi kļūs par nopietniem konkurentiem silīcija vafelēm.

Kuru saules paneli izvēlēties?

Lauku māju saules paneļu izvēle 45-60 ° platumā nav grūta. Šeit ir vērts apsvērt tikai divas iespējas: polikristāliski un viena kristāla silīcija paneļi.

Ja trūkst vietas, labāk ir dot priekšroku efektīvākiem modeļiem ar kristālu vienpusēju orientāciju, ar neierobežotu platību ieteicams iegādāties polikristāliskas baterijas.

Saules paneļu tirgus attīstībā nevajadzētu paļauties uz analītisko uzņēmumu prognozēm, jo ​​to labākie paraugi, iespējams, vēl nav izgudroti

Izvēloties konkrētu ražotāju, nepieciešamā jauda un papildu aprīkojums ir labāks, ja piedalās tādu uzņēmumu vadītāji, kas nodarbojas ar šāda aprīkojuma pārdošanu un uzstādīšanu. Jums jāzina, ka fotoelektrisko moduļu kvalitāte un cena lielākajos ražotājos maz atšķiras.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka, pasūtot pabeigta aprīkojuma komplektu, pašu saules paneļu izmaksas būs tikai 30–40% no kopējām. Šādu projektu atmaksāšanās laikposmi ir 5–10 gadi, un tie ir atkarīgi no enerģijas patēriņa līmeņa un iespējas pārdot pārpalikušo elektroenerģiju pilsētas tīklā.

Daži amatnieki dod priekšroku saules paneļu montāžai ar savām rokām. Mūsu vietnē ir raksti ar detalizētu aprakstu par šādu paneļu ražošanas tehnoloģiju, to savienojumu un apkures saules sistēmu izvietojumu.

Mēs iesakām iepazīties ar:

1. Kā padarīt saules bateriju ar savām rokām: instrukcija par montāžu sevī
2. Saules apkures sistēmas: uz saules sistēmām balstītas apkures tehnoloģijas analīze
3. Saules paneļu savienojuma shēma: ar kontrolieri, akumulatoru un apkalpotajām sistēmām

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Iesniegtie video parāda dažādu saules paneļu darbību reālos apstākļos. Viņi arī palīdzēs izprast saistītā aprīkojuma izvēles jautājumus.

Saules paneļu un saistītā aprīkojuma izvēles noteikumi:

Saules paneļu veidi:

Vienkristālu un polikristālu paneļu pārbaude:

Iedzīvotājiem un nelielām rūpniecības objektiem kristāliskajiem silīcija paneļiem nav reālas alternatīvas. Bet jauna veida saules paneļu attīstības tempi ļauj cerēt, ka drīz saules enerģija kļūs par galveno elektrības avotu daudzās lauku mājās.

Mēs piedāvājam ikvienam, kuru interesē saules paneļu izvēles un lietošanas jautājums, atstāt komentārus, uzdot jautājumus un piedalīties diskusijās. Kontakta forma atrodas apakšējā blokā.