Rodzaje paneli słonecznych: porównawczy przegląd projektów i wskazówki dotyczące wyboru paneli

Energia alternatywna rozwija się w Europie w jak największym stopniu, pokazując wyniki swojej obietnicy. Pojawiają się nowe typy paneli słonecznych, ich wydajność wzrasta.

Jeśli chcesz zapewnić funkcjonowanie budynku przemysłowego lub budynku mieszkalnego ze względu na energię słońca, musisz najpierw dowiedzieć się o różnicach w wyposażeniu, aby zrozumieć, które panele słoneczne są odpowiednie dla warunków klimatycznych w danym regionie.

Pomożemy zrozumieć ten problem. W artykule opisano zasadę działania konwerterów fotowoltaicznych, przedstawiono przegląd różnych rodzajów paneli słonecznych ze wskazaniem ich cech, zalet i wad. Po przeczytaniu materiału możesz dokonać właściwego wyboru w celu stworzenia skutecznego układu słonecznego.

Zasada działania paneli słonecznych

Zdecydowana większość paneli słonecznych to fizycznie konwertery fotowoltaiczne. Efekt wytwarzania energii elektrycznej występuje w miejscu złącza pn półprzewodnika.

Są to krzemowe płytki, które stanowią podstawę kosztów paneli słonecznych, ale gdy są używane jako całodobowe źródło energii elektrycznej, będziesz musiał dodatkowo kupić drogie baterie

Panel składa się z dwóch płytek krzemowych o różnych właściwościach. Pod wpływem światła w jednym z nich brakuje elektronów, a w drugim - ich nadmiar. Każda płytka ma miedziane paski przewodzące, które łączą się z przetwornicami napięcia.

Przemysłowy panel słoneczny składa się z wielu laminowanych ogniw fotowoltaicznych połączonych ze sobą i zamontowanych na elastycznym lub sztywnym podłożu.

Wydajność sprzętu zależy w dużej mierze od czystości krzemu i orientacji jego kryształów. Właśnie te parametry inżynierowie starają się poprawić w ostatnich dziesięcioleciach.Głównym problemem w tym przypadku jest wysoki koszt procesów leżących u podstaw oczyszczania krzemu i lokalizacja kryształów w jednym kierunku na całym panelu.

Każdego roku maksymalna wydajność różnych paneli słonecznych zmienia się w górę, ponieważ miliardy dolarów są inwestowane w badania nowych materiałów fotowoltaicznych (+)

Półprzewodniki konwerterów fotoelektrycznych mogą być wykonane nie tylko z krzemu, ale także z innych materiałów - zasada baterii to się nie zmienia.

Rodzaje konwerterów fotoelektrycznych

Przemysłowe panele słoneczne są klasyfikowane według ich cech konstrukcyjnych i rodzaju działającej warstwy fotowoltaicznej.

Istnieją następujące rodzaje baterii według rodzaju urządzenia:

• elastyczne panele;
• sztywne moduły.

Elastyczne panele cienkowarstwowe stopniowo zajmują większą niszę na rynku ze względu na ich wszechstronność montażu, ponieważ można je instalować na większości powierzchni o różnych formach architektonicznych.

Rzeczywiste właściwości paneli słonecznych są zwykle niższe niż te wskazane w instrukcji. Dlatego przed zainstalowaniem ich w domu zaleca się samemu zobaczyć podobny ukończony projekt

W zależności od rodzaju działającej warstwy fotowoltaicznej ogniwa słoneczne dzielą się na takie odmiany:

1. Krzem: monokrystaliczny, polikrystaliczny, amorficzny.
2. Kadm telluru.
3. Na bazie selenku indowo-miedziowo-galowego.
4. Polimer
5. Organiczne
6. Na bazie arsenu galu.
7. Połączone i wielowarstwowe.

Interesujące dla ogólnego konsumenta nie są wszystkie typy paneli słonecznych, ale tylko dwa pierwsze podgatunki krystaliczne.

Chociaż niektóre inne typy paneli mają wysoką wydajność, ale ze względu na wysokie koszty, nie są szeroko stosowane.

Krzemowe ogniwa fotowoltaiczne są dość wrażliwe na ciepło. Podstawowa temperatura do pomiaru wytwarzania energii wynosi 25 ° C. Po zwiększeniu o jeden stopień wydajność paneli spada o 0,45-0,5%.

Następnie zostaną szczegółowo zbadane panele słoneczne, które cieszą się największym zainteresowaniem konsumentów.

Charakterystyka paneli na bazie krzemu

Krzem do paneli słonecznych wykonany jest z proszku kwarcowego - kruszonych kryształów kwarcu. Najbogatsze złoża surowców znajdują się na zachodniej Syberii i środkowym Uralu, dlatego perspektywy dla tego obszaru energii słonecznej są niemal nieograniczone.

