Các loại tấm pin mặt trời: tổng quan so sánh về thiết kế và mẹo chọn tấm pin

Năng lượng thay thế đang phát triển hết mức có thể ở châu Âu, cho thấy kết quả của lời hứa. Các loại tấm pin mặt trời mới xuất hiện, hiệu quả của chúng tăng lên.

Nếu bạn muốn đảm bảo hoạt động của một tòa nhà công nghiệp hoặc tòa nhà dân cư do năng lượng của mặt trời, trước tiên bạn phải tìm hiểu về sự khác biệt trong thiết bị, hiểu tấm pin mặt trời nào phù hợp với điều kiện khí hậu của một khu vực cụ thể.

Chúng tôi sẽ giúp hiểu vấn đề này. Bài viết mô tả nguyên lý hoạt động của các bộ biến đổi quang điện, cung cấp một cái nhìn tổng quan về các loại tấm pin mặt trời khác nhau với một chỉ dẫn về đặc điểm, ưu điểm và nhược điểm của chúng. Sau khi đọc tài liệu, bạn có thể đưa ra lựa chọn đúng đắn cho việc sắp xếp một hệ mặt trời hiệu quả.

Nguyên lý hoạt động của tấm pin mặt trời

Phần lớn các tấm pin mặt trời là bộ chuyển đổi quang điện vật lý. Hiệu ứng tạo ra điện xảy ra tại vị trí của tiếp giáp pn bán dẫn.

Đó là tấm silicon làm nền tảng cho chi phí của các tấm pin mặt trời, nhưng khi được sử dụng làm nguồn điện xung quanh, bạn sẽ phải mua thêm pin đắt tiền

Bảng điều khiển bao gồm hai tấm silicon với các tính chất khác nhau. Dưới ảnh hưởng của ánh sáng ở một trong số chúng, thiếu điện tử và ở bên kia - sự dư thừa của chúng. Mỗi tấm có các dải dẫn đồng kết nối với bộ biến đổi điện áp.

Một tấm pin mặt trời công nghiệp bao gồm nhiều tế bào quang điện nhiều lớp liên kết với nhau và được gắn trên đế mềm hoặc cứng.

Hiệu quả của thiết bị phụ thuộc phần lớn vào độ tinh khiết của silicon và sự định hướng của các tinh thể của nó. Đó là những thông số mà các kỹ sư đã cố gắng cải thiện trong những thập kỷ gần đây.Vấn đề chính trong trường hợp này là chi phí cao của các quá trình làm nền tảng cho quá trình tinh chế silicon và vị trí của các tinh thể theo một hướng trên toàn bộ bảng điều khiển.

Mỗi năm, hiệu suất tối đa của các tấm pin mặt trời khác nhau thay đổi, bởi vì hàng tỷ đô la được đầu tư để nghiên cứu các vật liệu quang điện mới (+)

Chất bán dẫn của bộ chuyển đổi quang điện có thể được chế tạo không chỉ bằng silicon, mà còn bằng các vật liệu khác - nguyên lý pin nó không thay đổi

Các loại bộ chuyển đổi quang điện

Các tấm pin mặt trời công nghiệp được phân loại theo các tính năng thiết kế của chúng và loại lớp quang điện làm việc.

Có các loại pin theo loại thiết bị:

• tấm linh hoạt;
• mô-đun cứng nhắc.

Các tấm màng mỏng linh hoạt đang dần chiếm một vị trí ngày càng lớn trên thị trường do tính linh hoạt của chúng, bởi vì bạn có thể cài đặt chúng trên hầu hết các bề mặt với nhiều hình thức kiến ​​trúc.

Các đặc điểm thực tế của các tấm pin mặt trời thường thấp hơn so với chỉ dẫn trong hướng dẫn. Do đó, trước khi cài đặt chúng tại nhà, bạn nên tự mình xem một dự án hoàn thành tương tự

Theo loại của lớp quang điện làm việc, pin mặt trời được chia thành các loại như vậy:

1. Silic: đơn tinh thể, đa tinh thể, vô định hình.
2. Tellurium cadmium.
3. Dựa trên indi-đồng-gallium selenide.
4. Polime.
5. Hữu cơ
6. Dựa trên gallium arsenide.
7. Kết hợp và đa lớp.

