Typer solcellepaneler: en sammenlignende gjennomgang av design og tips for valg av paneler

Alternativ energi utvikler seg maksimalt i Europa, og viser dets løfte med resultater.Nye typer solcellepaneler dukker opp og effektiviteten øker.

Hvis du vil sikre driften av en industribygning eller boliglokaler ved bruk av solenergi, må du først lære om forskjellene mellom utstyret og forstå hvilke solcellepaneler som er egnet for de klimatiske forholdene i en bestemt region.

Vi hjelper deg med å løse dette problemet. Artikkelen diskuterer driftsprinsippet til fotoelektriske omformere og gir en oversikt over ulike typer solceller som indikerer deres egenskaper, fordeler og ulemper. Etter å ha gjort deg kjent med materialet, vil du kunne ta det riktige valget for å arrangere et effektivt solsystem.

Prinsippet for drift av solcellepaneler

De aller fleste solcellepaneler er i fysisk forstand solcelleomformere. Den elektriske genereringseffekten oppstår på stedet for halvlederens p-n-kryss.

Det er silisiumskiver som danner grunnlaget for kostnadene for solcellepaneler, men når du bruker dem som en strømkilde døgnet rundt, må du i tillegg kjøpe dyre batterier

Panelet består av to silisiumskiver med forskjellige egenskaper. Under påvirkning av lys utvikler en av dem mangel på elektroner, og den andre - et overskudd av dem.Hver plate har kobberlederstrimler som er koblet til spenningsomformere.

Et industrielt solcellepanel består av flere laminerte fotovoltaiske celler bundet sammen og montert på et fleksibelt eller stivt underlag.

Effektiviteten til utstyret avhenger i stor grad av renheten til silisiumet og orienteringen til krystallene. Det er disse parameterne ingeniører har forsøkt å forbedre de siste tiårene. Hovedproblemet med dette er de høye kostnadene ved prosessene som ligger til grunn for rensingen av silisium og krystallarrangementet i én retning gjennom hele panelet.

Hvert år endres den maksimale effektiviteten til ulike solcellepaneler oppover, fordi milliarder av dollar investeres i forskning på nye fotovoltaiske materialer (+)

Halvledere av fotoelektriske omformere kan lages ikke bare av silisium, men også fra andre materialer - batteridriftsprinsipp det endrer seg ikke.

Typer fotoelektriske omformere

Industrielle solcellepaneler er klassifisert i henhold til deres designfunksjoner og typen arbeidende solcellelag.

Det finnes disse typer batterier basert på typen enhet:

• fleksible paneler;
• stive moduler.

Fleksible tynnfilmpaneler inntar gradvis en stadig større nisje i markedet på grunn av deres monteringsallsidighet, fordi de kan installeres på de fleste overflater med en rekke arkitektoniske former.

De faktiske egenskapene til solcellepaneler er vanligvis lavere enn de som er angitt i instruksjonene. Derfor, før du installerer dem hjemme, er det tilrådelig å se et lignende fullført prosjekt selv.

Basert på typen fungerende fotovoltaisk lag, er solcellebatterier delt inn i følgende typer:

1. Silisium: monokrystallinsk, polykrystallinsk, amorf.
2. Tellur-kadmium.
3. Basert på indium-kobber-gallium selenid.
4. Polymer.
5. Økologisk.
6. Basert på galliumarsenid.
7. Kombinert og flerlags.

Ikke alle typer solcellepaneler er av interesse for den generelle forbrukeren, men bare de to første krystallinske undertypene.

Selv om noen andre typer paneler har høy effektivitet, er de ikke mye brukt på grunn av deres høye kostnader.

Silisium fotovoltaiske celler er ganske følsomme for varme. Grunntemperaturen for måling av kraftproduksjon er 25°C. Når den øker med én grad, reduseres effektiviteten til panelene med 0,45-0,5 %.

Deretter vil solcellepaneler som er av størst forbrukerinteresse bli diskutert i detalj.

Kjennetegn på silisiumbaserte paneler

Silisium for solceller er laget av kvartspulver - malte kvartskrystaller. De rikeste forekomstene av råvarer er i Vest-Sibir og Midt-Ural, så utsiktene for dette området av solenergi er nesten ubegrensede.