Nawet teraz krystaliczne i amorficzne panele silikonowe zajmują już ponad 80% rynku. Dlatego warto rozważyć je bardziej szczegółowo.

Panele z monokrystalicznego krzemu

Nowoczesne monokrystaliczne płytki krzemowe (mono-Si) mają jednolity ciemnoniebieski kolor na całej powierzchni. Do ich produkcji używa się najczystszego krzemu. Fotokomórki monokrystaliczne wśród wszystkich płytek krzemowych mają najwyższą cenę, ale zapewniają również najlepszą wydajność.

Duże monokrystaliczne panele słoneczne z mechanizmami obrotowymi idealnie pasują do pustynnych krajobrazów. Zapewnia warunki dla maksymalnej wydajności.

Wysoki koszt produkcji wynika z trudności z ukierunkowaniem wszystkich kryształów krzemu w jednym kierunku. Dzięki takim właściwościom fizycznym warstwy roboczej maksymalna wydajność jest zapewniona tylko wtedy, gdy światło słoneczne jest prostopadłe do powierzchni płyty.

Baterie monokrystaliczne wymagają dodatkowego sprzętu, który automatycznie obraca je w ciągu dnia, dzięki czemu płaszczyzna paneli jest możliwie prostopadła do promieni słonecznych.

Warstwy krzemu z jednostronnie zorientowanymi kryształami są wycinane z cylindrycznego pręta metalowego, dzięki czemu gotowe bloki fotowoltaiczne mają kształt zaokrąglonego kwadratowego rogu.

Zalety monokrystalicznych baterii krzemowych obejmują:

1. Wysoka wydajność o wartości 17–25%.
2. Zwartość - mniejszy obszar rozmieszczenia sprzętu na jednostkę mocy, w porównaniu z panelami z polikrystalicznego krzemu.
3. Długowieczność - zapewniona jest wystarczająca sprawność wytwarzania energii do 25 lat.

Takie baterie mają tylko dwie wady:

1. Wysoki koszt i długi zwrot.
2. Wrażliwość na zanieczyszczenia. Pył rozprasza światło, dlatego wydajność pokrytych nim paneli słonecznych gwałtownie spada.

Ze względu na potrzebę bezpośredniego światła słonecznego, pojedyncze kryształy panele słoneczne są zainstalowane głównie na otwartej przestrzeni lub na wysokości. Im bliżej obszaru do równika i im więcej jest słonecznych dni, tym bardziej preferowana jest instalacja tego rodzaju ogniw fotowoltaicznych.

Polikrystaliczne panele słoneczne

Panele z polikrystalicznego krzemu (multi-Si) mają nierównomierny niebieski kolor ze względu na wszechstronną orientację kryształów. Czystość krzemu użytego do ich produkcji jest nieco niższa niż analogów monokryształów.

Wielokierunkowość kryształów zapewnia wysoką wydajność przy rozproszonym świetle - 12-18%. Jest niższy niż w jednokierunkowych kryształach, ale w pochmurnych warunkach takie panele są bardziej skuteczne.

Niejednorodność materiału prowadzi również do obniżenia kosztów produkcji krzemu. Oczyszczony metal do polikrystalicznych paneli słonecznych wlewa się do foremek bez specjalnych sztuczek.

W produkcji stosuje się specjalne techniki do tworzenia kryształów, ale ich orientacja nie jest kontrolowana. Po schłodzeniu krzem jest cięty na warstwy i przetwarzany zgodnie ze specjalnym algorytmem.

Panele polikrystaliczne nie wymagają stałej orientacji w stronę słońca, dlatego dachy domów i budynków przemysłowych są aktywnie wykorzystywane do ich umieszczania.

W ciągu dnia, przy słabym zachmurzeniu, zalety amorficznych silikonowych paneli słonecznych nie będą zauważalne, ich zalety ujawniają się tylko w gęstych chmurach lub w cieniu (+)

Zalety paneli słonecznych z wielokierunkowymi kryształami obejmują:

1. Wysoka wydajność w świetle otoczenia.
2. Możliwość instalacji stacjonarnej na dachach budynków.
3. Niższy koszt w porównaniu z panelami monokrystalicznymi.
4. Czas trwania operacji - spadek wydajności po 20 latach eksploatacji wynosi tylko 15-20%.

Dostępne są również wady paneli polikrystalicznych:

1. Niska wydajność o wartości 12–18%.
2. Względna wielkość - wymaga więcej miejsca na instalację na jednostkę mocy w porównaniu do monokrystalicznych odpowiedników.

Polikrystaliczne panele słoneczne zyskują coraz większy udział w rynku wśród innych akumulatorów silikonowych. Zapewniają to szerokie potencjalne możliwości obniżenia kosztów ich produkcji. Wydajność takich paneli również rośnie z roku na rok, gwałtownie zbliżając się do 20% w przypadku produktów masowych.

