Typer af solpaneler: en sammenlignende gennemgang af design og tips til valg af paneler

Alternativ energi udvikler sig til sit maksimale i Europa og viser sit løfte med resultater.Nye typer solpaneler dukker op, og deres effektivitet er stigende.

Hvis du vil sikre driften af ​​en industribygning eller boliger ved hjælp af solenergi, skal du først lære om forskellene mellem udstyret og forstå, hvilke solpaneler der er egnede til de klimatiske forhold i en bestemt region.

Vi hjælper dig med at løse dette problem. Artiklen diskuterer driftsprincippet for fotoelektriske omformere og giver et overblik over forskellige typer solceller med angivelse af deres egenskaber, fordele og ulemper. Efter at have sat dig ind i materialet, vil du være i stand til at træffe det rigtige valg til at arrangere et effektivt solsystem.

Princippet om drift af solpaneler

Langt de fleste solpaneler er i fysisk forstand solcelleomformere. Den elektriske genererende effekt opstår på stedet for halvlederens p-n-forbindelse.

Det er siliciumskiver, der danner grundlaget for omkostningerne til solpaneler, men når du bruger dem som en elektricitetskilde døgnet rundt, skal du desuden købe dyre batterier

Panelet består af to siliciumskiver med forskellige egenskaber. Under påvirkning af lys udvikler en af ​​dem mangel på elektroner, og den anden - et overskud af dem.Hver plade har kobberlederstrimler, der er forbundet til spændingsomformere.

Et industrielt solpanel består af flere laminerede fotovoltaiske celler bundet sammen og monteret på et fleksibelt eller stift underlag.

Udstyrets effektivitet afhænger i høj grad af siliciumets renhed og orienteringen af ​​dets krystaller. Det er disse parametre, som ingeniører har forsøgt at forbedre gennem de seneste årtier. Hovedproblemet med dette er de høje omkostninger ved de processer, der ligger til grund for rensningen af ​​silicium og arrangementet af krystaller i én retning i hele panelet.

Hvert år ændres den maksimale effektivitet af forskellige solpaneler opad, fordi der investeres milliarder af dollars i forskning i nye solcellematerialer (+)

Halvledere af fotoelektriske omformere kan ikke kun fremstilles af silicium, men også af andre materialer - batteridriftsprincip det ændrer sig ikke.

Typer af fotoelektriske omformere

Industrielle solpaneler er klassificeret efter deres designfunktioner og typen af ​​arbejdende solcellelag.

Der er disse typer batterier baseret på typen af ​​enhed:

• fleksible paneler;
• stive moduler.

Fleksible tyndfilmspaneler indtager gradvist en stadig større niche på markedet på grund af deres monterings-alsidighed, fordi de kan installeres på de fleste overflader med en række forskellige arkitektoniske former.

De faktiske egenskaber for solpaneler er normalt lavere end dem, der er angivet i instruktionerne. Derfor, før du installerer dem derhjemme, er det tilrådeligt at se et lignende afsluttet projekt selv.

Baseret på typen af ​​fungerende fotovoltaisk lag er solcellebatterier opdelt i følgende typer:

1. Silicium: monokrystallinsk, polykrystallinsk, amorf.
2. Tellur-cadmium.
3. Baseret på indium-kobber-gallium selenid.
4. Polymer.
5. Økologisk.
6. Baseret på galliumarsenid.
7. Kombineret og flerlags.

Ikke alle typer solpaneler er af interesse for den almindelige forbruger, men kun de to første krystallinske undertyper.

Selvom nogle andre typer paneler har høj effektivitet, er de ikke meget brugt på grund af deres høje omkostninger.

Silicium fotovoltaiske celler er ret følsomme over for varme. Grundtemperaturen til måling af strømproduktion er 25°C. Når den stiger med én grad, falder panelernes effektivitet med 0,45-0,5%.

Dernæst vil solpaneler, der er af den største forbrugerinteresse, blive diskuteret i detaljer.

Karakteristika for siliciumbaserede paneler

Silicium til solceller er lavet af kvartspulver - formalede kvartskrystaller. De rigeste forekomster af råmaterialer er i det vestlige Sibirien og Mellem-Ural, så udsigterne for dette område af solenergi er næsten ubegrænsede.