Selv nå opptar krystallinske og amorfe silisiumpaneler allerede mer enn 80% av markedet. Derfor er det verdt å vurdere dem mer detaljert.

Monokrystallinske silisiumpaneler

Moderne monokrystallinske silisiumskiver (mono-Si) har en jevn mørkeblå farge over hele overflaten. Det reneste silisiumet brukes til deres produksjon. Monokrystallinske solceller har høyest pris blant alle silisiumskiver, men gir også best effektivitet.

Store monokrystallinske solcellepaneler med roterende mekanismer passer perfekt inn i ørkenlandskap. Det er forutsetninger for maksimal produktivitet

De høye produksjonskostnadene skyldes vanskeligheten med å orientere alle silisiumkrystaller i samme retning. På grunn av disse fysiske egenskapene til arbeidslaget, sikres maksimal effektivitet kun når solstrålene er vinkelrett på overflaten av platen.

Monokrystallinske batterier krever tilleggsutstyr som automatisk roterer dem i løpet av dagen slik at planen til panelene er så vinkelrett på solstrålene som mulig.

Lag av silisium med ensidige krystaller er kuttet fra en sylindrisk metallblokk, slik at de ferdige solcelleblokkene ser ut som en firkant avrundet i hjørnene.

Fordelene med monokrystallinske silisiumbatterier inkluderer:

1. Høy effektivitet med en verdi på 17-25 %.
2. Kompakthet - mindre utstyrsareal per kraftenhet sammenlignet med polykrystallinske silisiumpaneler.
3. Varighet — tilstrekkelig effektivitet av elektrisitetsproduksjonen er sikret i opptil 25 år.

Det er bare to ulemper med slike batterier:

1. Høy pris og langsiktig tilbakebetaling.
2. Følsomhet for forurensning. Støv sprer lys, så effektiviteten til solcellepaneler belagt med det reduseres kraftig.

På grunn av behovet for direkte sollys, monokrystallinsk solcellepaneler som installeres hovedsakelig i åpne områder eller i høyden. Jo nærmere området er ekvator og jo flere solfylte dager det har, jo mer å foretrekke er det å installere denne spesielle typen solcelleelementer.

Polykrystallinske solceller

Polykrystallinske silisiumpaneler (multi-Si) har en blå farge som er ujevn i intensitet på grunn av den diversifiserte orienteringen til krystallene. Renheten til silisium brukt i deres produksjon er litt lavere enn for monokrystallinske analoger.

Flerveiskrystaller gir høy effektivitet i diffust lys - 12-18%.Det er lavere enn i ensrettede krystaller, men i overskyet værforhold er slike paneler mer effektive.

Materialets heterogenitet fører også til en reduksjon i kostnadene ved silisiumproduksjon. Det rensede metallet for polykrystallinske solcellepaneler helles i former uten noen spesielle triks.

I produksjonen brukes spesielle teknikker for å danne krystaller, men deres retning er ikke kontrollert. Etter avkjøling kuttes silisiumet i lag og behandles i henhold til en spesiell algoritme.

Polykrystallinske paneler krever ikke konstant orientering mot solen, så takene til hus og industribygninger brukes aktivt for plassering.

I løpet av dagen, med lette skyer, vil fordelene med solcellepaneler laget av amorft silisium ikke være merkbare; fordelene deres avsløres bare under tette skyer eller i skyggen (+)

Fordelene med solceller med flerveiskrystaller inkluderer:

1. Høy effektivitet under diffuse lysforhold.
2. Mulighet for fast montering på taket av bygninger.
3. Lavere kostnad sammenlignet med monokrystallinske paneler.
4. Driftens varighet — fallet i effektivitet etter 20 års drift er bare 15-20 %.

Polykrystallinske paneler har også ulemper:

1. Redusert effektivitet med en verdi på 12-18%.
2. Relativ voluminøse — mer installasjonsplass kreves per kraftenhet sammenlignet med monokrystallinske analoger.

Polykrystallinske solcellepaneler vinner en økende markedsandel blant andre silisiumbatterier. Dette sikres av brede potensielle muligheter for å redusere kostnadene ved deres produksjon.Effektiviteten til slike paneler øker også hvert år, og nærmer seg raskt 20% for masseproduserte produkter.

