Vrste solarnih panelov: primerjalni pregled izvedb in nasveti za izbiro panelov

Alternativna energija se v Evropi razvija do maksimuma in obeta svoje rezultate.Pojavljajo se nove vrste sončnih kolektorjev in njihova učinkovitost narašča.

Če želite zagotoviti delovanje industrijske zgradbe ali stanovanjskih prostorov s sončno energijo, se morate najprej seznaniti z razlikami med opremo in razumeti, kateri sončni kolektorji so primerni za podnebne razmere določene regije.

Pomagali vam bomo rešiti to težavo. Članek obravnava princip delovanja fotoelektričnih pretvornikov in podaja pregled različnih tipov sončnih celic z navedbo njihovih značilnosti, prednosti in slabosti. Po seznanitvi z gradivom se boste lahko pravilno odločili za ureditev učinkovitega solarnega sistema.

Načelo delovanja sončnih kolektorjev

Velika večina sončnih kolektorjev je v fizičnem smislu fotovoltaičnih pretvornikov. Učinek generiranja električne energije se pojavi na mestu polprevodniškega p-n spoja.

Osnova stroškov solarnih panelov so silicijeve rezine, a če jih uporabljate kot 24-urni vir električne energije, boste morali dodatno kupiti drage baterije

Panel je sestavljen iz dveh silicijevih rezin z različnimi lastnostmi. Pod vplivom svetlobe eden od njih razvije pomanjkanje elektronov, drugi pa njihov presežek.Vsaka plošča ima bakrene prevodne trakove, ki so povezani z napetostnimi pretvorniki.

Industrijska sončna plošča je sestavljena iz več laminiranih fotonapetostnih celic, povezanih skupaj in nameščenih na fleksibilno ali togo podlago.

Učinkovitost opreme je v veliki meri odvisna od čistosti silicija in orientacije njegovih kristalov. Prav te parametre so inženirji poskušali izboljšati v zadnjih desetletjih. Glavna težava pri tem so visoki stroški procesov, ki so osnova za čiščenje silicija in razporeditev kristalov v eni smeri po plošči.

Vsako leto se največji izkoristek različnih solarnih panelov spreminja navzgor, saj se milijarde dolarjev vlaga v raziskave novih fotovoltaičnih materialov (+)

Polprevodniki fotoelektričnih pretvornikov so lahko izdelani ne samo iz silicija, ampak tudi iz drugih materialov - princip delovanja baterije se ne spremeni.

Vrste fotoelektričnih pretvornikov

Industrijski solarni paneli so razvrščeni glede na oblikovne značilnosti in vrsto delovne fotovoltaične plasti.

Glede na vrsto naprave obstajajo naslednje vrste baterij:

• fleksibilne plošče;
• togi moduli.

Fleksibilne tankoplastne plošče postopoma zasedajo vse večjo tržno nišo zaradi svoje vsestranskosti montaže, saj jih je mogoče namestiti na večino površin z različnimi arhitekturnimi oblikami.

Dejanske lastnosti solarnih panelov so običajno nižje od tistih, ki so navedene v navodilih. Zato je priporočljivo, da si sami ogledate podoben dokončan projekt, preden jih namestite doma.

Glede na vrsto delovne fotovoltaične plasti delimo sončne baterije na naslednje vrste:

1. Silicij: monokristalni, polikristalni, amorfni.
2. Telur-kadmij.
3. Na osnovi indij-bakrov-galijevega selenida.
4. polimer.
5. Organsko.
6. Na osnovi galijevega arzenida.
7. Kombinirano in večplastno.

Za splošnega potrošnika niso zanimive vse vrste sončnih kolektorjev, ampak le prva dva kristalna podtipa.

Čeprav imajo nekatere druge vrste plošč visoko učinkovitost, se zaradi visokih stroškov ne uporabljajo široko.

Silicijeve fotovoltaične celice so precej občutljive na toploto. Osnovna temperatura za merjenje proizvodnje električne energije je 25°C. Ko se poveča za eno stopinjo, se učinkovitost plošč zmanjša za 0,45-0,5%.

Nato bomo podrobneje obravnavali solarne panele, ki so najbolj zanimivi za potrošnike.

Značilnosti plošč na osnovi silicija

Silicij za sončne celice je izdelan iz kremenčevega prahu – zmletih kristalov kremena. Najbogatejša nahajališča surovin so v Zahodni Sibiriji in na Srednjem Uralu, zato so možnosti za to področje sončne energije skoraj neomejene.

Plošče iz kristalnega in amorfnega silicija že sedaj zasedajo več kot 80 % trga. Zato jih je vredno razmisliti podrobneje.

