Tipos de painéis solares: uma visão geral comparativa de projetos e dicas para escolher painéis

A energia alternativa está se desenvolvendo o máximo possível na Europa, mostrando os resultados de sua promessa. Novos tipos de painéis solares aparecem, sua eficiência aumenta.

Se você deseja garantir a operação de um edifício industrial ou residencial devido à energia do sol, primeiro deve aprender sobre as diferenças de equipamento, entender quais painéis solares são adequados para as condições climáticas de uma região específica.

Ajudaremos a entender esse problema. O artigo descreve o princípio de operação dos conversores fotovoltaicos, fornece uma visão geral dos diferentes tipos de painéis solares, com uma indicação de suas características, vantagens e desvantagens. Depois de ler o material, você pode fazer a escolha certa para organizar um sistema solar eficaz.

O princípio de operação dos painéis solares

A grande maioria dos painéis solares são conversores fisicamente fotovoltaicos. O efeito de geração de eletricidade ocorre no local da junção pn de semicondutores.

São as bolachas de silício que formam a base do custo dos painéis solares, mas, quando usadas como uma fonte contínua de eletricidade, você terá que comprar baterias caras adicionais

O painel consiste em duas pastilhas de silício com propriedades diferentes. Sob a influência da luz em um deles, há falta de elétrons e no outro - o excesso. Cada placa possui tiras condutoras de cobre que se conectam a conversores de tensão.

Um painel solar industrial consiste em muitas células fotovoltaicas laminadas coladas umas às outras e montadas em um substrato flexível ou rígido.

A eficiência do equipamento depende em grande parte da pureza do silício e da orientação de seus cristais. São esses parâmetros que os engenheiros tentam melhorar nas últimas décadas.O principal problema neste caso é o alto custo dos processos subjacentes à purificação do silício e a localização dos cristais em uma direção em todo o painel.

A cada ano, as eficiências máximas de vários painéis solares mudam para cima, porque bilhões de dólares são investidos na pesquisa de novos materiais fotovoltaicos (+)

Os semicondutores dos conversores fotoelétricos podem ser feitos não apenas de silício, mas também de outros materiais - princípio da bateria isso não muda.

Tipos de conversores fotoelétricos

Os painéis solares industriais são classificados por suas características de design e pelo tipo de camada fotovoltaica em funcionamento.

Existem estes tipos de baterias por tipo de dispositivo:

• painéis flexíveis;
• módulos rígidos.

Os painéis de filme fino flexíveis estão gradualmente ocupando um nicho maior no mercado devido à sua versatilidade de montagem, porque você pode instalá-los na maioria das superfícies com uma variedade de formas arquitetônicas.

As características reais dos painéis solares são geralmente inferiores às indicadas nas instruções. Portanto, antes de instalá-los em casa, é aconselhável ver você mesmo um projeto concluído

De acordo com o tipo de camada fotovoltaica de trabalho, as células solares são divididas em tais variedades:

1. Silício: monocristalino, policristalino, amorfo.
2. Telúrio cádmio.
3. Baseado em seleneto de índio-cobre-gálio.
4. Polímero.
5. Orgânico
6. Baseado em arseneto de gálio.
7. Combinado e multicamada.

De interesse do consumidor em geral não são todos os tipos de painéis solares, mas apenas as duas primeiras subespécies cristalinas.

Embora alguns outros tipos de painéis tenham alta eficiência, mas devido ao alto custo, eles não são amplamente utilizados.

As células fotovoltaicas de silício são bastante sensíveis ao calor. A temperatura base para medir a geração de energia é de 25 ° C. Quando é aumentada em um grau, a eficiência dos painéis diminui de 0,45 a 0,5%.

Em seguida, os painéis solares de maior interesse do consumidor serão examinados em detalhes.

Características dos painéis à base de silício

O silício para painéis solares é fabricado a partir de cristais de quartzo triturados em pó de quartzo. Os depósitos mais ricos de matérias-primas estão na Sibéria Ocidental e nos Urais do Oriente, portanto, as perspectivas para essa área de energia solar são quase ilimitadas.