Selv nu optager krystallinske og amorfe siliciumpaneler allerede mere end 80% af markedet. Derfor er det værd at overveje dem mere detaljeret.

Monokrystallinske siliciumpaneler

Moderne monokrystallinske siliciumwafers (mono-Si) har en ensartet mørkeblå farve over hele overfladen. Det reneste silicium bruges til deres produktion. Monokrystallinske solceller har den højeste pris blandt alle siliciumskiver, men giver også den bedste effektivitet.

Store monokrystallinske solpaneler med roterende mekanismer passer perfekt ind i ørkenlandskaber. Der er betingelser for maksimal produktivitet

De høje produktionsomkostninger skyldes vanskeligheden ved at orientere alle siliciumkrystaller i samme retning. På grund af disse fysiske egenskaber af arbejdslaget sikres maksimal effektivitet kun, når solens stråler er vinkelret på pladens overflade.

Monokrystallinske batterier kræver ekstra udstyr, der automatisk roterer dem i løbet af dagen, så panelernes plan er så vinkelret på solens stråler som muligt.

Lag af silicium med enkeltsidede krystaller er skåret af en cylindrisk blok af metal, så de færdige solcelleblokke ligner en firkant afrundet i hjørnerne.

Fordelene ved monokrystallinske siliciumbatterier omfatter:

1. Høj effektivitet med en værdi på 17-25%.
2. Kompakthed - mindre udstyrsareal pr. effektenhed sammenlignet med polykrystallinske siliciumpaneler.
3. Holdbarhed — tilstrækkelig effektivitet af elproduktion er sikret i op til 25 år.

Der er kun to ulemper ved sådanne batterier:

1. Høj pris og langsigtet tilbagebetaling.
2. Følsomhed over for forurening. Støv spreder lyset, så effektiviteten af ​​solpaneler belagt med det falder kraftigt.

På grund af behovet for direkte sollys, monokrystallinsk der installeres solpaneler hovedsageligt i åbne områder eller i højder. Jo tættere området er på ækvator, og jo flere solrige dage det har, jo mere foretrækkes det at installere denne særlige type solcelleelementer.

Polykrystallinske solceller

Polykrystallinske siliciumpaneler (multi-Si) har en blå farve, der er ujævn i intensitet på grund af krystallernes diversificerede orientering. Renheden af ​​silicium brugt i deres produktion er lidt lavere end for monokrystallinske analoger.

Multidirektionelle krystaller giver høj effektivitet i diffust lys - 12-18%.Det er lavere end i ensrettede krystaller, men i overskyet vejr er sådanne paneler mere effektive.

Materialets heterogenitet fører også til en reduktion i omkostningerne ved siliciumproduktion. Det rensede metal til polykrystallinske solpaneler hældes i forme uden særlige tricks.

I produktionen bruges specielle teknikker til at danne krystaller, men deres retningsbestemmelse er ikke kontrolleret. Efter afkøling skæres siliciumet i lag og behandles efter en speciel algoritme.

Polykrystallinske paneler kræver ikke konstant orientering mod solen, så tagene på huse og industribygninger bruges aktivt til deres placering.

I løbet af dagen, med lette skyer, vil fordelene ved solpaneler lavet af amorft silicium ikke være mærkbare; deres fordele afsløres kun under tætte skyer eller i skyggen (+)

Fordelene ved solceller med multidirektionelle krystaller omfatter:

1. Høj effektivitet under diffuse lysforhold.
2. Mulighed for fast montering på bygningernes tage.
3. Lavere omkostninger sammenlignet med monokrystallinske paneler.
4. Driftens varighed — faldet i effektivitet efter 20 års drift er kun 15-20 %.

Polykrystallinske paneler har også ulemper:

1. Reduceret effektivitet med en værdi på 12-18%.
2. Relativ omfangsrighed — Der kræves mere installationsplads pr. effektenhed sammenlignet med monokrystallinske analoger.

Polykrystallinske solpaneler vinder en stigende markedsandel blandt andre siliciumbatterier. Dette sikres af brede potentielle muligheder for at reducere omkostningerne ved deres produktion.Effektiviteten af ​​sådanne paneler øges også hvert år og nærmer sig hurtigt 20% for masseproducerede produkter.

