Vrste solarnih panela: usporedni pregled dizajna i savjeti za odabir panela

Alternativna energija se u Europi razvija do maksimuma i rezultatima pokazuje svoje obećanje.Pojavljuju se novi tipovi solarnih panela i njihova učinkovitost raste.

Ako želite osigurati rad industrijske zgrade ili stambenog prostora koristeći sunčevu energiju, prvo morate naučiti o razlikama između opreme i razumjeti koji su solarni paneli prikladni za klimatske uvjete određene regije.

Pomoći ćemo vam riješiti ovaj problem. U članku se govori o principu rada fotoelektričnih pretvarača i daje pregled različitih tipova solarnih ćelija s naznakom njihovih karakteristika, prednosti i nedostataka. Nakon što se upoznate s materijalom, moći ćete napraviti pravi izbor za uređenje učinkovitog solarnog sustava.

Princip rada solarnih panela

Velika većina solarnih panela su u fizičkom smislu fotonaponski pretvarači. Učinak generiranja električne energije javlja se na mjestu p-n spoja poluvodiča.

Silicijske pločice čine osnovu cijene solarnih panela, ali kada ih koristite kao 24-satni izvor električne energije, morat ćete dodatno kupiti skupe baterije

Panel se sastoji od dvije silikonske pločice različitih svojstava. Pod utjecajem svjetlosti, jedan od njih razvija nedostatak elektrona, a drugi - njihov višak.Svaka ploča ima bakrene vodiče koji su spojeni na pretvarače napona.

Industrijski solarni panel sastoji se od više laminiranih fotonaponskih ćelija povezanih zajedno i postavljenih na fleksibilnu ili krutu podlogu.

Učinkovitost opreme uvelike ovisi o čistoći silicija i orijentaciji njegovih kristala. Upravo su te parametre inženjeri pokušavali poboljšati tijekom proteklih desetljeća. Glavni problem s tim je visoka cijena procesa koji su u osnovi pročišćavanja silicija i rasporeda kristala u jednom smjeru kroz ploču.

Svake godine se maksimalna učinkovitost raznih solarnih panela mijenja prema gore jer se milijarde dolara ulažu u istraživanje novih fotonaponskih materijala (+)

Poluvodiči fotoelektričnih pretvarača mogu biti izrađeni ne samo od silicija, već i od drugih materijala - princip rada baterije ne mijenja se.

Vrste fotoelektričnih pretvarača

Industrijski solarni paneli klasificiraju se prema svojim konstrukcijskim značajkama i vrsti radnog fotonaponskog sloja.

Postoje ove vrste baterija ovisno o vrsti uređaja:

• fleksibilne ploče;
• kruti moduli.

Fleksibilni tankoslojni paneli postupno zauzimaju sve veću tržišnu nišu zbog svoje svestranosti ugradnje, jer se mogu postaviti na većinu površina s različitim arhitektonskim oblicima.

Stvarne karakteristike solarnih panela obično su niže od onih navedenih u uputama. Stoga, prije nego što ih instalirate kod kuće, preporučljivo je sami vidjeti sličan dovršeni projekt.

Na temelju vrste radnog fotonaponskog sloja, solarne baterije se dijele na sljedeće tipove:

1. Silicij: monokristalni, polikristalni, amorfni.
2. Telur-kadmij.
3. Na bazi indij-bakar-galij selenida.
4. Polimer.
5. Organski.
6. Na temelju galijevog arsenida.
7. Kombinirano i višeslojno.

Nisu svi tipovi solarnih panela zanimljivi općem potrošaču, već samo prve dvije kristalne podvrste.

Iako neke druge vrste panela imaju visoku učinkovitost, nisu široko korištene zbog svoje visoke cijene.

Silicijske fotonaponske ćelije prilično su osjetljive na toplinu. Osnovna temperatura za mjerenje proizvodnje električne energije je 25°C. Kada se poveća za jedan stupanj, učinkovitost panela se smanjuje za 0,45-0,5%.

Zatim će se detaljnije govoriti o solarnim panelima koji su od najvećeg interesa potrošača.

Karakteristike ploča na bazi silicija

Silicij za solarne ćelije izrađuje se od kvarcnog praha – mljevenih kristala kvarca. Najbogatija nalazišta sirovina su u Zapadnom Sibiru i Srednjem Uralu, tako da su izgledi za ovo područje solarne energije gotovo neograničeni.

Već sada ploče od kristalnog i amorfnog silicija već zauzimaju više od 80% tržišta. Stoga ih je vrijedno detaljnije razmotriti.