Amorficzne silikonowe panele słoneczne

Mechanizm produkcji amorficznych krzemowych paneli słonecznych zasadniczo różni się od produkcji krystalicznych ogniw fotowoltaicznych. W tym przypadku nie stosuje się czystego niemetalu, ale jego wodorek, którego gorące opary osadzają się na podłożu.

W wyniku tej technologii klasyczne kryształy nie powstają, a koszty produkcji są znacznie zmniejszone.

Wytrącone bezpostaciowe fotokomórki krzemowe można montować zarówno na elastycznym podłożu polimerowym, jak i na sztywnej płycie szklanej

W tej chwili istnieją już trzy generacje paneli wykonanych z amorficznego krzemu, w każdej z nich zauważalnie wzrasta wydajność. Jeśli pierwsze moduły fotowoltaiczne miały sprawność 4-5%, teraz modele drugiej generacji o wydajności 8-9% są masowo sprzedawane na rynku.

Najnowocześniejsze panele amorficzne mają wydajność do 12% i już zaczynają pojawiać się w sprzedaży, ale wciąż są dość drogie.

Ze względu na cechy tej technologii produkcji możliwe jest utworzenie warstwy krzemu na sztywnym i elastycznym podłożu. Z tego powodu amorficzne moduły krzemowe są aktywnie wykorzystywane w elastycznych cienkowarstwowych modułach słonecznych. Ale opcje z elastycznym podkładem są znacznie droższe.

Struktura fizykochemiczna amorficznego krzemu pozwala na maksymalną absorpcję fotonów słabego rozproszonego światła w celu wytworzenia elektryczności. Dlatego takie panele są wygodne w użyciu na obszarach północnych z dużymi wolnymi obszarami.

Wydajność amorficznych akumulatorów na bazie krzemu nie zmniejsza się nawet w wysokich temperaturach, chociaż w tym parametrze są gorsze niż panele z arsenku galu.

Przy takim samym koszcie wyposażenia panele słoneczne z wodorku krzemu wykazują wyższą wydajność niż ich pojedyncze i polikrystaliczne analogi (+)

Podsumowując, możemy wskazać następujące zalety amorficznych paneli słonecznych:

1. Wszechstronność - zdolność do produkcji elastycznych i cienkich paneli, montażu baterii w dowolnej formie architektonicznej.
2. Wysoka wydajność w świetle otoczenia.
3. Stabilna praca w wysokich temperaturach.
4. Prostota i niezawodność projektu. Takie panele praktycznie się nie łamią.
5. Zachowanie wydajności w trudnych warunkach - mniejszy spadek wydajności, gdy zakurzona powierzchnia niż krystaliczne analogi

Żywotność takich ogniw fotowoltaicznych, począwszy od drugiej generacji, wynosi 20–25 lat przy spadku mocy wynoszącym 15–20%. Wady amorficznych paneli silikonowych obejmują jedynie potrzebę większych obszarów, aby pomieścić sprzęt o wymaganej mocy.

Przegląd urządzeń bezsilikonowych

Niektóre panele słoneczne wykonane z rzadkich i drogich metali mają wydajność ponad 30%. Są one wielokrotnie droższe niż ich krzemowe odpowiedniki, ale mimo to zajmują niszę handlową high-tech, dzięki ich szczególnym cechom.

Rzadkie metalowe panele słoneczne

Istnieje kilka rodzajów paneli słonecznych wykonanych z metali rzadkich i nie wszystkie z nich mają wyższą wydajność niż moduły krzemowe monokrystaliczne.

Jednak zdolność do pracy w ekstremalnych warunkach pozwala producentom takich paneli słonecznych na wytwarzanie konkurencyjnych produktów i prowadzenie dalszych badań.

Panele tellurku kadmu są aktywnie stosowane do okładzin budynków w krajach równikowych i arabskich, gdzie ich powierzchnia nagrzewa się do 70-80 stopni po południu

Głównymi stopami stosowanymi do produkcji ogniw fotowoltaicznych są tellurek kadmu (CdTe), selenek indowo-miedziowo-galowy (CIGS) i selenek indowo-miedziowy (CIS).

Kadm jest metalem toksycznym, a ind, gal i tellur są dość rzadkie i drogie, więc masowa produkcja paneli słonecznych na ich bazie jest nawet teoretycznie niemożliwa.

Wydajność takich paneli wynosi 25–35%, choć w wyjątkowych przypadkach może sięgać nawet 40%. Wcześniej były używane głównie w przemyśle kosmicznym, ale teraz pojawił się nowy obiecujący kierunek.