Amorfe silisium solcellepaneler

Mekanismen for å produsere solcellepaneler fra amorft silisium er fundamentalt forskjellig fra produksjonen av krystallinske fotovoltaiske celler. Her er det ikke et rent ikke-metall som brukes, men dets hydrid, hvis varme damper avsettes på underlaget.

Som et resultat av denne teknologien dannes ikke klassiske krystaller, og produksjonskostnadene reduseres kraftig.

Avsatt amorf silisium solceller kan monteres på enten et fleksibelt polymersubstrat eller en stiv glassplate

For øyeblikket er det allerede tre generasjoner av amorfe silisiumpaneler, som hver øker effektiviteten betydelig. Hvis de første solcellemodulene hadde en virkningsgrad på 4-5 %, selges nå andregenerasjonsmodeller med en virkningsgrad på 8-9 % på markedet.

De nyeste amorfe panelene har en effektivitet på opptil 12 % og begynner allerede å vises på salg, men de er fortsatt ganske dyre.

På grunn av egenskapene til denne produksjonsteknologien er det mulig å lage et lag med silisium på både et stivt og fleksibelt underlag. På grunn av dette brukes amorfe silisiummoduler aktivt i fleksible tynnfilmsolcellemoduler. Men alternativer med elastisk bakside er mye dyrere.

Den fysisk-kjemiske strukturen til amorft silisium tillater maksimal absorpsjon av fotoner av svakt spredt lys for å generere elektrisitet. Derfor er slike paneler praktiske for bruk i nordlige regioner med store frie områder.

Effektiviteten til batterier basert på amorft silisium reduseres ikke selv ved høye temperaturer, selv om de i denne parameteren er dårligere enn galliumarsenidpaneler.

Til samme utstyrskostnad viser silisiumhydrid solcellepaneler større ytelse enn deres mono- og polykrystallinske motstykker (+)

For å oppsummere kan vi peke på følgende fordeler med amorfe solcellepaneler:

1. Allsidighet — muligheten til å produsere fleksible og tynne paneler, montere batterier på alle arkitektoniske former.
2. Høy effektivitet i diffust lys.
3. Stabilt arbeid ved høye temperaturer.
4. Enkelhet og pålitelighet av design. Slike paneler går praktisk talt ikke i stykker.
5. Opprettholde ytelsen under vanskelige forhold — mindre ytelsesfall når overflaten er støvete enn med krystallinske analoger

Levetiden til slike solcelleceller, fra andre generasjon, er 20-25 år med et effektfall på 15-20%. De eneste ulempene med amorfe silisiumpaneler inkluderer behovet for større områder for å romme utstyr med nødvendig kraft.

Oversikt over silisiumfrie enheter

Noen solcellepaneler, laget av sjeldne og dyre metaller, har en effektivitet på mer enn 30 %. De er flere ganger dyrere enn sine silisium-motstykker, men okkuperer fortsatt en høyteknologisk handelsnisje på grunn av deres spesielle egenskaper.

Sjeldne solcellepaneler i metall

Det finnes flere typer solcellepaneler av sjeldne metaller, og ikke alle er mer effektive enn monokrystallinske silisiummoduler.

Evnen til å operere under ekstreme forhold gjør det imidlertid mulig for produsenter av slike solcellepaneler å produsere konkurransedyktige produkter og utføre ytterligere forskning.

Kadmium tellurid-paneler brukes aktivt til kledning av bygninger i ekvatoriale og arabiske land, hvor overflaten deres varmes opp til 70-80 grader i løpet av dagen

De viktigste legeringene som brukes til å lage fotovoltaiske celler er kadmiumtellurid (CdTe), indium kobber gallium selenid (CIGS) og kobber indium selenid (CIS).

Kadmium er et giftig metall, og indium, gallium og tellur er ganske sjeldne og dyre, så masseproduksjon av solcellepaneler basert på dem er til og med teoretisk umulig.

Effektiviteten til slike paneler er på nivået 25-35%, selv om den i unntakstilfeller kan nå opptil 40%. Tidligere ble de hovedsakelig brukt i romfartsindustrien, men nå har en ny lovende retning dukket opp.

På grunn av stabil drift av fotoceller laget av sjeldne metaller ved temperaturer på 130-150°C, brukes de i solvarmekraftverk. I dette tilfellet er solstrålene fra titalls eller hundrevis av speil konsentrert på et lite panel, som samtidig genererer elektrisitet og sørger for overføring av termisk energi til en vannvarmeveksler.