Paneli od monokristalnog silicija

Moderne monokristalne silikonske pločice (mono-Si) imaju ujednačenu tamnoplavu boju po cijeloj površini. Za njihovu proizvodnju koristi se najčišći silicij. Monokristalne solarne ćelije imaju najvišu cijenu među svim silicijskim pločicama, ali i najbolju učinkovitost.

Veliki monokristalni solarni paneli s rotirajućim mehanizmima savršeno se uklapaju u pustinjske krajolike. Postoje uvjeti za maksimalnu produktivnost

Visoka cijena proizvodnje posljedica je teškoće usmjeravanja svih kristala silicija u istom smjeru. Zbog ovih fizikalnih svojstava radnog sloja maksimalna učinkovitost je osigurana samo kada su sunčeve zrake okomite na površinu ploče.

Monokristalne baterije zahtijevaju dodatnu opremu koja ih tijekom dana automatski okreće kako bi ravnina panela bila što okomitija na sunčeve zrake.

Slojevi silicija s jednostranim kristalima izrezani su iz cilindričnog metalnog bloka, tako da gotovi fotonaponski blokovi izgledaju poput kvadrata zaobljenih uglova.

Prednosti monokristalnih silicijskih baterija uključuju:

1. Visoka efikasnost s vrijednošću od 17-25%.
2. Kompaktnost - manja površina opreme po jedinici snage u usporedbi s pločama od polikristalnog silicija.
3. Izdržljivost — osigurana je dostatna učinkovitost proizvodnje električne energije do 25 godina.

Takve baterije imaju samo dva nedostatka:

1. Visoka cijena i dugoročnog povrata.
2. Osjetljivost na zagađenje. Prašina raspršuje svjetlost, pa učinkovitost solarnih panela obloženih njome naglo opada.

Zbog potrebe za izravnim sunčevim svjetlom, monokristalni postavljaju se solarni paneli uglavnom na otvorenim područjima ili na visinama. Što je područje bliže ekvatoru i što ima više sunčanih dana, to je poželjnije ugraditi ovu vrstu fotonaponskih elemenata.

Polikristalne solarne ćelije

Ploče od polikristalnog silicija (multi-Si) imaju plavu boju neujednačenog intenziteta zbog raznolike orijentacije kristala. Čistoća silicija koji se koristi u njihovoj proizvodnji nešto je niža od one monokristalnih analoga.

Višesmjerni kristali pružaju visoku učinkovitost u difuznom svjetlu - 12-18%.Niži je nego u jednosmjernim kristalima, ali u oblačnim vremenskim uvjetima takvi su paneli učinkovitiji.

Heterogenost materijala također dovodi do smanjenja troškova proizvodnje silicija. Pročišćeni metal za polikristalne solarne ploče izlijeva se u kalupe bez ikakvih posebnih trikova.

U proizvodnji se koriste posebne tehnike za oblikovanje kristala, ali njihov smjer nije kontroliran. Nakon hlađenja, silicij se reže u slojeve i obrađuje prema posebnom algoritmu.

Polikristalne ploče ne zahtijevaju stalnu orijentaciju prema suncu, pa se krovovi kuća i industrijskih zgrada aktivno koriste za njihovo postavljanje.

Danju, uz malu naoblaku, prednosti solarnih panela od amorfnog silicija neće biti vidljive, njihove prednosti dolaze do izražaja tek pod gustom naoblakom ili u hladu (+)

Prednosti solarnih ćelija s višesmjernim kristalima uključuju:

1. Visoka efikasnost u uvjetima difuznog svjetla.
2. Mogućnost trajne ugradnje na krovovima zgrada.
3. Niža cijena u usporedbi s monokristalnim pločama.
4. Trajanje operacije — pad učinkovitosti nakon 20 godina rada je samo 15-20%.

Polikristalne ploče također imaju nedostatke:

1. Smanjena učinkovitost s vrijednošću od 12-18%.
2. Relativna glomaznost — potrebno je više prostora za ugradnju po jedinici snage u usporedbi s monokristalnim analogima.

Polikristalni solarni paneli zauzimaju sve veći tržišni udio među ostalim silicijskim baterijama. To je osigurano širokim potencijalnim mogućnostima za smanjenje troškova njihove proizvodnje.Učinkovitost takvih ploča također se povećava svake godine, brzo se približavajući 20% za proizvode masovne proizvodnje.