Quan tâm đến người tiêu dùng nói chung không phải là tất cả các loại tấm pin mặt trời, mà chỉ có hai phân loài tinh thể đầu tiên.

Mặc dù một số loại tấm khác có hiệu quả cao, nhưng vì chi phí cao, chúng không được sử dụng rộng rãi.

Các tế bào quang điện silicon khá nhạy cảm với nhiệt. Nhiệt độ cơ sở để đo công suất phát là 25 ° C. Khi nó được tăng thêm một độ, hiệu quả của các tấm sẽ giảm 0,45-0,5%.

Tiếp theo, các tấm pin mặt trời được người tiêu dùng quan tâm nhất sẽ được kiểm tra chi tiết.

Đặc điểm của tấm nền silicon

Silicon cho các tấm pin mặt trời được làm từ bột thạch anh - tinh thể thạch anh nghiền. Các mỏ nguyên liệu thô phong phú nhất là ở Tây Siberia và Trung Urals, do đó, triển vọng cho khu vực năng lượng mặt trời này là gần như vô hạn.

Ngay cả bây giờ, các tấm silicon tinh thể và vô định hình đã chiếm hơn 80% thị trường. Do đó, đáng để xem xét chúng chi tiết hơn.

Tấm silicon đơn tinh thể

Tấm silicon đơn tinh thể hiện đại (mono-Si) có màu xanh đậm đồng nhất trên toàn bộ bề mặt. Đối với sản xuất của họ, silicon tinh khiết nhất được sử dụng. Các tế bào quang điện đơn tinh thể trong số tất cả các tấm silicon có giá cao nhất, nhưng cũng cung cấp hiệu quả tốt nhất.

Các tấm pin mặt trời đơn tinh thể lớn với cơ chế quay hoàn toàn phù hợp với cảnh quan sa mạc. Nó cung cấp các điều kiện cho năng suất tối đa.

Chi phí sản xuất cao là do khó định hướng tất cả các tinh thể silicon theo một hướng. Do tính chất vật lý như vậy của lớp làm việc, hiệu quả tối đa chỉ được đảm bảo khi ánh sáng mặt trời vuông góc với bề mặt của tấm.

Pin đơn tinh thể yêu cầu thiết bị bổ sung tự động xoay chúng trong ngày để mặt phẳng của các tấm càng vuông góc với tia mặt trời càng tốt.

Các lớp silicon với các tinh thể định hướng một phía được cắt từ một thanh kim loại hình trụ, do đó các khối quang điện thành phẩm có dạng một góc vuông tròn.

Ưu điểm của pin silicon đơn tinh thể bao gồm:

1. Hiệu quả cao với giá trị 17-25%.
2. Nhỏ gọn - diện tích nhỏ hơn của vị trí thiết bị trên một đơn vị năng lượng, so với các tấm silicon đa tinh thể.
3. Tuổi thọ - hiệu suất phát điện đủ được cung cấp lên đến 25 năm.

Chỉ có hai nhược điểm đối với pin như vậy:

1. Chi phí cao và hoàn vốn dài.
2. Nhạy cảm với ô nhiễm. Bụi làm tán xạ ánh sáng, do đó, hiệu quả của các tấm pin mặt trời được phủ bằng nó giảm mạnh.

Do nhu cầu ánh sáng mặt trời trực tiếp, các tinh thể đơn tấm pin mặt trời được lắp đặt Chủ yếu ở các khu vực mở hoặc ở độ cao. Khu vực càng gần xích đạo và càng có nhiều ngày nắng trong đó, việc lắp đặt loại tế bào quang điện đặc biệt này càng thích hợp hơn.

Tấm năng lượng mặt trời đa tinh thể

Các tấm silicon đa tinh thể (đa Si) có màu xanh không đồng đều do sự linh hoạt của các tinh thể. Độ tinh khiết của silicon được sử dụng trong sản xuất của họ thấp hơn một chút so với các chất tương tự đơn tinh thể.

Tính đa chiều của các tinh thể mang lại hiệu quả cao với ánh sáng tán xạ - 12-18%. Nó thấp hơn trong các tinh thể đơn hướng, nhưng trong điều kiện trời nhiều mây, các tấm như vậy có hiệu quả hơn.

Sự không đồng nhất của vật liệu cũng dẫn đến giảm chi phí sản xuất silicon. Kim loại tinh khiết cho các tấm pin mặt trời đa tinh thể được đổ vào khuôn mà không cần thủ thuật đặc biệt.