Som et resultat av oppvarming av vannet dannes det damp som får turbinen til å rotere og generere strøm. På denne måten omdannes solenergi til elektrisk energi samtidig på to måter med maksimal effektivitet.

Polymer og organiske analoger

Fotovoltaiske moduler basert på organiske og polymere forbindelser begynte å bli utviklet først i løpet av det siste tiåret, men forskere har allerede gjort betydelige fremskritt.Det europeiske selskapet viser størst fremgang Heliatek, som allerede har utstyrt flere høyhus med organiske solcellepaneler.

Tykkelsen på rullefilmstrukturen er HeliaFilm er bare 1 mm.

Ved produksjon av polymerpaneler brukes stoffer som karbonfullerener, kobberftalocyanin, polyfenylen og andre. Effektiviteten til slike fotovoltaiske celler når allerede 14-15%, og produksjonskostnaden er flere ganger mindre enn krystallinske solcellepaneler.

Spørsmålet om nedbrytningstid for det organiske arbeidslaget er akutt. Så langt er det ikke mulig å pålitelig bekrefte nivået på effektiviteten etter flere års drift.

Fordelene med organiske solcellepaneler er:

• mulighet for miljøsikker avhending;
• lave produksjonskostnader;
• fleksibel design.

Ulempene med slike fotovoltaiske celler inkluderer relativt lav effektivitet og mangel på pålitelig informasjon om periodene med stabil drift av panelene. Det er mulig at om 5-10 år vil alle ulempene med organiske solceller forsvinne, og de vil bli seriøse konkurrenter for silisiumskiver.

Hvilket solcellepanel å velge?

Valget av solcellepaneler for landhus på en breddegrad på 45-60° er ikke vanskelig. Det er bare to alternativer verdt å vurdere her: polykrystallinske og monokrystallinske silisiumpaneler.

Hvis det er mangel på plass, er det bedre å foretrekke mer effektive modeller med ensidig krystallorientering; hvis det er et ubegrenset område, anbefales det å kjøpe polykrystallinske batterier.

Du bør ikke stole på prognosene til analytiske selskaper for utviklingen av solcellepanelmarkedet, fordi de beste eksemplene på dem kanskje ikke er oppfunnet ennå

Det er bedre å velge en spesifikk produsent, nødvendig kraft og tilleggsutstyr med deltakelse av ledere av selskaper som er involvert i salg og installasjon av slikt utstyr. Du bør vite at kvaliteten og prisen på solcellemoduler fra de største produsentene avviker lite.

Det bør tas i betraktning at når du bestiller et sett med nøkkelferdig utstyr, vil kostnaden for selve solcellepanelene bare være 30-40% av det totale beløpet. Tilbakebetalingstiden for slike prosjekter er 5-10 år, og avhenger av nivået på energiforbruket og muligheten for å selge overflødig strøm til bynettet.

Noen håndverkere foretrekker å montere solcellepaneler med egne hender. På nettstedet vårt er det artikler med en detaljert beskrivelse av produksjonsteknologien til slike paneler, deres tilkobling og arrangement av solvarmesystemer.

Vi anbefaler deg å lese:

1. Hvordan lage et solcellebatteri med egne hender: instruksjoner for selvmontering
2. Solvarmesystemer: analyse av varmeteknologier basert på solcelleanlegg
3. Tilkoblingsskjema for solcellepaneler: til kontrolleren, til batteri og betjente systemer

Konklusjoner og nyttig video om temaet

De presenterte videoene viser driften av ulike solcellepaneler under reelle forhold. De vil også hjelpe deg å forstå problemene med å velge relatert utstyr.

Regler for valg av solcellepaneler og relatert utstyr:

Typer solcellepaneler:

Testing av monokrystallinske og polykrystallinske paneler:

For befolkningen og små industrianlegg er det i dag ikke noe reelt alternativ til krystallinske silisiumpaneler.Men tempoet i utviklingen av nye typer solcellepaneler lar oss håpe at solenergi snart vil bli hovedkilden til elektrisitet i mange landsteder.

Vi inviterer alle som er interessert i spørsmålet om valg og bruk av solcellepaneler til å legge igjen kommentarer, stille spørsmål og delta i diskusjoner. Kontaktskjemaet ligger i nedre blokk.