Mesmo agora, os painéis de silício cristalino e amorfo já ocupam mais de 80% do mercado. Portanto, vale a pena considerá-los com mais detalhes.

Painéis monocristalinos de silício

As bolachas de silício monocristalinas modernas (mono-Si) têm uma cor azul escura uniforme em toda a superfície. Para sua produção, é utilizado o silício mais puro. As fotocélulas monocristalinas entre todas as pastilhas de silício têm o preço mais alto, mas também oferecem a melhor eficiência.

Grandes painéis solares monocristalinos com mecanismos rotativos se encaixam perfeitamente nas paisagens do deserto. Ele fornece as condições para a máxima produtividade.

O alto custo de produção é devido à dificuldade de orientar todos os cristais de silício em uma direção. Devido a essas propriedades físicas da camada de trabalho, a eficiência máxima é garantida apenas quando a luz do sol é perpendicular à superfície da placa.

As baterias monocristalinas requerem equipamento adicional que as gire automaticamente durante o dia, para que o plano dos painéis fique o mais perpendicular possível aos raios solares.

As camadas de silicone com cristais orientados de um lado são cortadas de uma barra de metal cilíndrica, de modo que os blocos fotovoltaicos acabados têm a forma de um quadrado arredondado nos cantos.

As vantagens das baterias de silício monocristalino incluem:

1. Alta eficiência com um valor de 17-25%.
2. Compacidade - uma área menor de colocação de equipamentos por unidade de energia, em comparação com os painéis de silício policristalino.
3. Longevidade - eficiência de geração de energia suficiente é fornecida por até 25 anos.

Existem apenas duas desvantagens nessas baterias:

1. Alto custo e retorno longo.
2. Sensibilidade à poluição. A poeira dispersa a luz, portanto, a eficiência dos painéis solares revestidos diminui acentuadamente.

Devido à necessidade de luz solar direta, cristais únicos painéis solares são instalados principalmente em áreas abertas ou em alturas. Quanto mais próxima a área do equador e mais dias ensolarados, mais preferível é a instalação desse tipo específico de células fotovoltaicas.

Painéis solares policristalinos

Os painéis de silício policristalino (multi-Si) têm uma cor azul desigual devido à orientação versátil dos cristais. A pureza do silício usado em sua produção é ligeiramente menor que a dos análogos de cristal único.

A multidirecionalidade dos cristais fornece alta eficiência com luz dispersa - 12-18%. É mais baixo do que nos cristais unidirecionais, mas em condições nubladas, esses painéis são mais eficazes.

A heterogeneidade do material também leva a uma diminuição no custo da produção de silício. O metal purificado para painéis solares policristalinos é derramado em moldes sem truques especiais.

Na produção, técnicas especiais são usadas para formar cristais, mas sua orientação não é controlada. Após o resfriamento, o silício é cortado em camadas e processado de acordo com um algoritmo especial.

Os painéis policristalinos não exigem orientação constante em relação ao sol; portanto, os telhados de casas e edifícios industriais são usados ​​ativamente para sua colocação.

Durante o dia, com nublado claro, as vantagens dos painéis solares de silício amorfo não serão perceptíveis, suas vantagens são reveladas apenas com nuvens densas ou na sombra (+)

As vantagens dos painéis solares com cristais multidirecionais incluem:

1. Alto desempenho à luz ambiente.
2. Possibilidade de instalação estacionária nos telhados dos edifícios.
3. Menor custo em comparação com os painéis monocristalinos.
4. Duração da operação - a queda de eficiência após 20 anos de operação é de apenas 15 a 20%.

Desvantagens dos painéis policristalinos também estão disponíveis:

1. Baixa eficiência com um valor de 12-18%.
2. Intensidade relativa - requer mais espaço para instalação por unidade de energia em comparação com contrapartes de cristal único.

Os painéis solares policristalinos estão ganhando uma participação de mercado crescente entre outras baterias de silício. Isso é garantido por amplas oportunidades potenciais para reduzir o custo de sua produção. A eficiência desses painéis também está aumentando anualmente, aproximando-se rapidamente de 20% para produtos de massa.