Trong sản xuất, các kỹ thuật đặc biệt được sử dụng để tạo thành tinh thể, nhưng định hướng của chúng không được kiểm soát. Sau khi làm mát, silicon được cắt thành các lớp và được xử lý theo một thuật toán đặc biệt.

Các tấm đa tinh thể không yêu cầu định hướng liên tục về phía mặt trời, do đó, mái nhà và các tòa nhà công nghiệp được sử dụng tích cực cho vị trí của chúng.

Vào ban ngày, với mây nhẹ, những lợi thế của tấm pin mặt trời silic vô định hình sẽ không được chú ý, lợi thế của chúng chỉ được bộc lộ với những đám mây dày đặc hoặc trong bóng râm (+)

Những lợi thế của các tấm pin mặt trời với các tinh thể đa chiều bao gồm:

1. Hiệu suất cao trong ánh sáng xung quanh.
2. Khả năng cài đặt văn phòng phẩm trên nóc tòa nhà.
3. Chi phí thấp hơn so với các tấm đơn tinh thể.
4. Thời gian hoạt động - hiệu quả giảm sau 20 năm hoạt động chỉ còn 15-20%.

Nhược điểm của tấm đa tinh thể cũng có sẵn:

1. Hiệu quả thấp với giá trị 12-18%.
2. Hàng loạt tương đối - đòi hỏi nhiều không gian hơn để cài đặt trên mỗi đơn vị năng lượng so với các đối tác đơn tinh thể.

Các tấm pin mặt trời đa tinh thể đang chiếm thị phần ngày càng tăng trong số các loại pin silicon khác. Điều này được đảm bảo bởi các cơ hội tiềm năng rộng lớn để giảm chi phí sản xuất của họ. Hiệu quả của các bảng như vậy cũng đang tăng lên hàng năm, nhanh chóng đạt 20% cho các sản phẩm đại chúng.

Tấm pin mặt trời vô định hình

Cơ chế sản xuất các tấm pin mặt trời silic vô định hình về cơ bản khác với việc sản xuất các tế bào quang điện tinh thể. Ở đây, không phải kim loại nguyên chất được sử dụng, mà là hydrua của nó, có hơi nóng được lắng đọng trên đế.

Kết quả của công nghệ này, các tinh thể cổ điển không được hình thành và chi phí sản xuất giảm mạnh.

Các tế bào quang điện silic vô định hình có thể được gắn cả trên đế polymer linh hoạt và trên một tấm kính cứng

Hiện tại, đã có ba thế hệ tấm được làm từ silicon vô định hình, trong đó mỗi thế hệ đều tăng hiệu quả rõ rệt. Nếu các mô-đun quang điện đầu tiên có hiệu suất 4-5% thì bây giờ các mô hình thế hệ thứ hai với hiệu suất 8-9% được bán đại trà trên thị trường.

Các tấm vô định hình của sự phát triển mới nhất có hiệu suất lên tới 12% và đã bắt đầu xuất hiện để bán, nhưng chúng vẫn còn khá đắt.

Do các tính năng của công nghệ sản xuất này, có thể tạo ra một lớp silicon trên cả chất nền cứng và linh hoạt. Do đó, các mô-đun silicon vô định hình được sử dụng tích cực trong các mô-đun năng lượng mặt trời màng mỏng linh hoạt. Nhưng các tùy chọn với sự hỗ trợ đàn hồi đắt hơn nhiều.

Cấu trúc hóa lý của silic vô định hình cho phép hấp thụ tối đa các photon ánh sáng tán xạ yếu để tạo ra điện. Do đó, các bảng như vậy thuận tiện để sử dụng ở các khu vực phía bắc với các khu vực miễn phí lớn.

Hiệu quả của pin dựa trên silicon vô định hình không giảm ngay cả ở nhiệt độ cao, mặc dù chúng kém hơn về thông số này so với các tấm gallium arsenide.