Amorf silicium solpaneler

Mekanismen til fremstilling af solpaneler af amorft silicium er fundamentalt forskellig fra produktionen af ​​krystallinske fotovoltaiske celler. Her er det ikke et rent ikke-metal, der bruges, men dets hydrid, hvis varme dampe aflejres på underlaget.

Som et resultat af denne teknologi dannes der ikke klassiske krystaller, og produktionsomkostningerne reduceres kraftigt.

Solceller af aflejret amorf silicium kan monteres på enten et fleksibelt polymersubstrat eller en stiv glasplade

I øjeblikket er der allerede tre generationer af amorfe siliciumpaneler, som hver især øger effektiviteten markant. Hvis de første solcellemoduler havde en virkningsgrad på 4-5%, sælges nu andengenerationsmodeller med en virkningsgrad på 8-9% bredt på markedet.

De seneste amorfe paneler har en effektivitet på op til 12 % og begynder allerede at komme på udsalg, men de er stadig ret dyre.

På grund af egenskaberne ved denne produktionsteknologi er det muligt at skabe et lag silicium på både et stift og fleksibelt underlag. På grund af dette bruges amorfe siliciummoduler aktivt i fleksible tyndfilm solcellemoduler. Men muligheder med en elastisk bagside er meget dyrere.

Den fysisk-kemiske struktur af amorft silicium tillader maksimal absorption af fotoner af svagt spredt lys for at generere elektricitet. Derfor er sådanne paneler praktiske til brug i nordlige regioner med store frie områder.

Effektiviteten af ​​batterier baseret på amorft silicium falder ikke selv ved høje temperaturer, selvom de i denne parameter er ringere end galliumarsenidpaneler.

Til samme udstyrsomkostninger viser siliciumhydrid solpaneler større ydeevne end deres mono- og polykrystallinske modstykker (+)

For at opsummere kan vi påpege følgende fordele ved amorfe solpaneler:

1. Alsidighed — evnen til at fremstille fleksible og tynde paneler, montere batterier på enhver arkitektonisk form.
2. Høj effektivitet i diffust lys.
3. Stabilt arbejde ved høje temperaturer.
4. Enkelhed og pålidelighed af design. Sådanne paneler går praktisk talt ikke i stykker.
5. Opretholdelse af ydeevne under vanskelige forhold — mindre fald i ydeevnen, når overfladen er støvet end med krystallinske analoger

Levetiden for sådanne fotovoltaiske celler, startende fra anden generation, er 20-25 år med et effektfald på 15-20%. De eneste ulemper ved amorfe siliciumpaneler omfatter behovet for større områder for at rumme udstyr med den nødvendige effekt.

Oversigt over siliciumfrie enheder

Nogle solpaneler, fremstillet af sjældne og dyre metaller, har en effektivitet på mere end 30 %. De er flere gange dyrere end deres siliciummodstykker, men indtager stadig en højteknologisk handelsniche på grund af deres særlige egenskaber.

Sjældne metal solpaneler

Der er flere typer sjældne metal solpaneler, og ikke alle af dem er mere effektive end monokrystallinske siliciummoduler.

Men evnen til at fungere under ekstreme forhold gør det muligt for producenter af sådanne solpaneler at producere konkurrencedygtige produkter og udføre yderligere forskning.

Cadmium tellurid paneler bruges aktivt til beklædning af bygninger i ækvatoriale og arabiske lande, hvor deres overflade opvarmes til 70-80 grader i løbet af dagen

De vigtigste legeringer, der bruges til at fremstille fotovoltaiske celler, er cadmiumtellurid (CdTe), indium kobber gallium selenid (CIGS) og kobber indium selenid (CIS).

Cadmium er et giftigt metal, og indium, gallium og tellur er ret sjældne og dyre, så masseproduktion af solpaneler baseret på dem er endda teoretisk umuligt.

Effektiviteten af ​​sådanne paneler er på niveauet 25-35%, selvom den i undtagelsestilfælde kan nå op til 40%. Tidligere blev de primært brugt i rumindustrien, men nu er der kommet en ny lovende retning.

På grund af den stabile drift af fotoceller lavet af sjældne metaller ved temperaturer på 130-150°C, bruges de i solvarmekraftværker. I dette tilfælde er solens stråler fra snesevis eller hundredvis af spejle koncentreret på et lille panel, som samtidig genererer elektricitet og sikrer overførsel af termisk energi til en vandvarmeveksler.