Monokristalne silicijeve plošče

Sodobne monokristalne silicijeve rezine (mono-Si) imajo enakomerno temno modro barvo po celotni površini. Za njihovo proizvodnjo se uporablja najčistejši silicij. Monokristalne sončne celice imajo najvišjo ceno med vsemi silicijevimi rezinami, hkrati pa zagotavljajo tudi najboljši izkoristek.

Velike monokristalne sončne celice z vrtljivimi mehanizmi se odlično prilegajo puščavski pokrajini. Obstajajo pogoji za maksimalno produktivnost

Visoki stroški proizvodnje so posledica težave pri orientaciji vseh kristalov silicija v isto smer. Zaradi teh fizikalnih lastnosti delovne plasti je največja učinkovitost zagotovljena le, ko so sončni žarki pravokotni na površino plošče.

Monokristalne baterije zahtevajo dodatno opremo, ki jih tekom dneva samodejno vrti tako, da je ravnina plošč čim bolj pravokotna na sončne žarke.

Plasti silicija z enostranskimi kristali so izrezane iz cilindričnega kovinskega bloka, tako da končni fotonapetostni bloki izgledajo kot kvadrat, zaobljen v vogalih.

Prednosti monokristalnih silicijevih baterij vključujejo:

1. Visoka učinkovitost z vrednostjo 17-25 %.
2. Kompaktnost - manjša površina opreme na enoto moči v primerjavi s ploščami iz polikristalnega silicija.
3. Vzdržljivost — zagotovljena zadostna učinkovitost proizvodnje električne energije do 25 let.

Takšne baterije imajo samo dve pomanjkljivosti:

1. Visoka cena in dolgoročno povračilo.
2. Občutljivost na onesnaženje. Prah razpršuje svetlobo, zato se učinkovitost sončnih kolektorjev, prevlečenih z njim, močno zmanjša.

Zaradi potrebe po neposredni sončni svetlobi, monokristalen nameščeni sončni paneli predvsem na odprtih območjih ali na višinah. Bližje kot je območje ekvatorju in več kot ima sončnih dni, bolj je zaželeno vgraditi tovrstne fotovoltaične elemente.

Polikristalne sončne celice

Plošče iz polikristalnega silicija (multi-Si) imajo modro barvo, ki je neenakomerne intenzivnosti zaradi raznolike orientacije kristalov. Čistost silicija, ki se uporablja pri njihovi proizvodnji, je nekoliko nižja od monokristalnih analogov.

Večsmerni kristali zagotavljajo visoko učinkovitost pri razpršeni svetlobi - 12-18%.Nižja je kot pri enosmernih kristalih, vendar so v oblačnih vremenskih razmerah takšne plošče učinkovitejše.

Heterogenost materiala vodi tudi do znižanja stroškov proizvodnje silicija. Prečiščena kovina za polikristalne solarne panele se vlije v kalupe brez posebnih trikov.

V proizvodnji se uporabljajo posebne tehnike za oblikovanje kristalov, vendar njihova usmerjenost ni nadzorovana. Po ohlajanju se silicij razreže na plasti in obdela po posebnem algoritmu.

Polikristalne plošče ne zahtevajo stalne usmerjenosti proti soncu, zato se za njihovo postavitev aktivno uporabljajo strehe hiš in industrijskih zgradb.

Čez dan ob rahli oblačnosti prednosti solarnih panelov iz amorfnega silicija ne bodo opazne, njihove prednosti se pokažejo šele pod gosto oblačnostjo ali v senci (+)

Prednosti sončnih celic z večsmernimi kristali vključujejo:

1. Visoka učinkovitost v pogojih difuzne svetlobe.
2. Možnost trajne montaže na strehah stavb.
3. Nižji stroški v primerjavi z monokristalnimi ploščami.
4. Trajanje delovanja — padec učinkovitosti po 20 letih delovanja je le 15-20 %.

Polikristalne plošče imajo tudi slabosti:

1. Zmanjšana učinkovitost z vrednostjo 12-18 %.
2. Relativna mastnost — zahteva več prostora za namestitev na enoto moči v primerjavi z monokristalnimi analogi.

Polikristalni solarni paneli pridobivajo vse večji tržni delež med drugimi silicijevimi baterijami. To je zagotovljeno s širokimi potencialnimi možnostmi za zmanjšanje stroškov njihove proizvodnje.Učinkovitost takšnih panelov se prav tako povečuje vsako leto in se hitro približuje 20% za množično proizvedene izdelke.