Solarni paneli od amorfnog silicija

Mehanizam za proizvodnju solarnih panela od amorfnog silicija bitno se razlikuje od proizvodnje kristalnih fotonaponskih ćelija. Ovdje se ne koristi čisti nemetal, već njegov hidrid, čije se vruće pare talože na podlozi.

Kao rezultat ove tehnologije, klasični kristali se ne formiraju, a troškovi proizvodnje su oštro smanjeni.

Taložene solarne ćelije od amorfnog silicija mogu se montirati ili na fleksibilnu polimernu podlogu ili na krutu staklenu ploču

Trenutno postoje već tri generacije ploča od amorfnog silicija, od kojih svaka značajno povećava učinkovitost. Ako su prvi fotonaponski moduli imali učinkovitost od 4-5%, sada se na tržištu široko prodaju modeli druge generacije s učinkovitošću od 8-9%.

Najnovije amorfne ploče imaju učinkovitost do 12% i već se počinju pojavljivati ​​u prodaji, ali su još uvijek prilično skupe.

Zbog značajki ove tehnologije proizvodnje, moguće je stvoriti sloj silicija i na krutom i na fleksibilnom supstratu. Zbog toga se moduli amorfnog silicija aktivno koriste u fleksibilnim solarnim modulima tankog filma. Ali opcije s elastičnom podlogom mnogo su skuplje.

Fizikalno-kemijska struktura amorfnog silicija omogućuje maksimalnu apsorpciju fotona slabe raspršene svjetlosti za generiranje električne energije. Stoga su takve ploče prikladne za upotrebu u sjevernim regijama s velikim slobodnim površinama.

Učinkovitost baterija na bazi amorfnog silicija ne smanjuje se čak ni pri visokim temperaturama, iako su u ovom parametru inferiorni u odnosu na ploče galijevog arsenida.

Uz istu cijenu opreme, silicij-hidridni solarni paneli pokazuju bolje performanse od svojih mono- i polikristalnih pandana (+)

Ukratko, možemo istaknuti sljedeće prednosti amorfnih solarnih panela:

1. Svestranost — mogućnost izrade fleksibilnih i tankih ploča, montaža baterija na bilo koji arhitektonski oblik.
2. Visoka efikasnost u difuznom svjetlu.
3. Stabilan rad na visokim temperaturama.
4. Jednostavnost i pouzdanost dizajna. Takve ploče praktički se ne slome.
5. Održavanje performansi u teškim uvjetima — manji pad performansi kada je površina prašnjava nego kod kristalnih analoga

Životni vijek takvih fotonaponskih ćelija, počevši od druge generacije, je 20-25 godina uz pad snage od 15-20%. Jedini nedostaci ploča od amorfnog silicija uključuju potrebu za većim površinama za smještaj opreme potrebne snage.

Pregled uređaja bez silicija

Neki solarni paneli, izrađeni od rijetkih i skupih metala, imaju učinkovitost veću od 30%. Oni su nekoliko puta skuplji od svojih silikonskih kolega, ali još uvijek zauzimaju visokotehnološku trgovačku nišu zbog svojih posebnih karakteristika.

Solarni paneli od rijetkih metala

Postoji nekoliko vrsta solarnih panela od rijetkih metala, a nisu svi učinkovitiji od modula monokristalnog silicija.

Međutim, sposobnost rada u ekstremnim uvjetima omogućuje proizvođačima takvih solarnih panela proizvodnju konkurentnih proizvoda i provođenje daljnjih istraživanja.

Ploče od kadmij telurida aktivno se koriste za oblaganje zgrada u ekvatorijalnim i arapskim zemljama, gdje se njihova površina zagrijava do 70-80 stupnjeva tijekom dana

Glavne legure koje se koriste za izradu fotonaponskih ćelija su kadmij telurid (CdTe), indij bakar galij selenid (CIGS) i bakar indij selenid (CIS).

Kadmij je toksičan metal, a indij, galij i telur dosta su rijetki i skupi, pa je masovna proizvodnja solarnih panela na njihovoj osnovi čak i teoretski nemoguća.

Učinkovitost takvih panela je na razini od 25-35%, iako u iznimnim slučajevima može doseći i do 40%. Ranije su se koristili uglavnom u svemirskoj industriji, ali sada se pojavio novi obećavajući smjer.

Zbog stabilnog rada fotoćelija od rijetkih metala na temperaturama od 130-150°C koriste se u solarnim termoelektranama. U ovom slučaju, sunčeve zrake iz desetaka ili stotina zrcala koncentriraju se na malu ploču, koja istovremeno proizvodi električnu energiju i osigurava prijenos toplinske energije na vodeni izmjenjivač topline.