Som følge af opvarmning af vandet dannes der damp, som får turbinen til at rotere og generere elektricitet. På denne måde omdannes solenergi til elektrisk energi samtidigt på to måder med maksimal effektivitet.

Polymer og organiske analoger

Fotovoltaiske moduler baseret på organiske og polymere forbindelser begyndte først at blive udviklet i det sidste årti, men forskere har allerede gjort betydelige fremskridt.Den europæiske virksomhed viser de største fremskridt Heliatek, som allerede har udstyret flere højhuse med organiske solpaneler.

Tykkelsen af ​​dens rullefilmstruktur er HeliaFilm er kun 1 mm.

I produktionen af ​​polymerpaneler anvendes stoffer som carbonfullerener, kobberphthalocyanin, polyphenylen og andre. Effektiviteten af ​​sådanne fotovoltaiske celler når allerede 14-15%, og produktionsomkostningerne er flere gange mindre end krystallinske solpaneler.

Spørgsmålet om nedbrydningstid af det organiske arbejdslag er akut. Indtil videre er det ikke muligt pålideligt at bekræfte niveauet af dets effektivitet efter flere års drift.

Fordelene ved organiske solpaneler er:

• mulighed for miljømæssig sikker bortskaffelse;
• lave produktionsomkostninger;
• fleksibelt design.

Ulemperne ved sådanne fotovoltaiske celler omfatter relativt lav effektivitet og manglen på pålidelig information om perioderne med stabil drift af panelerne. Det er muligt, at om 5-10 år forsvinder alle ulemperne ved organiske solceller, og de vil blive seriøse konkurrenter til siliciumwafers.

Hvilket solpanel skal man vælge?

Valget af solpaneler til landhuse på en breddegrad på 45-60° er ikke svært. Der er kun to muligheder, der er værd at overveje her: polykrystallinske og monokrystallinske siliciumpaneler.

Hvis der er mangel på plads, er det bedre at foretrække mere effektive modeller med ensidig krystalorientering; hvis der er et ubegrænset område, anbefales det at købe polykrystallinske batterier.

Du bør ikke stole på analytiske virksomheders prognoser for udviklingen af ​​solpanelmarkedet, fordi de bedste eksempler på dem måske ikke er opfundet endnu

Det er bedre at vælge en bestemt producent, den nødvendige strøm og ekstra udstyr med deltagelse af ledere af virksomheder, der er involveret i salg og installation af sådant udstyr. Du skal vide, at kvaliteten og prisen på solcellemoduler fra de største producenter afviger lidt.

Det skal tages i betragtning, at når du bestiller et sæt nøglefærdigt udstyr, vil omkostningerne til selve solpanelerne kun være 30-40% af det samlede beløb. Tilbagebetalingsperioden for sådanne projekter er 5-10 år, og afhænger af niveauet af energiforbrug og muligheden for at sælge overskydende elektricitet til bynettet.

Nogle håndværkere foretrækker at samle solpaneler med egne hænder. På vores hjemmeside er der artikler med en detaljeret beskrivelse af fremstillingsteknologien af ​​sådanne paneler, deres tilslutning og arrangement af solvarmesystemer.

Vi råder dig til at læse:

1. Sådan laver du et solbatteri med dine egne hænder: instruktioner til selvmontering
2. Solvarmeanlæg: analyse af varmeteknologier baseret på solvarmeanlæg
3. Tilslutningsdiagram for solpaneler: til controlleren, til batteriet og servicerede systemer

Konklusioner og nyttig video om emnet

De præsenterede videoer viser driften af ​​forskellige solpaneler under virkelige forhold. De vil også hjælpe dig med at forstå problemerne med at vælge relateret udstyr.

Regler for valg af solpaneler og tilhørende udstyr:

Typer af solpaneler:

Test af monokrystallinske og polykrystallinske paneler:

For befolkningen og små industrianlæg er der i øjeblikket ikke noget reelt alternativ til krystallinske siliciumpaneler.Men tempoet i udviklingen af ​​nye typer solpaneler giver os mulighed for at håbe, at solenergi snart bliver hovedkilden til elektricitet i mange landhuse.

Vi inviterer alle interesserede i spørgsmålet om valg og brug af solpaneler til at skrive kommentarer, stille spørgsmål og deltage i diskussioner. Kontaktformularen er placeret i nederste blok.