Painéis solares de silício amorfo

O mecanismo para a produção de painéis solares de silício amorfo é fundamentalmente diferente da fabricação de células fotovoltaicas cristalinas. Aqui, não é usado metal não puro, mas seu hidreto, cujos vapores quentes são depositados no substrato.

Como resultado dessa tecnologia, os cristais clássicos não são formados e os custos de produção são bastante reduzidos.

As fotocélulas de silício amorfo precipitadas podem ser montadas em um substrato de polímero flexível e em uma folha de vidro rígida

No momento, já existem três gerações de painéis feitos de silício amorfo, em cada um dos quais a eficiência é visivelmente aumentada. Se os primeiros módulos fotovoltaicos tiveram uma eficiência de 4-5%, agora os modelos de segunda geração com eficiência de 8-9% são vendidos massivamente no mercado.

Os painéis amorfos de desenvolvimento mais recente têm uma eficiência de até 12% e já estão começando a aparecer à venda, mas ainda são bastante caros.

Devido às características dessa tecnologia de produção, é possível criar uma camada de silício em um substrato rígido e flexível. Por esse motivo, os módulos de silício amorfo são usados ​​ativamente em módulos solares de filme fino flexível. Mas as opções com suporte elástico são muito mais caras.

A estrutura físico-química do silício amorfo permite a absorção máxima de fótons de fraca luz dispersa para gerar eletricidade. Portanto, esses painéis são convenientes para uso em áreas do norte com grandes áreas livres.

A eficiência das baterias amorfas à base de silício não diminui mesmo em altas temperaturas, apesar de serem inferiores neste parâmetro aos painéis de arseneto de gálio.

Com o mesmo custo do equipamento, os painéis solares de hidreto de silício apresentam melhor desempenho que seus análogos simples e policristalinos (+)

Para resumir, podemos indicar as seguintes vantagens dos painéis solares amorfos:

1. Versatilidade - a capacidade de fabricar painéis finos e flexíveis, montando baterias em qualquer forma arquitetônica.
2. Alta eficiência à luz ambiente.
3. Trabalho estável a altas temperaturas.
4. Simplicidade e confiabilidade do projeto. Esses painéis praticamente não quebram.
5. Preservação do desempenho em condições difíceis - menos queda de desempenho quando a superfície empoeirada do que os análogos cristalinos

A vida útil dessas células fotovoltaicas, a partir da segunda geração, é de 20 a 25 anos, com uma queda de energia de 15 a 20%. As desvantagens dos painéis de silício amorfo incluem apenas a necessidade de áreas maiores para acomodar equipamentos com a potência necessária.

Visão geral de dispositivos sem silicone

Alguns painéis solares feitos com metais raros e caros têm uma eficiência de mais de 30%. Eles são muitas vezes mais caros que seus equivalentes de silício, mas, no entanto, ocuparam um nicho comercial de alta tecnologia, graças às suas características especiais.

Painéis solares de metal raro

Existem vários tipos de painéis solares feitos de metais raros, e nem todos eles têm uma eficiência superior à dos módulos de silício monocristalino.

No entanto, a capacidade de trabalhar em condições extremas permite que os fabricantes desses painéis solares produzam produtos competitivos e realizem pesquisas adicionais.

Os painéis de telureto de cádmio são usados ​​ativamente para enfrentar edifícios em países equatoriais e árabes, onde sua superfície aquece de 70 a 80 graus à tarde

As principais ligas usadas para a fabricação de células fotovoltaicas são o telureto de cádmio (CdTe), seleneto de cobre e gálio e índio (CIGS) e seleneto de cobre e índio (CIS).

O cádmio é um metal tóxico, e o índio, o gálio e o telúrio são bastante raros e caros, portanto a produção em massa de painéis solares baseados neles é até teoricamente impossível.

A eficiência desses painéis está no nível de 25 a 35%, embora em casos excepcionais possa chegar a 40%. Anteriormente, eles eram usados ​​principalmente na indústria espacial, mas agora uma nova direção promissora apareceu.

Devido à operação estável de células solares de metal raro a temperaturas de 130-150 ° C, elas são usadas em usinas térmicas solares. Nesse caso, os raios do sol de dezenas ou centenas de espelhos estão concentrados em um pequeno painel, que gera simultaneamente eletricidade e garante a transferência de energia térmica para o trocador de calor da água.