Sončne plošče iz amorfnega silicija

Mehanizem izdelave solarnih panelov iz amorfnega silicija se bistveno razlikuje od izdelave kristalnih fotovoltaičnih celic. Tu se ne uporablja čista nekovina, temveč njen hidrid, katerega vroče pare se odlagajo na podlago.

Zaradi te tehnologije se klasični kristali ne oblikujejo, proizvodni stroški pa se močno zmanjšajo.

Nanesene amorfne silicijeve sončne celice je mogoče namestiti bodisi na fleksibilen polimerni substrat bodisi na togo stekleno ploščo

Trenutno obstajajo že tri generacije plošč iz amorfnega silicija, od katerih vsaka bistveno poveča učinkovitost. Če so prvi fotonapetostni moduli imeli izkoristek 4-5 %, se zdaj na trgu široko prodajajo modeli druge generacije z izkoristkom 8-9 %.

Najnovejše amorfne plošče imajo učinkovitost do 12% in se že pojavljajo v prodaji, vendar so še vedno precej drage.

Zaradi značilnosti te proizvodne tehnologije je mogoče ustvariti plast silicija tako na togi kot na prožni podlagi. Zaradi tega se moduli amorfnega silicija aktivno uporabljajo v fleksibilnih tankoslojnih sončnih modulih. Toda možnosti z elastično podlago so veliko dražje.

Fizikalno-kemijska struktura amorfnega silicija omogoča največjo absorpcijo fotonov šibke razpršene svetlobe za ustvarjanje električne energije. Zato so takšne plošče primerne za uporabo v severnih regijah z velikimi prostimi površinami.

Učinkovitost baterij na osnovi amorfnega silicija se ne zmanjša niti pri visokih temperaturah, čeprav so v tem parametru slabše od plošč galijevega arzenida.

Pri enakih stroških opreme silicijev hidridni solarni paneli kažejo večjo učinkovitost kot njihovi mono- in polikristalni dvojniki (+)

Če povzamemo, lahko izpostavimo naslednje prednosti amorfnih solarnih panelov:

1. Vsestranskost — možnost izdelave fleksibilnih in tankih plošč, montaže baterij na katero koli arhitekturno obliko.
2. Visoka učinkovitost v razpršeni svetlobi.
3. Stabilno delo pri visokih temperaturah.
4. Enostavnost in zanesljivost oblikovanja. Takšne plošče se praktično ne zlomijo.
5. Ohranjanje zmogljivosti v težkih razmerah — manjši padec zmogljivosti, ko je površina prašna kot pri kristalnih analogih

Življenjska doba takšnih fotonapetostnih celic od druge generacije je 20-25 let s padcem moči 15-20%. Edina pomanjkljivost plošč iz amorfnega silicija je potreba po večjih površinah za namestitev opreme zahtevane moči.

Pregled naprav brez silicija

Nekateri sončni kolektorji, izdelani iz redkih in dragih kovin, imajo izkoristek več kot 30 %. So nekajkrat dražji od silicijevih analogov, vendar zaradi svojih posebnih lastnosti še vedno zasedajo visokotehnološko trgovsko nišo.

Redke kovinske sončne plošče

Obstaja več vrst sončnih kolektorjev iz redkih kovin in niso vsi učinkovitejši od modulov iz monokristalnega silicija.

Vendar zmožnost delovanja v ekstremnih pogojih proizvajalcem takšnih solarnih panelov omogoča proizvodnjo konkurenčnih izdelkov in nadaljnje raziskave.

Plošče iz kadmijevega telurida se aktivno uporabljajo za oblaganje zgradb v ekvatorialnih in arabskih državah, kjer se njihova površina čez dan segreje do 70-80 stopinj.

Glavne zlitine, ki se uporabljajo za izdelavo fotovoltaičnih celic, so kadmijev telurid (CdTe), indij bakrov galijev selenid (CIGS) in bakrov indijev selenid (CIS).

Kadmij je strupena kovina, indij, galij in telur pa so precej redki in dragi, zato je množična proizvodnja solarnih panelov na njihovi osnovi celo teoretično nemogoča.

Učinkovitost takšnih plošč je na ravni 25-35%, v izjemnih primerih pa lahko doseže tudi do 40%. Prej so jih uporabljali predvsem v vesoljski industriji, zdaj pa se je pojavila nova obetavna smer.

Zaradi stabilnega delovanja fotocelic iz redkih kovin pri temperaturah 130-150°C se uporabljajo v sončnih termoelektrarnah. V tem primeru se sončni žarki iz več deset ali sto ogledal koncentrirajo na majhno ploščo, ki hkrati proizvaja električno energijo in zagotavlja prenos toplotne energije v vodni toplotni izmenjevalnik.