Với cùng chi phí thiết bị, các tấm pin mặt trời silicon hydride cho thấy hiệu suất cao hơn so với các chất tương tự đơn và đa tinh thể (+) của chúng

Để tóm tắt, chúng ta có thể chỉ ra những ưu điểm sau của các tấm pin mặt trời vô định hình:

1. Tính đa năng - khả năng sản xuất các tấm linh hoạt và mỏng, gắn pin trên bất kỳ hình thức kiến ​​trúc nào.
2. Hiệu quả cao trong ánh sáng xung quanh.
3. Công việc ổn định ở nhiệt độ cao.
4. Đơn giản và đáng tin cậy của thiết kế. Những tấm như vậy thực tế không phá vỡ.
5. Bảo quản hiệu suất trong điều kiện khó khăn - hiệu suất giảm ít hơn khi bề mặt bụi hơn các chất tương tự tinh thể

Tuổi thọ của các tế bào quang điện như vậy, bắt đầu từ thế hệ thứ hai, là 20-25 năm với mức giảm công suất 15-20%. Những nhược điểm của tấm silicon vô định hình chỉ bao gồm nhu cầu diện tích lớn hơn để chứa thiết bị có công suất cần thiết.

Tổng quan về các thiết bị không có silicon

Một số tấm pin mặt trời được làm bằng kim loại quý hiếm và đắt tiền có hiệu suất hơn 30%. Chúng đắt hơn nhiều lần so với các đối tác silicon của họ, tuy nhiên họ đã chiếm một vị trí giao dịch công nghệ cao, nhờ các đặc tính đặc biệt của chúng.

Tấm pin mặt trời kim loại hiếm

Có một số loại tấm pin mặt trời làm bằng kim loại hiếm, và không phải tất cả chúng đều có hiệu suất cao hơn so với các mô-đun silicon đơn tinh thể.

Tuy nhiên, khả năng làm việc trong điều kiện khắc nghiệt cho phép các nhà sản xuất các tấm pin mặt trời như vậy sản xuất các sản phẩm cạnh tranh và tiến hành nghiên cứu thêm.

Các tấm Cadmium Telluride được sử dụng tích cực để ốp các tòa nhà ở các quốc gia xích đạo và Ả Rập, nơi bề mặt của chúng nóng lên tới 70-80 độ vào buổi chiều

Các hợp kim chính được sử dụng để sản xuất các tế bào quang điện là cadmium Telluride (CdTe), indium đồng gallium selenide (CIGS) và indium đồng selenide (CIS).

Cadmium là một kim loại độc hại, và indium, gallium và Tellurium khá hiếm và đắt tiền, vì vậy việc sản xuất hàng loạt các tấm pin mặt trời dựa trên chúng thậm chí là không thể về mặt lý thuyết.

Hiệu quả của các bảng như vậy là ở mức 25 - 35%, mặc dù trong những trường hợp đặc biệt, nó có thể đạt tới 40%. Trước đây, chúng chủ yếu được sử dụng trong ngành vũ trụ, nhưng bây giờ một hướng đi đầy hứa hẹn mới đã xuất hiện.

Do hoạt động ổn định của pin mặt trời kim loại hiếm ở nhiệt độ 130-150 ° C, chúng được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện mặt trời. Trong trường hợp này, các tia mặt trời từ hàng chục hoặc hàng trăm gương được tập trung trên một bảng nhỏ, đồng thời tạo ra điện và đảm bảo truyền năng lượng nhiệt cho bộ trao đổi nhiệt nước.

Kết quả của việc làm nóng nước, hình thành hơi nước, khiến tuabin quay và tạo ra điện. Do đó, năng lượng mặt trời được chuyển đổi thành năng lượng điện đồng thời theo hai cách với hiệu quả tối đa.

Chất tương tự polymer và hữu cơ

Các mô-đun quang điện dựa trên các hợp chất hữu cơ và polymer bắt đầu chỉ được phát triển trong thập kỷ qua, nhưng các nhà nghiên cứu đã đạt được tiến bộ đáng kể. Công ty châu Âu cho thấy sự tiến bộ nhất Heliatek, nơi đã trang bị một số tòa nhà cao tầng với các tấm pin mặt trời hữu cơ.

Độ dày của cấu trúc màng cuộn Heliafilm chỉ 1 mm.

Trong sản xuất các tấm polymer, các chất như carbon fullerenes, đồng phthalocyanine, polyphenylene và các chất khác được sử dụng. Hiệu suất của các pin mặt trời như vậy đã đạt 14-15% và chi phí sản xuất thấp hơn nhiều lần so với các tấm pin mặt trời kết tinh.