Kao posljedica zagrijavanja vode nastaje para, koja uzrokuje rotaciju turbine i stvaranje električne energije. Na taj se način sunčeva energija pretvara u električnu istovremeno na dva načina uz maksimalnu učinkovitost.

Polimerni i organski analozi

Fotonaponski moduli na bazi organskih i polimernih spojeva počeli su se razvijati tek u posljednjem desetljeću, no istraživači su već postigli značajan napredak.Europska tvrtka pokazuje najveći napredak Heliatek, koja je već nekoliko visokih zgrada opremila organskim solarnim pločama.

Debljina njegove strukture filma u roli je HeliaFilm je samo 1 mm.

U proizvodnji polimernih ploča koriste se tvari poput ugljikovih fulerena, bakrenog ftalocijanina, polifenilena i drugih. Učinkovitost takvih fotonaponskih ćelija već doseže 14-15%, a trošak proizvodnje je nekoliko puta manji od kristalnih solarnih panela.

Pitanje vremena razgradnje organskog radnog sloja je akutno. Za sada nije moguće pouzdano potvrditi razinu njegove učinkovitosti nakon nekoliko godina rada.

Prednosti organskih solarnih panela su:

• mogućnost ekološki sigurnog odlaganja;
• niske cijene proizvodnje;
• fleksibilan dizajn.

Nedostaci takvih fotonaponskih ćelija uključuju relativno nisku učinkovitost i nedostatak pouzdanih informacija o razdobljima stabilnog rada panela. Moguće je da će za 5-10 godina svi nedostaci organskih solarnih ćelija nestati i one će postati ozbiljna konkurencija silicijskim pločicama.

Koju solarnu ploču odabrati?

Izbor solarnih panela za seoske kuće na geografskoj širini od 45-60 ° nije težak. Ovdje postoje samo dvije opcije koje vrijedi razmotriti: polikristalne i monokristalne silikonske ploče.

Ako postoji nedostatak prostora, bolje je dati prednost učinkovitijim modelima s jednostranom orijentacijom kristala; ako postoji neograničeno područje, preporuča se kupiti polikristalne baterije.

Ne biste se trebali oslanjati na prognoze analitičkih tvrtki za razvoj tržišta solarnih panela, jer njihovi najbolji primjeri možda još nisu izmišljeni

Bolje je odabrati određenog proizvođača, potrebnu snagu i dodatnu opremu uz sudjelovanje menadžera tvrtki koje se bave prodajom i ugradnjom takve opreme. Treba znati da se kvaliteta i cijena fotonaponskih modula od najvećih proizvođača malo razlikuju.

Treba uzeti u obzir da će prilikom naručivanja kompleta opreme "ključ u ruke" trošak samih solarnih panela biti samo 30-40% ukupnog iznosa. Rok povrata za takve projekte je 5-10 godina, a ovisi o razini potrošnje energije i mogućnosti prodaje viška električne energije u gradsku mrežu.

Neki obrtnici radije sastavljaju solarne ploče vlastitim rukama. Na našoj web stranici nalaze se članci s detaljnim opisom tehnologije proizvodnje takvih panela, njihovog povezivanja i rasporeda solarnih sustava grijanja.

Savjetujemo vam da pročitate:

1. Kako napraviti solarnu bateriju vlastitim rukama: upute za samostalnu montažu
2. Solarni sustavi grijanja: analiza tehnologija grijanja temeljenih na solarnim sustavima
3. Dijagram spajanja solarnih panela: na regulator, na bateriju i servisirane sustave

Zaključci i koristan video na tu temu

Prikazani video zapisi prikazuju rad različitih solarnih panela u stvarnim uvjetima. Također će vam pomoći razumjeti pitanja odabira povezane opreme.

Pravila za odabir solarnih panela i prateće opreme:

Vrste solarnih panela:

Ispitivanje monokristalnih i polikristalnih ploča:

Za stanovništvo i male industrijske objekte trenutno ne postoji prava alternativa panelima od kristalnog silicija.Ali tempo razvoja novih vrsta solarnih panela omogućuje nam da se nadamo da će solarna energija uskoro postati glavni izvor električne energije u mnogim seoskim kućama.

Pozivamo sve zainteresirane za pitanje odabira i korištenja solarnih panela da ostave komentare, postavljaju pitanja i sudjeluju u raspravama. Kontakt obrazac nalazi se u donjem bloku.