Zaradi segrevanja vode nastane para, ki povzroči vrtenje turbine in ustvarjanje električne energije. Na ta način se sončna energija pretvarja v električno energijo hkrati na dva načina z največjim izkoristkom.

Polimerni in organski analogi

Fotonapetostni moduli na osnovi organskih in polimernih spojin so se začeli razvijati šele v zadnjem desetletju, a so raziskovalci že precej napredovali.Največji napredek kaže evropsko podjetje Heliatek, ki je z organskimi solarnimi paneli opremil že več stolpnic.

Debelina njegove strukture filma v zvitku je HeliaFilm je samo 1 mm.

Pri proizvodnji polimernih plošč se uporabljajo snovi, kot so ogljikovi fulereni, bakrov ftalocianin, polifenilen in drugi. Učinkovitost takšnih fotovoltaičnih celic že dosega 14-15 %, proizvodni stroški pa so nekajkrat nižji od kristalnih sončnih kolektorjev.

Akutno je vprašanje časa razgradnje organske delovne plasti. Zaenkrat še ni mogoče zanesljivo potrditi stopnje njegove učinkovitosti po več letih delovanja.

Prednosti organskih sončnih kolektorjev so:

• možnost okolju varnega odstranjevanja;
• nizki stroški proizvodnje;
• prilagodljiv dizajn.

Slabosti takšnih fotonapetostnih celic vključujejo relativno nizko učinkovitost in pomanjkanje zanesljivih informacij o obdobjih stabilnega delovanja panelov. Možno je, da bodo v 5-10 letih vse slabosti organskih sončnih celic izginile in bodo postale resna konkurenca silicijevim rezinam.

Katero solarno ploščo izbrati?

Izbira sončnih kolektorjev za podeželske hiše na zemljepisni širini 45-60 ° ni težavna. Obstajata le dve možnosti, ki jih je vredno razmisliti: polikristalne in monokristalne silicijeve plošče.

Pri pomanjkanju prostora je bolje dati prednost učinkovitejšim modelom z enostransko orientacijo kristalov, če je območje neomejeno, je priporočljivo kupiti polikristalne baterije.

Ne smete se zanašati na napovedi analitičnih podjetij glede razvoja trga sončnih kolektorjev, saj njihovi najboljši primeri morda še niso bili izumljeni.

Bolje je izbrati določenega proizvajalca, zahtevano moč in dodatno opremo s sodelovanjem menedžerjev podjetij, ki se ukvarjajo s prodajo in namestitvijo takšne opreme. Vedeti morate, da se kakovost in cena fotovoltaičnih modulov največjih proizvajalcev malo razlikujeta.

Upoštevati je treba, da bodo pri naročanju kompleta opreme na ključ stroški samih sončnih kolektorjev znašali le 30-40% celotnega zneska. Vračilna doba za tovrstne projekte je 5-10 let in je odvisna od stopnje porabe energije in možnosti prodaje odvečne električne energije v mestno omrežje.

Nekateri obrtniki raje sestavljajo sončne celice z lastnimi rokami. Na naši spletni strani so članki s podrobnim opisom tehnologije izdelave takšnih plošč, njihove povezave in ureditve solarnih ogrevalnih sistemov.

Svetujemo vam, da preberete:

1. Kako narediti sončno baterijo z lastnimi rokami: navodila za samomontažo
2. Solarni ogrevalni sistemi: analiza ogrevalnih tehnologij na osnovi solarnih sistemov
3. Shema povezave za solarne panele: na krmilnik, na akumulator in servisirane sisteme

Zaključki in uporaben video na to temo

Predstavljeni videi prikazujejo delovanje različnih solarnih panelov v realnih pogojih. Prav tako vam bodo pomagali razumeti vprašanja izbire sorodne opreme.

Pravila za izbiro sončnih kolektorjev in pripadajoče opreme:

Vrste sončnih kolektorjev:

Testiranje monokristalnih in polikristalnih plošč:

Za prebivalstvo in manjše industrijske objekte trenutno ni prave alternative ploščam iz kristalnega silicija.Toda hitrost razvoja novih vrst sončnih kolektorjev nam omogoča upati, da bo sončna energija kmalu postala glavni vir električne energije v številnih podeželskih hišah.

Vabimo vse, ki jih zanima vprašanje izbire in uporabe sončnih kolektorjev, da pustijo komentarje, postavljajo vprašanja in sodelujejo v razpravah. Kontaktni obrazec se nahaja v spodnjem bloku.