Vấn đề của thời kỳ suy thoái của lớp làm việc hữu cơ là cấp tính. Cho đến nay, không thể xác nhận một cách đáng tin cậy mức độ hiệu quả của nó sau vài năm hoạt động.

Những lợi ích của tấm pin mặt trời hữu cơ là:

• khả năng xử lý thân thiện với môi trường;
• chi phí sản xuất thấp;
• thiết kế linh hoạt.

Những nhược điểm của máy photocopy như vậy bao gồm hiệu quả tương đối thấp và thiếu thông tin đáng tin cậy về thời gian hoạt động ổn định của các tấm. Có thể trong 5-10 năm nữa, tất cả các nhược điểm của pin mặt trời hữu cơ sẽ biến mất, và chúng sẽ trở thành đối thủ cạnh tranh nghiêm trọng đối với các tấm silicon.

Nên chọn bảng điều khiển năng lượng mặt trời nào?

Việc lựa chọn các tấm pin mặt trời cho các ngôi nhà nông thôn ở vĩ độ 45-60 ° là không khó. Ở đây, chỉ đáng xem xét hai lựa chọn: tấm silicon đa tinh thể và đơn tinh thể.

Nếu thiếu không gian, tốt hơn là nên ưu tiên cho các mô hình hiệu quả hơn với các tinh thể định hướng một phía, với diện tích không giới hạn, nên mua pin đa tinh thể.

Bạn không nên dựa vào dự báo của các công ty phân tích để phát triển thị trường pin mặt trời, bởi vì các mẫu tốt nhất của họ có thể chưa được phát minh

Chọn một nhà sản xuất cụ thể, công suất cần thiết và thiết bị bổ sung sẽ tốt hơn với sự tham gia của các nhà quản lý của các công ty liên quan đến việc bán và lắp đặt các thiết bị đó. Bạn nên lưu ý rằng chất lượng và giá của các mô-đun quang điện tại các nhà sản xuất lớn nhất khác nhau rất ít.

Xin lưu ý rằng khi đặt mua một bộ thiết bị chìa khóa trao tay, chi phí cho các tấm pin mặt trời sẽ chỉ bằng 30-40% trên tổng số. Thời gian hoàn vốn của các dự án như vậy là 5-10 năm, và phụ thuộc vào mức độ tiêu thụ năng lượng và khả năng bán điện dư cho mạng lưới thành phố.

Một số thợ thủ công thích lắp ráp các tấm pin mặt trời bằng tay của chính họ. Trên trang web của chúng tôi có các bài viết với một mô tả chi tiết về công nghệ sản xuất của các tấm như vậy, kết nối và sắp xếp các hệ thống năng lượng mặt trời sưởi ấm của chúng.

Chúng tôi khuyên bạn nên tự làm quen với:

1. Cách làm pin mặt trời bằng tay của chính bạn: hướng dẫn tự lắp ráp
2. Hệ thống sưởi năng lượng mặt trời: phân tích công nghệ sưởi ấm dựa trên hệ thống năng lượng mặt trời
3. Sơ đồ kết nối cho các tấm pin mặt trời: với bộ điều khiển, với pin và với các hệ thống được bảo dưỡng

Kết luận và video hữu ích về chủ đề này

Các video được trình bày cho thấy hoạt động của các tấm pin mặt trời khác nhau trong điều kiện thực tế. Họ cũng sẽ giúp hiểu các vấn đề của việc lựa chọn thiết bị liên quan.

Quy tắc chọn tấm pin mặt trời và thiết bị liên quan:

Các loại tấm pin mặt trời:

Thử nghiệm các tấm đơn tinh thể và đa tinh thể:

Đối với dân số và các cơ sở công nghiệp nhỏ, không có sự thay thế thực sự cho các tấm silicon tinh thể. Nhưng tốc độ phát triển của các loại tấm pin mặt trời mới cho phép chúng ta hy vọng rằng năng lượng mặt trời sẽ sớm trở thành nguồn điện chính trong nhiều ngôi nhà nông thôn.

Chúng tôi cung cấp cho tất cả mọi người quan tâm đến vấn đề lựa chọn và sử dụng các tấm pin mặt trời để để lại nhận xét, đặt câu hỏi và tham gia các cuộc thảo luận. Các hình thức liên lạc được đặt ở khối dưới.