Como resultado do aquecimento da água, forma-se vapor, que faz com que a turbina gire e gere eletricidade. Assim, a energia solar é convertida em energia elétrica simultaneamente de duas maneiras, com a máxima eficiência.

Polímeros e análogos orgânicos

Módulos fotovoltaicos baseados em compostos orgânicos e de polímeros começaram a ser desenvolvidos apenas na última década, mas os pesquisadores já fizeram progressos significativos. Empresa europeia mostra o maior progresso Heliatek, que já equipou vários arranha-céus com painéis solares orgânicos.

A espessura de sua construção de filme tipo rolo Heliafilm é de apenas 1 mm.

Na fabricação de painéis de polímeros, são utilizadas substâncias como fulerenos de carbono, ftalocianina de cobre, polifenileno e outros. A eficiência dessas células solares já atinge 14-15%, e o custo de produção é várias vezes menor que os painéis solares cristalinos.

A questão do período de degradação da camada orgânica de trabalho é aguda. Até o momento, não é possível confirmar com segurança o nível de eficiência após vários anos de operação.

Os benefícios dos painéis solares orgânicos são:

• a possibilidade de descarte ecológico;
• baixo custo de produção;
• design flexível.

As desvantagens de tais fotocélulas incluem a eficiência relativamente baixa e a falta de informações confiáveis ​​sobre os períodos de operação estável dos painéis. É possível que em 5 a 10 anos todas as desvantagens das células solares orgânicas desapareçam e se tornem concorrentes sérios das bolachas de silício.

Qual painel solar para escolher?

A escolha de painéis solares para casas de campo a uma latitude de 45-60 ° não é difícil. Aqui, vale considerar apenas duas opções: painéis de silício policristalino e monocristalino.

Se houver falta de espaço, é melhor dar preferência a modelos mais eficientes com orientação unilateral dos cristais; com uma área ilimitada, recomenda-se a compra de baterias policristalinas.

Você não deve confiar nas previsões de empresas analíticas para o desenvolvimento do mercado de painéis solares, porque suas melhores amostras ainda não foram inventadas

Escolhendo um fabricante específico, a capacidade necessária e o equipamento adicional são melhores com a participação de gerentes de empresas envolvidas na venda e instalação de tais equipamentos. Você deve estar ciente de que a qualidade e o preço dos módulos fotovoltaicos dos maiores fabricantes diferem pouco.

Observe que, ao solicitar um conjunto de equipamentos chave na mão, o custo dos próprios painéis solares será de apenas 30-40% do total. Os períodos de retorno desses projetos são de 5 a 10 anos e dependem do nível de consumo de energia e da possibilidade de vender excedente de eletricidade para a rede da cidade.

Alguns artesãos preferem montar painéis solares com as próprias mãos. Em nosso site, existem artigos com uma descrição detalhada da tecnologia de fabricação desses painéis, sua conexão e disposição dos sistemas solares de aquecimento.

Aconselhamos que você se familiarize com:

1. Como fazer uma bateria solar com suas próprias mãos: instruções de montagem automática
2. Sistemas de aquecimento solar: análise da tecnologia de aquecimento baseada em sistemas solares
3. Esquema de conexão de painéis solares: ao controlador, à bateria e aos sistemas de manutenção

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Os vídeos apresentados mostram a operação de vários painéis solares em condições reais. Eles também ajudarão a entender os problemas de escolha de equipamentos relacionados.

Regras para a escolha de painéis solares e equipamentos relacionados:

Tipos de painéis solares:

Teste de painéis monocristalinos e policristalinos:

Para a população e pequenas instalações industriais, não há alternativa real aos painéis de silício cristalino. Mas o ritmo de desenvolvimento de novos tipos de painéis solares nos permite esperar que em breve a energia do sol se torne a principal fonte de eletricidade em muitas casas de campo.

Oferecemos a todos os interessados ​​na questão de escolher e usar painéis solares para deixar comentários, fazer perguntas e participar de discussões. O formulário de contato está localizado no bloco inferior.