Ze względu na stabilną pracę ogniw słonecznych z metali rzadkich w temperaturach 130–150 ° C są one stosowane w elektrowniach słonecznych. W tym przypadku promienie słoneczne z dziesiątek lub setek luster skupiają się na małym panelu, który jednocześnie wytwarza energię elektryczną i zapewnia przenoszenie energii cieplnej do wodnego wymiennika ciepła.

W wyniku podgrzania wody powstaje para wodna, która powoduje, że turbina obraca się i wytwarza prąd. Zatem energia słoneczna jest przetwarzana jednocześnie w energię elektryczną na dwa sposoby z maksymalną wydajnością.

Analogi polimerowe i organiczne

Moduły fotowoltaiczne oparte na związkach organicznych i polimerowych zaczęto opracowywać dopiero w ostatniej dekadzie, ale naukowcy poczynili już znaczne postępy. Europejska firma wykazuje największy postęp Heliatek, który już wyposażył kilka wieżowców w organiczne panele słoneczne.

Grubość konstrukcji folii typu rolkowego Heliafilm wynosi tylko 1 mm.

Do produkcji paneli polimerowych stosuje się substancje takie jak fulereny węglowe, ftalocyjaninę miedzi, polifenylen i inne. Wydajność takich ogniw słonecznych osiąga już 14-15%, a koszt produkcji jest kilkakrotnie niższy niż w przypadku krystalicznych paneli słonecznych.

Kwestia okresu degradacji organicznej warstwy roboczej jest ostra. Jak dotąd nie można wiarygodnie potwierdzić poziomu wydajności po kilku latach eksploatacji.

Zalety organicznych paneli słonecznych to:

• możliwość przyjaznego dla środowiska usuwania;
• niski koszt produkcji;
• elastyczny design.

Wady takich fotokomórek obejmują stosunkowo niską wydajność i brak wiarygodnych informacji na temat okresów stabilnej pracy paneli. Możliwe, że za 5-10 lat znikną wszystkie wady organicznych ogniw słonecznych i staną się poważnymi konkurentami dla płytek krzemowych.

Który panel słoneczny wybrać?

Wybór paneli słonecznych do domów wiejskich na szerokości 45-60 ° nie jest trudny. Tutaj warto wziąć pod uwagę tylko dwie opcje: polikrystaliczne i monokrystaliczne panele silikonowe.

Jeśli brakuje miejsca, lepiej jest preferować bardziej wydajne modele z jednostronną orientacją kryształów, przy nieograniczonej powierzchni zaleca się zakup baterii polikrystalicznych.

Nie powinieneś polegać na prognozach firm analitycznych dotyczących rozwoju rynku paneli słonecznych, ponieważ ich najlepsze próbki mogły nie zostać jeszcze wynalezione

Wybór konkretnego producenta, wymaganej wydajności i dodatkowego wyposażenia jest lepszy przy udziale kierowników firm zajmujących się sprzedażą i instalacją takiego sprzętu. Należy pamiętać, że jakość i cena modułów fotowoltaicznych u największych producentów niewiele się różnią.

Należy pamiętać, że przy zamawianiu zestawu urządzeń pod klucz koszt samych paneli słonecznych wyniesie tylko 30-40% całości. Okresy zwrotu takich projektów wynoszą 5-10 lat i zależą od poziomu zużycia energii oraz możliwości sprzedaży nadwyżki energii elektrycznej do sieci miejskiej.

Niektórzy rzemieślnicy wolą montować panele słoneczne własnymi rękami. Na naszej stronie znajdują się artykuły ze szczegółowym opisem technologii wytwarzania takich paneli, ich połączeń i rozmieszczenia systemów solarnych.

Radzimy zapoznać się z:

1. Jak zrobić baterię słoneczną własnymi rękami: instrukcja samodzielnego montażu
2. Solarne systemy grzewcze: analiza technologii grzewczej opartej na systemach słonecznych
3. Schemat połączeń paneli słonecznych: do sterownika, akumulatora i obsługiwanych systemów

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Prezentowane filmy pokazują działanie różnych paneli słonecznych w rzeczywistych warunkach. Pomogą również zrozumieć problemy związane z wyborem odpowiedniego sprzętu.

Zasady wyboru paneli słonecznych i powiązanych urządzeń:

Rodzaje paneli słonecznych:

Testowanie paneli monokrystalicznych i polikrystalicznych:

Dla ludności i małych obiektów przemysłowych nie ma prawdziwej alternatywy dla paneli z krzemu krystalicznego. Ale tempo rozwoju nowych rodzajów paneli słonecznych pozwala nam mieć nadzieję, że wkrótce energia słoneczna stanie się głównym źródłem energii elektrycznej w wielu domach wiejskich.

Wszystkim zainteresowanym kwestią wyboru i korzystania z paneli słonecznych oferujemy komentarze, pytania i udział w dyskusjach. Formularz kontaktowy znajduje się w dolnym bloku.